信号肽

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信号肽 signal peptide 某种分泌蛋白质及细胞膜蛋白质等,以前体物质多肽的形式合成,其N末端含有作为通过膜时之信号的氨基酸序列,这种氨基酸序列称信号肽或信号序列(signal sequence)。由约15—25个氨基酸所组成,在N末端附近除有碱性氨基酸外,还主要含疏水性氨基酸,特别是在其中部没有带电荷的氨基酸。在合成过程中前体物质多肽靠此序列与膜结合,接着形成膜结合型多核糖体,多肽链与其合成相平行地通过膜,并在通过膜时,由在存在膜上的肽酶将信号肽切断而除掉。为了解释动物细胞的分泌蛋白质通过细胞膜的机理而提出的信号学说(signal hypothesis),很受人们的重视。后果也发现了膜蛋白质的前体物质,而且已经知道在真核细胞原核细胞中都存在,认为与蛋白质的局部分布有关。

信号肽的结构和功能

各种结合在膜上或越膜的蛋白其特点是利用导上的各种信息来到达目的地。然而在一个细胞器外被翻译后再转运的导肽与协同翻译进入分泌途径的导肽的作用是不同的,后者常称为信号肽。

留在ER中,高尔基体中,质膜中或分泌到细胞外的蛋白它们与膜结合有一个明显的共同特点。核糖体合成这些蛋白与ER结合,这样新生蛋白能以共翻译的形式转运到ER中。

ER可以分成两种类型:

(1)膜结合多体的称为粗面内质网(rough ER,RER)为扁囊网;

(2)未结合多体的称为滑面内质网(smooth ER),为小管网。

ER在细胞中特别突出,分泌蛋白的大分子都在ER上合成。

在RER上合成的蛋白质是从核糖体直接越过膜进入ER,然后,蛋白质从ER膜再转运到高尔基体。导向它们的最终目的地。如溶酶体,或分泌胞,或质膜,如免疫球蛋白和多肽激素都是通过此途经分泌到细胞外。

导肽

又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence),它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。

导肽是新生蛋白N-端一段大约20~80个氨基酸的肽链, 通常带正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸赖氨酸)含量较为丰富, 如果它们被不带电荷的氨基酸取代就不起引导作用,说明这些氨基酸对于蛋白质的定位具有重要作用。这些氨基酸分散于不带电荷的氨基酸序列之间。转运肽序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸,并且有形成两性α螺旋的倾向。转运肽的这种特征性的结构有利于穿过线粒体双层膜。不同的转运肽之间没有同源性,说明导肽的序列与识别的特异性有关,而与二级或高级结构无太大关系。

导肽运送蛋白质时具有以下特点:①需要受体; ②消耗ATP; ③需要分子伴侣; ④要电化学梯度驱动; ⑤要信号肽酶切除信号肽; ⑥通过接触点进入;⑦非折叠形式运输。

导肽结构和功能

翻译后膜的插入依赖于前导顺序。线粒体和叶绿体都能合成其本身的核酸和某些蛋白。线粒体只合成约10种细胞器蛋白,叶绿体合成20%的细胞器蛋白,细胞器蛋白是在细胞液中合成的,和通过游离的核糖合成胞液的蛋白方式相同,合成后再转运到细胞器中。

进入线粒体或叶绿体的蛋白是要通过翻译后加工,初始合成的前体要比成熟的蛋白长12-20aa,前导肽负责细胞器外膜的初始识别,导肽起始了前体蛋白和细胞器膜的相互作用。导肽穿越过膜后被细胞器的蛋白酶切下转运继续进行整个的蛋白都穿越过膜,或直到中部的顺序导致转运的停止。

输入到线粒体或叶绿体的蛋白的导肽有很少的同源性。

导肽通常是疏水的。由非电负性氨基酸构成,中间夹有碱性氨基酸,而没有酸性氨基酸,羟基氨基酸含量高(特别是Ser),易形成双亲a螺旋轮。不同的前导顺序缺乏同源性,这意味着和识别有关的信号不是一极结构,而是二极三极结构,或这一区域产生的特点。有一种可能是此前导肽形成一种双亲螺旋(amphiphilic helix),即带电荷的基团在螺旋的一侧,不带电荷的在另一侧。

前导肽含有作为细胞器蛋白定位所需的所有信息。导肽的这种能力可以通过构建入工蛋白来检验。将来自细胞器的导肽和位于胞液中的蛋白连接起来。具体方法是构建融合基因(fusion gere)然后翻译成融合蛋白。

各种导肽通过这种实验表现出具有独立引导附着顺序进入线粒体或叶绿体靶位点的功能。导肽加到小鼠胞液蛋白二氢叶酸还原酶(DHFR,dihydrofllate reductase)上,此DHFR就可变成定位于线粒体的蛋白。

导肽和转运蛋白存在着独立折叠的结构域。如不改变附加上的顺序,导肽必须能折叠成一个适当的结构供细胞器表面受体识别。附加顺序对识别不起作用。

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