第十五章 肽信号与蛋白质分

选命运

本章内容：

蛋白质的运送、定位及降解

一、 蛋白质在细胞内的转运和定位

1、 蛋白质运送的机制和基本途径

游离核糖体和内质网膜核糖体合成的蛋白质

肽链均含有分拣信号序列，此序列决定了蛋

白质的去向和最终定位。

具有分拣信号的蛋白在细胞内运动可分为三

条基本途径（均需消耗能量）：

①门控运输

(gated

transport)

②穿膜运输

(transmembrane

transport)

③膜泡运输

(vesicular

transport )

分拣信号（前导序列）：一段长为15-60个氨

基酸组成的序列，可被细胞器上的受体蛋白所

识别，有些被运送到目的地后即被相应信号肽

酶切除。

带有前导序列的蛋白质称为蛋白质原。

信号斑（signal patch）：存在于完成折叠的

蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不

相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。

signal sequence and signal patch

某些类型的信号序列特征

2、蛋白质合成后的去向和命运

蛋白质的转运据核糖体位置分两大类：

翻译后转运（post-translational

translocation):胞质内游离核糖体合成的蛋白

质，合成后释放出来，再转运。

共翻译转运 (Co-translation translocation)：

糙面内质网上的核糖体合成的蛋白质，边合成边

转运。

二 、分子伴侣在蛋白折叠和转运中作用

分子伴侣（molecular chaperone) ：在蛋白质折

叠和组装过程中，分子伴侣能够防止多肽链链内

和链间的错误折叠或聚集作用，并且还可以破坏

多肽链中已形成的错误结构，但其自身并不参加

最终产物的组成。

（一）分子伴侣的类别

1、热休克蛋白家族的几种蛋白：Hsp70，Hsp60 ，

Hsp90 等(heat shock protein)，为主要的分子

伴侣类的蛋白。

2、钙连接蛋白：即钙结合蛋白。

（二）分子伴侣的基本结构和作用机制

1．Hsp70分子伴侣系统：

N端：ATPase功能域

C端：底物结合域

ATP结合态，能与底物结合

ADP结合态

Hsp70的功能：防止蛋白质聚集，协助折叠错误的

蛋白质重新折叠。

2个功能结构域

Hsp70的两种状态

2．Hsp60分子伴侣系统

细菌中GroEL

可与Hsp10（ GroES ）形成复合物

GroEL 结构

14 个亚基组成两个方向相反的环

中央空腔为“ 矫型中心”

（三）分子伴侣在蛋白定位和跨膜运转中

的作用

1．游离核糖体上合成蛋白的运送过程中

留在细胞质、运到其它细胞器，维持其未折叠

或部分折叠构象。

2．Hsp70和Hsp60相互配合对新生蛋白质进行正确

加工折叠

3. 分子伴侣在蛋白质跨膜运转中的作用

Hsp70在蛋白质向线粒体中输入的作用。

Hsp70和Hsp60相互配合对新生蛋白质进行正确加工折叠

尚未正确折叠的

Hsp70在蛋白质向线粒体中输入的作用

三、 糙面内质网上核糖体合成蛋白

信号肽序列(signal peptide)，10-30个疏水氨

基酸（mRNA带信号序列）；

信号识别颗粒（SRP）

11S核蛋白：6条肽链+1分子7S RNA

SRP受体(DP)

停泊蛋白（docking protein）

是插入在内质网膜上的一种停泊蛋白，对

7SRNA有识别能力。

SRP（Signal Recogeniton Partical）

信号识别颗粒

How signal sequences and SRP

direct ribosomes to the ER membrane

（一）膜整合蛋白的定位机制

1．单一跨膜片段的跨膜蛋白质定位

信号肽启动转移，起始转移序列使多肽释放。

信号肽序列被切除。

总在胞质中

总在ER腔中

疏水性停止转移序列

信号肽

一次跨膜

2．两次穿膜的跨膜蛋白质的转移和定位

起始转移序列启动转移，

停止转移序列使多肽释放。

两次跨膜

3. 多次穿膜蛋白的定位

重复多次跨膜转移和定位的过程。

视紫红质嵌入ER膜示意图

（二）进入内质网腔内蛋白质的命运

1、内质网驻留蛋白（ER resident protein）

C-端有驻留信号序列，动物KDEL（Lys-

Asp-Glu-Leu)。

2、途径高尔基复合体，经修饰加工后被运到

溶酶体或分泌到细胞外。

（1）溶酶体酶的转运途径

（2）可溶性蛋白的外运—膜泡运输

选择性膜泡运输

成笼蛋白包被小泡

非选择性膜泡运输

ER 至Golgi 、 Golgi 潴泡间、 Golgi 至

质膜的运输

非选择性膜泡运输

衣被的装配：依赖于ARF蛋白

对靶膜的识别和停靠： v-SNARE， t-SNARE

膜泡与靶膜的融合： NSF和SNAP，Rab蛋白

细胞骨架与摩托蛋白在膜泡运输中的作用（前已

述）

四 、游离核糖体上合成的蛋白的归宿

部分驻留胞质中（缺少信号肽），多数运

到靶细胞器中，运输要有肽链信号序列的

引导。

（一）核定位蛋白的入核转运

亲核蛋白的核定位信号序列—4-8个氨基酸

组成，入核后不被切除；核输入受体起协助

作用，解离后返回细胞质，重新利用。

（二）线粒体蛋白的跨膜运送

分4个步骤：

胞质中合成多肽前体物

多肽前体物和细胞器表面受体结合

穿过并移进细胞器膜

前体物被加工成成熟多肽

1、 线粒体基质蛋白的输入

前导序列；

其受体在线粒体外膜上（TOM）；

通过线粒体内膜转运体（TIM）进入基质，

信号肽酶切除前导肽，形成成熟蛋白。

单个分子非折叠形式穿过,分子伴侣协助。

线粒体膜上有三种蛋白其转运作用

TOM 在跨外膜时起作用，TIM在跨内膜时起作用，Oxa 介导线粒体自身合成的蛋白插入内膜.

前体蛋白解折叠→分选信号被 TOM识别→在内外膜接触点

处蛋白转移跨越外膜，再在TIM帮助下跨越内膜→切掉基质

定位序列，重新折叠

2、 线粒体跨膜蛋白的分拣定位

跨过线粒体双层膜的蛋白需要进一

步分拣定位到内膜（3条途径）、外膜

和膜间隙（2条途径），前导肽中的导

向信息完成此任务。

进入基质后，通过Oxa蛋白重新进入内膜

定位于内膜

通过停止转移序列停留在内膜中

定位于内膜

无基质定位序列，但肽链内部含多个定位序列

定位于内膜

线粒体膜间隙蛋白

定位在线粒体外膜上的蛋白的运输

N 末端基质定位序列之后接着是停止转移

序列，可阻止蛋白质进入基质，同时使蛋

白结合到外膜中，蛋白质输入后基质定位

序列和停止转移序列都不切除。

（三） 叶绿体蛋白跨膜运送的特点

叶绿体前导序列，引导进入间质中

类囊体信号序列（即还有第二个前导序列），引导

进入内囊体腔中。

类囊体膜中有与Oxa相关的蛋白质，介导蛋白质插

入到类囊体的膜中。

（四）过氧化物酶体中的蛋白质输入

过氧化物酶体中的蛋白在近羧基端处具有一特

异性的3个氨基酸（丝-赖-亮）序列的输入信号。

以折叠形式穿膜

输入后信号不切除

可溶性载体蛋白

五、 原核生物中分泌蛋白的合成

原核与真核细胞中分泌蛋白合成和穿膜的比较：

共同点：N端均有信号序列

需分子伴侣帮助

有信号识别颗粒复合物（4.5SRNA+两

个蛋白）

不同点：核糖体不直接与膜结合，通过新合成

的分泌蛋白多肽链结合到膜上。

无内质网，多肽链结合的是质膜，合

成的蛋白穿过质膜分泌到胞外。

六、蛋白酶体在蛋白质降解中的作用机制

1、细胞内各种蛋白质数量的控制途径：

（1）新生蛋白的合成速率；

（2）蛋白质的降解：溶酶体；蛋白酶体

2、蛋白质寿命的差异：各种蛋白的寿命极不相同。

3、蛋白酶解途径的功能：

（1）快速降解短寿命的蛋白；

（2）识别或清除已被破坏、老化或错误折叠的蛋白。

4、蛋白酶体的结构：

由多种酶组成的筒状体

各酶的作用位点面向筒内腔，两端有盖

其中有些蛋白具有ATP酶活性，送入蛋

白酶体的蛋白被降解为短肽。

5、蛋白酶体降解蛋白质的机制

“清除标签”—泛素分子；

泛素结合酶识别特定的降解信号（在蛋白

上），并将泛素分子挂到该靶蛋白上(泛素

化3步：E1,E2,E3）；

泛素化的蛋白可被蛋白酶体盖中的一种蛋白

识别，

进入蛋白酶体后被降解。

泛素化

降解机制