4/23/2023Cellbiology1信號肽假說概述哺乳動物細胞中通?？蓹z測出上萬種蛋白質，酵母細胞中也含有5000種以上的蛋白質。已知所有蛋白質均由核糖體合成，而核糖體分為游離核糖體和附著核糖體兩種類型，這里的問題是：①蛋白質在細胞內發(fā)揮結構或功能作用的位置幾乎遍布細胞的各種區(qū)間或組分，那么，這些蛋白質被分選轉運至細胞特定位置的機制是什么？②具體來說，哪些蛋白由游離核糖體合成？哪些蛋白質由附著核糖體合成？③附著核糖體是如何附著在內質網(wǎng)膜上的？4/23/2023Cellbiology2一、研究背景1972年Milstein等發(fā)現(xiàn)免疫球蛋白IgG輕鏈的前體要比成熟的IgG在N-端多20個氨基酸。他們推測這20個氨基酸可能和其通過內質網(wǎng)進而分泌有關。隨后，美國科學家Bloble等人通過三項重要的實驗支持了以上推測：（1）將IgG的mRNA在無細胞系統(tǒng)中，以游離核糖體體外合成時產生的蛋白是IgG的前體；若在無細胞系統(tǒng)中加入狗胰細胞的RER，就能產生IgG成熟蛋白。成熟的IgG輕鏈蛋白和前體蛋白相差的20個aa是疏水性很強的氨基酸；（2）加入蛋白水解酶不能使正在合成的IgG水解，而同時加入去垢劑就可以使其水解。由于蛋白酶只能作用于游離的蛋白而不能作用與膜結合的蛋白，所以表明IgG合成可能和RER的膜是結合的，而用去垢劑可將其和膜分離才得以水解；（3）用去垢處理骨髓瘤細胞后所獲得的多聚核糖體與膜分離，然后在離體的條件下繼續(xù)進行新生肽的合成。經(jīng)短時溫育得到的是成熟的IgG，而長時溫育得到的是前體IgG，此表明mRNA5’端核糖體上合成的新生肽尚未來得及加工，而在3′端核糖體上合成的新生肽在核糖體未分離前已部分進入RER，經(jīng)過了加工，切除了N-端的部分。一、研究背景在以上實驗的基礎上Bloble和Dobberstin于1975年提出了信號假設（signalhypothesis），該假說認為：N-端有一段信號肽，當新生肽鏈合成到長約50-70aa后，信號分泌蛋白肽從核糖體的大亞基中露出，立即被RER膜上的受體識別并與之結合。在信號肽穿膜進入粗面內質網(wǎng)網(wǎng)腔后被信號肽酶水解。正在合成的新生肽鏈隨著信號肽通過粗面內質網(wǎng)膜上的蛋白孔道穿過脂雙層進入RER腔內。Bloble因這項成就而榮獲了1999年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。這一重要的假說經(jīng)過此后多年的繼續(xù)研究得到了極大的完善，但因為布洛伯爾的巨大成就，現(xiàn)在仍然稱其為信號假說。接下來，我們就一塊來學習完善以后的“信號假說”。二、信號假說1、與信號假說有關的結構和概念為了更好地理解這一假說，首先我們先講清楚，與信號假說有關的幾個結構或概念：①

信號密碼（signalcoden）：位于編碼外分泌蛋白的mRNA5ˊ端，能夠編碼信號肽的一段核苷酸序列。易位子二、信號假說1、與信號假說有關的結構和概念②

信號肽（signalpeptide）：信號密碼指導翻譯的，位于新合成肽鏈N端的，由16-26個疏水氨基酸組成的肽段，可與細胞質中的信號識別顆粒識別和結合。易位子二、信號假說1、與信號假說有關的結構和概念③

信號識別顆粒（signalrecognitionparticle,SRP）：胞質中存在的由6個多肽亞單位和一個7S的小RNA分子組成的復合結構（見右圖），其既能識別和結合信號肽，當與信號肽結合后又可與核糖體的A位點結合，結合核糖體后最終與內質網(wǎng)膜上的SRP受體結合。易位子二、信號假說1、與信號假說有關的結構和概念④SRP受體（又稱為停泊蛋白）：暴露于內質網(wǎng)膜外表面的膜整合蛋白，由α和β兩個亞基構成，可與結合了核糖體的SRP識別和結合。易位子二、信號假說1、與信號假說有關的結構和概念⑤移位子（translocon）：內質網(wǎng)膜的整合蛋白，是運輸多肽鏈的孔道，并能夠與核糖體大亞基結合。易位子二、信號假說2、信號假說的主要內容（或者核糖體在內質網(wǎng)膜上的附著機制）：①在胞質內由游離的核糖體合成信號肽，當多肽鏈延伸至80個左右的氨基酸殘基時，N端信號肽暴露出核糖體外；易位子二、信號肽假說2、信號肽假說的主要內容（或者核糖體在內質網(wǎng)膜上的附著機制）：②信號肽被細胞質中的SRP識別并結合，SRP中的7SRNA與核糖體大亞基上的A位結合，因為在多肽鏈合成過程中提供氨基酸原料的氨酰-tRNA進入核糖體的A位點被占據(jù)，導致肽鏈延伸暫時停止；易位子二、信號假說2、信號假說的主要內容（或者核糖體在內質網(wǎng)膜上的附著機制）：③結合信號肽并結合了核糖體A位點的SRP與內質網(wǎng)膜上的SRP受體結合（其結合被GTP所強化），將核糖體拉近了與內質網(wǎng)的距離；易位子二、信號假說2、信號假說的主要內容（或者核糖體在內質網(wǎng)膜上的附著機制）：④然后，核糖體大亞基與內質網(wǎng)膜上的移位子結合，完成核糖體的附著，隨后，SRP與SRP受體分離，并回到胞質循環(huán)使用，核糖體上的A位點又空出，多肽繼續(xù)合成；易位子二、信號假說2、信號假說的主要內容（或者核糖體在內質網(wǎng)膜上的附著機制）：⑤以環(huán)化構象存在的信號肽與移位子組分結合并使孔道打開，信號肽穿入內質網(wǎng)膜并引導肽鏈以袢環(huán)的形式進入內質網(wǎng)腔，與此同時，信號肽被內質網(wǎng)腔面的信號肽酶切除并快速降解，肽鏈合成完畢并全部進入腔內后，移位子孔道關閉。二、信號假說3、附著核糖體所合成蛋白質的類型第一種類型：外分泌的蛋白質。如：胰腺細胞分泌的胰蛋白酶，漿細胞分泌的抗體，小腸杯狀細胞分泌的黏蛋白，內分泌腺分泌的多肽激素和胞外基質成分等；第二種類型：膜的整合蛋白，包括：細胞質膜上的膜蛋白，內質網(wǎng)、高爾基體和溶酶體膜上的膜蛋白。第三種類型是內質網(wǎng)及高爾基體腔內的可溶性駐留蛋白。第四種類型：溶酶體內的酸性水解酶。二、信號肽假說4、信號肽假說的意義：①解釋了游離核糖體和附著核糖體的區(qū)別是由所合成蛋白質多肽鏈的N端是否有信號肽，如果有信號肽，在信號肽的引導之下，就會附著在內質網(wǎng)膜上成為附著核糖體，否則，就成為游離核糖體。②基于信號假說的提出，人們又證明了細胞內的所有蛋白質的去向，是由存在于蛋白質多肽鏈上特定氨基酸序列決定的，人們把確定蛋白質去向的特定氨基酸序列稱為分選信號，信號肽就是存在于外分泌蛋白分子上的分選信號。分泌蛋白的去向之所以是分泌到細胞之外，是因為分泌蛋白多肽鏈上有信號肽，信號肽在引導核糖體附著在內質網(wǎng)膜上的同時，還引導后續(xù)合成的多肽鏈進入內質網(wǎng)腔，再經(jīng)由