細(xì)胞蛋白分選機(jī)制整理

1、題目：1.用自己的語(yǔ)言復(fù)述課堂列出的四組關(guān)于信號(hào)肽的實(shí)驗(yàn)，分析其產(chǎn)物為何有所不同；根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建的信號(hào)肽學(xué)說(shuō)要點(diǎn)有哪些？2.請(qǐng)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(jī)制。1. 共四組實(shí)驗(yàn)，在第一組（對(duì)照組）中加入含編碼信號(hào)序列的mRNA，第二組中加入含編碼信號(hào)序列的mRNA和SRP，第三組中加入含編碼信號(hào)序列的mRNA和SRP，DP，第四組中加入含編碼信號(hào)序列的mRNA和SRP，DP，微粒體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：第一組產(chǎn)生含信號(hào)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(hào)肽的完整多肽，第四組信號(hào)肽切除，多肽鏈進(jìn)入

2、微粒體中。產(chǎn)物不同的原因：組2： SRP 有Alu 和S 兩個(gè)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(shí)別并結(jié)合在游離核糖體上新合成蛋白質(zhì)的信號(hào)肽。當(dāng)它與信號(hào)肽結(jié)合后，多肽合成就暫時(shí)中止，所以會(huì)只形成70100氨基酸殘基。組3：DP與SRP結(jié)合后，解除了SRP 對(duì)核糖體肽鏈合成的抑制，新生鏈繼續(xù)合成延長(zhǎng)。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(huì)進(jìn)入其中被加工，信號(hào)肽則被信號(hào)肽酶水解。信號(hào)肽學(xué)說(shuō)要點(diǎn)：分泌蛋白先在游離核糖體上開(kāi)始合成-當(dāng)其N(xiāo)端的信號(hào)肽延伸出核糖體后，被胞質(zhì)中的SRP識(shí)別并結(jié)合-r

3、ER 膜上的SR識(shí)別并結(jié)合SRP-信號(hào)肽的疏水核心與膜結(jié)合-新形成的多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-信號(hào)肽被信號(hào)肽酶水解-新生肽鏈通過(guò)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)子進(jìn)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(yùn)輸?shù)骄€粒體中由線粒體的核糖體合成的蛋白，以共翻譯運(yùn)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(yùn)輸（post-translational transpo

4、rt）的方式轉(zhuǎn)運(yùn)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(guò)膜時(shí)，在外膜上有專(zhuān)一性不很強(qiáng)的受體參與作用。（3）蛋白質(zhì)通過(guò)膜需要水解ATP和利用 質(zhì)子動(dòng)勢(shì)的能量過(guò)程。（4）導(dǎo)肽引導(dǎo)蛋白質(zhì)前體，在受體及轉(zhuǎn) 運(yùn)子的作用下，通過(guò)內(nèi)、外膜的接觸點(diǎn)，運(yùn)輸?shù)骄€粒體的基質(zhì)中。（5）導(dǎo)肽對(duì)所牽引的蛋白質(zhì)無(wú)特異性。（6）蛋白質(zhì)運(yùn)送時(shí)需要一些分子伴侶使蛋白進(jìn)行折疊狀態(tài)與解折疊狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。（7）前體蛋白運(yùn)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(yùn)子，外膜上的TOM、SAM ，內(nèi)膜上TIM23、TIM22、

5、OXA轉(zhuǎn)運(yùn)子。TOM 轉(zhuǎn)運(yùn)子（translocase of the outer mitochondrial membrane） 介導(dǎo)幾乎所有線粒體蛋白通過(guò)外膜。 它能識(shí)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(guò)TOM 的轉(zhuǎn)運(yùn)孔 運(yùn)入。同時(shí)它還可以介導(dǎo)一些外膜蛋白插入外膜。TIM轉(zhuǎn)運(yùn)子（translocase of the inner mitochondrial membrane） 其中最主要的一個(gè)為T(mén)IM23。TIM23 能夠轉(zhuǎn)運(yùn)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(lèi)：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(yùn) 進(jìn)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(lèi)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(yùn)蛋白的插入。包括運(yùn)輸ATP、ADP、磷酸進(jìn)出線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，以及其他轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)入基質(zhì)的內(nèi)膜蛋白的插入。蛋白質(zhì)運(yùn)進(jìn)線粒體的路線主要有以下4個(gè)途徑：1、外膜蛋白的運(yùn)輸途徑 定位于外膜的

7、蛋白質(zhì)一般沒(méi)有導(dǎo)肽，其末端的氨基酸序列就有識(shí)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(guò)TOM復(fù)合物進(jìn)入外膜。對(duì)于外膜上豐富的膜孔蛋白，首先由TOM 運(yùn)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(yùn)輸途徑這類(lèi)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸途徑有種。第一類(lèi)內(nèi)膜蛋白，無(wú)導(dǎo)肽，但存在內(nèi)部信號(hào)序列。第二類(lèi)內(nèi)膜蛋白，有導(dǎo)肽和疏水（停止）序列。第三類(lèi)內(nèi)膜蛋白，有導(dǎo)肽，停止序列被第二段信號(hào)序列取代。3、膜間隙蛋白的運(yùn)輸途徑 這類(lèi)蛋白質(zhì)的運(yùn)輸途徑有兩種： 一類(lèi)蛋白質(zhì)含有導(dǎo)肽和疏水序列，它們由TOM 和

8、TIM23運(yùn)入膜間隙，同時(shí)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(lèi)蛋白質(zhì)含有導(dǎo)肽和第二段信號(hào)序列，它們先經(jīng)TOM、TIM23 進(jìn)入基質(zhì)，并切掉導(dǎo)肽，隨后，蛋白又經(jīng)OXA運(yùn)送到內(nèi)膜和膜間隙，其第二段信號(hào)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(yùn)輸途徑基質(zhì)蛋白都帶有導(dǎo)肽。在內(nèi)外膜的接觸點(diǎn)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(jìn)入膜間隙。隨后通過(guò)TIM23 復(fù)合物進(jìn)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(yùn)主要是向基質(zhì)和類(lèi)囊體的轉(zhuǎn)運(yùn)，葉綠體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)依賴(lài)于葉綠體內(nèi)外膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)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(hào)序列， 定位于類(lèi)囊體的蛋白質(zhì)，N端有兩個(gè)信號(hào)序列：基質(zhì)信號(hào)序列和類(lèi)囊體信號(hào)序列。 蛋白質(zhì)進(jìn)入類(lèi)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(yùn)酶途徑。cpSRP途徑。自發(fā)插入途徑。內(nèi)膜系統(tǒng)：跨膜運(yùn)輸：蛋白運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體、過(guò)氧化物酶體； 膜泡運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)輸。形成于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無(wú)核糖體處的出芽位點(diǎn)。 l 主要亞基：Sar1-GTP、Sec23、Sec24（雙酸信號(hào)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(guò)受體與COP結(jié) 合。 l 分選信號(hào)：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(dòng)物細(xì)胞

11、中，抑制從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽的抗體對(duì)高爾基體膜囊之間膜泡運(yùn)輸沒(méi)有抑制效應(yīng)，說(shuō)明介導(dǎo)兩種運(yùn)輸?shù)牡鞍撞煌?COPI有被小泡是第一個(gè)被分離鑒定的運(yùn)輸小泡，GTP類(lèi)似物可以促使細(xì)胞積 累COPI有被小泡并可通過(guò)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(yùn)輸。 功能：回收、轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)輸。 組成：由7種蛋白組成， （KKXX膜蛋白回收信號(hào)受體） 。 回收信號(hào)：膜蛋白Lys-Lys-X-X（KKXX），可溶性蛋白Lys/His-Asp-GluLeu（KDEL或HDEL）。 KDEL信號(hào)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(hào)可被 COPI的包被亞基識(shí)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?xún)?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(shí)別，通過(guò)COPI有被小泡運(yùn)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(yùn)送 物質(zhì)。也通過(guò)胞吞從質(zhì)膜向胞內(nèi)體運(yùn)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(lái)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(yùn)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(shí)，可溶性GTP結(jié)合蛋白dynamin（發(fā)動(dòng)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(lái)。其他兩種有被小泡縊 縮還沒(méi)發(fā)現(xiàn)由發(fā)動(dòng)蛋白參與。 發(fā)動(dòng)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(zhǎng)頸部結(jié)合發(fā)動(dòng)蛋白的芽體。 細(xì)胞核：門(mén)控通道運(yùn)輸：通過(guò)核孔運(yùn)輸；親核蛋白的核輸入信號(hào)：核定位信號(hào) (NLS) ；10 個(gè)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(hào)肽和信號(hào)斑 ) （importin / 、nucleoporin、RanGTP/GDP） 親核蛋白的入核轉(zhuǎn)運(yùn)： 核蛋白通過(guò)NLS識(shí)別importin，與可溶性NLS受體importin/異二聚體結(jié)合，形成轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物； imp