中国海洋大学细胞生物学课件15基因表达与蛋白质的生物合成02 .

一种基因调节蛋白可协调几个不同基因的表达 几个基因各有不同的基因调节蛋白结合到基因调节区上，然而这些结合蛋白本身只有再结合另外的基因调节蛋白才能激活转录。,所有水溶性激素，如多肽激素等，先与细胞表面的专一受体(对各自特定的激素具有高度的特异识别能力和亲和力)相结合，形成激素受体复合物，激活位于细胞膜上与受体相连接的效应器，通过对DNA的调控最终影响蛋白质合成，产生一定的生理和生化反应。,水溶性的激素,（cAMP依赖性蛋白质激酶）,胰高血糖素激活糖原分解的反应过程图解,糖原分解,真核生物中蛋白质合成的调控 小 结,1、基因转录与核小体结构,(一)染色质结构与基因表达调控,2、组蛋白和非组蛋白对转录的调节,(二) 真核基因转录水平的调节,1、顺式作用元件的调控,2、反式作用因子的调控, 转录起始复合物,远距离的调控转录,3、调控蛋白质与DNA的相互作用对基因转录调控,(1) 调控因子与DNA的相互作用,(2) 转录调控因子的结构特征,DNA结合功能域 转录激活功能域 结合其它因子的功能域,通用转录因子 基因激活蛋白 基因抑制蛋白,启动子 CAAT框等 增强子 沉默子,直接或间接作用于DNA,(六) 真核基因表达的激素调节,(四) 蛋白质合成的翻译水平的调节,mRNA的稳定性 mRNA非翻译区的结构与翻译调控,1、甾类激素,胞质受体 核内受体,2、水溶性的激素,表面受体,(三) 蛋白质合成的转录后水平的调节,RNA剪接 5末端加上m7G帽 3末端加上polyA尾 RNA编辑,(五) 蛋白质合成的翻译后水平的调节,信号肽的切除 化学修饰 加工、切割 蛋白质的寿命控制,一、蛋白质合成后的去向和命运,第六节 蛋白质的细胞定位,二、蛋白质运输的信号理论,三、分子伴侣在蛋白质折叠和运转中的作用,四、内质网途径的蛋白质合成及其命运,五、游离核糖体上合成的蛋白质的归宿,六、蛋白质的降解,一、蛋白质合成后的去向和命运,（一）蛋白质合成的定位,一类是由细胞质溶质内游离核糖体合成的蛋白质：,第六节 蛋白质的细胞定位,另一类是由附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质：,其合成与转运同时进行，此运转方式称为共翻译转移 !,其从核糖体上合成后释放出来再行转运，为翻译后转移 !,真核细胞内蛋白质的合成部位,内质网,合成内质网蛋白的mRNA与核糖体结合到RER膜上,细胞质溶质中的 游离多核糖体,第六节 蛋白质的细胞定位,蛋白质合成结束后，核糖体亚基解离，返回细胞质溶质中的核糖体亚基公用库,细胞质溶质中的 核糖体亚基公用库,RER膜上的 结合多核糖体,合成细胞质溶质蛋白的mRNA与核糖体仍留在细胞质溶质中,(1) 非定位性的细胞质溶质蛋白：驻留在细胞质溶质中； (2) 定位性的细胞质溶质蛋白：定位于细胞质的特定位置，如中心粒和中心粒周物质； (3) 核定位蛋白； (4) 半自主性细胞器组成蛋白。,1. 游离核糖体上合成的蛋白质：,（二）蛋白质合成后的去向及其命运,第六节 蛋白质的细胞定位,(1) 运往细胞外的分泌蛋白； (2) 进入溶酶体腔形成溶酶体酶等； (3) 留在或运回RER腔中的网质蛋白; (3) 插入到内质网膜中，并随膜流进入内膜系统各区和质膜，形成它们的结构成分。,2. 糙面内质网上核糖体所合成的蛋白质：,RER核糖体上的蛋白质合成,分泌蛋白,溶酶体,第六节 蛋白质的细胞定位,一般，核糖体上所合成蛋白质的氨基酸序列中均含有分拣信号(sorting signal)决定它们的去向和最终定位 这种依靠氨基酸序列中的分拣信号决定蛋白质的去向和最终定位的分拣机制称为蛋白质分拣(protein sorting)。 具有专一分拣信号的蛋白质可以被运送到细胞内的各个不同部位；而缺乏分拣信号的蛋白质则一直保留在细胞质溶质中。,（三）蛋白质运送的几种机制,第六节 蛋白质的细胞定位,1. 孔门运输(gated transport)：细胞核、质间的蛋白质运输。 2.跨膜运输：是通过结合在膜上的蛋白质转运子(protein transportor)直接穿膜把蛋白质从细胞质溶质运送到细胞内的不同部位。必须先去折叠(unfolding)。 3.膜泡运输：经过运输膜泡的过渡，把蛋白质从一个区间运送到另一个区间。,具有分拣信号的蛋白质在细胞内区间的运送大体有3种不同的基本途径：,第六节 蛋白质的细胞定位,1. 孔门运输(gated transport)：,第六节 蛋白质的细胞定位,2. 跨膜运输：,第六节 蛋白质的细胞定位,3. 膜泡运输：,第六节 蛋白质的细胞定位,二、蛋白质运输的信号理论,（一） 信号学说,第六节 蛋白质的细胞定位,细胞质中共同的 核糖体库亚基 (60S, 40S),游离在细胞质溶质中,附着在RER和核膜外表面,（以60S亚基附着在内质网的外表面上）,在进行翻译时 临时装配而成,?,1971年, G. Blobel和D.Sabatini首先对此提出了有关分泌蛋白合成机制的信号假说(signal hypothesis)。,1975年，Blobel成功地破译了第一个信号肽序列，同时还提出在内质网膜上存在允许多肽链通过的通道，证实了那些被分泌到细胞外的蛋白质都将经过通道进入内质网腔。 1980s初，又发现了信号识别颗粒及其受体。,第六节 蛋白质的细胞定位,信号假说的要点：,1、分泌蛋白的编码mRNA普遍带有信号序列，即在紧接起始密码子之后有一段编码疏水性氨基酸的序列，称为信号密码子。信号密码子序列的翻译产物是信号肽(signal peptide)，长度为1030个氨基酸不等。,第六节 蛋白质的细胞定位,2、在糙面内质网膜中存在着一种蛋白质翻译耦联易位系统，它与合成分泌蛋白的核糖体结合到糙面内质网膜上密切相关。,已发现在这个系统中有两种成分：信号识别颗粒 (signal recognition particle, SRP)和信号识别颗粒受体(SRP receptor)。,SRP是11S的核糖核蛋白复合物，由6条不同分子量的多肽链和1条7S scRNA组成。,7S,第六节 蛋白质的细胞定位,核糖体A site 结合部位,SRP存在于细胞质中，它的一端分别有与多肽链上信号肽结合的部位以及与SRP受体结合的部位；另一端则可与核糖体(A site)结合。,当信号序列一从核糖体上伸出，SRP就结合上去，翻译活动暂停。,第六节 蛋白质的细胞定位,信号肽 结合部位,SRP受体结合部位,核糖体A位结合部位,SRP受体实际上是插在糙面内质网膜上的一种停泊蛋白(docking protein, DP)，由嵌入膜内的疏水部分和暴露于细胞质的亲水部分两部分组成。,SRP受体对7S RNA有识别能力,第六节 蛋白质的细胞定位,3、在RER膜上还存在有核糖体受体，为插在RER膜上的一种整合蛋白。核糖体通过与核糖体受体结合而结合到RER膜上。 核糖体与核糖体受体结合后，SRP与SRP受体脱离， SRP参与再循环。肽链合成又可继续进行。,4、信号肽穿膜并整合到RER膜上，介导新生肽链沿蛋白质转运体穿膜进入RER腔内。,遇到终止密码子后，核糖体大小亚单位解离，并从RER膜中的核糖体受体上及mRNA上脱离下来，肽链合成结束。,第六节 蛋白质的细胞定位,核糖体-mRNA-信号识别颗粒复合体结合到内质网膜之后，大多数位于可溶性蛋白氨基末端的信号肽序列还附带有开启转移通道的功能，而且在合成的多肽链完全穿过膜之前，信号肽序列一直结合在通道上,第六节 蛋白质的细胞定位,5、ER膜内表面的信号肽酶将信号肽切除，使整个肽链游离于RER腔中。,20世纪90年代初，Blobel又以确凿的实验证据进一步证明，在RER膜上存在允许多肽链穿过的蛋白质通道,通道的直径只有2nm左右，所以蛋白质跨膜时必须去折叠以线性方式通过膜。,第六节 蛋白质的细胞定位,通道关闭,通道开放,通道关闭,G. Blobel因此项创见而荣获1999年诺贝尔奖！,信号假说 (signal hypothesis),信号学说 (signal theory),当带有新生多肽链的核糖体结合到内质网膜时，膜上的蛋白质通道开放，信号肽引导新生肽链穿过这一通道；蛋白质转移完成，核糖体从膜上移走之后，通道关闭。,信号学说 (signal theory)要点,1、信号肽（由信号密码子编码） 2、信号识别颗粒 / 信号识别颗粒受体 3、核糖体受体（核糖体亲和蛋白） 4、蛋白质转运通道 / 信号肽引导新生肽链穿过通道 5、信号肽酶（合成结束后切除信号肽）,第六节 蛋白质的细胞定位,English,Chinese,被运输的蛋白质一般都带有分拣信号(sorting signal)，它可被细胞器上的受体蛋白所识别。 分拣信号是一段连续的氨基酸序列，长达15-60个氨基酸。蛋白质运送到目的后，分拣信号的任务即完成，信号序列就被相应的蛋白酶切去。这样的分拣信号通常也叫做信号序列或引导序列(signal seguence或leader sequence)。 不同类型的信号序列可引导蛋白质在细胞内达到不同的目的地。,（二）指导蛋白质定位运转的信号序列,第六节 蛋白质的细胞定位,几种典型的分拣信号序列(前导序列),第六节 蛋白质的细胞定位,核输入信号,核输出信号,线粒体输入信号,质体输入信号,微体输入信号,内质网驻留信号,信号肽,信号序列具有指导一种蛋白质定位到细胞内特定部位所需要的全部信息。如把进入RER的N-端信号肽连接到细胞质溶质蛋白的起始端，就会使该蛋白质改变输方向，转运而进入内质网。,通常，专一定位于相同目的地的一些信号序列，即使在组成上有所不同，但却可具有相同的功能。这是因为，信号序列的一些物理性质，如疏水性、带电荷氨基酸所在的位置等状况，要比氨基酸序列的精确性更重要。,第六节 蛋白质的细胞定位,1987年R. J Ellis便把凡是能够促进其它蛋白质正确折叠和组装的一类蛋白质分子统称为分子伴侣(molecular chaperone)。,三、分子伴侣在蛋白质折叠和运转中的作用,第六节 蛋白质的细胞定位,Definition: A large group of unrelated protein families whose role is to stabilize unfolded proteins, unfold them for translocation across membranes or for degradation, and/or to assist in their correct folding and assembly.,MOLECULAR CHAPERONES,Main role: They prevent inappropriate association or aggregation of exposed hydrophobic surfaces and direct their substrates into productive folding, transport or degradation pathways.,分子伴侣定义：在蛋白质折叠和组装过程中，能够防止 多肽链链内和链间的错误折叠或聚集作用，且还可以破 坏多钛链中已形成的错误结构并帮助其正确折叠，但其 自身并不参加最终产物的组成的一类蛋白质分子。,Molecular chaperones interact with unfolded or partially folded protein subunits, e.g. nascent chains emerging from the ribosome, or extended chains being translocated across subcellular membranes. They stabilize non-native conformation and facilitate correct folding of protein subu