細(xì)胞蛋白分選機制整理

1、題目：1.用自己的語言復(fù)述課堂列出的四組關(guān)于信號肽的實驗，分析其產(chǎn)物為何有所不同；根據(jù)這些實驗結(jié)果構(gòu)建的信號肽學(xué)說要點有哪些？2.請整理線粒體、質(zhì)體、內(nèi)膜系統(tǒng)、膜泡系統(tǒng)、細(xì)胞核等章節(jié)有關(guān)蛋白分選內(nèi)容，詳細(xì)描述細(xì)胞內(nèi)蛋白分選機制。1. 共四組實驗，在第一組（對照組）中加入含編碼信號序列的mRNA，第二組中加入含編碼信號序列的mRNA和SRP，第三組中加入含編碼信號序列的mRNA和SRP，DP，第四組中加入含編碼信號序列的mRNA和SRP，DP，微粒體。實驗結(jié)果：第一組產(chǎn)生含信號肽的完整多肽，第二組合成70100氨基酸殘基后，肽鏈停止延伸，第三組產(chǎn)生含信號肽的完整多肽，第四組信號肽切除，多肽鏈進入

2、微粒體中。產(chǎn)物不同的原因：組2： SRP 有Alu 和S 兩個結(jié)構(gòu)域，它們同RNA 相互連接。其中Alu 結(jié)構(gòu)域由SRP9 和SRP14 組成，結(jié)合到7S RNA的5端和3端序列。 SRP 能識別并結(jié)合在游離核糖體上新合成蛋白質(zhì)的信號肽。當(dāng)它與信號肽結(jié)合后，多肽合成就暫時中止，所以會只形成70100氨基酸殘基。組3：DP與SRP結(jié)合后，解除了SRP 對核糖體肽鏈合成的抑制，新生鏈繼續(xù)合成延長。組3：微粒體中含有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體，加入之后，多肽鏈會進入其中被加工，信號肽則被信號肽酶水解。信號肽學(xué)說要點：分泌蛋白先在游離核糖體上開始合成-當(dāng)其N端的信號肽延伸出核糖體后，被胞質(zhì)中的SRP識別并結(jié)合-r

3、ER 膜上的SR識別并結(jié)合SRP-信號肽的疏水核心與膜結(jié)合-新形成的多肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-信號肽被信號肽酶水解-新生肽鏈通過蛋白轉(zhuǎn)運子進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中-核糖體移到mRNA的終止密碼子，蛋白質(zhì)合成結(jié)束，核糖體重新處于游離狀態(tài)。2線粒體：線粒體中有1000 多種蛋白質(zhì)，它本身的DNA 及核糖體只能合成其中少數(shù)蛋白質(zhì)，其余的線粒體蛋白質(zhì)都是由核DNA編碼的，在胞質(zhì)游離核糖體上合成后運輸?shù)骄€粒體中由線粒體的核糖體合成的蛋白，以共翻譯運輸（co-translational transport）的方式插入到線粒體內(nèi)膜，在細(xì)胞質(zhì)核糖體上合成的蛋白，以翻譯后運輸（post-translational transpo

4、rt）的方式轉(zhuǎn)運到線粒體中。（1）在胞質(zhì)核糖體上合成的蛋白質(zhì)，大都以前體形式存在。多由N端的一段導(dǎo)肽和成熟形式的蛋白質(zhì)組成。（2）蛋白質(zhì)通過膜時，在外膜上有專一性不很強的受體參與作用。（3）蛋白質(zhì)通過膜需要水解ATP和利用 質(zhì)子動勢的能量過程。（4）導(dǎo)肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)前體，在受體及轉(zhuǎn) 運子的作用下，通過內(nèi)、外膜的接觸點，運輸?shù)骄€粒體的基質(zhì)中。（5）導(dǎo)肽對所牽引的蛋白質(zhì)無特異性。（6）蛋白質(zhì)運送時需要一些分子伴侶使蛋白進行折疊狀態(tài)與解折疊狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。（7）前體蛋白運入線粒體后，需要蛋白酶切除導(dǎo)肽，再折疊成成熟蛋白。線粒體膜上存在前體蛋白轉(zhuǎn)運子，外膜上的TOM、SAM ，內(nèi)膜上TIM23、TIM22、

5、OXA轉(zhuǎn)運子。TOM 轉(zhuǎn)運子（translocase of the outer mitochondrial membrane） 介導(dǎo)幾乎所有線粒體蛋白通過外膜。 它能識別細(xì)胞質(zhì)中的前體蛋白，并使之與胞質(zhì)中的分子伴侶分離，以未折疊的構(gòu)象通過TOM 的轉(zhuǎn)運孔 運入。同時它還可以介導(dǎo)一些外膜蛋白插入外膜。TIM轉(zhuǎn)運子（translocase of the inner mitochondrial membrane） 其中最主要的一個為TIM23。TIM23 能夠轉(zhuǎn)運所有的線粒體基質(zhì)前體蛋白，大多數(shù)內(nèi)膜蛋白，以及許多膜間隙蛋白。組成TIM23 的亞基 分兩類：膜組分和輸入馬達(dá)（import motor）

6、。膜組分包括Tim21、Tim50、Tim23和Tim17。SAM 復(fù)合物 位于外膜上，當(dāng)線粒體外膜上的桶狀結(jié)構(gòu)的前體蛋白（如孔蛋白），經(jīng)TOM 轉(zhuǎn)運 進入膜間隙后，SAM復(fù)合物可以將它們正確折疊并插入到外膜上。TIM22復(fù)合物位于內(nèi)膜上，結(jié)構(gòu)與TIM23類似，由伸入膜間隙的受體亞基和嵌入內(nèi)膜的孔道亞 基組成。它負(fù)責(zé)介導(dǎo)部分定位于內(nèi)膜的轉(zhuǎn)運蛋白的插入。包括運輸ATP、ADP、磷酸進出線粒體的轉(zhuǎn)運蛋白，以及其他轉(zhuǎn)運蛋白。OXA復(fù)合物位于內(nèi)膜上，負(fù)責(zé)介導(dǎo)由線粒體自身合成的內(nèi)膜蛋白的插入，以及一些運入基質(zhì)的內(nèi)膜蛋白的插入。蛋白質(zhì)運進線粒體的路線主要有以下4個途徑：1、外膜蛋白的運輸途徑 定位于外膜的

7、蛋白質(zhì)一般沒有導(dǎo)肽，其末端的氨基酸序列就有識別受體的能力。在胞質(zhì)中它們與分子伴侶 Hsp70 結(jié)合，呈伸展?fàn)顟B(tài)，到 達(dá)線粒體外膜后，Hsp70 與之 脫離。接著，蛋白質(zhì)通過TOM復(fù)合物進入外膜。對于外膜上豐富的膜孔蛋白，首先由TOM 運入膜間隙，與其 中的分子伴侶結(jié)合防止凝聚， 然后由SAM 插入到外膜。2、內(nèi)膜的蛋白質(zhì)的運輸途徑這類蛋白質(zhì)的運輸途徑有種。第一類內(nèi)膜蛋白，無導(dǎo)肽，但存在內(nèi)部信號序列。第二類內(nèi)膜蛋白，有導(dǎo)肽和疏水（停止）序列。第三類內(nèi)膜蛋白，有導(dǎo)肽，停止序列被第二段信號序列取代。3、膜間隙蛋白的運輸途徑 這類蛋白質(zhì)的運輸途徑有兩種： 一類蛋白質(zhì)含有導(dǎo)肽和疏水序列，它們由TOM 和

8、TIM23運入膜間隙，同時導(dǎo)肽穿入基質(zhì)，被基質(zhì)中的蛋白酶水解，后面的疏水序列停留在內(nèi)膜，并被膜間隙的蛋白酶水解，釋放成熟蛋白到膜間隙中； 另一類蛋白質(zhì)含有導(dǎo)肽和第二段信號序列，它們先經(jīng)TOM、TIM23 進入基質(zhì)，并切掉導(dǎo)肽，隨后，蛋白又經(jīng)OXA運送到內(nèi)膜和膜間隙，其第二段信號序列最后被膜間隙的蛋白酶水解，使得成熟蛋白留在膜間隙4、基質(zhì)蛋白的運輸途徑基質(zhì)蛋白都帶有導(dǎo)肽。在內(nèi)外膜的接觸點處，與Hsp70結(jié)合的前體蛋白在ATP作用下解離，并在導(dǎo)肽引導(dǎo)下經(jīng)TOM復(fù)合物進入膜間隙。隨后通過TIM23 復(fù)合物進入內(nèi)膜。最后，導(dǎo)肽被基質(zhì)中的線粒體多肽酶水解，在基質(zhì)Hsp60的幫助下最終折疊成為成熟蛋白。質(zhì)

9、體：葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運主要是向基質(zhì)和類囊體的轉(zhuǎn)運，葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運依賴于葉綠體內(nèi)外膜上的轉(zhuǎn)運復(fù)合體TOC和TIC（translocase of the outer and inner chloroplast）。 定位于葉綠體基質(zhì)的蛋白質(zhì)，N端有基質(zhì)信號序列， 定位于類囊體的蛋白質(zhì)，N端有兩個信號序列：基質(zhì)信號序列和類囊體信號序列。 蛋白質(zhì)進入類囊體。至少包括4種途徑：cpSec途徑。cpTat途徑（twin argininetranslocase，TAT）， 即雙精氨酸轉(zhuǎn)運酶途徑。cpSRP途徑。自發(fā)插入途徑。內(nèi)膜系統(tǒng)：跨膜運輸：蛋白運入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體、過氧化物酶體； 膜泡運輸：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、

10、高爾基體、質(zhì)膜、溶酶體、胞內(nèi)體之間的蛋白運輸； 膜泡系統(tǒng)：網(wǎng)格蛋白包被小泡：介導(dǎo)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向胞內(nèi)體、溶酶體、質(zhì)膜及液泡運輸 l COPII包被小泡：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體 l COPI包被小泡：高爾基體向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COP衣被小泡 l 介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運輸。形成于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無核糖體處的出芽位點。 l 主要亞基：Sar1-GTP、Sec23、Sec24（雙酸信號受體）、Sec13、Sec31。 l 多數(shù)跨膜蛋白直接與COP結(jié)合，少數(shù)跨膜蛋白和多數(shù)可溶性蛋白通過受體與COP結(jié) 合。 l 分選信號：位于跨膜蛋白胞質(zhì)面，形式多樣，常包含雙酸性基序Asp-X-Glu。COP包被膜泡 在哺乳動物細(xì)胞

11、中，抑制從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽的抗體對高爾基體膜囊之間膜泡運輸沒有抑制效應(yīng)，說明介導(dǎo)兩種運輸?shù)牡鞍撞煌?COPI有被小泡是第一個被分離鑒定的運輸小泡，GTP類似物可以促使細(xì)胞積 累COPI有被小泡并可通過離心分離。 COPI包被膜泡介導(dǎo)由高爾基體膜囊間及至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的反向運輸。 功能：回收、轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白（escaped proteins）返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；也 可介導(dǎo)高爾基體不同區(qū)域間的蛋白質(zhì)運輸。 組成：由7種蛋白組成， （KKXX膜蛋白回收信號受體） 。 回收信號：膜蛋白Lys-Lys-X-X（KKXX），可溶性蛋白Lys/His-Asp-GluLeu（KDEL或HDEL）。 KDEL信號序列受體存在于

12、高爾基體反面管網(wǎng)區(qū)、COPI 、COPII 有被小泡膜 上。而KKXX信號可被 COPI的包被亞基識別。 COPI包被的組裝和解聚由一種GTP結(jié)合蛋白ADP核糖基化因子(ADPribosylation factor，ARF) 調(diào)控。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白回收模式： KDEL受體捕獲可溶性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白KKXX被COPI包 被、亞基識別，通過COPI有被小泡運回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 正常pH：從KDEL序列上解離； 低pH：受體結(jié)合KDEL序列。網(wǎng)格蛋白有被小泡 網(wǎng)格蛋白包被膜泡介導(dǎo)高爾基體管網(wǎng)區(qū)向胞內(nèi)體、溶酶體、液泡運送 物質(zhì)。也通過胞吞從質(zhì)膜向胞內(nèi)體運送物質(zhì)。 高爾基體反面管網(wǎng)區(qū)是網(wǎng)格蛋白有被小泡

13、來源。 網(wǎng)格蛋白有被小泡組成： 網(wǎng)格蛋白-形成外層結(jié)構(gòu)網(wǎng)架。 結(jié)合素蛋白（AP）- 形成內(nèi)殼，待轉(zhuǎn)運膜蛋白受體。 G蛋白ARF調(diào)控網(wǎng)格蛋白有被小泡的組裝及解離。 當(dāng)衣被小泡形成時，可溶性GTP結(jié)合蛋白dynamin（發(fā)動蛋白）聚集成一圈圍繞在芽的柄部，使柄部的膜盡可能地拉近（小于1.5nm）， 導(dǎo)致膜融合，使網(wǎng)格蛋白有被小泡縊縮下來。其他兩種有被小泡縊 縮還沒發(fā)現(xiàn)由發(fā)動蛋白參與。 發(fā)動蛋白突變可能導(dǎo)致不能產(chǎn)生網(wǎng)格蛋白有被小泡，只產(chǎn)生與膜連 接的長頸部結(jié)合發(fā)動蛋白的芽體。 細(xì)胞核：門控通道運輸：通過核孔運輸；親核蛋白的核輸入信號：核定位信號 (NLS) ；10 個氨基酸的短肽，指導(dǎo)親核 蛋白完成核輸入后并不切除 （ NLS 、NES、信號肽和信號斑 ) （importin / 、nucleoporin、RanGTP/GDP） 親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運： 核蛋白通過NLS識別importin，與可溶性NLS受體importin/異二聚體結(jié)合，形成轉(zhuǎn)運復(fù)合物； imp