蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸

1、山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院第一節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選第二節(jié)細胞內(nèi)膜泡第一節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選一、膜泡觀二、COPII包被膜泡的裝配與三、COPI包被膜泡的裝配與四、網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與五、轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定和融合六、細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝內(nèi)膜系統(tǒng)的駐留蛋白、胞質(zhì)游離核糖體外蛋白、于細胞 核、線粒體、葉綠體、過 氧化物酶體 及基質(zhì)中的 蛋白膜蛋白粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體 1972年Milstein和他同事用分離純化的核糖體在非細胞體系中用編碼免疫球蛋白輕鏈的mRNA指導(dǎo)多肽，發(fā)現(xiàn)的多肽比到細胞

2、外的成免疫球蛋白在N端有一段多出的肽鏈。 這一段多肽鏈只出現(xiàn)在過程中，而不出現(xiàn)在成蛋白中，推測這段肽鏈具有信號作用。如果蛋白質(zhì)在過程中的確存在一段具有信號作用的肽段，利用這一肽段實現(xiàn)蛋白的目的還需要什么條件？胞質(zhì)游離的核糖體上開始向粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上完成向胞外 引導(dǎo)新的肽鏈轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的信號序列稱為信號肽，位于新肽鏈的N端或中部，一般有16-26個氨基酸殘基。由于信號肽又是引導(dǎo)肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的一段序列，又稱開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfer sequence）。肽鏈的N端，一般有16-26個氨基酸殘基，包信號肽位于新括疏水區(qū)（h)、信號肽的C端和N端三部分。信號肽沒有嚴格的

3、專一性，目前尚未發(fā)現(xiàn)共同的信號序列。SRP是由蛋白和RNA 白體。于細胞質(zhì)中，的核糖SRP上有3個功能結(jié)構(gòu)域：1.2.3.信號肽識別結(jié)合位點；翻譯暫停結(jié)構(gòu)域；SRP受體蛋白結(jié)合位點。于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，是異二聚體的膜整合蛋白。 其作用是與SRP發(fā)生特異結(jié)合，將多肽鏈從胞質(zhì)拉到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。易位子是于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，由3-4個Sec61蛋白復(fù)合體的一個類似于炸面圈的結(jié)構(gòu)。信號假說共翻譯轉(zhuǎn)運途徑 開始轉(zhuǎn)移序列：蛋白質(zhì)氨基末端的信號序列除作為信號被SRP識別外，還具有起始穿膜轉(zhuǎn)移的作用。 停止轉(zhuǎn)移序列：肽鏈中還有某些序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜具有很強的親和力而結(jié)合在脂雙層之中，這段序列不再轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，稱為停止轉(zhuǎn)移序列。

4、 起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)。多肽鏈的與信號序列氨基端與羧基端哪個所帶的正電荷相對較多有關(guān)。一般說來，帶正電荷較多的一側(cè)朝向細胞質(zhì)一側(cè)。 線粒體、葉綠體中的絕大多數(shù)蛋白質(zhì)以及過氧化物酶體中的蛋白質(zhì)也是在某種信號序列的指導(dǎo)下進入這些細胞器中，這些序列稱為導(dǎo)肽。其基本的特征是蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中以后再轉(zhuǎn)移到這些細胞器中，稱為后翻譯轉(zhuǎn)運（post translocation）。蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質(zhì)的幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。 細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)之所以能夠定向的轉(zhuǎn)運到特定的細胞器取決于兩個方面：其一是蛋白質(zhì)中

5、包含特殊的信號序列；其二是細胞器上特定的信號識別裝置分選受體。信號功能舉 例蛋白進入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe- Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滯留在ER中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白進入線粒體+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu

6、-Leu-進入細胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-進入過氧化物酶體-Ser-Lys-Leu-后翻譯轉(zhuǎn)運途徑：在細胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上完成多肽鏈，然后轉(zhuǎn)運至膜的細胞器，如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體及細胞核，或者成為細胞質(zhì)基質(zhì)的可溶性駐留蛋白和支架蛋白；共翻譯轉(zhuǎn)運途徑：蛋白質(zhì)在游離核糖體上起始之后由信號肽引導(dǎo)轉(zhuǎn)移至粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后新生肽邊邊轉(zhuǎn)入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，再經(jīng)高爾基體包裝運至溶酶體、細胞質(zhì)膜或到細胞外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體本身的蛋白也是通過這條途徑分選的。蛋白質(zhì)分選的轉(zhuǎn)運方式分選類型1.2.3.4.蛋白質(zhì)的跨膜膜泡選擇性的門控細胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運 后翻譯轉(zhuǎn)運途徑

7、中轉(zhuǎn)運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細胞器的蛋白質(zhì)分選是一個多步過程，需要多個不同的靶向序列，在轉(zhuǎn)運肽和基它空間定們信號序列的指導(dǎo)下，通過膜上的輸入裝置，細胞將不同的蛋白質(zhì)胞器的不同區(qū)域。到這些細 膜泡是蛋白的一種特有的方式，普遍存在于真核細胞中。在轉(zhuǎn)運過程中不僅涉及蛋白本身的修飾、和組裝，還涉及到多種不同膜泡定向程。及其復(fù)雜的調(diào)控過在細胞勻漿和超速離心過程中，由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡結(jié)構(gòu)稱為微粒體。雖然這是形態(tài)上的人工產(chǎn)物，但在生化研究中常把它與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等同。（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能1、蛋白質(zhì)的是糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能2、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂類3、蛋白質(zhì)的修飾與4、新生

8、多肽的折疊與組裝5、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其它功能（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其信號調(diào)控的重要場所 細胞中蛋白質(zhì)的都是起始于細胞質(zhì)基質(zhì)中游離核糖體。 在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的蛋白包括蛋白，整合膜蛋白、內(nèi)膜系統(tǒng)各種細胞器內(nèi)的可溶性蛋白（需要或修飾）。 其它的多肽是在細胞質(zhì)基質(zhì)是游離核糖體上的。包括細胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留蛋白、質(zhì)膜外周蛋白、核輸入蛋白、轉(zhuǎn)運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的蛋白。ER細胞所需的絕大多數(shù)膜脂，包括磷脂和膽固醇，但鞘磷脂和糖脂及部分線粒體和葉綠體的單一脂類除外。促化磷脂的磷脂酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，其活性部位在膜的細胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)。磷脂轉(zhuǎn)位因子可將新向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面。的脂類會由細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)磷脂的轉(zhuǎn)運 在磷脂轉(zhuǎn)位因子的作

9、用下，新的脂類會由細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面。它對含膽堿的磷脂（鞘磷脂和磷脂酰膽堿） 要比對含絲氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂轉(zhuǎn)位能力強，因此導(dǎo)致了磷脂在膜上分布的不對稱性。ER膜質(zhì)膜出芽 在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)通常要發(fā)生四種基本修飾：發(fā)生在ER和高爾基體的蛋白質(zhì)糖基化在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成二硫鍵蛋白質(zhì)折疊和多亞基蛋白的裝配在ER、高爾基體和泡發(fā)生特異性的蛋白質(zhì)水解切割 N-連接的糖基化起始于ER，結(jié)束于高爾基體。糖基連接到天冬酰胺的氨基N上。 O-連接的糖基化發(fā)生于高爾基體中，糖基連接到Ser/Thr的羥基O上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔是非還原性的環(huán)境，極易形成二硫鍵。蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（protein disulfide i

10、somerase，PDI）切斷二硫鍵，幫助新正確折疊的狀態(tài)。的蛋白重新形成二硫鍵并處于結(jié)合蛋白（Binding protein，Bip，chaperone）識別不正確折疊的蛋白或未組裝好的蛋白亞新折疊與組裝。，并促進它們重蛋白二硫鍵異構(gòu)酶和Bip等蛋白都具有KDEL 或 HDEL 4肽信號以保證它們滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。 肝細胞的解毒作用（Detoxification）：肝細胞中存在細胞色素P450酶系，在這些酶的作用下，可以使在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的不溶于水的毒物或代謝產(chǎn)物羥基化而完全溶于水的物質(zhì)，并通過尿液排出體外。 類固醇激素的 儲存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+ 泵入肌

11、質(zhì)網(wǎng)腔中。 為細胞質(zhì)基質(zhì)中很多蛋白提供了附著位點。（一）高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與極性（二）高爾基體的功能高爾基體的主要功能是將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的多種蛋白質(zhì)進行、分類與包裝，然后分門別類地運送到細胞特定的部位或到細胞外。1、高爾基體與細胞的活動2、蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾3、蛋白酶的水解和其他過程（一）高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與極性電鏡下高爾基體是由扁平膜囊和大小不等的囊泡高爾基體是一種有極性的細胞器高爾基體各部膜囊的種標志細胞化學(xué)反應(yīng)的3個部分組成，每一部分又可高爾基體至少由互相能劃分出更精細的間隔 溶酶體酶的包裝與分行途徑 可調(diào)節(jié)性途徑 組成型途徑 糖基化的蛋白質(zhì)寡糖鏈具有促進蛋白質(zhì)折疊和增強蛋白穩(wěn)定性的作用。

12、蛋白質(zhì)糖基化修飾使不同蛋白質(zhì)攜帶不同標志，以利于在高爾基體進行分行與包裝，同時保證糖蛋白從糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體膜囊單向轉(zhuǎn)移。 細胞表面的寡糖鏈可通過與凝集間的特異性作用，直接介導(dǎo)細胞間的雙向通訊，或參與分化、發(fā)育等多種過程。 寡糖鏈可作為生物之間的識別。標志參與機體細胞間識別，以及宿主細胞與病原微特征N-連接O-連接部位粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要在高爾基體方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去與之結(jié)合的氨基酸殘基天冬酰氨絲氨酸、蘇氨酸、羥脯、羥賴最終長度至少5個糖殘基1-4個糖殘基第一個糖殘基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺 無生物活性的蛋白原Ú高爾基體Ú切除N端或兩端的序列Ú

13、;成多肽。 蛋白質(zhì)前體Ú高爾基體Ú水解Ú同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽等。 含有不同信號序列的蛋白質(zhì)前體Ú高爾基體Ú 同一種蛋白質(zhì)前體Ú不同細胞以不同的方式成不同的產(chǎn)物。Ú不同的多肽。方式多樣性的可能：²確保小肽的有效；²彌補缺少包裝并轉(zhuǎn)運到²有效地防止這些活性物質(zhì)在泡中的必要信號；它的細胞內(nèi)起作用。溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。溶酶體是單層、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要膜功能是進行細胞內(nèi)的消化作用。（一）溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型（二）溶酶體的功能（三）溶酶體的發(fā)生（四）溶酶體與疾病

14、溶酶體是一種異質(zhì)性（heterogenous）的細胞器，不同溶酶體的形態(tài)大小、甚至其中所包含的水解酶的種類都有很大的不同。溶酶體的類型溶酶體膜的結(jié)構(gòu)特點 溶酶體根據(jù)處于其生理功能的不同階段，大致可分為初級溶酶體、次級溶酶體和殘。 嵌有質(zhì)子泵，利用ATP水解以形成和維持酸性的內(nèi)環(huán)境；的能量將H+泵處溶酶體內(nèi)， 具有多種載體蛋白用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解，以保持其穩(wěn)定。1、清除無用的生物大、衰老的細胞器及衰老損傷和的細胞2、防御功能3、其它重要的生理功能作為細胞內(nèi)的消化“”為細胞提供營養(yǎng)；腺細胞中，溶酶體攝入顆粒參與過程的調(diào)節(jié)參與清除贅生組織或退行性變

15、化的細胞；（acrosome）反應(yīng)過程中的的并經(jīng)N-連接的糖基化基礎(chǔ)修溶酶體酶是在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上飾，然后轉(zhuǎn)運至高爾基體，在高爾基體的cis面膜囊中寡糖鏈上的甘露糖殘基被磷酸化形成M6P，在高爾基體trans面膜囊和TGN膜上存在M6P受體，溶酶體酶通過與其受體結(jié)合得以濃縮，最后以出芽的形式轉(zhuǎn)運到溶酶體中。分選途徑多樣化以出芽的方式轉(zhuǎn)運到前溶酶體溶酶體酶分選與局部濃縮高爾基體trans-膜囊和TGN膜（M6P受體）磷酸化識別信號：信號斑M6P磷酸葡萄糖苷酶N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶高爾基體cist膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化溶酶體酶的及N-連接的糖基化修飾（RER） 溶酶體酶或溶酶體酶的代謝環(huán)節(jié)

16、故障，影響細胞代謝，引起疾病。如臺-薩氏（Tay-Sachs）等各種儲積癥。 溶酶體吞入了不能消化的成分，從而造成溶酶體膜破裂，出其中的水解酶，最終導(dǎo)致細胞噬二氧化硅所引起的矽肺和石棉肺。如肺部細胞吞 某些病原體（麻瘋桿菌、利什曼原蟲或）被細胞攝入，進入吞噬泡但并未被殺死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞內(nèi)體中的酸性環(huán)境）過氧化物酶體又稱微體(microbody)，是由單層膜含一種或幾種氧化酶類的異質(zhì)性細胞器。的內(nèi)（一）過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別（二）過氧化物酶體的功能（三）過氧化物酶體的發(fā)生特征溶酶體過氧化物酶體形態(tài)大小多為球形，直徑0.2- 0.5m，無酶晶體球形，哺乳動物中直徑多為0.15

17、-0.25m， 內(nèi)常有酶晶體酶種類酸性水解酶含氧化酶類pH值5左右7左右是否需氧不需要需要功能細胞內(nèi)的消化作用多種功能發(fā)生酶在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成經(jīng)高爾基體出芽形成酶在細胞質(zhì)中經(jīng)裝配形成標志酶酸性磷酸酶過氧化氫酶 動物細胞（肝細胞或腎細胞）中的過氧化物酶體過氧化物酶體可氧化分解血液中的成分，起到解毒的作用。 過氧化物酶體分解脂肪酸等高能向細胞直接提供熱量。 在植物細胞中過氧化物酶體的功能：²在綠色植物葉肉細胞中，它催化CO2固定反應(yīng)副產(chǎn)物的氧化，即光呼吸反應(yīng)。²乙醛酸循環(huán)反應(yīng)，在萌發(fā)過程中，過氧化物酶體降解儲存的脂肪酸Ú乙酰輔酶AÚ琥珀酸Ú葡萄糖。

18、過氧化物酶體經(jīng)進一步裝配形成成后形成子代的細胞器，子代的過氧化物酶體還需要細胞器。 組成過氧化物酶體的蛋白均由核然后轉(zhuǎn)運到過氧化物酶體中。編碼，主要在細胞質(zhì)基質(zhì)中， 過氧化物酶體蛋白分選的信號序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）：² PTS1為Ser-lys-leu，多存在于基質(zhì)蛋白的C端。² PTS2為Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基質(zhì)蛋白的N端。²過氧化物酶體膜上存在幾種可與信號序列相識別的可能的受體。 過氧化物酶體的膜脂可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上后轉(zhuǎn)運而來。COPII包被膜泡介導(dǎo)細胞內(nèi)順向，即負責從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)。COPII包的蛋白組成：GTP結(jié)合蛋白Sar1小Sec23/Sec24復(fù)合物Sec13/Sec14復(fù)合物蛋白Sec16COPI包被介導(dǎo)細胞骨膜泡逆向，負責從高爾基體膜囊到高爾基體順面膜囊以及從高爾基體順面膜囊到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜泡。COPI包含七種不同的蛋白質(zhì)亞基和調(diào)節(jié)膜泡轉(zhuǎn)運