分子生物學玉林師范學院生命科學與技術學院林謙2013.9.第10章多肽鏈折疊與翻譯后加工

不論是原核生物還是真核生物，在細胞中直接翻譯出來的產(chǎn)物通常是沒有功能的，必須經(jīng)歷適當?shù)暮蠹庸げ拍茏罱K成為有特定三維結構的功能分子。此外，不同的蛋白質在細胞中最后的定位也不相同，需要通過共翻譯或翻譯后定向(targeting)與分揀(sorting)才能各就各位、各司其職。

10.1.1多肽鏈的剪切和修剪

大多數(shù)蛋白質必須經(jīng)過特定的修剪或剪切反應，去除一些氨基酸序列后才能成為有功能的分子。對多肽鏈的切割由特定的蛋白酶催化，如在于分泌蛋白N-端信號序列的切除由專門的信號肽酶催化，N-端氨基酸的切除由專門的甲硫氨酸-氨肽酶催化。10.1翻譯后加工胰島素前體為單一肽鏈——前胰島素原，需要經(jīng)歷兩次剪切反應，分別切去N-端信號序列和內部的連接肽后，最終才能成為由A鏈和B鏈組成的有活性的胰島素。腦垂體前葉分泌的促腎上腺皮質激素(ACTH)來自一種多聚蛋白質前體——促阿黑皮素原(POMC)，通過不同形式的剪切可產(chǎn)生ACTH、促黑激素(MSH)、促脂解素以及阿片肽等幾種產(chǎn)物。圖10-1前胰島素原的后加工圖10-2POMC的剪切

多肽鏈的切割可能有三個原因。引進多樣性。一種蛋白質的半衰期在很大程度上與其N-端氨基酸殘基有關，切割可以改變蛋白質的半衰期。水解切割可以作為控制一種蛋白質生物活性的重要手段。剪切參與蛋白質的定向和分揀過程。

10.1.2N-端添加氨基酸

某些翻譯好的蛋白質在特定條件下，可在N-端添加額外的氨基酸殘基，但添加氨基酸的場所并非核糖體。

N-端添加氨基酸可以改變蛋白質的穩(wěn)定性。

10.1.3蛋白質拼接

蛋白質拼接指將一條多肽鏈內部的一段氨基酸序列切除，同時將兩端的序列連接在一起的后加工方式。被切除的肽段稱為內含肽，被保留并連接在一起的肽段稱為外顯肽。內含肽具有自我催化功能，可從蛋白質中自體切除，形成成熟的具有活性的蛋白。蛋白質內含肽的發(fā)現(xiàn),不僅豐富了遺傳信息翻譯后加工的理論,在實踐中也有廣泛的應用前景。圖10-3蛋白質拼接圖解

圖10-4紅海束毛藻的RIR基因的表達

圖10-5集胞藻的DNA聚合酶α亞基前體的反式拼接

10.1.4個別氨基酸殘基的修飾

氨基酸殘基的修飾主要發(fā)生在各種氨基酸殘基側鏈上，有時也發(fā)生在N-端的氨基或C-端的羧基上。修飾方式包括泛素化、磷酸化(如核糖體蛋白質)、糖基化(如各種糖蛋白)、甲基化(如組蛋白、肌肉蛋白質)、乙基化(如組蛋白)、羥基化(如膠原蛋白)和羧基化等，是生物體內最普通發(fā)生修飾作用的氨基酸殘基及其修飾產(chǎn)物。糖蛋白主要是通過蛋白質側鏈上的天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基加上糖基形成的，膠原蛋白上的脯氨酸和賴氨酸多數(shù)是羥基化的。圖10-7蛋白質的磷酸化

10.1.5形成二硫鍵

許多胞外蛋白質含有二硫鍵，這種連接只有在蛋白質折疊成正確的構象后才建立。

mRNA中沒有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質都含有二硫鍵，這是蛋白質合成后通過兩個半胱氨酸的氧化作用生成的。反應由蛋白質二硫鍵異構酶催化。10.1.6添加輔助因子許多蛋白質或酶在合成后必須與相應的輔助因子結合才有生物活性。如絕大多數(shù)羧化酶要與生物素結合，血紅素蛋白要與血紅素畏基結合，金屬蛋白要與金屬離子結合，黃素蛋白要與FAD或FMN結合。圖10-8二硫鍵的形成10.1.7多肽鏈的折疊任何蛋白質的功能與其正確的三維構象是分不開的。蛋白質的一級結構決定其高級結構，即一種多肽鏈正確折疊的信息包含在其一級結構中。蛋白質在體內的折疊需要一些輔助因子的幫助，即分子伴侶(molecularchaperon)。分子伴侶是一類在序列上沒有相關性但有共同功能的蛋白質，它們在細胞內幫助其他含多肽的結構完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與之分離，不構成這些蛋白質結構執(zhí)行功能時的組份。圖10-9蛋白質折疊的三條途