細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選和運(yùn)輸-細(xì)胞生物學(xué)-課件2-10

三、神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)中的通道激活,1,2,3,4,5,神經(jīng)沖動(dòng)(電信號(hào))的播散,Propagationofelectricsignals,5.乙酰膽堿受體與神經(jīng)肌接頭的化學(xué)-電信號(hào)轉(zhuǎn)換,神經(jīng)細(xì)胞,肌肉細(xì)胞,乙酰膽堿,乙酰膽堿受體,三、神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)中的通道激活,1,2,3,4,5,膜蛋白的區(qū)域性分布,蛋白在哪里合成的？是如何合成的？,封閉連接錨定連接通訊連接,細(xì)胞連接的類型,問題：細(xì)胞膜上的蛋白是哪里合成的？怎么來到細(xì)胞膜上的？,和其他的蛋白在哪里分道揚(yáng)鑣的？是如何分的？,Transcellulartransport,問題：細(xì)胞是如何完成蛋白的定向運(yùn)輸?shù)模?問題：細(xì)胞是如何將不同的膜蛋白運(yùn)送到細(xì)胞或者膜的不同的區(qū)域呢？,要實(shí)現(xiàn)蛋白的定向運(yùn)輸，細(xì)胞首先得面臨這樣的一個(gè)問題，即如何選擇和區(qū)分不同去向的蛋白，再把它們運(yùn)往特定的地方。,這就是分選(sorting),蛋白的分選,細(xì)胞根據(jù)蛋白是否攜有分選信號(hào)，以及分選信號(hào)的性質(zhì)，選擇性地將其送到細(xì)胞不同的部位。（蛋白的靶向運(yùn)輸proteintargeting）,第十章胞內(nèi)蛋白的分選和運(yùn)輸,問題：,高爾基體分選哪些蛋白？,溶酶體酶蛋白的分選,back,分泌蛋白、膜蛋白的分選,回輸內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分選,分選是根據(jù)什么來進(jìn)行的？,除了在高爾基體中有分選外，細(xì)胞的其他部位有分選嗎？,分選信號(hào)：特定的氨基酸序列,或經(jīng)加工修飾而成,特定的信號(hào)肽,固著核糖體為什么只見于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（以及核膜的外層）而不見于胞內(nèi)其他的膜結(jié)構(gòu)上？固著核糖體合成的蛋白為什么能夠進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)？,信號(hào)假說和對進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白的分選運(yùn)輸,back,信號(hào)肽（signalpeptide）分選的信號(hào),信號(hào)識(shí)別顆粒（SRP）,多肽N端若干個(gè)疏水氨基酸殘基序列,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的核蛋白復(fù)合體，識(shí)別信號(hào)肽、核糖體,運(yùn)輸?shù)牡鞍准扔羞M(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的可溶性蛋白，也有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的跨膜蛋白,信號(hào)肽引導(dǎo)多肽鏈通過蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)子（膜上的蛋白復(fù)合體形成的轉(zhuǎn)運(yùn)通道）進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng),信號(hào)肽、信號(hào)識(shí)別顆粒、信號(hào)識(shí)別顆粒受體等的相互作用使核糖體附著。,蛋白進(jìn)行的是一種穿膜運(yùn)輸(transmembranetransport)，轉(zhuǎn)運(yùn)在合成的過程中進(jìn)行，稱共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（co-translationaltranslocation）,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可溶性蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn),(單次跨膜蛋白),（多次跨膜蛋白）,問題：一個(gè)蛋白質(zhì)究竟在游離核糖體上合成還是在附著核糖體上合成取決于什么？其他細(xì)胞器內(nèi)，如核、線粒體、過氧化物等的蛋白是如何來的？,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核糖體,高爾基體,細(xì)胞膜,溶酶體,細(xì)胞外,游離核糖體合成的蛋白？,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核糖體,線粒體,過氧化物酶體,細(xì)胞核,這些蛋白如何進(jìn)入由膜包圍起來的細(xì)胞器的呢？它們和蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的方式有何異同？,這些蛋白也可含有自己的分選定位信號(hào),進(jìn)入細(xì)胞核的蛋白的分選運(yùn)輸,核輸入受體識(shí)別核定位信號(hào)，核輸出受體識(shí)別核輸出信號(hào),運(yùn)輸通過核孔復(fù)合體進(jìn)行，稱為門控運(yùn)輸(gatedtransport)。,進(jìn)出的蛋白分別含有核定位信號(hào)和核輸出信號(hào),核定位信號(hào)序列中富含帶電荷的氨基酸。,可為信號(hào)肽，也可為信號(hào)斑。,不被切除，可反復(fù)使用。,核輸出信號(hào)尚不見共同特征。,柱狀亞單位,環(huán)帶亞單位,腔內(nèi)亞單位,纖維,核質(zhì)環(huán),內(nèi)層核膜,外層核膜,核,胞質(zhì)基質(zhì),門控運(yùn)輸中大分子轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié),細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核糖體,線粒體,進(jìn)入線粒體的蛋白的分選運(yùn)輸,分選的信號(hào),信號(hào)序列中帶電荷氨基酸與疏水氨基酸交替排列，形成兩性螺旋結(jié)構(gòu)。,轉(zhuǎn)運(yùn)的方式也是穿膜運(yùn)輸，但是是在翻譯后進(jìn)行的。,蛋白以非折疊狀態(tài)穿膜，伴侶蛋白（hsp70）維持之。,到線粒體基質(zhì)腔的運(yùn)輸,到線粒體內(nèi)膜和膜間腔的運(yùn)輸,外膜轉(zhuǎn)運(yùn)子復(fù)合體中的受體負(fù)責(zé)對信號(hào)肽的識(shí)別,蛋白質(zhì)運(yùn)往線粒體的不同部位,到線粒體外膜的運(yùn)輸,多肽鏈經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)子穿膜，線粒體內(nèi)外膜上有不同的轉(zhuǎn)運(yùn)子。,蛋白穿膜運(yùn)輸是需要消耗能量的,線粒體內(nèi)外膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)子,back,蛋白質(zhì)輸入線粒體基質(zhì)示意圖,back,向線粒體膜間腔和內(nèi)膜輸入蛋白質(zhì)示意圖,back,Hsp：熱休克蛋白,Hsp70在蛋白質(zhì)向線粒體中輸入的作用示意圖,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核糖體,線粒體,過氧化物酶體,進(jìn)入過氧化物酶體的蛋白的分選運(yùn)輸,輸入信號(hào)多為SKL序列（Ser-Lys-Leu）,可溶性受體蛋白PTSIR識(shí)別信號(hào)，并通過與轉(zhuǎn)運(yùn)子蛋白的結(jié)合介導(dǎo)蛋白的輸入,這是一種翻譯后的穿膜運(yùn)輸，但在蛋白折疊成成熟構(gòu)型后進(jìn)行穿膜運(yùn)輸,胞內(nèi)蛋白有哪些運(yùn)輸方式？,1.門控運(yùn)輸,2.穿膜運(yùn)輸,3.小泡運(yùn)輸,在哪里發(fā)生膜泡運(yùn)輸？,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核糖體,線粒體,過氧化物酶體,細(xì)胞核,高爾基體,細(xì)胞膜,溶酶體,細(xì)胞外,生物合成分泌途徑,胞吞途徑,胞內(nèi)眾多的小泡如何進(jìn)行分選和定向運(yùn)輸？,問題,研究發(fā)現(xiàn)大多數(shù)運(yùn)輸小泡為有被小泡（coatedvesicle）,那么這些衣被是什么？它們的存在對于蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)有什么作用呢？,Assemblyofaproteincoatdrivesvesicleformationandselectionofcargomolecules,Targetingsequencesoncargoproteinmakespecificmolecularcontactswithcoatproteins.,Exchangefactor,GTP酶在有被小泡的形成和去衣被過程中起重要作用,InclusionofanonhydrolyzableanalogofGTPinthebuddingreactionpreventsdisassemblyofthecoataftervesiclerelease.,已知的有被小泡分三種類型,網(wǎng)格蛋白有被小泡（clathrin-coatedvesicle）。,COPI有被小泡（COPI-coatedvesicle）。,COPII有被小泡（COPII-coatedvesicle）。,三種類型的有被小泡介導(dǎo)不同的運(yùn)輸途徑,COPII有被小泡從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的運(yùn)輸,back,有被小泡形成時(shí)存在對貨運(yùn)蛋白的選擇,COP(Coatmerprotein)有被小泡形成時(shí)的情景,胞內(nèi)眾多的小泡如何進(jìn)行分選和定向運(yùn)輸？,問題,轉(zhuǎn)運(yùn)小泡與靶細(xì)胞器膜表面分子的相互作用,RabGTPasescontroldockingofvesiclesontargetmembranes.,PairedsetsofSNAREproteinsmediatefusionofvesicleswithtargetmembranes.,YeastcellsexpressingmutantSec4proteins(Rabprotein)accumulatesecretoryvesiclesthatareunabletofusewiththeplasmamembrane.,NSF一種ATP酶,SNAP（solubleNSF-attachmentprotein）,SNARESNAP的受體,化學(xué)突觸（chemicalsynapse）,存在于神經(jīng)細(xì)胞間和神經(jīng)細(xì)胞與肌細(xì)胞間的接觸部位。化學(xué)突觸的質(zhì)膜間有20nm的突觸間隙。信號(hào)傳遞速度較慢，電信號(hào)化學(xué)信號(hào)電信號(hào)。,Ca+-bindingprotein,肉毒肝菌毒素,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),內(nèi)質(zhì)網(wǎng),核糖體,線粒體,過氧化物酶體,細(xì)胞核,高爾基體,細(xì)胞膜,溶酶體,細(xì)胞外,共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn),翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn),胞內(nèi)蛋白運(yùn)輸?shù)耐緩?小結(jié),（生物合成分泌途徑）,胞內(nèi)蛋白運(yùn)輸?shù)耐緩?3.胞吞途徑,2.共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（生物合成分泌途徑）,1.翻譯后的轉(zhuǎn)運(yùn),小結(jié),1.吞噬作用（phagocytosis）,胞吞作用（endocytosis）,吞噬體（phagosome）2.胞飲作用（pinocytosis）胞飲體（pinosome）,（receptor-mediatedendocytosis）,3.受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用,吞噬作用（phagocytosis）,鼠巨嗜細(xì)胞,化學(xué)性變異的血紅細(xì)胞,從細(xì)胞表面到胞內(nèi)的蛋白運(yùn)輸胞吞途徑,早期內(nèi)體的四種分選方式,受體與配體解離，配體去溶酶體，受體返膜,受體與配體解離，同去溶酶體,受體與配體維持結(jié)合，返膜,受體與配體維持結(jié)合，穿胞而過,胞吞過程也存在著分選,胞內(nèi)蛋白的運(yùn)輸方式,1.門控運(yùn)輸,2.穿膜運(yùn)輸,3.小泡運(yùn)輸,幾種可能的機(jī)制,ThosewithaGPImembraneanchor,Bytranscytosis(fail-safesortingmechnism),酰化,異戊烯化,Glycosylphosphatidylinositol(糖基磷脂酰肌醇),TranscytosisofmaternalIgGimmunoglobulinsacrosstheintestinalepithelialcellsofnewbornmice,胞內(nèi)蛋白的分選信號(hào)和信號(hào)假說,胞內(nèi)蛋白的門控運(yùn)輸,胞內(nèi)蛋白的穿膜運(yùn)輸,胞內(nèi)蛋白的小泡運(yùn)輸,胞內(nèi)蛋白的運(yùn)輸途徑,本章小結(jié),細(xì)胞根據(jù)蛋白是否攜有分選信號(hào)，及分選信號(hào)的性質(zhì)，選擇性地將其送到細(xì)胞不同的部位。此為胞內(nèi)蛋白的分選和靶向運(yùn)輸。,分選信號(hào)多為特定的氨基酸序列，形成信號(hào)肽或信號(hào)斑。如核輸入輸出信號(hào)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的定位和駐留信號(hào)、線粒體、過氧化物酶體的定位信號(hào)等。同時(shí)，分選信號(hào)也可以經(jīng)加工修飾而成，如溶酶體酶攜帶的M-6-P分選信號(hào)。,細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)有多種運(yùn)輸途徑，如到核、線粒體、過氧化物酶體的運(yùn)輸在翻譯后進(jìn)行，稱翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑；到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的運(yùn)輸是在翻譯的過程中進(jìn)行，稱共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑，此途徑還包括蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)經(jīng)高爾基體到細(xì)胞外（生物合成分泌途徑）和溶酶體的運(yùn)輸；細(xì)胞對胞外蛋白的攝取則是通過胞吞作用完成，稱胞吞途徑。,細(xì)胞不同部位的蛋白質(zhì)存在不同的運(yùn)輸方式，如通過核孔復(fù)合體進(jìn)出核的運(yùn)輸為門控運(yùn)輸；到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、過氧化物酶體的運(yùn)輸為穿膜運(yùn)輸；而從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體，高爾基體的各個(gè)區(qū)室之間，以及由高爾基體到溶酶體、細(xì)胞膜或重新運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的運(yùn)輸是由運(yùn)輸小泡介導(dǎo)的。,門控運(yùn)輸為通過核孔復(fù)合體進(jìn)出核的運(yùn)輸，是一個(gè)信號(hào)識(shí)別（核輸入、輸出受體分別識(shí)別核輸入、輸出信號(hào)）和載體介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸過程。具有選擇性、雙向性、耗能的特點(diǎn)。蛋白在核質(zhì)間的轉(zhuǎn)運(yùn)受嚴(yán)格的控制。,線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、過氧化物酶體三種細(xì)胞器的蛋白質(zhì)輸入皆為穿膜運(yùn)輸。需要定位信號(hào)、信號(hào)識(shí)別的受體、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)子等多種結(jié)構(gòu)的協(xié)同完成。,胞吞途徑和生物合成分泌途徑是通過小泡運(yùn)輸完成的。已知運(yùn)輸小泡的類型有三類：網(wǎng)格蛋白有被小泡；COPI有被小泡；COPII有被小泡。分別介導(dǎo)不同部位的小泡運(yùn)輸。,小胞運(yùn)輸?shù)幕具^程包括1.供膜上的小泡芽生；2.運(yùn)輸成分（膜和可溶性）的裝入;3.小泡的運(yùn)輸和靶位的識(shí)別(SNARE分子的作用)；4.小泡的?？亢湍と诤?完成運(yùn)輸。,胞吞途徑是指細(xì)胞通過胞吞作用（吞噬、吞飲、受體介導(dǎo)的胞吞）將胞外大分子裝入胞吞小泡，經(jīng)內(nèi)體到達(dá)溶酶體，并在那里被消化降解。,生物合成分泌途徑是指從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體，高爾基體各區(qū)室間，以及從高爾基體到細(xì)胞表面或溶酶體的蛋白運(yùn)輸過程。其中既包括前向小泡運(yùn)輸，也有逆向小泡運(yùn)輸。,思考題,一、解釋名詞,門控運(yùn)輸穿膜運(yùn)輸小泡運(yùn)輸翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)肽（斑）靶向運(yùn)輸生物合成分泌途徑胞吞途徑受調(diào)分泌固有分泌吞噬作用受體介導(dǎo)的內(nèi)吞,三、同樣是穿膜運(yùn)輸，試比較線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、過氧化物酶體三種細(xì)胞器的蛋白質(zhì)輸入有何異同點(diǎn)。,二、請描繪出細(xì)胞運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的路線圖，并結(jié)合路線圖說明運(yùn)輸所采用的方式