生化课件蛋白质生物合成3章节.ppt

* * 多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。 多聚核糖体(polysome) 1条mRNA模板链都可附着10～100个核蛋白体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿5?→3?方向读码移动，同时进行肽链合成，这种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体(polysome) 。 多聚核糖体 电镜下的多聚核糖体 第四节肽链生物合成后的加工和靶向输送 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后加工(post-translational processing)。 一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣 蛋白质在合成时，还未折叠的肽段有许多疏水基团暴露在外，具有分子内或分子间聚集的倾向，使蛋白质不能形成正确空间构象。 这种结构混乱的肽链集合体产生过多对细胞有致命的影响。 实际上，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自发完成的，其折叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助性蛋白质可以指导新生肽链按特定方式正确折叠，它们被称为分子伴侣（molecular chaperone）。 分子伴侣的主要作用是： ① 封闭待折叠肽链暴露的疏水区段； ② 创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不干扰； ③ 促进肽链折叠和去聚集； ④ 遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。 1. 热激蛋白(heat shock protein, HSP) 热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。 热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。 它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结构域，能结合和水解ATP；另一个是存在于C-端的肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。 大肠杆菌的HSP70 (DnaK) ATP酶 肽链结合结构域 H2N EEVD-COOH Grp E 结合部位 DnaJ/HSP40 结合部位 大肠杆菌的HSP40 (Dna J)可激活HSP70 (Dna K)中的ATP酶，生成稳定的Dna J -Dna K-ADP-被折叠蛋白质复合物，以利于Dna K发挥分子伴侣作用。在ATP存在的情况下，Dna J和Dna K的相互作用能抑制蛋白质的聚集。 Grp E，核苷酸交换因子，与Dna K的ATP酶结构域结合，使Dna K的构象发生改变、ADP从复合物中释放出来并由ATP代替ADP，从而控制Dna K的ATP酶活性。 在蛋白质的折叠过程中，HSP70还需2个辅助因子HSP40和Grp E。 HSP70 辅助肽链折叠 伴侣蛋白（chaperonin）是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的Gro EL和Gro ES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。 其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。 2. 伴侣蛋白Gro EL和Gro ES 当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后，Gro ES可作为“盖子”瞬时封闭Gro EL空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。 Gro EL-Gro ES复合物 除了分子伴侣协助肽链折叠以外，一些对于蛋白质空间结构形成至关重要的氨基酸残基（如半胱氨酸、脯氨酸等）的正确折叠还需要酶促反应。这些可催化蛋白质功能构象形成所必需的酶称为异构酶（isomerase），也称为折叠酶（foldase）。 蛋白质二硫化物异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。 肽酰-脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。 肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。 肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 二、肽链的肽键水解生成活性蛋白质或功能肽 （一）合成后肽链的末端被水解加工 新生肽链的N端的甲硫氨酸残基，在肽链离开核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切除。 例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰 （二）肽链中肽键水解产生多种功能肽 三、肽链中氨基酸残基的化学修饰增加蛋白质功能多样性 常见的化学修饰种类 发生修饰的主要氨基酸残基 磷酸化 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸 N-糖基化 天冬酰胺 O-糖基化 丝氨酸、苏氨酸 羟基化 脯氨酸 赖氨酸 甲基化 赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天