第六章、真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸(下)

1、2021/8/21INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第六章真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸2021/8/22 一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號一、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二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型 三、膜泡運輸三、膜泡運輸 第三節(jié)第三節(jié) 細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸2021/8/23分泌蛋白的分泌蛋白的N端含有一段特殊的信號序列可將多肽和核糖體端含有一段特殊的信號序列可將多肽和核糖體引導到引導到ER膜上；膜上；信號肽引導下多肽以邊合成邊轉(zhuǎn)運的方式，通過信號肽引導下多肽以邊

2、合成邊轉(zhuǎn)運的方式，通過ER膜上的易膜上的易位子蛋白復合體進入位子蛋白復合體進入ER腔，切除信號肽。腔，切除信號肽。 1975年，洛克菲勒大學的Blobel, Sabatini推測：第一部分、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號第一部分、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號一、信號假說一、信號假說2021/8/24Blobel with members of his laboratoryGnter BlobelBlobel等（1975）提出信號假說，認為蛋白質(zhì)N端的信號肽，指導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學獎。2021/8/25l蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分：蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分

3、：1、信號肽：、信號肽： 一般位于新合成肽鏈的一般位于新合成肽鏈的N端，有的端，有的可位于中部可位于中部。一般。一般1535個氨基酸個氨基酸殘基：殘基：N端含有至少端含有至少1個帶正電荷的氨基個帶正電荷的氨基酸；中部含有酸；中部含有6-12個疏水氨基酸；個疏水氨基酸；C端具有可被信號肽端具有可被信號肽酶識別的位點。酶識別的位點。 作用：作用：通過與通過與SRP的識別和結(jié)合的識別和結(jié)合, 引導核糖體與內(nèi)質(zhì)引導核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合網(wǎng)結(jié)合; 通過信號序列的疏水性，引導新生肽跨膜轉(zhuǎn)通過信號序列的疏水性，引導新生肽跨膜轉(zhuǎn)運。運。 又稱開始轉(zhuǎn)移序列（又稱開始轉(zhuǎn)移序列（start transfer seque

4、nce）。）。二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成2021/8/26N端端信號肽的一般結(jié)構(gòu)信號肽的一般結(jié)構(gòu)2021/8/272、信號識別顆粒（、信號識別顆粒（signal recognition particle，SRP）組成組成：11S的核糖核蛋白質(zhì)，由的核糖核蛋白質(zhì)，由6條不同的肽條不同的肽鏈和一個鏈和一個7s的的RNA所組成。所組成。3個功能域個功能域：識別信號肽識別信號肽；與與SRP受體蛋白結(jié)受體蛋白結(jié)合合；翻譯暫停結(jié)構(gòu)域，翻譯暫停結(jié)構(gòu)域，干擾氨酰干擾氨酰tRNA和肽酰和肽?；莆幻傅姆磻苟嚯逆湹难由旖K止基移位酶的反應，使多肽鏈的延伸終止。2021/8/283、SRP受體（受體

5、（停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein）ER膜的整合蛋白，異二聚體：膜的整合蛋白，異二聚體：亞基親水性位于亞基親水性位于細胞質(zhì)面；細胞質(zhì)面；亞基疏水性嵌入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)。亞基疏水性嵌入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)。 可使可使SRP信號肽新生肽鏈核糖體的復合體信號肽新生肽鏈核糖體的復合體連接到連接到ER膜上，使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體停膜上，使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體停泊在泊在ER上。上。2021/8/29 4. 易位子易位子（ translocon），），由3-4個Sec61蛋白構(gòu)成的通道，直徑2 nm 。哺乳動物細胞中有三種類型的Sec61, 即、和。 5. 停止轉(zhuǎn)移序列（停止轉(zhuǎn)移序列（stop tra

6、nsfer sequence），），又稱終止轉(zhuǎn)移肽，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。2021/8/210蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程2021/8/211l信號肽與信號肽與SRP結(jié)合結(jié)合肽鏈延伸終止肽鏈延伸終止SRP與受與受體結(jié)合體結(jié)合SRP脫離信號肽脫離信號肽肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)續(xù)合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔腔信號肽切除信號肽切除肽鏈延伸至終止肽鏈延伸至終止翻譯體系翻譯體系解散。解散。l這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式稱為這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式稱為共轉(zhuǎn)運共轉(zhuǎn)運c

7、o-translation。2021/8/212三、跨膜蛋白的形成三、跨膜蛋白的形成v單次跨膜蛋白單次跨膜蛋白：v由內(nèi)部信號序列或停止轉(zhuǎn)移序列N-信號肽產(chǎn)生 內(nèi)含信號序列內(nèi)含信號序列(internal signal sequence) 它不位于它不位于N-末端，但具信號序列的作用。末端，但具信號序列的作用。它可作為蛋白質(zhì)共翻譯轉(zhuǎn)移的信號被它可作為蛋白質(zhì)共翻譯轉(zhuǎn)移的信號被SRP識別，識別，同時它也是起始轉(zhuǎn)移信號。同時它也是起始轉(zhuǎn)移信號。2021/8/213v內(nèi)部信號序列在膜蛋白穿膜時，總保持信號序列內(nèi)部信號序列在膜蛋白穿膜時，總保持信號序列中含正電荷多的一端朝向細胞質(zhì)基質(zhì)面中含正電荷多的一端朝向

8、細胞質(zhì)基質(zhì)面，導致膜蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上取向的不對稱性。2021/8/214v二次跨膜蛋白二次跨膜蛋白：含有一個內(nèi)部信號序列和一個停止轉(zhuǎn)移序列；v多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白：含多個內(nèi)部信號序列和停止轉(zhuǎn)移序列。 2021/8/2152021/8/216基本的特征：基本的特征： 蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細 胞器中，稱胞器中，稱后轉(zhuǎn)移后轉(zhuǎn)移（post translocation）。）。 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要ATP使多肽去折疊，還使多肽去折疊，還 需要一些蛋白質(zhì)的幫助（如熱休克蛋白需要一些蛋白質(zhì)的幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使

9、其能）使其能 夠正確地折疊成有功能的蛋白。夠正確地折疊成有功能的蛋白。 2021/8/217信號序列（信號序列（signal sequence）：）：引導蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)移的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，對所引導的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。信號斑（信號斑（signal patch）：）：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。2021/8/2182021/8/2192021/8/2201、門控運輸（gated transport）：如通過核孔復合體的運輸。2、跨膜運輸（transmembrane transport）：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進入

10、目的細胞器。3、膜泡運輸（vesicular transport）：蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體中被包裝成衣被小泡，選擇性地運輸?shù)桨屑毎鳌?021/8/2211. 運輸小泡形成的機制運輸小泡形成的機制?2.運輸小泡如何到達其準確的靶膜？運輸小泡如何到達其準確的靶膜？3.運輸小泡與靶膜的融合的機制？運輸小泡與靶膜的融合的機制？2021/8/222一、運輸小泡的類型和分選信號一、運輸小泡的類型和分選信號 2021/8/223v參與從ER到順面高爾基體、從順面高爾基體到高爾基體中間膜囊、從中間膜囊到反面高爾基體的運輸。 （一）（一） COP有被小泡（有被小泡（COP coated vesicle）20

11、21/8/224v外被蛋白外被蛋白（Coat protein，COP） vCOP是多亞基的蛋白復合物，構(gòu)成的亞基有Sec23/Sec24、Sec13/Sec31和Sec16等。 2021/8/225vCOP有被小泡的裝配有被小泡的裝配 vCOP有被小泡的裝配需要一種稱為Sar1的G蛋白的參與。當Sar1中GDP與GTP進行了交換，誘導Sec23和Sec24蛋白的結(jié)合，接著是Sec13和Sec31蛋白的結(jié)合，Sec16與Sec23/Sec24復合物、Sec13/Sec31復合物相互作用，最后裝配成一個完整的小泡。2021/8/226v分選信號分選信號 vCOP小泡裝配時的識別信號是雙酸性分選信號

12、(di-acidic sorting signal)，如Asp-X-Glu。具有這種信號序列的跨膜蛋白被包裝進COP有被小泡。v從ER形成的COP小泡常常相互融合成大的運輸小泡，這種大的小泡需要以微管作為運輸軌道向高爾基體運輸。2021/8/227Cop II Vesicles2021/8/228v介導蛋白質(zhì)從高爾基體運回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，包括從高爾基體反面膜囊運向高爾基體順面膜囊，以及將蛋白質(zhì)從高爾基體順面膜囊 運回到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 （二）、（二）、COP有被小泡（有被小泡（COPcoated vesicle）2021/8/229外被蛋白外被蛋白（coat protein，COP）vCOP是一種胞質(zhì)溶膠蛋白

13、質(zhì)復合物，由7個亞基組成：、。vCOP在出芽小泡的胞質(zhì)溶膠面聚合，形成COP有被小泡。由COP作為外被的小泡稱為COP 有被小泡。 2021/8/230v裝配反應因子（裝配反應因子（assembly reaction factor，ARF）vARF是一種GTPase。v裝配反應因子被認為是包被蛋白復合物（coatomer）的裝配和去裝配的信號。v當ARF同GDP結(jié)合時，游離存在于胞質(zhì)溶膠中，若同GTP結(jié)合，GTP使ARF的構(gòu)型發(fā)生改變，暴露出它的脂肪酸鏈，并隨即插入到供體膜中。2021/8/231v分選信號分選信號 vCOP I小泡裝配時的識別信號是Lys-lys-X-X (KKXX)。202

14、1/8/232v介導從高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)出芽形成的選擇性 的分泌小泡，包括溶酶體酶運輸小泡，以及 細胞質(zhì)膜中由受體介導的 內(nèi)吞作用形成的內(nèi)吞泡。 （三）、披網(wǎng)格蛋白有被小泡（三）、披網(wǎng)格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicle）2021/8/233v網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白(clathrin)及包被亞基及包被亞基(coat subunits)v由相對分子質(zhì)量為180kDa的重鏈和相對分子質(zhì)量為3540kDa的輕鏈組成二聚體， 三個二聚體形成包被的基本結(jié)構(gòu)單位-三腳蛋白復合體(triskelion) 。v三腳蛋白復合體再組裝成六邊形或五邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，即包被亞基，然后由這些網(wǎng)格蛋白亞基組

15、裝成網(wǎng)格蛋白有被小泡。 2021/8/234 網(wǎng)格蛋白的三腳蛋白復合體網(wǎng)格蛋白的三腳蛋白復合體; 網(wǎng)格蛋白包被亞基網(wǎng)格蛋白包被亞基; 網(wǎng)格蛋白有被小泡網(wǎng)格蛋白有被小泡 2021/8/235v接合素蛋白（接合素蛋白（adaptin，AP）和發(fā)動蛋白（）和發(fā)動蛋白（dynamin） 2021/8/236發(fā)動蛋白發(fā)動蛋白（dynamin） 一種胞質(zhì)溶膠蛋白，有900個氨基酸，能夠同GTP結(jié)合并將GTP水解。 作用作用是在有被小窩的頸部聚合，通過水解GTP調(diào)節(jié)自己收縮，最后將小泡與質(zhì)膜割開。 2021/8/237披網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成披網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成v有被小窩（有被小窩（clathrin-c

16、oated pit）的形成；）的形成；v網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成；網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成；v無被小泡的形成。無被小泡的形成。分為三個基本過程：分為三個基本過程： 2021/8/238v當網(wǎng)格蛋白有被小窩形成時，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈圍繞在芽的頸部，將小泡柄部的膜盡可能地拉近（小于1.5nm），從而導致膜融合，掐斷（pinch off），有被小泡。 2021/8/239衣被類型GTP酶 組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質(zhì)膜內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體溶酶體，植物液泡COP IARFCOP高爾基體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COP IISar 1Sec23/Sec24復合體，Sec 13/31復合體，Sec 16內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體2021/8/240l（一）SNAREs l功能：介導運輸小泡與靶膜的融合。l