蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸

關(guān)于蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號（1）信號假說（Signalhypothesis）的內(nèi)容

1975年G.Bloblel和D.Sabatini推測，蛋白質(zhì)N端攜帶信號肽，可指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。因此獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。

（一）信號假說第2頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

信號肽（signalpeptide），又稱開始轉(zhuǎn)移序列。

位于蛋白質(zhì)Ｎ端，由16－26個氨基酸殘基構(gòu)成，其中包括疏水區(qū)（h）、信號肽的C端(c)和N端(n)三部分?？緾端具有酶切位點。

作用：①作為信號被SRP識別；②起始穿膜轉(zhuǎn)運的作用信號肽的一級結(jié)構(gòu)序列２、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分第3頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）SRP存在于胞質(zhì)中，是一種核糖核蛋白體。由6個不同的多肽亞單位和一個小的7SRNA分子組成，屬于一種核糖核蛋白(ribonucleoprotein,RNP)。

作用：與信號肽的疏水核心結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成暫停，防止新生肽N端損傷和成熟前的折疊。圖8-2信號識別顆粒（SRP）的結(jié)構(gòu)第4頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白dockingprotein，DP），存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，為異二聚體。

作用：與SRP特異結(jié)合。

第5頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

移位子（translocon）:由3-4個Sec61蛋白構(gòu)成的通道，每個Sec61由3條肽鏈組成。

內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）: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。

內(nèi)在信號錨定序列（intersignalanchorsequence,SA）開始轉(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)

第6頁,共54頁，2024年2月25日，星期天綜上，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及到以下成分：

信號肽，又稱為開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）

信號識別顆粒（SRP）

信號識別顆粒的受體（DP）

信號肽酶

移位子（translocon）

內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）

內(nèi)在信號錨定序列（intersignalanchorsequence,SA）………………第7頁,共54頁，2024年2月25日，星期天（二）信號肽與共翻譯轉(zhuǎn)運分泌蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運（cotranslationaltranslocation)?？扇苄缘鞍椎暮铣膳c轉(zhuǎn)運過程跨膜蛋白的合成與轉(zhuǎn)運過程第8頁,共54頁，2024年2月25日，星期天（1）可溶性蛋白的合成與轉(zhuǎn)運過程①核糖體組裝、細(xì)胞質(zhì)中翻譯起始,形成信號肽；②信號肽與SRP結(jié)合，肽鏈合成暫時停止；③SRP與受體結(jié)合，核糖體附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的易位子上；④SRP釋放與易位子通道打開；⑤信號肽被信號肽酶切除;⑥肽鏈開始延伸并不斷向內(nèi)腔運輸（共轉(zhuǎn)運）；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。第9頁,共54頁，2024年2月25日，星期天圖8-3分泌性蛋白的合成與其跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運圖解第10頁,共54頁，2024年2月25日，星期天圖8-3分泌性蛋白的合成與其跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運圖解第11頁,共54頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)運特點：

①信號肽（開始轉(zhuǎn)移序列）分

N端信號肽和內(nèi)部信號肽（信號序列位于肽鏈內(nèi)部）兩種。

②停止轉(zhuǎn)移序列，即肽鏈上一段與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合力很高的序列，在過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜時，這段序列與雙脂層結(jié)合后不再進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，具有終止穿膜轉(zhuǎn)運的作用。

③跨膜蛋白的合成不進入ER腔中，而是以袢環(huán)形式存在于ER的膜中。（2）跨膜蛋白的合成與轉(zhuǎn)運過程第12頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第13頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共54頁，2024年2月25日，星期天（三）導(dǎo)肽與后翻譯轉(zhuǎn)運

導(dǎo)肽（leaderpeptide）:指導(dǎo)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體、葉綠體及過氧化物酶體等細(xì)胞器中的信號序列。

后翻譯轉(zhuǎn)運（post-translationaltranslocation）：蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后，再轉(zhuǎn)移到細(xì)胞器中的轉(zhuǎn)運過程。

基本特征：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。第15頁,共54頁，2024年2月25日，星期天1.信號序列（signalsequence）：引導(dǎo)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(dǎo)的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。2.信號斑（signalpatch）：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。（四）蛋白質(zhì)的分選信號第16頁,共54頁，2024年2月25日，星期天靶向序列的主要特征第17頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

分選信號信號功能

舉例蛋白進入ER

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滯留在ER

-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白進入線粒體

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-進入細(xì)胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-進入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-第18頁,共54頁，2024年2月25日，星期天（一）蛋白質(zhì)分選途徑后翻譯轉(zhuǎn)運途徑：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)運到膜圍繞的各種細(xì)胞器

（線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、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)運的基本途徑與類型

第19頁,共54頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（transmembranetransport）

是指細(xì)胞基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，線粒體、葉綠體、過氧化物酶體等細(xì)胞器。

蛋白質(zhì)的膜泡轉(zhuǎn)運（vesiculartransport）是指從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體進而分選至細(xì)胞的不同部位。

門控轉(zhuǎn)運（gatedtransport）是指細(xì)胞基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體選擇性的進入核內(nèi)或從細(xì)胞核內(nèi)返回細(xì)胞質(zhì)的過程。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運與細(xì)胞骨架密切相關(guān)

（二）蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運四種基本類型第20頁,共54頁，2024年2月25日，星期天真核細(xì)胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型第21頁,共54頁，2024年2月25日，星期天所有的蛋白質(zhì)都是通過核糖體，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、線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、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、內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞器中的可溶性駐留蛋白。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行折疊修飾，并且轉(zhuǎn)運到細(xì)胞的特定部位。第22頁,共54頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞質(zhì)質(zhì)體過氧化物酶體線粒體細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)溶酶體胞內(nèi)體高爾基體分泌泡細(xì)胞表面第23頁,共54頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入過氧化物酶體蛋白的分選三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和

過氧化物酶體的分選第24頁,共54頁，2024年2月25日，星期天后翻譯轉(zhuǎn)運途徑中蛋白質(zhì)分選是一個多步過程：需要多個不同的靶向序列導(dǎo)肽：線粒體蛋白N端轉(zhuǎn)運肽：葉綠體前體蛋白N端

內(nèi)在靶向序列：過氧化物酶體蛋白C端其他空間定位信號序列蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運所需條件：分子伴侶、能量。分子伴侶（molecularchaperon）：細(xì)胞中幫助其他蛋白質(zhì)多肽鏈轉(zhuǎn)運、折疊或裝配，但并不參與最終產(chǎn)物組成的蛋白質(zhì)分子。如：熱休克（激）蛋白（heatshockprotein,Hsp）60、70和90家族等。第25頁,共54頁，2024年2月25日，星期天導(dǎo)肽：位于線粒體前體蛋白N端的一段信號序列（約20個氨基酸殘基），能夠識別線粒體并牽引蛋白質(zhì)通過線粒體膜進行運送。特點：①含有豐富的帶正電荷的堿性氨基酸（精氨酸）；②含較高羥基氨基酸（絲氨酸）；③不含帶負(fù)電荷的酸性氨基酸；④可形成既具親水性又具疏水性的α螺旋結(jié)構(gòu)。1、蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體第26頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共54頁，2024年2月25日，星期天核基因編碼的線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運第28頁,共54頁，2024年2月25日，星期天線粒體蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的特點需要導(dǎo)肽需要輸入受體從內(nèi)、外膜接觸點進入（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）的幫助需要能量第29頁,共54頁，2024年2月25日，星期天葉綠體蛋白質(zhì)的運送及組裝2、葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入第30頁,共54頁，2024年2月25日，星期天3、過氧化物酶體蛋白的分選第31頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運輸

一、膜泡運輸概觀膜泡運輸是蛋白運輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細(xì)胞中。在轉(zhuǎn)運過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輸及其復(fù)雜的調(diào)控過程。第32頁,共54頁，2024年2月25日，星期天在細(xì)胞的膜泡運輸中：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使得這類蛋白免于逃逸，故，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)又被稱為“開放的監(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)胞的膜泡運輸及其隨之而形成的膜流中起樞紐作用。推測高爾基體極性的維持是由于在高爾基體膜囊上結(jié)合有類似動力蛋白的蛋白質(zhì)。

一、膜泡運輸概觀

第33頁,共54頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、分泌泡和細(xì)胞質(zhì)膜及胞內(nèi)體也都具有各自特異的成分，這是行使復(fù)雜的膜泡運輸功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。在膜泡中又必須保證各細(xì)胞器和細(xì)胞間隔本身成分特別是膜成分的相對恒定。

一、膜泡運輸概觀

第34頁,共54頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀第35頁,共54頁，2024年2月25日，星期天二、三種不同類型的包被膜泡具有不同的物質(zhì)運輸作用

COPII包被膜泡

COPI包被膜泡

網(wǎng)格蛋白包被膜泡第36頁,共54頁，2024年2月25日，星期天１、COPII包被膜泡

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

高爾基體的物質(zhì)運輸；

組成：由5種蛋白亞基組成；包被蛋白的裝配是受控的；

特點：COPII包被膜泡具有對轉(zhuǎn)運物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。第37頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

裝配：Sar-GTP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的結(jié)合，起始COPII亞基的裝配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受體在腔面捕獲并富集被轉(zhuǎn)運的可溶性蛋白。第38頁,共54頁，2024年2月25日，星期天２、COPI包被膜泡

功能：介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜泡逆向運輸，負(fù)責(zé)從高爾基體反面膜囊到高爾基體順面膜囊以及從高爾基體順面網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜泡轉(zhuǎn)運。

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于ARF(GTP-bindingprotein)；

作用：負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運再循環(huán)的膜脂雙層、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的可溶性蛋白和膜蛋白，同時是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收錯誤分選的逃逸蛋白(escapedproteins）的重要途徑。

第39頁,共54頁，2024年2月25日，星期天細(xì)胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機制：

轉(zhuǎn)運膜泡將駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運；

對逃逸蛋白的回收機制：通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu，KDEL)的特異性受體，以COPI包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。第40頁,共54頁，2024年2月25日，星期天圖8-12不同類型的膜泡運輸膜泡既可運輸膜結(jié)合蛋白，又可運輸可溶性蛋白，其包裝特異性取決于被轉(zhuǎn)運蛋白的靶向分選序列（表8-4）。第41頁,共54頁，2024年2月25日，星期天３、網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡

功能：負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN

質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運輸；在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑中，也負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜

細(xì)胞質(zhì)中的內(nèi)吞泡及胞內(nèi)體

溶酶體運輸

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)膜第42頁,共54頁，2024年2月25日，星期天在高爾基體TGN區(qū)籠形蛋白有被小泡的形成示意圖第43頁,共54頁，2024年2月25日，星期天

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輸方式:1.網(wǎng)格蛋白有被小泡：介導(dǎo)從高爾基體TGN

質(zhì)膜和胞內(nèi)體及溶酶體的運輸；

2.COPII有被小泡：介導(dǎo)順向運輸，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高爾基體的運輸；

3.COPI有被小泡：介導(dǎo)逆向運輸，即在高爾基體內(nèi)膜囊間和從cis膜囊、CGN

RER。小結(jié)此部分：第44頁,共54頁，2024年2月25日，星期天在細(xì)胞合成-分泌、內(nèi)吞途徑中3種不同的主要膜泡運輸方式1.網(wǎng)格蛋白有被小泡2.COPII有被小泡3.COPI有被小泡第45頁,共54頁，2024年2月25日，星期天膜泡運輸是特異性過程，涉及多種蛋白識別、組裝-去組裝的復(fù)雜調(diào)控。膜泡融合：

是特異性的選擇性融合，從而指導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜流的方向。

選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用。三、轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定和融合第46頁,共54頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共54頁，2024年2月25日，星期天膜泡錨定與融合的特異性是通過轉(zhuǎn)運泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用獲得的第48頁,共54頁，2024年2月25日，星期天四、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝