細胞生物學(xué)翟中和編 第8章 蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸PPT課件

1,第8章蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸ProteinSortingandMembraneTrafficking,.,2,本章主要內(nèi)容,細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選信號假說與蛋白質(zhì)分選信號蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型細胞內(nèi)膜泡運輸COP包被膜泡的裝配與運輸COP包被膜泡的裝配與運輸網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白的裝配與運輸轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定和融合,.,3,ProteinSorting,.,4,一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號,第一節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選,.,5,信號假說（Signalhypothesis）,.,6,位于蛋白質(zhì)的N端，一般由16-26個殘基組成包括疏水核心區(qū)、C端和N端3部分,Signalpeptides,.,7,信號肽與信號斑,.,8,信號肽似乎沒有嚴(yán)格的專一性,.,9,信號識別顆粒（SRP）,.,10,分泌性蛋白向rER腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運是同蛋白質(zhì)翻譯過程偶聯(lián)進行的，這種分泌性蛋白在信號肽的引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運（cotranslationaltranslocation）。,共翻譯轉(zhuǎn)運,.,11,分泌性蛋白的合成與其跨膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的共翻譯轉(zhuǎn)運,.,12,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程：信號肽與SRP結(jié)合肽鏈延伸終止SRP與受體(DP)結(jié)合SRP脫離信號肽肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時信號肽引導(dǎo)新生肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽被切除肽鏈延伸至終止翻譯體系解散。,.,13,.,14,.,15,蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再在某種信號序列（導(dǎo)肽）的指導(dǎo)下進入某些細胞器中，稱后翻譯轉(zhuǎn)運（posttranslocation）。蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質(zhì)的幫助使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。例：線粒體、葉綠體、過氧化物酶體蛋白,后翻譯轉(zhuǎn)運,.,16,膜整合蛋白的信號序列,開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）內(nèi)在信號錨定序列（internalsignalanchorsequence,SA）,.,17,多肽跨膜次數(shù)的確定,.,18,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類型,.,19,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及5種蛋白成分：信號肽:又稱開始轉(zhuǎn)移序列信號識別顆粒（SRP）SRP受體（DP）停止轉(zhuǎn)移序列移位子,.,20,二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型,.,21,途徑（1）后翻譯轉(zhuǎn)運途徑（2）共翻譯轉(zhuǎn)運途徑類型（1）蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（2）膜泡運輸（3）選擇性的門控轉(zhuǎn)運（4）細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運,二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型,.,22,轉(zhuǎn)運類型,1.門控運輸（gatedtransport）：如核孔可以選擇性的主動運輸大分子物質(zhì)和RNP復(fù)合體，并且允許小分子物質(zhì)自由進出細胞核。2.跨膜運輸（transmembranetransport）：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進入目的地。3.膜泡運輸（vesiculartransport）：蛋白質(zhì)被選擇性地包裝成運輸小泡，定向轉(zhuǎn)運到靶細胞器。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的物質(zhì)運輸、高爾基體分泌形成溶酶體、細胞攝入某些營養(yǎng)物質(zhì)或激素，都屬于這種運輸方式。4.細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白的轉(zhuǎn)運:與細胞骨架密切相關(guān),.,23,蛋白質(zhì)分選信號序列,.,24,（一）蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體,蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙,.,25,靶向線粒體基質(zhì)的跨膜運送,.,26,靶向線粒體內(nèi)膜的跨膜運送,TOM:transloconoftheoutermembraneTim:transloconoftheinnermembrane,.,27,靶向線粒體膜間隙的跨膜運送,途徑A是主要的注意與內(nèi)膜蛋白途徑A不同點,.,28,導(dǎo)肽轉(zhuǎn)運線粒體蛋白質(zhì)的特點,需要受體從接觸點進入蛋白質(zhì)要解折疊與重新折疊需要蛋白水解酶需要能量需要分子伴侶的幫助,.,29,（二）葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入,外膜蛋白內(nèi)膜蛋白葉綠體基質(zhì)蛋白類囊體膜蛋白類囊體腔蛋白,.,30,葉綠體蛋白質(zhì)的運送及組裝,.,31,（三）過氧化物酶體蛋白的分選,C端SKL(Ser-Lys-Leu)靶向序列可溶性細胞質(zhì)受體過氧化物酶體膜受體信號序列不被切除ATP水解,.,32,第二節(jié)細胞內(nèi)膜泡運輸,細胞內(nèi)部內(nèi)膜系統(tǒng)各個部分之間的物質(zhì)傳遞常常通過膜泡運輸方式進行。膜泡運輸是一種高度有組織的定向運輸，各類運輸泡之所以能夠被準(zhǔn)確地運到靶細胞器，主要是因為細胞器的胞質(zhì)面具有特殊的膜標(biāo)志蛋白。不同的膜標(biāo)志蛋白組合，決定膜的表面識別特征。,.,33,第二節(jié)細胞內(nèi)膜泡運輸,.,34,一、膜泡運輸概觀,1.蛋白質(zhì)在rER合成，通過共翻譯轉(zhuǎn)運途徑跨膜運輸2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽，形成轉(zhuǎn)運膜泡并與高爾基體融合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的逆向運輸4.高爾基體膜囊從順面反面成熟遞進（非膜泡過程）5.從高爾基體后期膜囊早期膜囊的逆向運輸6.組成型分泌7.調(diào)節(jié)型分泌8.分選到溶酶體9.胞吞途徑,蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀,.,35,COP（coatprotein）包被膜泡COP（coatprotein）包被膜泡網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白（clathrin/adaptorprotein）包被膜泡,三種膜泡運輸方式,.,36,三種膜泡運輸方式,.,37,.,38,二、COP包被膜泡的裝配與運輸,COP包被蛋白組分小分子GTP結(jié)合蛋白Sar1Sec23/Sec24復(fù)合物Sec13/Sec31復(fù)合物大的纖維蛋白Sec16,.,39,二、COPII包被膜泡的裝配與運輸,負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的物質(zhì)運輸；COPII包被蛋白由5種蛋白亞基組成：Sar1、Sec12、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31、Sec16包被蛋白的裝配是受控的；COPII包被膜泡具有對轉(zhuǎn)運物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。COPII蛋白能識別并結(jié)合跨膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白胞質(zhì)面一端的信號序列（Asp-X-Glu）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面的受體能與ER腔中的可溶性蛋白（如分泌蛋白）結(jié)合。,.,40,1.Sar1與膜結(jié)合GTP交換2.COP包被裝配3.GTP水解4.COP包被去裝配,Sar1蛋白在COP包被膜泡裝配與去裝配,.,41,三、COP包被膜泡的裝配與運輸,運輸方向：高爾基體TGN面CGN面，高爾基體CGN面ER運輸對象：負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運ER逃逸蛋白(escapedproteins），膜脂雙層COP包被蛋白的組成：7種蛋白質(zhì)亞基，ARF,.,42,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間，分別由COP和COP膜泡介導(dǎo)蛋白質(zhì)順向和逆向轉(zhuǎn)運,不同類型的膜泡運輸,.,43,KDEL受體在從高爾基體回收內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔駐留蛋白中的作用,不同類型的膜泡運輸,.,44,細胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機制：轉(zhuǎn)運泡將駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運；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包被膜泡的形式捕獲逃逸蛋白。例:分子伴侶、SRP受體,.,45,四、網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸,運輸途徑：質(zhì)膜內(nèi)體，高爾基體TGN內(nèi)體，高爾基體TGN溶酶體、植物液泡。結(jié)構(gòu)組成：網(wǎng)格蛋白、接頭蛋白、受體膜蛋白、發(fā)動蛋白AP一方面將網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格包被連接到質(zhì)膜上；另一方面特異性地促使膜結(jié)合蛋白富集到形成包被的膜區(qū)。,.,46,網(wǎng)格蛋白包被膜泡（clathrin-coatedvesicle）,發(fā)動蛋白銜接蛋白,.,47,Selectivetransportbyclathrincoatedvesicles,.,48,.,49,五、轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定與融合,膜泡融合是特異性的選擇性融合，從而指導(dǎo)細胞內(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。,.,50,膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制,（一）SNAREs功能：介導(dǎo)運輸小泡與靶膜的融合。類型：v-SNAREs和t-SNAREs。結(jié)構(gòu)：具有一個螺旋結(jié)構(gòu)域，相互纏繞形成跨SNAREs復(fù)合體，將小泡與靶膜拉在一起。,.,51,SNAREsinvesicletransport,.,52,（二）Rabs,也叫targetingGTPase，屬于G蛋白，起分子開關(guān)作用。已知30余種，不同膜上具有不同的Rabs。Rabs促進和調(diào)節(jié)運輸