細(xì)胞生物學(xué)(第五版)-第6章-蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸

第6章蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸細(xì)胞生物學(xué)（第5版）

第一節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選一、信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選信號(hào)細(xì)胞質(zhì)的游離核糖體產(chǎn)生非分泌蛋白，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)附著核糖體產(chǎn)生分泌蛋白。核糖體沒(méi)有結(jié)構(gòu)差異，假設(shè)差異存在于蛋白質(zhì)本身，提出“信號(hào)假說(shuō)”。信號(hào)假說(shuō)：分泌蛋白可能攜帶N端短信號(hào)序列，一旦該序列從核糖體翻譯合成，結(jié)合因子和蛋白結(jié)合，指導(dǎo)其轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，后續(xù)翻譯過(guò)程將在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上進(jìn)行?，F(xiàn)在已知，信號(hào)假說(shuō)是解釋分泌性蛋白在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的重要理論，該過(guò)程是包括蛋白質(zhì)N端的信號(hào)肽、信號(hào)識(shí)別顆粒和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上信號(hào)識(shí)別顆粒的受體（又稱(chēng)停泊蛋白）等因子共同協(xié)助完成的。信號(hào)肽：信號(hào)肽位于蛋白質(zhì)的N端，一般由16-26個(gè)氨基酸殘基組成，其中包括信號(hào)肽疏水核心區(qū)、N端和C端等3部分；原核細(xì)胞某些分泌性蛋白的N端也具有信號(hào)序列。值得注意的是，信號(hào)肽似乎沒(méi)有嚴(yán)格的專(zhuān)一性。信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)序列（一）蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分信號(hào)識(shí)別顆粒:一種核糖核蛋白復(fù)合體，由6種不同蛋白質(zhì)和一個(gè)7S小RNA分子構(gòu)成。SRP含有2種結(jié)構(gòu)域，即信號(hào)肽識(shí)別結(jié)構(gòu)域和核糖體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，其中信號(hào)肽識(shí)別結(jié)構(gòu)域中的p54蛋白是一種包含成簇Met殘基的GTP酶，Met側(cè)鏈與信號(hào)肽的疏水核心結(jié)合信號(hào)識(shí)別顆粒（SRP）的結(jié)構(gòu)示意當(dāng)SRP與信號(hào)肽結(jié)合后，核糖體結(jié)合結(jié)構(gòu)域中的p9和p14蛋白復(fù)合體阻斷新生肽鏈的翻譯。SRP通常存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，等待信號(hào)肽從多核糖體上延伸暴露出來(lái)，SRP既可與新生信號(hào)肽序列和核糖體大亞基結(jié)合，又可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上SRP受體結(jié)合，指導(dǎo)新生多肽及核糖體和mRNA附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。信號(hào)識(shí)別顆粒的受體（又稱(chēng)停泊蛋白），與SRP特異結(jié)合，存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，為異二聚體。

體外非細(xì)胞系統(tǒng)蛋白質(zhì)合成的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在分泌性蛋白合成過(guò)程中信號(hào)肽、信號(hào)識(shí)別顆粒和停泊蛋白之間的關(guān)系如下表所示：信號(hào)肽酶

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面上蛋白水解酶，負(fù)責(zé)切除并快速降解新生多肽的N端信號(hào)肽序列。移位子

由3-4個(gè)Sec61蛋白構(gòu)成的通道，每個(gè)Sec61由3條肽鏈組成。內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列

和內(nèi)在信號(hào)錨定序列

與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)腔，成為跨膜蛋白。開(kāi)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)

共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)：分泌蛋白向rER腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是同蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程偶聯(lián)進(jìn)行的，這種蛋白在信號(hào)肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程稱(chēng)為共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)?？扇苄缘鞍椎暮铣膳c轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程跨膜蛋白的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程（二）信號(hào)肽與共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)分泌性蛋白的合成與跨越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)圖解1.可溶性蛋白的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程①核糖體組裝、細(xì)胞質(zhì)中翻譯起始,形成信號(hào)肽；②信號(hào)肽與SRP結(jié)合，肽鏈合成暫時(shí)停止；③SRP與受體結(jié)合，核糖體附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的移位子上；④SRP釋放與移位子通道打開(kāi)；

分泌性蛋白的合成與跨越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)圖解⑤信號(hào)肽被信號(hào)肽酶切除;⑥肽鏈開(kāi)始延伸并不斷向內(nèi)腔運(yùn)輸（共轉(zhuǎn)運(yùn)）；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。

引導(dǎo)新生肽鏈穿過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜移位子的信號(hào)肽可視為開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列。肽鏈中還可能存在某些內(nèi)在序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強(qiáng)的親和力使之結(jié)合在脂雙層中，這段序列不再轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。內(nèi)在信號(hào)錨定序列：位于新生肽鏈內(nèi)部的疏水序列，既是信號(hào)序列，又是肽鏈跨膜錨定在脂雙層中的序列。內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列：位于新生肽鏈內(nèi)部的疏水序列，既是肽段終止轉(zhuǎn)移，又是肽鏈跨膜錨定在脂雙層中的序列。多次跨膜蛋白：含有多個(gè)SA和多個(gè)STA的肽鏈將成為多次跨膜蛋白?？鐑?nèi)質(zhì)網(wǎng)膜肽段的取向：一般而言，帶正電荷氨基酸殘基多的一端，或帶正電荷氨基酸殘基多的一側(cè)，朝向細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)（外側(cè)）。轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)：

①信號(hào)肽（開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列）分

N端信號(hào)肽和內(nèi)部信號(hào)肽（信號(hào)序列位于肽鏈內(nèi)部）兩種。

②停止轉(zhuǎn)移錨定序列，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(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜時(shí)，這段序列與雙脂層結(jié)合后不再進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，具有終止穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)的作用。

如果一種多肽只有N端信號(hào)序列而沒(méi)有停止轉(zhuǎn)移錨定序列，這種多肽合成后一般進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中；如果一種多肽的停止轉(zhuǎn)移錨定序列位于多肽的內(nèi)部，這種多肽最終會(huì)成為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的跨膜整合蛋白。2.跨膜蛋白的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類(lèi)型在rER合成的整合膜蛋白根據(jù)拓?fù)鋵W(xué)特征大體可分為4類(lèi)，他們的共同特點(diǎn)是多肽鏈的20-25個(gè)疏水氨基酸殘基形成跨膜ɑ螺旋，不同點(diǎn)在于是否有N端可切割的ER信號(hào)序列，定位方向或跨膜次數(shù)也會(huì)有所不同3.導(dǎo)肽與后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)線(xiàn)粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體的蛋白質(zhì)的信號(hào)序列特稱(chēng)為導(dǎo)肽（，其基本的特征是蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的游離核糖體上合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細(xì)胞器中，因此稱(chēng)這種翻譯后再轉(zhuǎn)運(yùn)的方式為后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)?；咎卣鳎哼@種轉(zhuǎn)運(yùn)方式在蛋白質(zhì)跨膜過(guò)程中需要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。繼發(fā)現(xiàn)信號(hào)肽序列之后，人們又發(fā)現(xiàn)一系列蛋白質(zhì)分選信號(hào)序列，統(tǒng)稱(chēng)信號(hào)序列，而且有些信號(hào)序列還可形成三維結(jié)構(gòu)的信號(hào)斑，指導(dǎo)蛋白的靶向轉(zhuǎn)運(yùn)和定位。1.信號(hào)序列：引導(dǎo)蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)移的線(xiàn)性序列，通常15-60個(gè)氨基酸殘基，對(duì)所引導(dǎo)的蛋白質(zhì)沒(méi)有特異性要求。2.信號(hào)斑：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構(gòu)成信號(hào)斑的信號(hào)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(hào)。（三）蛋白質(zhì)的分選信號(hào)（一）核基因編碼的蛋白質(zhì)分選途徑后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上完成多肽鏈合成，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到膜圍繞的各種細(xì)胞器

（線(xiàn)粒體、葉綠體、過(guò)氧化物酶體、細(xì)胞核），或成為細(xì)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(yùn)途徑：在細(xì)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(yùn)輸至溶酶體、細(xì)胞膜或分泌到細(xì)胞外。二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類(lèi)型

真核細(xì)胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類(lèi)型左：共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)右：后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)

根據(jù)蛋白質(zhì)分選的機(jī)制或轉(zhuǎn)運(yùn)方式不同，又可將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分為4類(lèi)（1）跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：指共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中蛋白質(zhì)邊合成邊轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜；另后指翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中蛋白質(zhì)在合成后依不同機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)到線(xiàn)粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體等細(xì)胞器。（2）膜泡運(yùn)輸：蛋白質(zhì)被不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡從糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成部位轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體進(jìn)而再分選轉(zhuǎn)移至細(xì)胞的不同部位，其中涉及供體膜出芽形成不同的轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡、膜泡運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的融合等過(guò)程。（3）選擇性門(mén)控轉(zhuǎn)運(yùn)：在游離核糖體上合成的蛋白質(zhì)通過(guò)核孔復(fù)合體在核-質(zhì)間雙向選擇性地完成核輸入或核輸出。（4）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)：蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的轉(zhuǎn)運(yùn)與細(xì)胞骨架系統(tǒng)密切相關(guān)，其它不明。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(jìn)行折疊修飾，并且轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞的特定部位。所有的蛋白質(zhì)都是通過(guò)核糖體，在細(xì)胞基質(zhì)內(nèi)起始合成的。在細(xì)胞基質(zhì)中完成合成的主要是細(xì)胞核、線(xiàn)粒體、葉綠體、過(guò)氧化物酶體、細(xì)胞基質(zhì)駐留蛋白。在ER中完成合成的主要是分泌蛋白、膜整合蛋白和內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞器中的可溶性駐留蛋白。轉(zhuǎn)運(yùn)到線(xiàn)粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體等細(xì)胞器的蛋白質(zhì)分選是一個(gè)多步過(guò)程，需要多個(gè)不同的靶向序列。(1)定位到葉綠體的前體蛋白N端具有40-50個(gè)氨基酸組成的轉(zhuǎn)運(yùn)肽，用以指引多肽定位到葉綠體并進(jìn)一步穿過(guò)葉綠體被膜進(jìn)入基質(zhì)或類(lèi)囊體中。(2)轉(zhuǎn)運(yùn)到線(xiàn)粒體和過(guò)氧化物酶體的蛋白質(zhì)靠的是線(xiàn)粒體蛋白N端的導(dǎo)肽或過(guò)氧化物酶體蛋白C端的靶向序列。三、蛋白質(zhì)向線(xiàn)粒體、葉綠體和過(guò)氧化酶體的分選

線(xiàn)粒體蛋白從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線(xiàn)粒體基質(zhì)所有線(xiàn)粒體基質(zhì)蛋白N端靶向序列共享相同的基序，富含疏水氨基酸，帶正電荷的堿性氨基酸和羥基氨基酸，缺少帶負(fù)電荷的氨基酸，這種兩性的N端靶向信號(hào)序列（形成α螺旋構(gòu)象）對(duì)于指導(dǎo)蛋白質(zhì)輸入線(xiàn)粒體基質(zhì)是至關(guān)重要的。蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線(xiàn)粒體基質(zhì)的基本步驟如下：（一）蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線(xiàn)粒體（2，3）前體蛋白與內(nèi)外膜接觸點(diǎn)附近的輸入受體（Tom20/22)結(jié)合，被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入輸入孔（4，5）輸入的蛋白進(jìn)而通過(guò)內(nèi)外膜接觸點(diǎn)的輸入通道，線(xiàn)粒體基質(zhì)分子伴侶Hsp70與輸入蛋白結(jié)合并水解ATP以驅(qū)動(dòng)機(jī)制蛋白的輸入。（1）游離核糖體上合成的前體蛋白與胞質(zhì)蛋白分子伴侶Hsp70結(jié)合，保持未折疊狀態(tài)，N端具有基質(zhì)靶向序列

（6）輸入的基質(zhì)蛋白的靶向序列，在基質(zhì)蛋白酶作用下被切除（7）Hsp70也從基質(zhì)蛋白上是釋放出來(lái)，進(jìn)而折疊，產(chǎn)生活性構(gòu)象2.線(xiàn)粒體蛋白以3種途徑從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線(xiàn)粒體內(nèi)膜途徑A和B：具有N端基質(zhì)靶向序列和內(nèi)部停止轉(zhuǎn)移序列，外膜輸入孔道為T(mén)om40,外膜上Tom20/22為輸入受體，內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白為T(mén)im23/17。途徑B還具有內(nèi)部疏水的Oxa1靶向序列(內(nèi)膜蛋白Oxa1所識(shí)別），其蛋白前體先進(jìn)入基質(zhì)，基質(zhì)靶向序列被切割后再裝配到內(nèi)膜上。途徑C：輸入的內(nèi)膜蛋白是多次跨膜蛋白，沒(méi)有N端基質(zhì)靶向序列，含有多個(gè)內(nèi)部靶向序列；兩種膜間隙蛋白（Tim9/10）為外膜與內(nèi)膜之間轉(zhuǎn)運(yùn)的分子伴侶。線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)需要導(dǎo)肽需要輸入受體從內(nèi)、外膜接觸點(diǎn)進(jìn)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（二）葉綠體基質(zhì)蛋白與類(lèi)囊體蛋白的靶向輸入向葉綠體基質(zhì)靶向運(yùn)輸過(guò)程和線(xiàn)粒體基質(zhì)蛋白的輸入基本相似：葉綠體前體蛋白具有N端葉綠體（基質(zhì)）靶向序列，如前體蛋白非折疊，依賴(lài)于基質(zhì)Hsp70水解ATP提供能量。但與線(xiàn)粒體不同的是：不產(chǎn)生跨內(nèi)膜的電化學(xué)梯度，ATP水解功能是唯一動(dòng)力來(lái)源。外膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物尚未折疊的質(zhì)體藍(lán)素前體蛋白和金屬結(jié)合前體蛋白通過(guò)外膜上相同的轉(zhuǎn)運(yùn)基質(zhì)蛋白通道進(jìn)入基質(zhì)，N端靶向序列被基質(zhì)蛋白酶切除，類(lèi)囊體靶向序列暴露，進(jìn)入基質(zhì)后不同蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑不同：定位在類(lèi)囊體膜和類(lèi)囊體腔的蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中以前體形式合成，含多個(gè)靶向序列外膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物1.葉綠體SRP依賴(lài)途徑質(zhì)體藍(lán)素蛋白和類(lèi)似蛋白在基質(zhì)空間保持非折疊狀態(tài)（需分子伴侶參與），在類(lèi)囊體靶向序列指導(dǎo)下與葉綠體SRP結(jié)合，在類(lèi)囊體膜上葉綠體SRP受體和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SecY的介導(dǎo)下，轉(zhuǎn)運(yùn)到類(lèi)囊體腔，類(lèi)囊體靶向序列被內(nèi)切蛋白酶切除，蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生成熟構(gòu)象。內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物外膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物2.pH依賴(lài)途徑非折疊的金屬結(jié)合蛋白的N端基質(zhì)靶向序列首先被切除，金屬結(jié)合蛋白折疊并與輔助因子結(jié)合，類(lèi)囊體靶向序列N端的兩個(gè)精氨酸殘基和跨葉綠體內(nèi)膜的pH梯度是折疊蛋白輸入到類(lèi)囊體腔所必需的。輸入到類(lèi)囊體腔的金屬結(jié)合蛋白N端的類(lèi)囊體靶向序列被切除，產(chǎn)生成熟的構(gòu)象。內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體復(fù)合物第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸一、膜泡運(yùn)輸概述二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸四、網(wǎng)格蛋白／接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸五、轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合一、膜泡運(yùn)輸概述膜泡運(yùn)輸是蛋白運(yùn)輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細(xì)胞中。在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)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(yùn)輸及其復(fù)雜的調(diào)控過(guò)程。

在細(xì)胞分泌與胞吞過(guò)程中，以膜泡運(yùn)輸方式介導(dǎo)的蛋白質(zhì)分選途徑形成細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的膜流。這種膜流具有高度組織性、方向性并維持動(dòng)態(tài)平衡蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀1.蛋白質(zhì)在rER合成，通過(guò)共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑跨膜運(yùn)輸2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽，形成轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡并與高爾基體融合，形成高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)3.從高爾基體順面膜囊和高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)到rER的逆向運(yùn)輸4.高爾基體膜囊從順面至反面成熟遞進(jìn)（非膜泡過(guò)程）。5.從高爾基體后期膜囊到早期膜囊的逆向運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀6.組成型分泌不需要分選信號(hào)，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)經(jīng)高爾基體到細(xì)胞表面的物質(zhì)運(yùn)輸是自動(dòng)地進(jìn)行的。組成型分泌途徑除了給細(xì)胞外提供酶、生長(zhǎng)因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分外，也為細(xì)胞質(zhì)膜提供膜整合蛋白和膜脂7.調(diào)節(jié)型分泌（誘導(dǎo)型分泌）分泌小泡成群地聚集在質(zhì)膜下，只有在外部信號(hào)的觸發(fā)下，質(zhì)膜產(chǎn)生胞內(nèi)信使后才和質(zhì)膜融合，分泌內(nèi)容物，8.分選到溶酶體9.胞吞途徑：從細(xì)胞表面到溶酶體的運(yùn)輸途徑在細(xì)胞的膜泡運(yùn)輸中：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當(dāng)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(hào)使得這類(lèi)蛋白免于逃逸，故，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)又被稱(chēng)為“開(kāi)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(xì)胞的膜泡運(yùn)輸及其隨之而形成的膜流中起樞紐作用。推測(cè)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(lèi)似動(dòng)力蛋白的蛋白質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸需要多種轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡參與，根據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類(lèi)型，它們分別介導(dǎo)不同的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：（1）網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡（2）COPⅡ（包被蛋白Ⅱ）包被膜泡（3）COPⅠ（包被蛋白Ⅰ）包被膜泡1.COPⅡ包被膜泡介導(dǎo)順向運(yùn)輸,即從rER到高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)2.COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)逆向運(yùn)輸，即在高爾基體內(nèi)膜囊間和從高爾基體順面膜囊和高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)到rER3種不同的主要膜泡運(yùn)轉(zhuǎn)途徑3.網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡從高爾基體反面管網(wǎng)區(qū)出芽和從質(zhì)膜內(nèi)化形成，脫包被后與晚期胞內(nèi)體融合，此類(lèi)膜泡的包被除網(wǎng)格蛋白外還有其他蛋白4.分泌泡的包被蛋白尚未鑒定，這些轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡攜帶分泌蛋白和質(zhì)膜蛋白從高爾基體反面官網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面。二、

COPII包被膜泡的裝配與運(yùn)輸

功能：介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)順向運(yùn)輸，即負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸

組成：由5種蛋白亞基組成，小分子GTP結(jié)合蛋白Sar1、Sec23/24復(fù)合物、Sec13/Sec31復(fù)合物及大的纖維蛋白Sec16。包被蛋白的裝配是受控的

特點(diǎn)：COPⅡ包被膜泡是通過(guò)胞質(zhì)可溶性COPⅡ包被蛋白在供體膜（ER膜）出芽聚合形成的，具有對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。Sar1-GTP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合，起始COPII亞基的裝配，形成小泡的包被出芽，跨膜受體在腔面捕獲并富集被轉(zhuǎn)運(yùn)的可溶性蛋白。Sar1蛋白在CopⅡ包被膜泡裝配與去裝配中作用模型COPⅡ包被膜泡的裝配過(guò)程如圖：膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)既能轉(zhuǎn)運(yùn)膜結(jié)合的蛋白，又能通過(guò)膜受體識(shí)別并轉(zhuǎn)運(yùn)可溶性蛋白，其包裝特異性取決于被轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的靶向分選序列，借以區(qū)分哪些膜蛋白或可溶性蛋白將進(jìn)一步包裝轉(zhuǎn)運(yùn)，哪些將作為駐留蛋白而被排除在外，從而使膜泡包被直接選擇靶向序列或分選信號(hào)。COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)膜泡逆向運(yùn)輸,負(fù)責(zé)從高爾基體反面膜囊到順面膜囊以及從高爾基體順面管網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)，包括再循環(huán)的膜脂雙層、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的可溶性蛋白和膜蛋白（如v-SNARE），是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收錯(cuò)誤分選的逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的重要途徑。COPⅠ包被組成含有8種蛋白亞基，包被蛋白復(fù)合物的裝配與去裝配依賴(lài)于ARF(裝配反應(yīng)因子，GTP-bindingprotein)

，即一種調(diào)節(jié)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)的小G蛋白，有一個(gè)共價(jià)結(jié)合的疏水N端脂基團(tuán)，幫助其插入ER膜，同膜結(jié)合的ARF對(duì)包被蛋白的進(jìn)一步裝配起募集者作用研究顯示，細(xì)胞器中的蛋白質(zhì)是通過(guò)2種機(jī)制保留及回收來(lái)維持的：一是轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡將駐留蛋白有效排斥在外；二是對(duì)逃逸蛋白的回收機(jī)制，使其返回它們正常駐留的部位。三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的駐留蛋白，C基端含有一段回收信號(hào)序列。如果被意外包裝進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸到高爾基體CGN，則CGN區(qū)的膜結(jié)合受體蛋白將識(shí)別這些逃逸蛋白的回收信號(hào)，形成COPⅠ包被膜泡將它們回收到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。KDEL：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可溶性駐留蛋白C端分選信號(hào)，其受體主要定位在TGN區(qū)、COPⅡ和COPⅠ包被膜泡的膜上,受體識(shí)別并結(jié)合KDEL分選信號(hào)，二者的親和性對(duì)pH變化敏感，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體之間微小的pH差異都有利于攜帶KDEL序列的蛋白與高爾基體衍生膜泡上的受體結(jié)合，有助于這些蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放。如果一個(gè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白缺乏KDEL序列，這個(gè)蛋白將不能返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而是被膜泡帶到質(zhì)膜。KKXX（K-lysine,X-任意氨基酸）：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白C端分選信號(hào)，其受體是包被蛋白COPⅠα和β亞基，促進(jìn)它們返回到ER。四、網(wǎng)格蛋白／接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡介導(dǎo)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向胞內(nèi)體、溶酶體、分泌泡和植物細(xì)胞液泡的運(yùn)輸，也參與質(zhì)膜受體介導(dǎo)的胞吞作用中從細(xì)胞表面運(yùn)往胞內(nèi)體轉(zhuǎn)而到溶酶體的運(yùn)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TGN：既是細(xì)胞分泌途徑中物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的主要分選位點(diǎn)，又是網(wǎng)格蛋白包被膜泡的組裝位點(diǎn)。網(wǎng)格蛋白呈三腿結(jié)構(gòu)，也有自組裝形成多角型網(wǎng)格的特性。接頭蛋白（AP）復(fù)合物（異四聚體）一方面將網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格包被連接到膜上（AP的一個(gè)亞基與網(wǎng)格蛋白重鏈遠(yuǎn)端的球形結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合），另一方面又能特異地促使一些膜結(jié)合蛋白（v-SNARE）富集到形成包被的膜區(qū)典型的網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡是一類(lèi)雙層包被的膜泡，外層由網(wǎng)格蛋白組成，內(nèi)層由接頭蛋白組成復(fù)合物組成。并與之特異性結(jié)合，決定哪些蛋白將被包裝轉(zhuǎn)運(yùn)或哪些蛋白將被排除在外，這種特異性是由轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的分選信號(hào)決定的。ARF也參與網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被的起始裝配網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡形成的首要步驟是供體膜出芽和包被的裝配，芽體縊縮并與供體膜斷裂是網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡形成的關(guān)鍵。發(fā)動(dòng)蛋白（dynamin）具有GTPase活性，介導(dǎo)網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的縊縮并與供體膜斷裂。網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡形成后不久便脫去包被，網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被的解聚一方面涉及ARF開(kāi)關(guān)蛋白從結(jié)合GTP狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合GDP狀態(tài)，也涉及ATP水解提供的能量。A：COPⅡ包被膜泡介導(dǎo)順向運(yùn)輸和COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)逆向運(yùn)輸不同類(lèi)型的膜泡運(yùn)輸駐留蛋白的回收出芽與膜泡包裝在細(xì)胞合成與分泌途徑中，不同膜組分之間三種不同的膜泡運(yùn)輸方式:1.網(wǎng)格蛋白包被小泡：介導(dǎo)從高爾基體TGN到質(zhì)膜和胞內(nèi)體及溶酶體的運(yùn)輸；

2.COPII包被小泡：介導(dǎo)順向運(yùn)輸，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的運(yùn)輸；

3.COPI包被小泡：介導(dǎo)逆向運(yùn)輸，即在高爾基體內(nèi)膜囊間和從cis膜囊、CGN到RER。小結(jié)在膜泡靶向轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，有另一類(lèi)小分子GTP結(jié)合蛋白，即Rab蛋白參與，屬于開(kāi)關(guān)調(diào)控蛋白GTPase超家族成員，在特異性鳥(niǎo)苷酸交換因子GEF催化下，胞質(zhì)中Rab-GDP轉(zhuǎn)換為Rab-GTP,引發(fā)Rab構(gòu)象改變，使其與特定轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡的表面蛋白互相作用，并通過(guò)類(lèi)異戊二烯基團(tuán)插入轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡內(nèi)。Rab-GTP被結(jié)合在膜泡表面，與靶膜上稱(chēng)作Rab效應(yīng)器的結(jié)合蛋白相互作用，使轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡被錨定在適當(dāng)?shù)陌心ど?。膜泡融合發(fā)生以后，與Rab-蛋白結(jié)合的GTP被水解成GDP，隨即引發(fā)Rab-GDP釋放，然后被用于進(jìn)行GDP-GTP交換、結(jié)合與水解的下一個(gè)周期。五、轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合在供體膜和靶膜之間膜泡的錨定與融合模式圖解膜泡錨定與融合是一個(gè)耗能的特異性過(guò)程，其特異性是通過(guò)供體膜和靶膜上的蛋白相互作用完成的。Rab蛋白主要是控制轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與適當(dāng)靶膜的錨定，介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜融合的主要機(jī)制是v-SNARE/t-SNARE蛋白的配對(duì)。v-SNARE與t-SNARE蛋白的配對(duì)（互補(bǔ)性）是介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜融合的主要機(jī)制：NSF（N-ethylmaleimide-sensitivefactor）即N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感因子和SNAP（solubleNSFattachmentprotein）即可溶性NSF結(jié)合蛋白負(fù)責(zé)介導(dǎo)不同類(lèi)型膜泡的融合，但沒(méi)有明顯的特異性；SNARE（SNAPreceptor）即SNAP受體（可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感因子結(jié)合蛋