蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸-任麗

1、第八章第八章 蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸Protein Sorting and Vesicular Transporting 任麗任麗第八章內(nèi)容概要第八章內(nèi)容概要 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選 (Protein Sorting) 細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸 (Vesicular Transporting)第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選 (Protein Sorting)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選簡介細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選簡介信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分

2、選蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選 1.1 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選簡介細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選簡介蛋白質(zhì)分選蛋白質(zhì)分選 (Protein Sorting)：細(xì)胞中蛋白質(zhì)種類極多，蛋白質(zhì)：細(xì)胞中蛋白質(zhì)種類極多，蛋白質(zhì)發(fā)揮結(jié)構(gòu)或功能作用的部位幾乎遍布細(xì)胞的各種區(qū)間或組分，發(fā)揮結(jié)構(gòu)或功能作用的部位幾乎遍布細(xì)胞的各種區(qū)間或組分，因此必然存在不同的機(jī)制以確保蛋白質(zhì)分選，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞的特因此必然存在不同的機(jī)制以確保蛋白質(zhì)分選，轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞的特定部位，也只有定部位，也只有蛋白質(zhì)各就各位蛋白質(zhì)各就各位并組裝成并組裝成結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體結(jié)構(gòu)與功能的復(fù)合體，才能參與實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的各種生命活動。這一過程稱為蛋白質(zhì)分，才能參與實(shí)

3、現(xiàn)細(xì)胞的各種生命活動。這一過程稱為蛋白質(zhì)分選，或選，或蛋白質(zhì)尋靶蛋白質(zhì)尋靶 (protein targeting)。 發(fā)揮結(jié)構(gòu)或功能作用的部位各異發(fā)揮結(jié)構(gòu)或功能作用的部位各異導(dǎo)致細(xì)胞存在多種蛋白質(zhì)分導(dǎo)致細(xì)胞存在多種蛋白質(zhì)分選機(jī)制選機(jī)制 蛋白質(zhì)分選與組裝是涉及蛋白質(zhì)分選與組裝是涉及多種信號調(diào)控多種信號調(diào)控的復(fù)雜而重要的細(xì)胞的復(fù)雜而重要的細(xì)胞生物學(xué)熱點(diǎn)問題生物學(xué)熱點(diǎn)問題 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說信號假說 (Signal hypothesis)1975年，年，Gnter Blobel和其和其同事同事David Sabatini推測分泌推測分泌蛋白可能攜帶蛋白可

4、能攜帶N端短信號序端短信號序列，一旦該序列從核糖體翻列，一旦該序列從核糖體翻譯合成，組合因子和蛋白結(jié)譯合成，組合因子和蛋白結(jié)合，指導(dǎo)其轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜合，指導(dǎo)其轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，后續(xù)翻譯過程將在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，后續(xù)翻譯過程將在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上進(jìn)行。膜上進(jìn)行。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999 was awarded to Gnter Blobel for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in th

5、e cell. 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號以血清白蛋白和以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白型病毒的糖蛋白gp160信號肽為例，顯示出兩信號肽為例，顯示出兩者信號肽一級序列由者信號肽一級序列由疏水核心疏水核心、C端端和和N端端3個區(qū)域構(gòu)成。個區(qū)域構(gòu)成。信號肽的一級結(jié)構(gòu)序列信號肽的一級結(jié)構(gòu)序列 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)N端的端的信號肽信號肽 (signal peptide) 信號識別顆粒信號識別顆粒 (signal recognition particle, SRP)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 信號識別顆粒受體信號識別顆粒受

6、體 (停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein, DP)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜指導(dǎo)分泌性蛋白質(zhì)在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的指導(dǎo)分泌性蛋白質(zhì)在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的決定因素決定因素： 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號在非細(xì)胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與在非細(xì)胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關(guān)系和微粒體的關(guān)系共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn) (cotranslational translocation)：應(yīng)用體外非細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行：應(yīng)用體外非細(xì)胞系統(tǒng)進(jìn)行蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)，證實(shí)分泌性蛋白向蛋白質(zhì)合成實(shí)驗(yàn)，證實(shí)分泌性蛋白向rER (微粒體微粒體) 腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是同蛋白腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是同蛋白質(zhì)翻譯過

7、程偶聯(lián)進(jìn)行的，分泌蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。質(zhì)翻譯過程偶聯(lián)進(jìn)行的，分泌蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號分泌性蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的分泌性蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)過程過程圖示信號肽、圖示信號肽、SRP、DP及移位子之間的相互作用及移位子之間的相互作用 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類型 開始轉(zhuǎn)移序列、停止轉(zhuǎn)移錨定序列開始轉(zhuǎn)移序列、停止轉(zhuǎn)移錨定序列 (STA)、內(nèi)在信號錨定序列、內(nèi)在信號錨定序列 (SA) 1.3 蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途

8、徑與類型蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型核基因編碼的蛋白質(zhì)的分選核基因編碼的蛋白質(zhì)的分選后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑1. 共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分類蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分類 (根據(jù)蛋白質(zhì)分選的不同轉(zhuǎn)運(yùn)方式根據(jù)蛋白質(zhì)分選的不同轉(zhuǎn)運(yùn)方式)蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸選擇性的門控轉(zhuǎn)運(yùn)選擇性的門控轉(zhuǎn)運(yùn)1. 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn) 1.3 蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型真核細(xì)胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型真核細(xì)胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型 1.2 信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號指導(dǎo)蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞

9、器的靶向序列的主要特征指導(dǎo)蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞器的靶向序列的主要特征 1.4 蛋白質(zhì)線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選蛋白質(zhì)線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑核基因編碼的線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)核基因編碼的線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn) 1.4 蛋白質(zhì)線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選蛋白質(zhì)線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑葉綠體蛋白從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)注入到類囊體腔葉綠體蛋白從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)注入到類囊體腔 1.4 蛋白質(zhì)線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選蛋白質(zhì)線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選PTS1指導(dǎo)的過氧化物酶體基質(zhì)指導(dǎo)的過氧化物酶體基質(zhì)蛋白的輸入蛋白的輸

10、入第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選 要點(diǎn)回顧要點(diǎn)回顧細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選簡介細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選簡介信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說與蛋白質(zhì)分選信號蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)诙?jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸 (Vesicular Transporting)膜泡運(yùn)輸概觀膜泡運(yùn)輸概觀COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和

11、融合轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合 2.1 膜泡運(yùn)輸概觀膜泡運(yùn)輸概觀蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑徑蛋白質(zhì)通過共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途蛋白質(zhì)通過共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑跨膜運(yùn)輸徑跨膜運(yùn)輸內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽，形成高爾基內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽，形成高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逆向轉(zhuǎn)運(yùn)逆向轉(zhuǎn)運(yùn)高爾基體膜從順面至反面高爾基體膜從順面至反面的成熟遞進(jìn)的成熟遞進(jìn)逆向運(yùn)輸逆向運(yùn)輸組成型分泌組成型分泌調(diào)節(jié)型分泌調(diào)節(jié)型分泌分選到溶酶體分選到溶酶體1.胞吞途徑胞吞途徑 2.1 膜泡運(yùn)輸概觀膜泡運(yùn)輸概觀蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中涉及的三種包被膜泡蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中涉及的三種包被膜泡 COP II (coat protein II) 包被膜泡包被膜泡 COP I

12、(coat protein I) 包被膜泡包被膜泡 網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡接頭蛋白包被膜泡 2.1 膜泡運(yùn)輸概觀膜泡運(yùn)輸概觀在細(xì)胞合成在細(xì)胞合成-分泌與內(nèi)吞途徑中分泌與內(nèi)吞途徑中3種不同的主要膜泡運(yùn)輸方式種不同的主要膜泡運(yùn)輸方式COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸裝配與運(yùn)輸 2.2 COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸Sar1蛋白在蛋白在COP包被膜泡裝配與去裝配中作用模型包被膜泡裝配與去裝配中作用模型 2.2 COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與

13、運(yùn)輸已知的指導(dǎo)蛋白質(zhì)包裝到特異性轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡的分選信號已知的指導(dǎo)蛋白質(zhì)包裝到特異性轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡的分選信號 2.3 COP I包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸不同類型的膜泡運(yùn)輸不同類型的膜泡運(yùn)輸?shù)姆诌x信號的分選信號 2.4 網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白、多角形網(wǎng)格包被結(jié)構(gòu)網(wǎng)格蛋白、多角形網(wǎng)格包被結(jié)構(gòu)及發(fā)動蛋白接到的網(wǎng)格蛋白及發(fā)動蛋白接到的網(wǎng)格蛋白/接頭接頭蛋白包被膜泡的形成示意圖蛋白包被膜泡的形成示意圖 2.5 轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合轉(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在供體膜和靶膜之間膜泡的錨定與融合模式

14、圖解第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)诙?jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸 要點(diǎn)回顧要點(diǎn)回顧膜泡運(yùn)輸概觀膜泡運(yùn)輸概觀COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COP包被膜泡的裝配與運(yùn)輸包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合 課后思考題課后思考題何謂分泌型蛋白合成的信號肽學(xué)說，涉及的主要組分如何謂分泌型蛋白合成的信號肽學(xué)說，涉及的主要組分如何協(xié)同作用？何協(xié)同作用？試述分泌蛋白的合成、加工及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。試述分泌蛋白的合成、加工及轉(zhuǎn)運(yùn)途徑。試述細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)母艣r、類型及其各自主要功能。試述細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)母艣r、類型及其

15、各自主要功能。怎樣理解細(xì)胞結(jié)構(gòu)組裝的生物學(xué)意義？怎樣理解細(xì)胞結(jié)構(gòu)組裝的生物學(xué)意義？ 擴(kuò)展閱讀擴(kuò)展閱讀Dolezal P, et al. Evolution of the molecular mechines for protein import into mitochondria. Science, 2006, 313: 314-318.Edeling MA, et al. Life of a clathrin coat: insights from clathrin and AP structures. Nat Rev Mol Cell Biol, 2006, 7: 32-44.Gevork

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