第七章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)()

第三節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運(yùn)輸一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號

蛋白質(zhì)是由核糖體合成的，合成之后必須準(zhǔn)確無誤地運(yùn)送到細(xì)胞的各個部位——蛋白質(zhì)分選。蛋白質(zhì)的分選作用是由信號序列和受體之間的相互作用決定的。

為什么有些蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中合成，有些則在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成？本文檔共58頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\9點43分游離核糖體與附著核糖體在結(jié)構(gòu)和功能上是相同的，為何附著核糖體要與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合？而游離核糖體不能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合？本文檔共58頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\9點43分★信號序列的發(fā)現(xiàn)與證實二十世紀(jì)六十年代，Colvin和David用分離的RER小泡研究附著核糖體合成的蛋白質(zhì)的去向本文檔共58頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\9點43分本文檔共58頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\9點43分實驗結(jié)果表明附著核糖體合成的蛋白質(zhì)能夠跨過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔是什么原因指導(dǎo)新生肽跨過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜？又是什么原因決定核糖體在合成蛋白時是游離存在還是附著到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上？本文檔共58頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\9點43分

1971年美國洛克菲勒大學(xué)Blobel、David等推測：蛋白質(zhì)合成的地點是由多肽N－末端一段氨基酸序列決定的，這一段氨基酸序列在蛋白質(zhì)合成時最先出現(xiàn)在核糖體上。提出◆分泌蛋白的N-端含有一段特別的信號序列，可將正在合成的多肽引導(dǎo)到ER膜上?！舳嚯耐ㄟ^ER膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)通道進(jìn)入ER腔中，并推測多肽是在合成的同時轉(zhuǎn)移的本文檔共58頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\9點43分1972年，Milstein和他的同事用無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)研究免疫球蛋白(IgG)輕鏈合成時獲得了信號序列存在的直接證據(jù)：

用分離純化的核糖體在無細(xì)胞體系中用編碼免疫球蛋白輕鏈的mRNA指導(dǎo)合成多肽，發(fā)現(xiàn)合成的多肽比分泌到細(xì)胞外的成熟的免疫球蛋白在N端有一段多出的肽鏈，有20個氨基酸。本文檔共58頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\9點43分◆加與不加RER小泡，產(chǎn)物不同將分泌蛋白的mRNA在無細(xì)胞體系中進(jìn)行翻譯時，如果不加微粒體，得到的翻譯產(chǎn)物比從細(xì)胞中分泌出來的蛋白質(zhì)要長，但添加RER小泡后，翻譯的產(chǎn)物與從活細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)相同。其他實驗推測：信號序列在引導(dǎo)蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后被切除本文檔共58頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\9點43分本文檔共58頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\9點43分信號肽的共同特征：長度為16～26個氨基酸殘基，N-末端含有一個或多個帶正電荷的氨基酸，其后是6～12個連續(xù)的疏水殘基；在蛋白質(zhì)合成中將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后通常被切除；無嚴(yán)格的特異性。＋＋＋帶正電荷的N-末端疏水區(qū)切割信號N本文檔共58頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\9點43分定位信號序列核定位信號引導(dǎo)肽信號肽信號序列的種類◆與生俱來的三種信號序列●壽命信號●加工信號●定位信號本文檔共58頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\9點43分1975年Bloble提出信號假說，認(rèn)為附著核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合與核糖體本身無關(guān)，而與跟核糖體結(jié)合的mRNA，也就是要合成的蛋白質(zhì)的種類有關(guān)，分泌蛋白等的mRNA起始密碼子AUG之后含有信號密碼，蛋白質(zhì)合成時，先在游離的核糖體上由信號密碼翻譯一段16－26個氨基酸組成的肽鏈，稱信號肽?！镄盘柤僬f（signalhypothesis）本文檔共58頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\9點43分◆如果合成的是分泌蛋白，信號序列被切除，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔，如果是膜蛋白，則由一個或多個停止轉(zhuǎn)移信號將蛋白質(zhì)錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。信號假說的要點

◆分泌蛋白的合成始于細(xì)胞質(zhì)中的游離核糖體◆合成的N端信號序列露出核糖體后，靠自由碰撞與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸，然后靠N端信號序列的疏水性氨基酸插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜◆蛋白繼續(xù)合成，并以絆環(huán)形式穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜本文檔共58頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\9點43分信號假說（signalhypothesis,Bloble1975)信號序列信號肽酶本文檔共58頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\9點43分本文檔共58頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\9點43分信號假說的證明實驗本文檔共58頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\9點43分★新蛋白復(fù)合物的發(fā)現(xiàn)

與信號肽假說的補(bǔ)充◆信號識別顆粒（SRP）：核糖核酸蛋白復(fù)合體，6條多肽+7SRNA，有三個功能位點：

●翻譯暫停結(jié)構(gòu)域●信號肽識別結(jié)合位點●SPR受體結(jié)合位點

功能：引導(dǎo)信號肽到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔；本文檔共58頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\9點43分本文檔共58頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\9點43分◆停泊蛋白（dockingprotein，DP)是SRP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白，能夠與結(jié)合有信號序列的SRP結(jié)合，使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體?？康絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)上。是一種G蛋白。本文檔共58頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\9點43分信號序列與SPR引導(dǎo)核糖體附著到ER膜本文檔共58頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\9點43分★補(bǔ)充修改后的信號肽假說(1)ER蛋白質(zhì)合成的起始

始于胞質(zhì)溶膠中的游離核糖體，蛋白質(zhì)合成地點由其mRNA決定.(2)SRP-核糖體復(fù)合體的形成

SRP的信號識別位點識別新生肽的信號肽并與之結(jié)合,蛋白質(zhì)合成暫時停止。（SRP為G蛋白）

(3)核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合

結(jié)合有信號肽的SRP-核糖體復(fù)合體與SRP受體（停泊蛋白DP）結(jié)合，

DP也為G蛋白本文檔共58頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\9點43分（5）信號肽酶切除信號肽，肽鏈繼續(xù)延伸（6）蛋白質(zhì)合成結(jié)束蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)通道關(guān)閉，核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫離進(jìn)入胞質(zhì)溶膠開始新的蛋白質(zhì)的合成。(4)SRP釋放與蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道（易位子）的打開，新生肽插入通道，信號肽與通道中受體結(jié)合，引導(dǎo)肽鏈以絆環(huán)形式進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔本文檔共58頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\9點43分分泌性蛋白合成的信號肽學(xué)說信號肽轉(zhuǎn)運(yùn)通道易位子分子伴侶胞質(zhì)溶膠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔本文檔共58頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\9點43分起始轉(zhuǎn)移序列(starttransfersignal)

停止轉(zhuǎn)移序列(stoptransfersignal)

內(nèi)信號序列(internalsignalpeptide)：不位于N-末端，不被切除，也是起始轉(zhuǎn)移信號序列膜整合蛋白的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制在RER合成的蛋白質(zhì)有兩類：分泌蛋白和膜蛋白，分泌蛋白合成后通過對信號肽切除，就可釋放到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中成為可溶蛋白，再進(jìn)行下游的運(yùn)輸。而膜蛋白需要保持在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，其共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)較為復(fù)雜。涉及以下幾種信號序列本文檔共58頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\9點43分分泌蛋白的共轉(zhuǎn)移本文檔共58頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\9點43分單次跨膜蛋白的共轉(zhuǎn)移機(jī)制本文檔共58頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\9點43分二次跨膜蛋白的共轉(zhuǎn)移機(jī)制內(nèi)信號序列本文檔共58頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\9點43分蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移的方式共轉(zhuǎn)移:肽鏈在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上邊合成邊轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中后轉(zhuǎn)移:蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后在某種信號指導(dǎo)下再轉(zhuǎn)移到線粒體、葉綠體、過氧化氫體等細(xì)胞器中的轉(zhuǎn)移方式.這類信號序列稱導(dǎo)肽.需要ATP使多肽去折疊；需要一些蛋白質(zhì)（如熱休克蛋白Hsp70）幫助其正確地折疊成有功能的蛋白.本文檔共58頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\9點43分幾種典型的蛋白質(zhì)分選信號序列信號功能舉例蛋白進(jìn)入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滯留在ER中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白進(jìn)入線粒體+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-進(jìn)入細(xì)胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-進(jìn)入過氧化物酶體-Ser-Lys-Leu-本文檔共58頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\9點43分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體細(xì)胞表面溶酶體分泌顆粒核糖體

線粒體過氧化物酶體

細(xì)胞核胞質(zhì)溶膠二、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選途徑和類型葉綠體游離核糖體附著核糖體兩條途徑：翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑共翻譯途徑本文檔共58頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\9點43分1、在細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)分選基本途徑共轉(zhuǎn)移后轉(zhuǎn)移本文檔共58頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\9點43分蛋白質(zhì)分選的類型3、選擇性門控轉(zhuǎn)運(yùn)：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)選擇性穿過核孔復(fù)合體進(jìn)入細(xì)胞核或從細(xì)胞核返回細(xì)胞質(zhì)。1、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：胞質(zhì)溶膠中合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等是通過跨膜進(jìn)行運(yùn)輸?shù)模枰ど线\(yùn)輸?shù)鞍椎膸椭?、膜泡運(yùn)輸：蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體及從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體、分泌泡、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞外是由小泡介導(dǎo)的。4、蛋白質(zhì)在細(xì)胞基質(zhì)中的運(yùn)輸（細(xì)胞骨架體系）。本文檔共58頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\9點43分三、膜泡運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)之間的物質(zhì)傳遞常常通過膜泡運(yùn)輸方式進(jìn)行。大多數(shù)運(yùn)輸小泡是在膜的特定區(qū)域以出芽的方式產(chǎn)生。其表面具有一個籠子狀的由蛋白質(zhì)構(gòu)成的衣被（coat）。這種衣被在運(yùn)輸小泡與靶細(xì)胞器的膜融合之前解體。本文檔共58頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\9點43分三種不同類型的包被小泡

具有不同的物質(zhì)運(yùn)輸作用

COPⅡ包被小泡

COPI包被小泡

網(wǎng)格蛋白包被小泡本文檔共58頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\9點43分網(wǎng)格蛋白包被小泡負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運(yùn)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(yùn)輸高爾基體TGN是網(wǎng)格蛋白包被小泡形成的發(fā)源地

本文檔共58頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\9點43分成纖維細(xì)胞質(zhì)面的網(wǎng)格蛋白衣被電子顯微鏡照片

本文檔共58頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\9點43分通過網(wǎng)格蛋白有被小泡介導(dǎo)的選擇性運(yùn)輸示意圖本文檔共58頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\9點43分

COPⅡ包被小泡

負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸； COPⅡ包被蛋白由5種蛋白亞基組成；

包被蛋白的裝配是受控的； COPⅡ包被小泡具有對轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。本文檔共58頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\9點43分COPI包被小泡

COPI包被含有7種蛋白亞基，包被蛋白復(fù)合物的裝配與去裝配依賴于ARF(GTP-bindingprotein)；介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜泡逆向運(yùn)輸，負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白(escapedproteins）

ER。

本文檔共58頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\9點43分細(xì)胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機(jī)制：

1.轉(zhuǎn)運(yùn)泡將應(yīng)被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運(yùn)；

2.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-包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。本文檔共58頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\9點43分研究發(fā)現(xiàn)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白的羧基端有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號：Lys-Asp-Glu-Leu-coo-(KDEL信號）KDEL信號在高爾基體各個部分的膜上都有相應(yīng)的受體。如果ER滯留蛋白質(zhì)在出芽時被錯誤地包進(jìn)分泌泡離開了ER，高爾基體膜上的KDEL信號受體就會與之結(jié)合將其遣送回ER。本文檔共58頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\9點43分內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白的回收圖解本文檔共58頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\9點43分運(yùn)輸小泡的形成、轉(zhuǎn)運(yùn)及與靶膜的融合是特異性過程，涉及多種蛋白識別、組裝、去組裝的復(fù)雜調(diào)控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。選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用本文檔共58頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\9點43分膜泡運(yùn)輸?shù)亩ㄏ驒C(jī)制（一）SNARE介導(dǎo)運(yùn)輸小泡與靶膜的融合。分為v-SNARE和t-SNARE。具有一個螺旋結(jié)構(gòu)域，相互纏繞形成跨膜SNARE復(fù)合體，將小泡與靶膜拉在一起。本文檔共58頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\9點43分SNAREinvesicletransport本文檔共58頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\9點43分神經(jīng)細(xì)胞中，SNARE負(fù)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SNARE，阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)。病毒融合蛋白的工作原理與SNARE相似，介導(dǎo)病毒與宿主質(zhì)膜的融合。本文檔共58頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期三\9點43分（二）RabsRabs屬于G蛋白，已知30余種，不同膜上具有不同的Rabs。Rabs促進(jìn)和調(diào)節(jié)運(yùn)輸小泡的停泊和融合。本文檔共58頁；當(dāng)前第47頁；編輯于星期三\9點43分膜融合模型①兩種膜蛋白相互接觸;②兩種膜之間形成一個封閉的孔,并逐漸擴(kuò)大;③由于膜脂的擴(kuò)散,兩種膜的脂雙層融合成一體本文檔共58頁；當(dāng)前第48頁；編輯于星期三\9點43分四、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝（自學(xué)）生物大分子的組裝方式：有些裝配過程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或?qū)ρb配亞基的修飾自我裝配的信息存在于裝配亞基的自身，細(xì)胞提供的裝配環(huán)境裝配具有重要的生物學(xué)意義：分子“伴侶”（molecularchaperones）

本文檔共58頁；當(dāng)前第49頁；編輯于星期三\9點43分生物大分子的組裝方式

自我裝配（self-assembly）協(xié)助裝配（aided-assembly）直接裝配（direct-assembly）復(fù)合物與細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝本文檔共58頁；當(dāng)前第50頁；編輯于星期三\9點43分裝配具有重要的生物學(xué)意義

減少和校正蛋白質(zhì)合成中出現(xiàn)的錯誤

減少所需的遺傳物質(zhì)信息量通過裝配與去裝配更容易調(diào)節(jié)與控制多種生物學(xué)過程本文檔共58頁；當(dāng)前第51頁；編輯于星期三\9點43分分子“伴侶”（molecularchaperones）

細(xì)胞中的某些蛋白