細(xì)胞生物學(xué)-信號序列

1、信號序列信號序列(signal sequence)研究過程研究過程1960s ,George Palade1960s ,George Palade 示蹤技術(shù)研究示蹤技術(shù)研究培養(yǎng)細(xì)胞中蛋白質(zhì)的分泌培養(yǎng)細(xì)胞中蛋白質(zhì)的分泌RedmanRedman和和SabatiniSabatini用分離的用分離的RERRER小泡研小泡研究膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)去向究膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)去向19711971年美國洛克菲勒大學(xué)的年美國洛克菲勒大學(xué)的BlobelBlobel等提等提出了信號序列出了信號序列(signal sequence)(signal sequence)的概的概念。念。同位素示蹤同位素示蹤: :分

2、泌途徑研分泌途徑研究究蛋白蛋白質(zhì)進質(zhì)進入核入核糖體糖體實驗實驗信號序列的間接證據(jù)信號序列的間接證據(jù)19721972年年, , Milstein Milstein 和他的同事發(fā)現(xiàn)和他的同事發(fā)現(xiàn): :從細(xì)胞質(zhì)分離的從細(xì)胞質(zhì)分離的IgGIgG輕鏈輕鏈: : 多多2020個氨基酸殘基個氨基酸殘基釋放到細(xì)胞外的釋放到細(xì)胞外的IgGIgG輕鏈輕鏈: : 少少2020個氨基酸殘基個氨基酸殘基信號肽的信號肽的證實證實G.BlobelG.Blobel等用離體實驗證實了等用離體實驗證實了信號肽的存在信號肽的存在: :RERRER對產(chǎn)物的影響對產(chǎn)物的影響蛋白水解酶實驗蛋白水解酶實驗多聚核糖體的離體翻譯多聚核糖體的離

3、體翻譯體外合成實驗體外合成實驗多聚核糖體實驗多聚核糖體實驗信號肽的特性信號肽的特性序列特征序列特征 15-3515-35個氨基酸殘基，其中含個氨基酸殘基，其中含有有4-124-12個疏水殘基個疏水殘基特異性特異性: :位置位置: :N-N-端突出的一段肽端突出的一段肽內(nèi)含信號肽。內(nèi)含信號肽。早期早期信號假說信號假說( (signal hypothesis)signal hypothesis)19751975年，年，BlobelBlobel等正式提出了信號假說等正式提出了信號假說, ,要要點是點是: :合成始于游離核糖體合成始于游離核糖體; ;N N端信號序列靠端信號序列靠自由碰撞自由碰撞與內(nèi)質(zhì)

4、網(wǎng)膜接觸與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜接觸, ,然后插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜然后插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜; ;蛋白質(zhì)以袢環(huán)形式穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜蛋白質(zhì)以袢環(huán)形式穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜; ;蛋白的存在方式蛋白的存在方式: :若信號序列被信號肽酶切除若信號序列被信號肽酶切除: :完全進入腔完全進入腔若是停止轉(zhuǎn)移信號若是停止轉(zhuǎn)移信號: : 膜蛋白膜蛋白 信號識別顆粒與?？康鞍仔盘栕R別顆粒與停靠蛋白signal recognition partical, SRPSRP is a cytosolic ribonucleoprotein particle Six discrete polypeptides A 300-nucleotide RNA三個功能域

5、三個功能域: 翻譯暫停結(jié)構(gòu)域翻譯暫停結(jié)構(gòu)域(P9/P14)(P9/P14)信號肽識別結(jié)合位點信號肽識別結(jié)合位點( (P54)P54)SRPSRP受體蛋白結(jié)合位點受體蛋白結(jié)合位點(P68/P72)(P68/P72)。Signal recognition particalDocking protein, DP 是是SRPSRP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白兩個亞基兩個亞基: :親水的親水的亞基亞基, , 疏水的疏水的亞基亞基易位子易位子( translocon)Multiple copies of the Sec61 complex assemble to form a cylind

6、er translocon channel56 nm high and 8.5 nm in diameter, with a central pore, roughly 2 nm in diameter哺乳動物細(xì)胞中有三種類型的哺乳動物細(xì)胞中有三種類型的Sec61, Sec61, 即即、和和Sec61Sec61有有1010個跨膜個跨膜螺旋螺旋Signal hypothesisSignal hypothesis體外實驗證明體外實驗證明SRPSRP顆粒、顆粒、SRPSRP受體的作用受體的作用SRP-DPSRP-DP識別的識別的GDP-GTPGDP-GTP交換循環(huán)交換循環(huán)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運游離核糖體合成的蛋

7、白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運游離核糖體合成的蛋白質(zhì)Orientation of menbrane proteins?跨膜信號與膜蛋白的定向跨膜信號與膜蛋白的定向單次跨膜蛋白單次跨膜蛋白 ? ?起始轉(zhuǎn)移信號起始轉(zhuǎn)移信號(start transfer signal)終止轉(zhuǎn)移序列終止轉(zhuǎn)移序列(stop transfer sequence) 可切割的信號序列可切割的信號序列(Cleavable signal sequence) (N-端端)內(nèi)部信號序列內(nèi)部信號序列(internal signal sequence) (internal noncleavable signal sequences )信號肽與起始跨膜序

8、列信號肽與起始跨膜序列?Stop transfer sequence?內(nèi)部信號序列內(nèi)部信號序列?單次跨膜蛋白的定向單次跨膜蛋白的定向Cleavable signal sequence amino terminus exposed to the cytosol Internal signal sequence Amino terminus exposed to the cytosol Carboxy terminus exposed to the cytosol 單次跨膜蛋白的定向單次跨膜蛋白的定向I I?單次跨膜蛋白的定向單次跨膜蛋白的定向IIII停止轉(zhuǎn)運信號與多次跨膜蛋白的定向停止轉(zhuǎn)運信號與

9、多次跨膜蛋白的定向產(chǎn)生產(chǎn)生: : Proteins that span the membrane multiple times are thought to be inserted as a result of an alternating series of internal signal sequences and transmembrane stop-transfer sequences. 定向定向: :? ?二次與多次跨膜蛋白二次與多次跨膜蛋白多個起始與終止跨膜信號多個起始與終止跨膜信號 Major topological classes of integralmembrane pro

10、teins synthesized on the rough ER.信號序列與膜蛋白定向信號序列與膜蛋白定向?Protein Folding and Processing in the ER Protein folding in the ER BipBip蛋白蛋白 Bip是一類分子伴侶是重鏈結(jié)合蛋白的簡稱是一類分子伴侶是重鏈結(jié)合蛋白的簡稱(heavy-chain binding protein)BiP is thought to bind to the unfolded polypeptide chain as it crosses the membrane and then mediates

11、 protein folding and the assembly of multisubunit proteins within the ER BiPBiP蛋白在蛋白在ERER中的作用中的作用蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的加工與修飾蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的加工與修飾The formation of disulfide bonds between the side chains of cysteine residues:protein disulfide isomerase N-linked glycosylation Addition of glycosylphosphatidylinositol (GPI)

12、 anchors Export of Proteins from the ERThe formation of disulfide bondsN-linked glycosylationAddition of GPI anchorsExport of Proteins from the ER9.3 Golgi complex高爾基器高爾基器(Golgi apparatus)或高或高爾基復(fù)合爾基復(fù)合體體(Golgi complex)意大利科學(xué)家意大利科學(xué)家Camillo Golgi在在 1898年發(fā)現(xiàn)的。年發(fā)現(xiàn)的。9.3.1 9.3.1 高爾基體的結(jié)構(gòu)和極性高爾基體的結(jié)構(gòu)和極性形態(tài)形態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)

13、連續(xù)的整體膜結(jié)構(gòu)。連續(xù)的整體膜結(jié)構(gòu)。扁平囊泡扁平囊泡(sacuules(sacuules) )小囊泡小囊泡(vesicle)(vesicle)大囊泡大囊泡(vacuoles)(vacuoles)高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)高爾基體的極性高爾基體的極性高爾基內(nèi)側(cè)網(wǎng)絡(luò)高爾基內(nèi)側(cè)網(wǎng)絡(luò)( (cis-Golgi network, CGN) 順面、形成面順面、形成面中間潴泡中間潴泡 ( (medial cisternae) )高爾基外側(cè)網(wǎng)絡(luò)高爾基外側(cè)網(wǎng)絡(luò) ( (trans Golji network,TGN) 外側(cè)面、成熟面外側(cè)面、成熟面 Regions of the Golgi apparatu

14、s 數(shù)量與化學(xué)組成數(shù)量與化學(xué)組成數(shù)量數(shù)量 分泌功能越旺盛的細(xì)胞分泌功能越旺盛的細(xì)胞, ,越多。越多。蛋白質(zhì)和脂蛋白質(zhì)和脂 高爾基復(fù)合體高于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜高爾基復(fù)合體高于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜: : 質(zhì) 膜: 蛋白質(zhì) 40%, 脂 60%; 內(nèi)質(zhì)網(wǎng): 蛋白質(zhì) 20%, 脂 50-60%; 高爾基體: 蛋白質(zhì) 60%, 脂 40%;高爾基復(fù)合體的標(biāo)志酶是糖基轉(zhuǎn)移酶。高爾基復(fù)合體的標(biāo)志酶是糖基轉(zhuǎn)移酶。9.3.2 9.3.2 高爾基體的功能高爾基體的功能 蛋白質(zhì)運輸?shù)鞍踪|(zhì)運輸ERER到高爾基體內(nèi)側(cè)的運輸?shù)礁郀柣w內(nèi)側(cè)的運輸ERER蛋白的逆向運輸?shù)鞍椎哪嫦蜻\輸高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾基體外側(cè)運輸高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾基體外側(cè)

15、運輸高爾基體的蛋白運輸作用高爾基體的蛋白運輸作用ERER駐守蛋白的駐守機制駐守蛋白的駐守機制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐守信號內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐守信號( (ER retention signal):): Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即，即KDELKDEL信號信號序列序列KDELKDEL信號受體信號受體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 高爾基體膜高爾基體膜ERER保留蛋白的運輸保留蛋白的運輸內(nèi)內(nèi)質(zhì)質(zhì)網(wǎng)網(wǎng)蛋蛋白白的的運運輸輸Protein Glycosylation within the Golgi O O- -連接的糖基化連接的糖基化 將糖鏈轉(zhuǎn)移到多肽鏈的絲氨酸、將糖鏈轉(zhuǎn)移到多肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸的羥基上，稱為蘇氨

16、酸或羥賴氨酸的羥基上，稱為O-O-連接的糖基化。連接的糖基化。N N- -連接的寡聚糖進一步加工連接的寡聚糖進一步加工 Processing of N-linked oligosaccharides in the Golgi 高爾基體進行蛋白質(zhì)糖基化和轉(zhuǎn)運的高爾基體進行蛋白質(zhì)糖基化和轉(zhuǎn)運的實驗證明實驗證明: :中國倉鼠卵巢細(xì)胞突變體中國倉鼠卵巢細(xì)胞突變體: : N- N-乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶缺陷乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶缺陷水泡性口炎病毒水泡性口炎病毒( (vesicular stomatitis virus,VSV), , 它能夠編碼一種膜整合它能夠編碼一種膜整合的糖蛋白的糖蛋白( (VSV-VSV-

17、G)G)感染實驗感染實驗分離、檢測分析分離、檢測分析 高爾基體膜囊中進行的蛋白質(zhì)糖基化和轉(zhuǎn)運高爾基體膜囊中進行的蛋白質(zhì)糖基化和轉(zhuǎn)運Protein Sorting and Export from the Golgi Apparatus 分選的概念分選的概念廣義廣義狹義狹義: : 內(nèi)膜系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)分選作用內(nèi)膜系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)分選作用 高爾基體外側(cè)網(wǎng)絡(luò)的分選作用高爾基體外側(cè)網(wǎng)絡(luò)的分選作用分選作用主要是由信號序列和受體之分選作用主要是由信號序列和受體之間的相互作用決定的間的相互作用決定的Protein Sorting高爾基體進行的高爾基體進行的蛋白質(zhì)的分選蛋白質(zhì)的分選某些類型的信號肽特征某些類型的信號肽特征 9.4 9.4 溶酶體溶酶體( (lysosomelysosome) )動物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器動物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器小球狀小球狀, ,外面由一層單位膜包被外面由一層單位膜包被溶酶體含有溶酶體含有5050多種水解酶類多種水解酶類, ,在細(xì)在細(xì)胞內(nèi)起消化和保護作用胞內(nèi)起消化和保護作用當(dāng)細(xì)胞被損傷時當(dāng)細(xì)胞被損傷時, ,溶酶體可