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蛋白质翻译后修饰和靶向输送. Posttranslational Modification and Protein Targeting. 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为 翻译后修饰 (posttranslational modification) 。 翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。
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蛋白质翻译后修饰和靶向输送 Posttranslational Modification and Protein Targeting
新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslational modification)。 • 翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。 • 蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位点的过程称为蛋白质的靶向输送(protein targeting)。
一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质 • 新生肽链N-端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。 • 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。 • 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶和蛋白质辅助。
几种有促进蛋白质折叠功能的大分子: • 分子伴侣 (molecular chaperon) • 蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)
1. 分子伴侣: 分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。 • 分子伴侣有以下功能： ①封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段； ②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰； ③促进蛋白质折叠和去聚集； ④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。
分子伴侣主要有： (1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) (2) 伴侣蛋白(chaperonin)
(1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) • 热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。 • 热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。
(2) 伴侣蛋白(chaperonin) • 伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的Gro EL和Gro ES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。 • 其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。
2. 蛋白质二硫键异构酶 • 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。 • 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。
3. 肽基脯氨酰顺反异构酶 • 多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。 • 肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。 • 肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。
二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰 （一）肽链末端的修饰 （二）个别氨基酸的共价修饰 1．糖基化 2．羟基化 3．甲基化 4．磷酸化 5．二硫键形成 6．亲脂性修饰 （三）多肽链的水解修饰
三、空间结构的修饰 （一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。 （二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质 结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。
四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位 蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。
（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列 • 所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为信号序列(signal sequence)。 • 信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于蛋白质自身的一级结构中。
信号肽有以下共性： • N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸； • 中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等； • C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signal peptidase)裂解的位点 。
核定位序列 • 靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列(nuclear localization sequence, NLS)。 • NLS为含4～8个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在N末端。 • 不同的NLS间未发现共有序列； 在蛋白质进核定位后，NLS不被切除。
（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外 • 真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。
（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号
（四）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列（四）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列 • 与分泌型蛋白质一样，内质网中的驻留蛋白质先经粗面内质网上的附着核蛋白体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。但是，内质网蛋白质多肽链的C-端含有滞留信号序列，可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。
（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜 • 质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。 • 不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于膜上。
（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体 • 绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中的游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中的。
蛋白质生物合成的干扰和抑制 Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis
一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用 抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、细菌等微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。 干扰进位的抗生素 引起读码错误的抗生素 影响肽键形成的抗生素 影响转位的抗生素
氯霉素 放线菌酮 嘌呤霉素 链霉素和卡那霉素 四环素族
二、其他干扰蛋白质生物合成的物质 （一）毒素 • 某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。 1．白喉毒素(diphtheria toxin)
2．蓖麻蛋白(ricin) • 蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B两条多肽链组成。 • A链是一种蛋白酶，可作用于真核生物核蛋白体大亚基的28S rRNA，催化其中特异腺苷酸发生脱嘌呤基反应，使28S rRNA降解，使核蛋白体大亚基失活； • B链对A链发挥毒性具有重要的促进作用，且B链上的半乳糖结合位点也是毒素发挥毒性作用的活性部位。
（二）干扰素 • 干扰素(interferon, IFN)是真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。 • 干扰素分为α-（白细胞）型、β-（成纤维细胞）型和γ-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型，分别具有其特异作用。
