信号肽对原核表达有影响吗？
我想知道信号肽对原核表达有影响吗？？是不是带有信号肽的序列就不能在大肠杆菌中表达啊？ 谢了！
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信号肽有两种，一种是要切掉的，是我们常说的信号肽。另外一种是不切掉的，它引导蛋白质的定位的，也称之为锚定信号。信号肽大多位于氮端的，有个别位于C端的，如锚定信号。如果知道了ORF，一般是用预测的方法，常用的网站是：genome.cbs.dtu.dk/services/signalP。
如果是含有需要切掉的那种信号肽，最好在设计引物时就不要。因为这一部分通常没有功能，非常疏水，且位于蛋白翻译起始区域，会影响蛋白的表达量。有时，蛋白全长不表达，但是去掉信号肽区域，就能表达。

多谢您的解答，为表示鼓励，奖励酷币2个。

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年度诺贝尔生理学或医学奖。 (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。

德裔美国科学家布洛贝尔（G. Blobel），因对蛋白质分子中信号肽（signal peptide）的开创性研究，获得了1999年度诺贝尔生理学或医学奖。

蛋白质分子中的信号肽研究开始于20世纪60年代，这方面的工作是在研究分泌蛋白的基础上进行的，当时的研究旨在了解，在核糖体上合成的新生肽链是通过何种途径被分泌到细胞外的。布洛贝尔及其合作者最先于1975年提出了“信号假说”：最初合成的一些氨基酸残基具有信号功能，决定了相应的蛋白质是否被分泌。


肽链N末端的信号肽及其运作机制


科学家经过系统的研究后，发现在一些分泌蛋白的新生肽链N末端，有一段长度不等的肽段，通常由20～30个氨基酸残基组成。它们的存在，决定了含有这类肽段的新生肽链能被分泌到细胞外，而在已被分泌到细胞外的成熟蛋白质中，则不再含有这类肽段。含有这类肽段的肽链通常被称为蛋白质的前体，而这类肽段则被称为前肽 （prepeptide）, 或称为前序列 （presequence）。因为这类肽段是新生肽链分泌到细胞外的信号，后来发现它们也是一些蛋白质定位在质膜和其他一些与细胞外相通的细胞器（包括内质网、高尔基体和溶酶体等）内的信号，因而也被称为信号肽。


这些信号肽并不存在于成熟蛋白质中，因此只能从细胞内分离不成熟的肽链，然后测定它们的N末端氨基酸残基序列，才能了解信号肽的结构特征。经比较研究，发现分泌蛋白N末端信号肽的序列并没有很高的同源性，但是仍有一些可循的规律。其中疏水氨基酸比较多，而且信号肽又可分为几个部分，它们分别具有不同的结构特征，而且在行使信号功能时所起的作用各不相同。


新生肽链中的信号肽只有和相应的识别系统相互作用后，才能发挥作用。信号肽运作的机制相当复杂，有关组分包括信号肽识别颗粒（SRP）及其受体、信号序列受体（SSR）、核糖体受体和信号肽酶复合物等。这些组分中大多数是由多个蛋白质分子组成的复合物，有的还含有核酸。例如，SRP就由1条RNA（约300个核苷酸）和6条肽链组成。信号肽发挥作用时，首先是尚在延伸的、仍与核糖体结合的新生肽链中的信号肽和SRP结合，然后通过三重结合，确保新生肽链正确无误地附着并进入内质网腔，随后被分泌到细胞外。


这三重结合是：信号肽和SSR的结合、SRP和其受体的结合，以及核糖体和其受体的结合。当信号肽将新生肽链引导进入内质网腔内后，在信号肽酶复合物的作用下，已完成使命的信号肽被切除，被切除信号肽的肽链在内质网腔和高尔基体内，进一步受到各种类型的转译后的加工，包括肽链的折叠、一些残基的修饰（例如糖基化等）、前体的激活等，最终成为有特定结构和功能的蛋白质，并被定位到机体中的特定部位行使其功能。


信号肽与蛋白质全方位定位、修饰和降解


布洛贝尔等早年提出的信号肽是与分泌蛋白相关的，然而许多细胞内蛋白质的新生肽链在合成后，和分泌蛋白一样，也进入内质网内，但是并没有被分泌到细胞外，而是定位在细胞质膜上，或是定位在内质网、高尔基体的腔内或其细胞器的膜上；还有许多蛋白质的新生肽链在合成后，被转运到细胞核、线粒体和其他细胞器内。在“信号假说”的启示和有关蛋白质氦基酸序列的比较研究基础上，一系列和N末端信号肽不同的新的信号肽也先后被发现。这些信号肽负责不同类型蛋白质的新生肽链的定位。信号肽的功能，已经突破了研究初期的局限，它不仅决定一个蛋白质是否为分泌蛋白，而且和蛋白质或其新生肽链在细胞内的全方位的定位有关。


新生肽链或蛋白质中，一些残基的化学修饰也是转译后加工的一个重要内容。发生修饰的残基决不是任意的，也和肽链中的氨基酸序列密切相关。从这个意义而言，这些和残基修饰有关的肽段，也可认为是残基修饰的信号肽。例如，在肽链中连接有N－糖链的天冬酰胺残基（N），一定是位于Nx（S／T）这种特定三肽序列中的天冬酰胺。又如，一些蛋白质的C末端附近可以为萜类所修饰，能接上萜类的半胱氨酸酸残基，同样是具有特定序列的C末端四肽中的半胱氨酸酸残基，而且其中某些残基还决定了所接上的萜类的长度。为此，可认为在肽链中尚存在着与残基修饰相关的信号肽。


还有一些肽段的存在与含该肽段肽链的降解有关，这类肽段可以视为肽链降解的信号肽。例如，细胞质中某些常有KFERQ/RIDKQ序列的蛋白质易于进入溶酶体，然后在那里被降解。又如，细胞质内快速被降解的蛋白质通常含有PEST四肽序列。


以上几个例子说明，信号肽的概念已经由原来的决定蛋白质是否被分泌的信号，拓展为决定蛋白质在细胞内的全方位的定位，甚至可拓展为决定残基修饰和肽链降解的信号。


决定蛋白质定位的非肽类信号


在深入研究蛋白质细胞内定位的过程中，科学家还发现，定位于溶酶体中的蛋白质的氨基酸序列中，并没有高度同源的序列，但却都含有特定的糖链结构，即甘露糖－6－磷酸。定位于溶酶体中的蛋白质，在新生肽链合成后，和分泌蛋白一样，先在N末端的信号肽帮助下，进入内质网，然后被糖基化。但与其他蛋白质的糖基化不同的是，这类蛋白质的糖链中，特定甘露糖基的6位接上磷酸－N－乙酰氨基葡萄糖，经酶作用切除N－乙酰氨基葡萄糖，产生了甘露糖－6－磷酸。后者再和专一的受体结合，将蛋白质引导进入溶酶体中。甘露糖－6－磷酸及其受体，是目前研究得比较清楚的非肽类的蛋白质定位信号。


迄今为止，对何种信号决定了蛋白质在合成后滞留在细胞质中，还知之甚少。相当多的细胞质中的蛋白质，其N末端是被酰化的。酰化是否就是蛋白质留在细胞质中的信号，还有待进一步的研究。如果确是如此，则酰化将是又一种非肽类的蛋白质定位信号。


结 语 和 展 望


以往，人们着重于蛋白质的结构和功能的研究，提出了蛋白质的结构层次，导致了结构生物学的诞生。布洛贝尔等的开创性工作，为蛋白质的研究开辟了崭新的领域：蛋白质的空间属性。蛋白质的结构和功能研究固然重要，然而，离开了蛋白质的空间定位讨论蛋白质的功能，在一定程度上，是没有意义的。


从理论上看，目前虽然已经发现了许多不同类型的信号肽和蛋白质定位信号，但是对有些蛋白质（如高尔基体膜上蛋白质），定位的信号仍不了解。除了N末端与新生肽链进入内质网有关的信号肽，以及进入溶酶体的信号甘露糖－6－磷酸的运作机制研究得较多外，其他的信号肽是如何起作用的，还知之甚少。例如，关于决定蛋白质滞留在内质网腔内的信号肽KDEL，对其受体的研究还刚开始。这方面的研究尚有待深入。


蛋白质的定位和相关的信号肽研究不仅有重要的理论意义，而且也有其潜在的应用价值。


在有机体内，所有的生物分子都是协同作用的，均是在特定的部位、特定的时间，行使其特定的功能。如果溶酶体中诸多的水解酶没被特定的信号局限在溶酶体内，而散流在细胞和机体的任意部位，对细胞和机体将是危害无穷的。同样地，在细胞内合成的蛋白质如果不能正确定位，而是在不适当的部位大量堆积，必然会导致疾病的发生。目前已经发现，一些疾病与蛋白质的不正确定位有关。


在当前，利用基因工程技术生产药用蛋白质备受人们的关注，但是所用的技术路线不同，所取得的效果也有天壤之别。同样是在大肠杆菌中表达一种蛋白质，如果能给以合适的信号肽，就有可能得到分泌性的蛋白质产物，利于产物的分离纯化。


近年来，由于基因工程技术的不断完善，人们已经可以通过基因工程的方法，改造蛋白质的序列，制备各种融合蛋白。这些方法不仅是研究和发现与蛋白质定位相关的信号肽的有效手段，而且藉此人们还可有目的地改变蛋白质的定位。最近有些实验室在一些蛋白质的C末端，接上一些能导致蛋白质糖基磷脂酰肌醇化的肽段，从而将一些原本不存在于细胞质膜上的蛋白质定位了到质膜上，并称之为细胞表面工程。


随着对蛋白质空间属性认识的不断深入，肯定会出现更多与之相关的应用前景。


[1] Loh Y P. Mechanism of Intracellular Traf


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BoaRaton：CRC Press，l993


[2] 王克夷. 生命的化学，1995，15（2）：


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来源 http://blog.bioon.cn/user1/863/archives/2005/28532.shtml

多谢您的解答，为表示鼓励，奖励酷币2个。

楼上说的很详细啊 辛苦了

有学到了一点东西，谢谢。

“有时，蛋白全长不表达，但是去掉信号肽区域，就能表达”赞同

受教了。