第六章 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)與蛋白質(zhì)分選

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第四節(jié)蛋白質(zhì)分選的基本原理

從系統(tǒng)發(fā)生來(lái)看內(nèi)膜系統(tǒng)起源于質(zhì)膜的內(nèi)陷和內(nèi)共生（線粒體、葉綠體），從個(gè)體發(fā)生來(lái)看新細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)來(lái)源于原有內(nèi)膜系統(tǒng)的分裂。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行分裂時(shí)，不僅要進(jìn)行染色體和細(xì)胞核的復(fù)制，同時(shí)各種細(xì)胞器通過(guò)吸收新合成的成分長(zhǎng)大，然后隨著細(xì)胞的分裂分派到子細(xì)胞中去。細(xì)胞不能從無(wú)到有產(chǎn)生所有膜性細(xì)胞器，新的膜性細(xì)胞器來(lái)源于已存在細(xì)胞器的分裂。假使完全移除細(xì)胞內(nèi)所有的過(guò)氧化物酶體，細(xì)胞根本不能重建新的過(guò)氧化物酶體，由于過(guò)氧化物酶體中具有選擇性地接受細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)位因子（translocator）。細(xì)胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)之所以能夠定向的轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的細(xì)胞器取決于兩個(gè)方面：其一是蛋白質(zhì)中包含特別的信號(hào)序列（signalsequenceortargetingsequence），其二是細(xì)胞器上具特定的信號(hào)識(shí)別裝置（分選受體，sortingreceptor），因此內(nèi)膜系統(tǒng)的發(fā)生具有核外遺傳的特性。

一、蛋白質(zhì)分選信號(hào)

細(xì)胞類至少存在兩類蛋白質(zhì)分選的信號(hào)（圖6-1）：

①信號(hào)序列（signalsequence）：存在于蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)上的線性序列，尋常15-60個(gè)氨基酸殘基，有些信號(hào)序列在完成蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)移后被信號(hào)肽酶（signalpeptidase）切除.

②信號(hào)斑（signalpatch）：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構(gòu)成信號(hào)斑的信號(hào)序列之間可以不相鄰，折疊在一起構(gòu)成蛋白質(zhì)分選的信號(hào)。

蛋白質(zhì)分選信號(hào)的作用是引導(dǎo)蛋白質(zhì)從胞質(zhì)溶膠進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體，也可以引導(dǎo)蛋白質(zhì)從細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)或從Golgi體進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。這種分選信號(hào)的氨基酸殘基有時(shí)呈線性排列，有時(shí)折疊成信號(hào)斑，如引導(dǎo)蛋白質(zhì)定向運(yùn)輸?shù)饺苊阁w的信號(hào)斑，是溶酶體酸性水解酶被高爾基體選擇性加工的標(biāo)識(shí)。

圖6-1兩類分選信號(hào)引自MolecularBiologyoftheCell.4thed.2023

表1一些典型的分選信號(hào)

功能輸入細(xì)胞核輸出細(xì)胞核輸入線粒體信號(hào)序列-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val--Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-+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-Leu-+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-輸入質(zhì)體Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu-Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-輸入過(guò)氧化物酶體-Ser-Lys-Leu-COO-+輸入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln--Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）Tyr-X-X-Φ返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由質(zhì)膜到內(nèi)體每一種信號(hào)序列決定特別的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方向，如輸入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)尋常N端具有一段信號(hào)序列，含有6-15個(gè)帶正電荷的非極性氨基酸。由高爾基體返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)，其C端的四個(gè)氨基序列，一些已知的分選信號(hào)見(jiàn)表1。目前對(duì)于信號(hào)斑了解較少，主要是由于它存在于繁雜的三維結(jié)構(gòu)中，很難將其分開(kāi)出來(lái)研究。

二、蛋白質(zhì)分選運(yùn)輸?shù)耐緩?/p>

蛋白質(zhì)的分選運(yùn)輸途徑主要有三類：

1、門控運(yùn)輸（gatedtransport）：如核孔可以選擇性的主動(dòng)運(yùn)輸大分子物質(zhì)和RNP復(fù)合體，并且允許小分子物質(zhì)自由進(jìn)出細(xì)胞核。

2、跨膜運(yùn)輸（transmembranetransport）：蛋白質(zhì)通過(guò)跨膜通道進(jìn)入目的地。如細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)在信號(hào)序列的引導(dǎo)下，通過(guò)線粒體上的轉(zhuǎn)位因子，以解折疊的線性分子進(jìn)入線粒體。

3、膜泡運(yùn)輸（vesiculartransport）：蛋白質(zhì)被選擇性地包裝成運(yùn)輸小泡，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞器。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸、高爾基體分泌形成溶酶體、細(xì)