蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸課件

1、第7章 第二部分 蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸細(xì)胞的社會聯(lián)系多細(xì)胞生物體內(nèi)沒有細(xì)胞是“孤立”的通過細(xì)胞通訊、黏著、連接以及細(xì)胞與胞外基質(zhì)的相互作用構(gòu)成復(fù)雜的細(xì)胞社會決定細(xì)胞的行為和命運，包括結(jié)構(gòu)與功能分化、位置以及生死抉擇，維持機體的穩(wěn)態(tài)平衡Randy Schekman發(fā)現(xiàn)了囊泡傳輸所需的一組基因；James Rothman闡明了囊泡是如何與目標(biāo)融合并傳遞的蛋白質(zhì)機器；Thomas Sdhof則揭示了信號是如何引導(dǎo)囊泡精確釋放被運輸物的。 1975年Blobel和sabatini等提出了信號假說（signal hypothesis），即分泌性蛋白N端作為序列信號肽（signal sequence或si

2、gnal peptide），指導(dǎo)分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成，在蛋白合成結(jié)束前信號肽被切除。信號識別顆粒(SRP)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的信號識別顆粒的受體（停泊蛋白,DP）等因子協(xié)助完成這一過程。（一）信號假說英文名稱為translocon，或translocator 或translocation channel。易位子是與新生蛋白或多肽跨膜轉(zhuǎn)運相關(guān)的多種蛋白的復(fù)合物，其成員有Sec61、SRP、SRPR、TRAM及信號肽酶等。易位子新生蛋白鏈接子因子（二）信號肽與共翻譯 肽鏈邊合成邊轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的方式稱為共轉(zhuǎn)移。 跨膜蛋白的起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列 開始轉(zhuǎn)移序列：蛋白質(zhì)氨基末端的信號序列除作為信

3、號被SRP識別外，還具有起始穿膜轉(zhuǎn)移的作用。 內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列：肽鏈中還有某些序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜具有很強的親合力而結(jié)合在脂雙層之中，能阻止肽鏈繼續(xù)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，使其成為跨膜蛋白質(zhì)，稱為停止轉(zhuǎn)移序列。 內(nèi)在信號信號序列： 跨膜蛋白的類型及其取向起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)跨膜蛋白的類型及其取向peptidase初生肽鏈開啟易位子信號序列（signal sequence）：存在于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)上的線性序列，通常由15-60個氨基酸殘基組成，有些信號序列在完成蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)移后被信號肽酶（ signal peptidase）切除；通常信號序列對所引導(dǎo)的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。信號斑

4、（signal patch）：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。每一種信號序列決定特殊的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運方向。蛋白質(zhì)分選的途徑： 1、翻譯后轉(zhuǎn)運途徑：在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上完成多肽鏈的合成，然后轉(zhuǎn)運至膜圍繞的細(xì)胞器，如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體及細(xì)胞核，或者成為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的可溶性駐留蛋白和支架蛋白 2、共轉(zhuǎn)運翻譯途徑：蛋白質(zhì)合成在游離核糖體上起始之后由信號肽引導(dǎo)轉(zhuǎn)移至糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后新生肽邊合成邊轉(zhuǎn)入糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，再經(jīng)高爾基體加工包裝并有其膜泡運送至溶酶體、細(xì)胞質(zhì)膜或分泌到胞外。蛋白質(zhì)分選的類型： 1、蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運：在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合

5、成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、質(zhì)體和過氧化物酶體等細(xì)胞器； 2、膜泡運輸：通過不同類型的轉(zhuǎn)運小泡從糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成部位轉(zhuǎn)運至高爾基體，進(jìn)而分選轉(zhuǎn)運至細(xì)胞的不同部位； 3、選擇性的門控轉(zhuǎn)運：通過核孔復(fù)合體選擇性的核輸入和輸出； 4、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運。一些典型的分選信號功能信號序列輸入細(xì)胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 脯-脯-賴-賴-賴-精-賴-纈輸出細(xì)胞核-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-輸入線粒體+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys

6、-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-輸入質(zhì)體+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly-輸入過氧化物酶體-Ser-Lys-Leu-COO-輸入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-I

7、le-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln-返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）由質(zhì)膜到內(nèi)體Tyr-X-X- 三膜泡運輸 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。 1、COPII包被小泡介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的運輸，順向運輸； 2、COPI包被小泡負(fù)責(zé)將蛋白從高爾基體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，逆向運輸； 3、網(wǎng)格蛋白有被小泡介導(dǎo)從高爾基體TGN質(zhì)膜、胞內(nèi)體、溶酶體或植物液泡

8、等的運輸；在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑也負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜內(nèi)吞泡(細(xì)胞質(zhì)) 胞內(nèi)體溶酶體運輸。在細(xì)胞的膜泡運輸中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當(dāng)于重要的物質(zhì)供應(yīng)站，而高爾基體是重要集散中心。由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的駐留蛋白具有回收信號，即使有的蛋白發(fā)生逃逸，也會保留或回收回來，所以有人將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)比喻成“開放的監(jiān)獄”（open prison）。高爾基體在細(xì)胞的膜泡運輸及其隨之而形成的膜流中起樞紐作用，因此高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結(jié)合有類似動力蛋白的蛋白質(zhì)，從而使高爾基體維持其極性。同樣，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)，但是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。運輸小泡尋靶：SRNRE假說 Rothman 和他的同事發(fā)現(xiàn)動物細(xì)胞融合需要一種可溶的細(xì)胞質(zhì)蛋白，叫做N-乙基馬來酰亞胺敏感融合蛋白（N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein，NSF）以及其他幾種可溶性NSF附著蛋白（solube NSF attachment protein，SNAP），NSF/SNAP能夠介導(dǎo)不同類型小泡的融合，說明它沒有特異性。膜融合的特異性是由另外的膜蛋白提供的，這種蛋白稱為SNAP受