蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸

關(guān)于蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號（1）信號假說（Signalhypothesis）的內(nèi)容

1975年G.Bloblel和D.Sabatini推測，蛋白質(zhì)N端攜帶信號肽，可指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。因此獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學獎。

（一）信號假說第2頁,共54頁，星期六，2024年，5月

信號肽（signalpeptide），又稱開始轉(zhuǎn)移序列。

位于蛋白質(zhì)Ｎ端，由16－26個氨基酸殘基構(gòu)成，其中包括疏水區(qū)（h）、信號肽的C端(c)和N端(n)三部分?？緾端具有酶切位點。

作用：①作為信號被SRP識別；②起始穿膜轉(zhuǎn)運的作用信號肽的一級結(jié)構(gòu)序列２、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分第3頁,共54頁，星期六，2024年，5月

信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）SRP存在于胞質(zhì)中，是一種核糖核蛋白體。由6個不同的多肽亞單位和一個小的7SRNA分子組成，屬于一種核糖核蛋白(ribonucleoprotein,RNP)。

作用：與信號肽的疏水核心結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成暫停，防止新生肽N端損傷和成熟前的折疊。圖8-2信號識別顆粒（SRP）的結(jié)構(gòu)第4頁,共54頁，星期六，2024年，5月

信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白dockingprotein，DP），存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，為異二聚體。

作用：與SRP特異結(jié)合。

第5頁,共54頁，星期六，2024年，5月

移位子（translocon）:由3-4個Sec61蛋白構(gòu)成的通道，每個Sec61由3條肽鏈組成。

內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）:與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續(xù)進入網(wǎng)腔，成為跨膜蛋白。

內(nèi)在信號錨定序列（intersignalanchorsequence,SA）開始轉(zhuǎn)移序列和停止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜的次數(shù)

第6頁,共54頁，星期六，2024年，5月綜上，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及到以下成分：

信號肽，又稱為開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）

信號識別顆粒（SRP）

信號識別顆粒的受體（DP）

信號肽酶

移位子（translocon）

內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）

內(nèi)在信號錨定序列（intersignalanchorsequence,SA）………………第7頁,共54頁，星期六，2024年，5月（二）信號肽與共翻譯轉(zhuǎn)運分泌蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運（cotranslationaltranslocation)?？扇苄缘鞍椎暮铣膳c轉(zhuǎn)運過程跨膜蛋白的合成與轉(zhuǎn)運過程第8頁,共54頁，星期六，2024年，5月（1）可溶性蛋白的合成與轉(zhuǎn)運過程①核糖體組裝、細胞質(zhì)中翻譯起始,形成信號肽；②信號肽與SRP結(jié)合，肽鏈合成暫時停止；③SRP與受體結(jié)合，核糖體附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的易位子上；④SRP釋放與易位子通道打開；⑤信號肽被信號肽酶切除;⑥肽鏈開始延伸并不斷向內(nèi)腔運輸（共轉(zhuǎn)運）；⑦核糖體大小亞基解離，肽鏈延伸終止;⑧釋放合成的蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔，并完成蛋白折疊。第9頁,共54頁，星期六，2024年，5月圖8-3分泌性蛋白的合成與其跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運圖解第10頁,共54頁，星期六，2024年，5月圖8-3分泌性蛋白的合成與其跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運圖解第11頁,共54頁，星期六，2024年，5月轉(zhuǎn)運特點：

①信號肽（開始轉(zhuǎn)移序列）分

N端信號肽和內(nèi)部信號肽（信號序列位于肽鏈內(nèi)部）兩種。

②停止轉(zhuǎn)移序列，即肽鏈上一段與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合力很高的序列，在過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜時，這段序列與雙脂層結(jié)合后不再進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，具有終止穿膜轉(zhuǎn)運的作用。

③跨膜蛋白的合成不進入ER腔中，而是以袢環(huán)形式存在于ER的膜中。（2）跨膜蛋白的合成與轉(zhuǎn)運過程第12頁,共54頁，星期六，2024年，5月第13頁,共54頁，星期六，2024年，5月第14頁,共54頁，星期六，2024年，5月（三）導(dǎo)肽與后翻譯轉(zhuǎn)運

導(dǎo)肽（leaderpeptide）:指導(dǎo)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體、葉綠體及過氧化物酶體等細胞器中的信號序列。

后翻譯轉(zhuǎn)運（post-translationaltranslocation）：蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后，再轉(zhuǎn)移到細胞器中的轉(zhuǎn)運過程。

基本特征：需要ATP，使多肽去折疊；還需要一些蛋白質(zhì)（分子伴侶）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。第15頁,共54頁，星期六，2024年，5月1.信號序列（signalsequence）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)移的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，對所引導(dǎo)的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。2.信號斑（signalpatch）：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構(gòu)成信號斑的信號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。（四）蛋白質(zhì)的分選信號第16頁,共54頁，星期六，2024年，5月靶向序列的主要特征第17頁,共54頁，星期六，2024年，5月

分選信號信號功能

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

-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-Leu-進入細胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-進入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-第18頁,共54頁，星期六，2024年，5月（一）蛋白質(zhì)分選途徑后翻譯轉(zhuǎn)運途徑：在細胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上完成多肽鏈合成，然后轉(zhuǎn)運到膜圍繞的各種細胞器

（線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核），或成為細胞質(zhì)基質(zhì)的可溶性駐留蛋白和骨架蛋白。共翻譯轉(zhuǎn)運途徑：在細胞質(zhì)基質(zhì)中多肽鏈合成起始后，轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后邊合成邊轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，再經(jīng)高爾基體運輸至溶酶體、細胞膜或分泌到細胞外。二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型

第19頁,共54頁，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（transmembranetransport）

是指細胞基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體、葉綠體、過氧化物酶體等細胞器。

蛋白質(zhì)的膜泡轉(zhuǎn)運（vesiculartransport）是指從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體進而分選至細胞的不同部位。

門控轉(zhuǎn)運（gatedtransport）是指細胞基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體選擇性的進入核內(nèi)或從細胞核內(nèi)返回細胞質(zhì)的過程。細胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運與細胞骨架密切相關(guān)

（二）蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運四種基本類型第20頁,共54頁，星期六，2024年，5月真核細胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型第21頁,共54頁，星期六，2024年，5月所有的蛋白質(zhì)都是通過核糖體，在細胞基質(zhì)內(nèi)起始合成的；在細胞基質(zhì)中完成合成的主要是細胞核、線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞基質(zhì)駐留蛋白。在ER中完成合成的主要是分泌蛋白、膜整合蛋白、內(nèi)膜系統(tǒng)細胞器中的可溶性駐留蛋白。合成后的多肽鏈依據(jù)自身氨基酸序列中所包含的信息進行折疊修飾，并且轉(zhuǎn)運到細胞的特定部位。第22頁,共54頁，星期六，2024年，5月細胞質(zhì)質(zhì)體過氧化物酶體線粒體細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體胞內(nèi)體高爾基體分泌泡細胞表面第23頁,共54頁，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入過氧化物酶體蛋白的分選三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和

過氧化物酶體的分選第24頁,共54頁，星期六，2024年，5月后翻譯轉(zhuǎn)運途徑中蛋白質(zhì)分選是一個多步過程：需要多個不同的靶向序列導(dǎo)肽：線粒體蛋白N端轉(zhuǎn)運肽：葉綠體前體蛋白N端

內(nèi)在靶向序列：過氧化物酶體蛋白C端其他空間定位信號序列蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運所需條件：分子伴侶、能量。分子伴侶（molecularchaperon）：細胞中幫助其他蛋白質(zhì)多肽鏈轉(zhuǎn)運、折疊或裝配，但并不參與最終產(chǎn)物組成的蛋白質(zhì)分子。如：熱休克（激）蛋白（heatshockprotein,Hsp）60、70和90家族等。第25頁,共54頁，星期六，2024年，5月導(dǎo)肽：位于線粒體前體蛋白N端的一段信號序列（約20個氨基酸殘基），能夠識別線粒體并牽引蛋白質(zhì)通過線粒體膜進行運送。特點：①含有豐富的帶正電荷的堿性氨基酸（精氨酸）；②含較高羥基氨基酸（絲氨酸）；③不含帶負電荷的酸性氨基酸；④可形成既具親水性又具疏水性的α螺旋結(jié)構(gòu)。1、蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體第26頁,共54頁，星期六，2024年，5月第27頁,共54頁，星期六，2024年，5月核基因編碼的線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運第28頁,共54頁，星期六，2024年，5月線粒體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的特點需要導(dǎo)肽需要輸入受體從內(nèi)、外膜接觸點進入（輸入孔道）基質(zhì)蛋白酶水解基質(zhì)靶向序列蛋白質(zhì)解折疊、重新折疊需要分子伴侶（Hsc70）的幫助需要能量第29頁,共54頁，星期六，2024年，5月葉綠體蛋白質(zhì)的運送及組裝2、葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入第30頁,共54頁，星期六，2024年，5月3、過氧化物酶體蛋白的分選第31頁,共54頁，星期六，2024年，5月第二節(jié)細胞內(nèi)膜泡運輸

一、膜泡運輸概觀膜泡運輸是蛋白運輸?shù)囊环N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、加工和組裝，還涉及到多種不同膜泡定向運輸及其復(fù)雜的調(diào)控過程。第32頁,共54頁，星期六，2024年，5月在細胞的膜泡運輸中：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當于重要的物質(zhì)供應(yīng)站，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白的駐留信號使得這類蛋白免于逃逸，故，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)又被稱為“開放的監(jiān)獄”。高爾基體是重要集散中心，主要聚集在微管組織中心(MTOC)附近，在細胞的膜泡運輸及其隨之而形成的膜流中起樞紐作用。推測高爾基體極性的維持是由于在高爾基體膜囊上結(jié)合有類似動力蛋白的蛋白質(zhì)。

一、膜泡運輸概觀

第33頁,共54頁，星期六，2024年，5月內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、分泌泡和細胞質(zhì)膜及胞內(nèi)體也都具有各自特異的成分，這是行使復(fù)雜的膜泡運輸功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。在膜泡中又必須保證各細胞器和細胞間隔本身成分特別是膜成分的相對恒定。

一、膜泡運輸概觀

第34頁,共54頁，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀第35頁,共54頁，星期六，2024年，5月二、三種不同類型的包被膜泡具有不同的物質(zhì)運輸作用

COPII包被膜泡

COPI包被膜泡

網(wǎng)格蛋白包被膜泡第36頁,共54頁，星期六，2024年，5月１、COPII包被膜泡

功能：介導(dǎo)細胞內(nèi)順向運輸，即負責從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高爾基體的物質(zhì)運輸；

組成：由5種蛋白亞基組成；包被蛋白的裝配是受控的；

特點：COPII包被膜泡具有對轉(zhuǎn)運物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。第37頁,共54頁，星期六，2024年，5月

裝配：Sar-GTP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的結(jié)合，起始COPII亞基的裝配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受體在腔面捕獲并富集被轉(zhuǎn)運的可溶性蛋白。第38頁,共54頁，星期六，2024年，5月２、COPI包被膜泡

功能：介導(dǎo)細胞內(nèi)膜泡逆向運輸，負責從高爾基體反面膜囊到高爾基體順面膜囊以及從高爾基體順面網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜泡轉(zhuǎn)運。

組成：含有8種蛋白亞基，包被蛋白復(fù)合物的裝配與去裝配依賴于ARF(GTP-bindingprotein)；

作用：負責轉(zhuǎn)運再循環(huán)的膜脂雙層、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的可溶性蛋白和膜蛋白，同時是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收錯誤分選的逃逸蛋白(escapedproteins）的重要途徑。

第39頁,共54頁，星期六，2024年，5月細胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機制：

轉(zhuǎn)運膜泡將駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運；

對逃逸蛋白的回收機制：通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu，KDEL)的特異性受體，以COPI包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。第40頁,共54頁，星期六，2024年，5月圖8-12不同類型的膜泡運輸膜泡既可運輸膜結(jié)合蛋白，又可運輸可溶性蛋白，其包裝特異性取決于被轉(zhuǎn)運蛋白的靶向分選序列（表8-4）。第41頁,共54頁，星期六，2024年，5月３、網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡

功能：負責蛋白質(zhì)從高爾基體TGN

質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運輸；在受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)吞途徑中，也負責將物質(zhì)從質(zhì)膜

細胞質(zhì)中的內(nèi)吞泡及胞內(nèi)體

溶酶體運輸

網(wǎng)格蛋白有被小泡形成的發(fā)源地是：高爾基體TGN和質(zhì)膜第42頁,共54頁，星期六，2024年，5月在高爾基體TGN區(qū)籠形蛋白有被小泡的形成示意圖第43頁,共54頁，星期六，2024年，5月

在細胞合成與分泌途徑中，不同膜組分之間三種不同的膜泡運輸方式:1.網(wǎng)格蛋白有被小泡：介導(dǎo)從高爾基體TGN

質(zhì)膜和胞內(nèi)體及溶酶體的運輸；

2.COPII有被小泡：介導(dǎo)順向運輸，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高爾基體的運輸；

3.COPI有被小泡：介導(dǎo)逆向運輸，即在高爾基體內(nèi)膜囊間和從cis膜囊、CGN

RER。小結(jié)此部分：第44頁,共54頁，星期六，2024年，5月在細胞合成-分泌、內(nèi)吞途徑中3種不同的主要膜泡運輸方式1.網(wǎng)格蛋白有被小泡2.COPII有被小泡3.COPI有被小泡第45頁,共54頁，星期六，2024年，5月膜泡運輸是特異性過程，涉及多種蛋白識別、組裝-去組裝的復(fù)雜調(diào)控。膜泡融合：

是特異性的選擇性融合，從而指導(dǎo)細胞內(nèi)膜流的方向。

選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用。三、轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定和融合第46頁,共54頁，星期六，2024年，5月第47頁,共54頁，星期六，2024年，5月膜泡錨定與融合的特異性是通過轉(zhuǎn)運泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用獲得的第48頁,共54頁，星期六，2024年，5月四、細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝