| 信号肽的结构和功能 | | 点击： 作者：51protocol收集 来源： 时间： 2007-06-02 本站论坛 |
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信号肽的结构和功能
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肽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。
(一)信号假设的建立
1972年Milstein等发现免疫球蛋白IgG 轻链的前体要比成熟的IG在N-端多20氨基酸。他们推测这20个氨基酸可能和其通过ER进而分泌有关。美国Bloble实验室完成三项重要的实验支持了以上推测：（1）将IgG的mRNA在无细胞系统中，以游离核糖体体外合成时产生的蛋白是IgG的前体；若在无细胞系统中加入狗胰细胞的RER，就能产生IgG成熟蛋白。成熟的IgG轻链蛋白和前体蛋白相差的20个aa是疏水性很强的氨基酸；（2）加入蛋白水解酶不能使正在合成的IgG水解，而同时加入去垢剂就可以使其水解。由于蛋白酶只能作用于游离的蛋白而不能作用与膜结合的蛋白，所以表明IgG合成可能和RER的膜是结合的，而用去垢剂可将其和膜分离才得以水解；（3）用去垢处理骨髓瘤后所获得的多核糖体与膜分离，然后在离体的条件下继续进行新生肽的合成。经短时温育得到的是成熟的IgG，而长时温育得到的是前体IgG，此表明mRNA 5’端核糖体上合成的新生肽尚未来得及加工，而在3′端核糖体上合成的新生肽在核糖体未分离前已部分进入RER，经过了加工，切除了N-端的部分。
在以上实验的基础上Bloble和Dobberstin（1975）提出了信号假设（signal hypothesis），认为分泌蛋白N-端有一段信号肽，当新生肽长约50-70aa后，信号肽从核糖体的大亚基中露出，立即被RER膜上的受体识别并与之结合。在信号肽越膜进入RER内腔后被信号肽酶水解。正在合成的新生肽随着信号肽通过RER膜上的蛋白孔道穿过脂双层进入RER腔内。这一假设经过多年的继续研究又有了新的发展，但基本观点仍是正确的。Bloble因这项成就而荣获了1999年度nobel生理学或医学奖。
(二)信号肽的结构和功能
哺乳动物包括核糖体和ER膜的研究建立了膜插入机制模型。这些系统能将新生蛋白（nascent protein）包被起来进入膜。当将翻译后的前体蛋白分离出来时这个系统就不起作用。这表明开始合成时必须要和膜结合。
分泌蛋白的N-端通常由可被剪切的15-30aa的前导顺序组成，此顺序称为信号肽（signal sepuence），在N-端或靠近N端处有2-3个极性aa，而在信号肽的中部都是一个唯一的疏水核心或者由很多的疏水aa构成。信号肽中没有其它保守顺序也没有酸性基团。和导肽相似，信号肽也是可足以将任何附加的多肽转运进靶膜。例如将信号肽加在珠蛋白的N-端，就可使它不再留在胞液中，而是穿过膜而分泌到胞外。
信号肽可使正在翻译的核糖体附着到RER膜上。核糖体是通过信号肽的功能而附着并合成分泌蛋白的。因此游离的核糖体和膜结合核糖体之间本身并无差异。
信号肽是作为一种附着到ER膜上的信号识别，此可能通过开始合成出的N-端头几个氨基酸的疏水功能。然后蛋白链插进膜中，信号肽埋在膜中的一种蛋白酶所剪切这时核糖体已完成翻译，蛋白已延着导肽途经穿过膜。
盐冲洗过的膜不能启动核糖体的结合，取消盐洗，它的能力又可以恢复。盐洗的活性成分叫做信号识别蛋白（signal recognition particle ,SRP）。它是一个宽5-6nm,长23-24nm长条状的结构，且能分离出11S RNP复合体，含有6种蛋白（总分子量为240KDa）和一个小的75RNA（305碱基，100KDa）此7S RNA提供此蛋的结构骨架，没有这个骨架单个的蛋白不能装配。
SRP有三个重要的功能：
(1)它能和新生的分泌蛋白的信号肽相结合；(2)还能和位于膜上的蛋白受体相结合；(3)延伸制动。
SRP活性能在体外由单个成分获得再生。其实有功能的SRP可由一种7S RNA和其它一些蛋白组装而成。像其它转运和越膜蛋白一样，SRP普遍存在于真核生物中。
SRP和SRP受体二者的催化功能是将带有新生肽的核糖体转移到膜上。第一步是信号肽被SRP识别。然后SRP和其受体结合，核糖体结合到膜上。SRP受体在蛋白质转运中的作用是短暂的。当SRP和信号肽结合时，它阻止了翻译。蛋白合成停止。此是新合成的多肽链长70aa左右时发生的。（这样25-30残基的信号肽伸在核糖体外面，相邻的约40个aa仍在核糖体中）。
当SRP与其受体结合时，SRP释放出信号肽，然后核糖体和膜上的其它成分（尚未鉴别出）结合，此时翻译得到恢复。当核糖体被传递到膜上时，SRP及其受体的作用已完成了，又进入新的循环。再自由地发动另一些新生肽和膜的结合。
此SRP 7S RNA可分成两部分：5′端的100个碱基和3′端的45个碱基，这一段和Alu RNA顺序密切相关，因此定义为Alu结构域（Alu domoin）。RNA余下的部分由S RNA功能域（s RNA domain）构成。
RNP不同的部位对于靶蛋白具有相应三种功能。在体外用SRP的识别来研究每部分的功能。54KDa的蛋白只有一个分子，它不直接和RNA结合。而是和19KDa的蛋白结合，19KDa蛋白与RNA的两个未端结合。P54用来识别信号肽；P68/72双体结合于RNA的中心区域，它是用来识别SRP的受体及蛋白的越膜转运。P9/14二聚体结合在此RNA分子另一端的附近。它负责延伸制动。
SRP的受体是含有72Kda和30KDa两个亚基的二聚体。大亚基的N-端锚定在ER中，蛋白的大部分伸在胞液中，蛋白的此区域的大部分顺序与核结合蛋白相似，带有很多正电荷的aa，表明SRP受体识别SRP中的7S RNA，SRP受体小亚基的功能现在还不清楚。
为什么协同翻译的蛋白进入内皮网状系统，而翻译后转运的蛋白就要进入线粒体和叶绿体呢？还没有充分的证据来明确回答此问题，且在酵母中输入ER的蛋白却发生在翻译后转运，这使问题更为突出。两种过程对能量的需求是不同的。转运到线粒体或叶绿中需要一种电位差，而进入ER时需ATP。这并不意味着蛋白系统的作用涉及到能量的提供。核糖体的存在对于在协同翻译转运中维持蛋白进入膜中时的正确几何形状是需要的。
一种观点认为越膜转运所能涉及到蛋白构象的控制。若蛋白的顺序足以能被释放到胞质中的话，它产生的构象取决于含水的环境。以这种构象它可能不会穿过膜。SRP的能力是在核糖体和膜接触前抑制翻译，阻止蛋白释放在含水的环境中。然而以这种方法控制构象也仅是在信号肽位于N-端的情况下，在其它情况下是不行的。因此越膜运输还可能涉其到与转运蛋白结合，直接影响到他们结构的一些因子。
信号肽酶（signal peptidase）（在体外鉴别的）由6种蛋白组成的复合体。实际上只有其中的一种蛋白具有酶的活性，其它的蛋白可能起到修饰作用或者与形成一定的结构有关，如与在膜上的定位或形成膜上的通道有关。它们的量约和结合核糖体的量相等。表明它起到结构功能的作用。它位于ER膜的内表面上。表明信号肽在被切割前必须穿过膜。
膜上核糖体受体又称为多肽转运装置（translocation machinery）或核糖体亲和蛋白（Ribophorin）。可能由于核糖体受体和核糖体接触后，在膜上聚集而形成孔道，使信号肽及其相连的新生肽得以通过。此时SRP与其受体分离恢复游离状。翻译和转运完成后，核糖体大、小亚基相互解离，核糖体也发生解聚，通道消失，ER的膜也恢复完整的脂双层。
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