多肽链折叠与翻译.pptVIP

分子生物学 玉林师范学院生命科学与技术学院 林谦 2013.9. 第10章 多肽链折叠与翻译后加工 不论是原核生物还是真核生物，在细胞中直接翻译出来的产物通常是没有功能的，必须经历适当的后加工才能最终成为有特定三维结构的功能分子。 此外，不同的蛋白质在细胞中最后的定位也不相同，需要通过共翻译或翻译后定向(targeting)与分拣(sorting)才能各就各位、各司其职。 10.1.1 多肽链的剪切和修剪 大多数蛋白质必须经过特定的修剪或剪切反应，去除一些氨基酸序列后才能成为有功能的分子。对多肽链的切割由特定的蛋白酶催化，如在于分泌蛋白N-端信号序列的切除由专门的信号肽酶催化，N-端氨基酸的切除由专门的甲硫氨酸-氨肽酶催化。 10.1 翻译后加工 胰岛素前体为单一肽链——前胰岛素原，需要经历两次剪切反应，分别切去N-端信号序列和内部的连接肽后，最终才能成为由A链和B链组成的有活性的胰岛素。 脑垂体前叶分泌的促肾上腺皮质激素(ACTH)来自一种多聚蛋白质前体——促阿黑皮素原(POMC)，通过不同形式的剪切可产生ACTH、促黑激素(MSH)、促脂解素以及阿片肽等几种产物。 图10-1 前胰岛素原的后加工 图10-2 POMC的剪切 多肽链的切割可能有三个原因。 引进多样性。一种蛋白质的半衰期在很大程度上与其N-端氨基酸残基有关，切割可以改变蛋白质的半衰期。 水解切割可以作为控制一种蛋白质生物活性的重要手段。 剪切参与蛋白质的定向和分拣过程。 10.1.2 N-端添加氨基酸 某些翻译好的蛋白质在特定条件下，可在N-端添加额外的氨基酸残基，但添加氨基酸的场所并非核糖体。 N-端添加氨基酸可以改变蛋白质的稳定性。 10.1.3 蛋白质拼接 蛋白质拼接指将一条多肽链内部的一段氨基酸序列切除，同时将两端的序列连接在一起的后加工方式。 被切除的肽段称为内含肽，被保留并连接在一起的肽段称为外显肽。 内含肽具有自我催化功能，可从蛋白质中自体切除，形成成熟的具有活性的蛋白。 蛋白质内含肽的发现,不仅丰富了遗传信息翻译后加工的理论,在实践中也有广泛的应用前景。 图10-3 蛋白质拼接图解 图10-4 红海束毛藻的RIR基因的表达 图10-5 集胞藻的DNA聚合酶α亚基前体的反式拼接 10.1.4 个别氨基酸残基的修饰 氨基酸残基的修饰主要发生在各种氨基酸残基侧链上，有时也发生在N-端的氨基或C-端的羧基上。 修饰方式包括泛素化、磷酸化(如核糖体蛋白质)、糖基化(如各种糖蛋白)、甲基化(如组蛋白、肌肉蛋白质)、乙基化(如组蛋白)、羟基化(如胶原蛋白)和羧基化等，是生物体内最普通发生修饰作用的氨基酸残基及其修饰产物。糖蛋白主要是通过蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基形成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸多数是羟基化的。 图10-7 蛋白质的磷酸化 10.1.5 形成二硫键 许多胞外蛋白质含有二硫键，这种连接只有在蛋白质折叠成正确的构象后才建立。 mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。反应由蛋白质二硫键异构酶催化。 10.1.6 添加辅助因子 许多蛋白质或酶在合成后必须与相应的辅助因子结合才有生物活性。如绝大多数羧化酶要与生物素结合，血红素蛋白要与血红素畏基结合，金属蛋白要与金属离子结合，黄素蛋白要与FAD或FMN结合。 图10-8 二硫键的形成 10.1.7 多肽链的折叠 任何蛋白质的功能与其正确的三维构象是分不开的。蛋白质的一级结构决定其高级结构，即一种多肽链正确折叠的信息包含在其一级结构中。 蛋白质在体内的折叠需要一些辅助因子的帮助，即分子伴侣(molecular chaperon)。分子伴侣是一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份。 图10-9 蛋白质折叠的三条途径 10.1.