导肽

游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号

导肽（leading peptide），又称导向序列（targeting sequence），它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。

基本信息

导肽(leading peptide)

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(特别是精氨酸和赖氨酸)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的双层膜。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要导肽酶切除导肽;⑥通过接触点进入;⑦非折叠形式运输。

结构和功能

导肽介导的蛋白转运

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 gene）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。

MPP水解切除导肽的肽酶

越膜运输需要ATP的水解，蛋白磷酸化和转运直接相关，它需要ATP为转运装置的成份提供能量，或者为转运时多肽的去折叠所需。看来越膜转运，导肽与膜的结合早期阶段并不需要ATP水解，而是进入膜以后或转运的本身需要ATP。

是什么为越膜提供了力量呢？进入线粒体（及细菌的输出）需要一种电化学的电势（electrochemical potential）使导肽的N-端穿过内膜（inner membrane）进行转运。蛋白质其余部分的转运并不需膜电位，这就意味着导肽结构就足以越过脂双层所构成的障碍。

是什么限制了转运的亲水蛋白通过疏水性的膜呢？氨甲喋呤（Methotrexate）的发现解决了这一问题。它可作DHFR的标识，并阻碍线粒体导肽融合的DHFR转运到线粒体中与靶结合，氨甲喋呤在DHFR越膜时阻碍了此酶形成非折叠。因此虽转运蛋白的顺序不适合于靶目标，但为了使它的导肽穿过膜就需要随之而形成非折叠的构象。

穿越线粒体膜需要一系列的折叠和非折叠。当完成合成后，新合成的蛋白被释放到胞液中后就形成了折叠。而穿越线粒体膜时又需要非折叠的构象。蛋白越膜以后以非折叠的状态存在，但需进一步折叠成成熟的构象。最后的折叠需要一种附属蛋白-分子伴侣（chaperonin）的存在。

线粒体输入装置的很多成分已被鉴别出来，在输入的第一阶段是与外膜（outer membrane）上的受体结合，蛋白再进入输入孔道。各种受体对于输入蛋白存着特异性。有的蛋白只有一种受体，有的有多种受体。

当已输入的蛋白锚定在基质上时，它和基质蛋白hsp（heat shock）70结合，这是一种和其它应激（stress）蛋白hsp70有关的分子伴侣（应激蛋白或热休克）蛋白都因应激而产生的分子伴侣，其作用是和不适当折叠的蛋白相结合。很可能当hsp70从内膜露出时对于蛋白的非折叠构象的形成是高效的，它可帮着把蛋白拉过孔道。

在线粒体基质中应激蛋白hsp60可激活分子伴侣。Hsp60是以一种大的寡聚体式存在（14个亚基，60KDa）。它和细菌的分子伴侣GroEL同源。当hsp60和输入蛋白结合时，它维持这些蛋白的松散折叠的形式。通过ATP的裂解它可被释放出来。此hsp60寡聚体可以提供一个基质蛋白上的支架将输入蛋白装配成成熟型。对于输入蛋白亚基连接形成寡聚复合体是需要与hsp60结合，一种输入蛋白在形成适当构象的过程中可以由hsp70传递给hsp60。

线粒体蛋白在两种不同的条件下年折叠：存在离子和分子伴侣的条件在胞液中和在线粒体基质中是不同的，在线粒体中的折叠是特异地靠hsp60的帮助。由此可能形成不同的构象。线粒体蛋白只有在线粒中才能获得成熟的构象。

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