細胞生物學(xué)課件：第七章 細胞內(nèi)功能區(qū)隔與蛋白質(zhì)分選

第七章

細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)與細胞內(nèi)膜系統(tǒng)第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第三節(jié)高爾基體第四節(jié)溶酶體與過氧化物酶體第五節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細胞結(jié)構(gòu)的組裝本章內(nèi)容提要第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)

（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）細胞內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembranesystem）一、細胞質(zhì)基質(zhì)

（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）

細胞質(zhì)基質(zhì)又稱胞質(zhì)溶膠（cytosol)，是細胞質(zhì)中均勻而半透明的膠體部分，充填于其它有形結(jié)構(gòu)之間。

細胞質(zhì)基質(zhì)是細胞重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細胞質(zhì)的一半細胞組分

數(shù)目

體積比細胞質(zhì)基質(zhì)細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體胞內(nèi)體過氧化物酶體線粒體

11113002004001700

54612311122肝細胞中細胞質(zhì)基質(zhì)及細胞其它組分的數(shù)目及所占的體積比基本概念：用差速離心分離，先后除去細胞核等細胞器或細胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細胞質(zhì)基質(zhì)成分。

成分：按分子量大小分為三類，即小分子、中等分子和大分子。小分子包括水、無機離子；屬于中等分子的有脂類、糖類、氨基酸、核苷酸及其衍生物等；大分子則包括多糖、蛋白質(zhì)、脂蛋白和RNA等；中間代謝有關(guān)的酶類、細胞骨架結(jié)構(gòu)。特點：細胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系；通過弱鍵相互作用處于動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義

完成各種中間代謝過程

蛋白質(zhì)合成、脂肪酸合成、糖原代謝、核苷酸代謝、糖的酵解、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等

與細胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能

維持細胞形態(tài)、運動、胞內(nèi)物質(zhì)運輸及能量傳遞等保證細胞行使正常的生理生化功能

蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解

蛋白質(zhì)的修飾

（磷酸化和去磷酸化、糖基化、N－端甲基化、?；?/p>

控制蛋白質(zhì)的壽命

降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)

幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊

細胞質(zhì)基質(zhì)的功能ProteinglycosylationinRER提供離子環(huán)境：以維持各細胞器的實體完整性提供底物（原料）：

以供細胞器行使功能（物質(zhì)庫）提供物質(zhì)運輸?shù)耐罚杭毎c環(huán)境、細胞質(zhì)與細胞核、細胞器之間的物質(zhì)運輸、能量交換、信息傳遞等都需通過細胞基質(zhì)來完成影響細胞分化

如卵細胞細胞基質(zhì)對于分化起重要作用二、細胞內(nèi)膜系統(tǒng)

（endomembranesystem）

細胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述

細胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法

（一）細胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述定義：指細胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細胞器或細胞結(jié)構(gòu)。主要包括核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體三大結(jié)構(gòu)以及它們的產(chǎn)物-各種小泡和液泡。真核細胞的區(qū)域化（compartmentalization）：細胞骨架纖維為組織者的Cytomatrix形成有序的動態(tài)結(jié)構(gòu)；細胞內(nèi)的膜相結(jié)構(gòu)----細胞器（organelles）。

真核細胞的區(qū)域化內(nèi)膜系統(tǒng)的出現(xiàn)是真核細胞區(qū)別于原核細胞的顯著特點之一，其意義在于：大大增加了細胞內(nèi)膜的表面積，為多種酶特別是多酶體系提供了大面積的結(jié)合部位；酶系統(tǒng)的隔離與連接

蛋白質(zhì)、糖、脂肪的合成

加工包裝運輸分泌物擴散屏障及膜電位建立離子梯度的維持等。（二）細胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法

免疫標記和放射自顯影（Autoradiography）

生化分析（Biochemicalanalysis）

遺傳突變分析（Geneticmutants）第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Porter等于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞，因最初看到的是位于細胞質(zhì)內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故名endoplasmicreticulum，ER。ER形態(tài)與組成ER的功能

ER與基因表達的調(diào)控一、形態(tài)與組成約占細胞總膜面積的一半，是封閉的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。分為糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（RER）和光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（SER）RER膜表面分布大量的核糖體，主要是合成分泌性的蛋白質(zhì)和多種膜蛋白；SER表面沒有核糖體的結(jié)合，是合成脂質(zhì)的重要場所。細胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分.RERSER內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜含60%的蛋白和40%的脂類，卵磷脂含量較高，鞘磷脂含量較少，沒有或很少含膽固醇。約30多種膜結(jié)合蛋白，另有30多種位于ER網(wǎng)腔。核糖體結(jié)合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。二、ER的功能（一）蛋白質(zhì)合成（糙面ER）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白主要有：向細胞外分泌的蛋白、如抗體、激素；膜的整合蛋白；需要與其它細胞組分嚴格分開的酶，如溶酶體的各種水解酶；需要進行修飾的蛋白，如糖蛋白。Blobel等（1975）提出信號假說，認為蛋白質(zhì)N端的信號肽，指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。BlobelwithmembersofhislaboratoryGünterBlobel蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分：信號肽：位于N端，約16~30個氨基酸，含有6-15個連續(xù)排列的帶正電荷的非極性氨基酸，又稱開始轉(zhuǎn)移序列。信號識別顆粒（SRP）：6種多肽和1個7SRNA組成停止轉(zhuǎn)移序列：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續(xù)進入網(wǎng)腔，成為跨膜蛋白。轉(zhuǎn)位因子：由3-4個Sec61蛋白構(gòu)成的通道，每個Sec61由3條肽鏈組成。TranslocationofproteinsacrossER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與受體結(jié)合→SRP脫離→肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→信號肽切除→肽鏈延伸至終止。這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，稱為co-translation。（二）蛋白質(zhì)的修飾與加工包括糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白最終都被糖基化。糖基化的作用：①使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：N-連接的糖基化：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。O-連接的糖基化：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺。糖的供體為核苷糖，如GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。糖分子首先被糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移到膜上的磷酸長醇分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)到Asn-X-Ser或Asn-X-Thr的Asn上。ProteinglycosylationinRERProteinglycosylationinRERO-連接的糖基化蛋白質(zhì)糖基化類型

特征

N-連接

O-連接1.合成部位

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體2.合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3.與之結(jié)合的氨基酸殘基

天冬酰胺

絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4.最終長度

至少5個糖殘基一般1～4個糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的糖基化比較

蛋白質(zhì)糖基化的特點及其生物學(xué)意義糖蛋白寡糖鏈的合成與加工都沒有模板，靠不同的酶在細胞不同間隔中經(jīng)歷復(fù)雜的加工過程才能完成。糖基化的主要作用是蛋白質(zhì)在成熟過程中折疊成正確構(gòu)象和增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性；多羥基糖側(cè)鏈影響蛋白質(zhì)的水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)。對多數(shù)分選的蛋白質(zhì)來說，糖基化并非作為蛋白質(zhì)的分選信號。進化上的意義：寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它大分子接近細胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細胞的祖先具有一個保護性的外被，同時又不象細胞壁那樣限制細胞的形狀與運動。（三）新生肽鏈的折疊、組裝和運輸?shù)鞍椎恼郫B在hsp70家族的ATP酶的作用下完成。無法正確折疊的蛋白被轉(zhuǎn)入溶酶體降解，約90%的新合成T細胞受體亞單位和Ach受體都被降解，而從未到達靶膜。COPII介導(dǎo)由ER輸出的膜泡運輸。（四）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其它作用合成磷脂、膽固醇等。解毒，如肝細胞的細胞色素P450酶系。參與甾體類激素的合成。使葡糖6-磷酸水解，釋放糖至血液中。儲存鈣離子，作為胞內(nèi)信號物質(zhì)，如肌質(zhì)網(wǎng)。提供酶附著的位點和機械支撐作用。（三）ER與基因表達的調(diào)控ER的產(chǎn)生到功能實現(xiàn)受基因表達的調(diào)控。第三節(jié)高爾基體發(fā)現(xiàn)于1889年，Golgi用銀染法，在貓頭鷹的神經(jīng)細胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。一、形態(tài)與組成由扁平囊泡堆積而成，有極性。通常4~8個(某些藻類較多)扁平囊在一起，構(gòu)成高爾基膜囊。分布于ER與細胞膜間，呈弓形或半球形。是一種極性細胞器，一面對著ER稱為順面（cisface），凹進的一面對著質(zhì)膜稱為反面（transface）。StructureoftheGolgiComplexDistribution，nucleusgreen，Golgibodyred膜含有約60%的蛋白和40%的脂類，具有一些和ER共同的蛋白成分。主要的酶有糖基轉(zhuǎn)移酶、磺基-糖基轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、轉(zhuǎn)移酶和磷脂酶等。標志酶為糖基轉(zhuǎn)移酶。二、功能區(qū)隔高爾基順面膜囊cisGolginetwork（CGN），CGN是入口區(qū)域。高爾基中間膜囊medialGolgi，多數(shù)糖基修飾，糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的糖合成發(fā)生于此處。高爾基反面膜囊transGolginetwork（TGN），TGN是出口區(qū)域，參與蛋白質(zhì)的分選與包裝，最后輸出。

Golginetwork高爾基體不同區(qū)域的細胞化學(xué)反應(yīng)：①嗜鋨反應(yīng)：cis面膜囊被特異地染色；②TPP酶：trans面的膜囊；③NADP酶：顯示中間的膜囊；④CMP酶：trans面的囊狀和管狀結(jié)構(gòu)。作用：（1）了解高爾基體的結(jié)構(gòu)與功能；（2）鑒別高爾基體的極性。三、主要功能1、參與細胞分泌活動：RER合成Pr→ER腔→COPII小泡→CGN→medialGdgi加工→TGN區(qū)形成運輸泡→與質(zhì)膜融合、排出。2、O-連接的糖基化：糖的供體為核苷糖。O-連接的糖基化：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺ProteinglycosylationinRER3、進行膜的轉(zhuǎn)化功能：ER合成膜脂轉(zhuǎn)移至高爾基體，經(jīng)過修飾和加工，形成運輸泡與質(zhì)膜融合。4、將蛋白水解為活性物質(zhì)：如將胰島素C端切除；或?qū)⑸窠?jīng)肽前體降解為活性片段。5、參與形成溶酶體。6、植物細胞壁的形成，合成纖維素和果膠質(zhì)。第四節(jié)溶酶體與過氧化物酶體Lysosome為deDuve與Novikoff1955年發(fā)現(xiàn)。Peroxisome由Rhodin1954在鼠腎小管上皮細胞中發(fā)現(xiàn)。一、溶酶體的結(jié)構(gòu)特點溶酶體是單層膜圍繞，內(nèi)含多種酸性水解酶的囊泡狀細胞器。含酸性水解酶（最適pH=5），執(zhí)行細胞內(nèi)消化。具有異質(zhì)性（形態(tài)大小、水解酶的種類）。膜有質(zhì)子泵，溶酶體內(nèi)pH值低。膜蛋白高度糖基化（防止自身的降解）。1、初級溶酶體（primarylysosome）由高爾基體分泌形成，含多種酸性水解酶。2、次級溶酶體（secondarylysosome）是正在進行或完成消化作用的溶酶體，分為自噬溶酶體和異噬溶酶體。3、殘體（residualbody）又稱后溶酶體（post-lysosome），已失去酶活性，僅留未消化的殘渣，故名?？膳懦黾毎?，也可能留在細胞內(nèi)逐年增多，如表皮細胞的老年斑，肝細胞的脂褐質(zhì)。Secondarylysosome肝細胞脂褐質(zhì)二、溶酶體的功能細胞內(nèi)消化：如從LDL釋放膽固醇，單細胞真核生物及其消化食物。自體吞噬：清除無用生物大分子，衰老細胞、細胞器、個體發(fā)育中多余的細胞。防御作用：如巨噬細胞。參與分泌過程的調(diào)節(jié)：如將甲狀腺球蛋白降解成有活性的甲狀腺素。形成精子的頂體。三、溶酶體的發(fā)生在高爾基體的trans面以出芽的方式形成：前溶酶體蛋白→N-連接的糖基化→高爾基體→磷酸轉(zhuǎn)移酶識別信號斑→將N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在1~2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體→與trans膜囊上M6P受體結(jié)合→通過網(wǎng)格蛋白（clathrin）衣被包裝成運輸小泡→與晚期的內(nèi)體融合，受體解離→切除甘露糖殘基上的磷酸。TherecognitionofalysosomalhydrolaseinGolgiandmannosephosphorylation前溶酶體蛋白→磷酸轉(zhuǎn)移酶識別信號斑→將N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在1~2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體Transportofnewlysynthesizedhydrolasestolysosomes四、溶酶體與疾病矽肺：二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細內(nèi)吞噬，導(dǎo)致吞噬細胞溶酶體破裂。激活成纖維細胞，導(dǎo)致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。肺結(jié)核：結(jié)核桿菌引起肺組織鈣化和纖維化。類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎：溶酶體膜易脆裂。五、過氧化物酶體Rhodin1954發(fā)現(xiàn)于鼠腎小管上皮細胞。具有異質(zhì)性，由單層膜圍繞而成。特點：含過氧化氫酶（標志酶）和一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶，已發(fā)現(xiàn)40多種氧化酶。酶特點是將底物氧化后生成過氧化氫，而過氧化氫酶又利用H2O2去氧化其它底物。RH2+O2→R+H2O2Peroxisomeofhepatocyte煙草葉肉細胞的過氧化物酶體（中央具有尿酸氧化酶形成的晶體狀核心）

作用：在動物中：①參與脂肪酸的β-氧化；②具有解毒作用，過氧化氫酶氧化有害物質(zhì)，飲入的酒精1/4是在微體中氧化為乙醛。在植物中：①參與光呼吸，將光合作用的副產(chǎn)物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，②在萌發(fā)的種子中，進行脂肪的β-氧化。酶由核基因編碼，在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成，信號序列為-Ser-Lys-Leu-COO-。膜脂在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，通過磷脂轉(zhuǎn)移蛋白PTP轉(zhuǎn)移而來。已有的過氧化物酶體在細胞分裂時，以分裂方式傳給子代細胞。Zellweger綜合征（也叫腦肝腎綜合征）：患者細胞的過氧化物酶體中，酶蛋白輸入有關(guān)的蛋白質(zhì)變異，酶體是“空的”；腦、肝、腎異常，出生3-6個月后死亡。第五節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運與細胞結(jié)構(gòu)的組裝一、分泌蛋白合成的模型---信號假說二、蛋白質(zhì)分選與分選信號三、膜泡運輸

四、細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝

蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運（定義）：除線粒體和葉綠體中能合成少量蛋白質(zhì)外，絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)均在細胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體（或RER結(jié)合的核糖體）上合成，然后轉(zhuǎn)運至細胞的特定部位，行使其功能，也只有轉(zhuǎn)運至正確的部位并裝配成結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合體，才能參與細胞的生命活動。這一過程稱之為蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運（或蛋白質(zhì)的分選）。細胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)之所以能夠定向轉(zhuǎn)運到特定的細胞器取決于兩個方面：其一是蛋白質(zhì)中包含特殊的信號序列（signalsequence）。其二是細胞器上具特定的信號識別裝置（分選受體，sortingreceptor）。一、分泌蛋白合成的模型-----信號假說信號假說(Signalhypothesis)

G．Blobeletal：Signalhypothesis,1975信號肽（Signalpeptide）與共轉(zhuǎn)移（Cotranslocation）

導(dǎo)肽（Leaderpeptide）與后轉(zhuǎn)移（Posttranslocation）

布洛貝爾教授是洛克菲勒大學(xué)第4位因細胞生物學(xué)而得到諾貝爾獎的科學(xué)家。他的主要貢獻是發(fā)現(xiàn)并闡明了新合成的蛋白質(zhì)是怎樣轉(zhuǎn)運到細胞中的各個不同部位的。在此之前，人們已經(jīng)知道蛋白質(zhì)的合成，是由核糖體在基質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進行的。但蛋白質(zhì)是如何找到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，從而將蛋白轉(zhuǎn)運到各個細胞器或細胞膜上的，則一直是個謎。

1971年，年輕的布洛貝爾和他的同事沙巴梯尼提出了“信號肽”假說，認為蛋白質(zhì)最初的幾個氨基酸構(gòu)成一段信號肽，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上又有一個能識別信號肽的受體，將蛋白質(zhì)導(dǎo)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上去。這一假說是如此大膽而又如此簡單，以致一開始就受到許多知名學(xué)者的強烈反對。有人說他無知，有人罵他傲慢，還有人聲稱已證明“信號肽”假說是錯的。有很長一段時間，他的論文發(fā)表困難，基金申請也屢遭拒絕。這些批評和困難，反而給布洛貝爾造成一種強大的動力，促使他做了一個又一個漂亮而有說服力的實驗，證明“信號肽”假說是近乎完美的正確。一方面他對自己精益求精，用各種各樣的手段，在不同的系統(tǒng)中反復(fù)求證。另一方面他以大無畏的精神在公開場合與人辯論，對錯誤的觀點勇敢地站出來批評。畢竟，科學(xué)是公正的。多年后，全世界的科學(xué)家們在大量而精湛的實驗數(shù)據(jù)面前，接受了“信號肽”假說。而布洛貝爾教授率直，剛正不阿，勇于捍衛(wèi)真理，不怕得罪人的風(fēng)骨，也在生物科學(xué)界傳為美談。Backto信號假說1、信號假說內(nèi)容

2、指導(dǎo)因子：蛋白質(zhì)N-端的信號肽（signalpeptide）3、信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）：信號肽識別結(jié)構(gòu)域；核糖體結(jié)合結(jié)構(gòu)域4、信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白dockingprotein，DP）等1、信號假說內(nèi)容：分泌性蛋白N端序列作為信號肽，指導(dǎo)分泌性蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，然后在信號肽引導(dǎo)下蛋白質(zhì)邊合成邊通過易位子蛋白復(fù)合體進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，在蛋白質(zhì)合成結(jié)束前信號肽被切除（1975，BlobelandSabatini）。

信號肽的一級序列信號肽一級序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三個區(qū)域構(gòu)成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信號肽為例，顯示出兩者的n區(qū)長度明顯不同在非細胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關(guān)系

實驗組別含有編碼信號SRP

DP微粒體序列的mRNA結(jié)果

1

+---

產(chǎn)生含信號肽的完整多肽2

++--

合成70～100氨基酸殘基后，肽鏈停止延伸3

+++-

產(chǎn)生含信號肽的完整多肽4

++++信號肽切除，多肽鏈進入微粒體中

*“+”和“-”分別代表反應(yīng)混合物中存在（+）或不存在（-）該物質(zhì)。信號肽與共轉(zhuǎn)移信號肽（Signalpeptides）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)移的序列，通常15-60個氨基酸殘基，對所引導(dǎo)的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。信號斑（Signalpatches）：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。起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列signalsequenceandsignalpatchBackto

如果多肽只有N端信號而沒有停止轉(zhuǎn)移序列，該多肽合成后一般會進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。如果多肽中部存在停止轉(zhuǎn)移序列，該多肽最終為成為跨膜蛋白。起始轉(zhuǎn)移序列：引導(dǎo)肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的信號肽停止轉(zhuǎn)移序列：肽鏈中存在的某些序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強的親和力，結(jié)合在脂雙層中不進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔起始轉(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)導(dǎo)肽與后轉(zhuǎn)移基本特征：

蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到其他細胞器中，稱后轉(zhuǎn)移（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（如熱休克蛋白Hsp70）使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。翻譯運轉(zhuǎn)同步機制（ER、高爾基體、溶酶體、質(zhì)膜、胞外等）Cotranslationaltranslocation)翻譯后運轉(zhuǎn)機制（線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核，以及細胞基質(zhì)中的蛋白）(Post-translationaltranslocation)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運從轉(zhuǎn)運方式或機制分類蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運：1、跨膜運輸（transmembranetransport）：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進入目的細胞器。2、膜泡運輸（vesiculartransport）：蛋白質(zhì)等在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體中被包裝成衣被小泡，選擇性地運輸?shù)桨屑毎鳌?、細胞基質(zhì)中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運

二、蛋白質(zhì)分選途徑真核細胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型1.mRNA在細胞基質(zhì)的核糖體上合成蛋白質(zhì)2.合成的蛋白質(zhì)無信號肽，留在細胞基質(zhì)中3a、3b、3c.合成的蛋白通過跨膜運輸至線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、3d.合成的蛋白通過門控跨膜運輸至細胞核3.膜泡運輸?shù)鞍追绞綇膬?nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運至高爾基體4a、4b、4c.膜泡運輸方式轉(zhuǎn)運至胞外、溶酶體、質(zhì)膜三、胞內(nèi)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。

內(nèi)膜系統(tǒng)之間的物質(zhì)傳遞常通過膜泡運輸進行。多數(shù)運輸小泡在膜的特定區(qū)域以出芽的方式產(chǎn)生。表面具有一個籠子狀的由蛋白質(zhì)構(gòu)成的衣被（coat，或稱為包被）。衣被在運輸小泡與靶細胞器的膜融合之前解體。衣被小泡在細胞內(nèi)沿微管或微絲運輸。與膜泡運輸有關(guān)的馬達蛋白有3類，在這些馬達蛋白的牽引下，可將膜泡運到特定的區(qū)域。發(fā)動蛋白（dynamin

，一個微管結(jié)合蛋白質(zhì)家族，能結(jié)合并水解GTP），趨向微管負端；驅(qū)動蛋白（kinesin，能利用ATP水解所釋放的能量驅(qū)動自身及所攜帶的貨物分子沿微管運動的一類馬達蛋白），趨向微管正端；肌球蛋白（myosin，與肌動蛋白絲相互作用的馬達蛋白），趨向微絲正極。1、衣被類型及組裝已知三類：①籠形蛋白（clathrin，或網(wǎng)格蛋白）②COPI③COPII主要作用：①選擇性的將特定蛋白聚集在一起，形成運輸小泡；②如同模具一樣決定運輸小泡的外部特征。三種衣被小泡的功能衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質(zhì)膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COPIISar1Sec23/Sec24復(fù)合體，Sec13/31復(fù)合體，Sec16內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體①籠形蛋白衣被小泡運輸途徑：質(zhì)膜→內(nèi)體；高爾基體→內(nèi)體；高爾基體→溶酶體、植物液泡。衣被結(jié)構(gòu)：3重鏈、3輕鏈（AP1、AP2和AP3），clathrin的曲臂交織在一起，形成多面形網(wǎng)孔的籠子。銜接蛋白：連接衣被與受體（ARF）

Clathrin重鏈與輕鏈，AP2

Clathrin重鏈與輕鏈，AP1

Clathrin重鏈與輕鏈，AP3ClathrincoatedvesiclesDeep-etchviewofatypicalclathrinlattice籠形衣被的組裝當(dāng)衣被小泡形成時，發(fā)動蛋白（dynamin）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，切下衣被小泡。

籠形衣被的形成②COPI衣被小泡功能：回收、轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白（escapedproteins）、膜脂雙層或轉(zhuǎn)運膜泡上的v-SNAREs等返回內(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)運輸。組成：由7種蛋白組成。C端回收信號：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL回收信號）。COPIVesiclesCopIandIIVesicles③COPⅡ衣被小泡介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運輸。形成于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出口位點，該處無核糖體。主要亞基：Sar1GTP、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31。多數(shù)跨膜蛋白直接與COPII結(jié)合，少數(shù)跨膜蛋白和多數(shù)可溶性蛋白通過受體與COPII結(jié)合。分選信號：位于跨膜蛋白胞質(zhì)面，形式多樣，常包含雙酸性基序[DE]X[DE]，如Asp-X-Glu。COPIIVesiclesCOPIICoatedvesicleCOPII衣被的形成：（1）ER上形成COPII小泡時，Sar1交換GDP/GTP而激活。（2）激活的Sar1暴露出脂肪酸鏈尾巴，插入ER膜，促進衣被蛋白的核化和組裝。（3）Sar1可激活磷脂酶D，將一些磷脂水解，使衣被蛋白牢固地結(jié)合在膜上。（4）當(dāng)小泡從膜上釋放后，衣被很快就解體。Coatassembly2、膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制運輸小泡的形成、轉(zhuǎn)運及與靶膜的融合是一特異性過程，涉及多種蛋白質(zhì)識別、組裝、去組裝的復(fù)雜調(diào)控。選擇性融合是保證細胞內(nèi)定向膜流的因素之一。①SNAREsSNARE：敏感因子可溶性N-乙基馬來酰亞胺(NSF)結(jié)合蛋白受體，動物細胞融合所必需。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。SNAREsv-SNARE與t-SNARE相互作用，決定膜泡在靶膜上的錨定與融合SNAREsinvesicletransport神經(jīng)細胞中，SNAREs負責(zé)突觸小泡的停泊和融合。破傷風(fēng)毒素和肉毒素能選擇性地降解SNAREs，阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)。病毒融合蛋白的工作原理與SNAREs相似，介導(dǎo)病毒與宿主質(zhì)膜的融合。HIVfusionprotein②Rabs也叫targetingGTPase，屬于G蛋白，起分子開關(guān)作用。已知30余種，不同運輸小泡上具有不同的Rabs，如：Sar1、ARF等。功能：促進和調(diào)節(jié)運輸小泡的停泊和融合。Rabs還有許多效應(yīng)因子，幫助運輸小泡聚集和靠近靶膜，觸發(fā)SNAREs抑制因子。Rabsindocking1.供體膜上的GEF識別并結(jié)合特異性的Rab，生成Rab-GTP2.生成的Rab-GTP引發(fā)Rab構(gòu)象改變，將Rab-GTP錨定在供體膜上，并隨膜轉(zhuǎn)移3.靶膜上的Rab效應(yīng)器與Rab-GTP結(jié)合，促進v-SNARE與t-SNARE的配對4.轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜融合，Rab水解與之結(jié)合的GTP，釋放可溶性的Rab-GDP5.Rab-GDP與GDP解離抑制物結(jié)合，防止Rab的解離3、受體介導(dǎo)的內(nèi)吞