細(xì)胞生物學(xué)翟中和編蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸課件

1、Protein Sorting一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號第一節(jié) 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選信號假說（Signal hypothesis）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Signal peptides信號肽與信號斑信號肽似乎沒有嚴(yán)格的專一性信號識別顆粒（SRP） 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(jìn)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（cotranslational translocation）。共翻譯轉(zhuǎn)運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S

2、RP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(jìn)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。蛋白質(zhì)在細(xì)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(jìn)入某些細(xì)胞器中，稱后翻譯轉(zhuǎn)運（post translocation）。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)運膜整合蛋白的信號序列開始轉(zhuǎn)移序列（start transfer sequence）內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internal stop-transfer anchor sequence, S

3、TA）內(nèi)在信號錨定序列（internal signal anchor sequence, SA）多肽跨膜次數(shù)的確定內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類型 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 移位子二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型 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(xì)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 轉(zhuǎn)運類型1.門控運輸（gated transport）：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

4、分子物質(zhì)自由進(jìn)出細(xì)胞核。2.跨膜運輸（transmembrane transport）：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進(jìn)入目的地。3.膜泡運輸（vesicular transport）：蛋白質(zhì)被選擇性地包裝成運輸小泡，定向轉(zhuǎn)運到靶細(xì)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(xì)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(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白的轉(zhuǎn)運:與細(xì)胞骨架密切相關(guān)蛋白質(zhì)分選信號序列（一）蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙靶向線粒體基質(zhì)的跨膜運送靶向線粒體內(nèi)膜的跨膜運送TOM: tran

5、slocon of the outer membraneTim: translocon of the inner membrane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(jìn)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（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葉綠體蛋白質(zhì)的運送及組裝（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(xì)胞質(zhì)受體過氧化物酶體膜受體信號序列不被切除ATP水解第二節(jié) 細(xì)胞內(nèi)膜泡運輸 細(xì)胞內(nèi)部內(nèi)膜系統(tǒng)各

6、個部分之間的物質(zhì)傳遞常常通過膜泡運輸方式進(jìn)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(xì)胞器，主要是因為細(xì)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。第二節(jié) 細(xì)胞內(nèi)膜泡運輸 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(jìn)（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COP（coat p

7、rotein） 包被膜泡COP（coat protein） 包被膜泡網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白（clathrin/adaptor protein） 包被膜泡三種膜泡運輸方式 三種膜泡運輸方式 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 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

8、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。 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(escaped proteins），膜脂雙層COP包被蛋白的組成：7種蛋白質(zhì)亞基，ARF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

9、泡運輸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細(xì)胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機(jī)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)。網(wǎng)格蛋白包被膜泡（clathrin-coated vesicle）發(fā)動蛋白銜接蛋白Selective transport by clathrin coated vesicles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(xì)胞內(nèi)膜流的方向。選擇性