第八章-蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸

第八章蛋白質(zhì)分選與

膜泡運輸?shù)谝还?jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選細胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)之所以能夠定向的轉(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）。Blobel等（1975）提出信號假說，認為蛋白質(zhì)N端的信號肽，指導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學獎。BlobelwithmembersofhislaboratoryGünterBlobel一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號（一）、蛋白質(zhì)分選信號①信號序列（signalsequence）：引導蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)移的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，對所引導的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。②信號斑（signalpatch）：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構成蛋白質(zhì)分選的信號。

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。信號肽與信號斑非折疊蛋白折疊蛋白構成信號斑的細胞區(qū)域信號肽信號斑（二）、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與分泌蛋白質(zhì)的合成信號肽的合成

信號識別顆粒(SRP)-核糖體復合體形成核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結合多肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔主要過程蛋白質(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，屬核糖核蛋白。與信號序列結合，導致蛋白質(zhì)合成暫停。SRP受體，ER膜的整合蛋白，異二聚體，可與SRP特異結合。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蛋白復合體構成。信號肽酶：可以切除信號肽。

在非細胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關系

實驗組別含有編碼信號SRPDP微粒體序列的mRNA結果

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“-”分別代表反應混合物中存在（+）或不存在（-）該物質(zhì)。SRP與核糖體的結合

新生肽鏈上的信號肽SRPSRP-核糖體復合體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體結合核糖體結合蛋白蛋白轉(zhuǎn)運器粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體蛋白SRP與信號肽的結合使翻譯暫停細胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔繼續(xù)翻譯并開始穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜SRP釋放并再循環(huán)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程：

信號肽與SRP結合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結合→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(停止轉(zhuǎn)移序列作用下)→肽鏈延伸終止→翻譯體系解散→轉(zhuǎn)位因子關閉

。14二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑和類型真核細胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑和類型分選途徑16翻譯后轉(zhuǎn)運途徑線粒體、葉綠體、過氧化酶體等共翻譯轉(zhuǎn)運途徑游離核糖體中合成后，信號肽引導至粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)高爾基體加工包裝運至溶酶體、細胞質(zhì)膜或分泌到胞外蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運膜泡運輸選擇性門控轉(zhuǎn)運細胞質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運17分選機制1、選擇性運輸（門控運輸）：如通過核孔復合體的運輸。2、跨膜運輸：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進入目的細胞器。3、膜泡運輸：蛋白質(zhì)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?、細胞質(zhì)基質(zhì)的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運：與細胞骨架系統(tǒng)密切相關。mRNA新生蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定向序列8內(nèi)質(zhì)網(wǎng)9101112高爾基體細胞核過氧化物酶體線粒體成熟的胞質(zhì)蛋白質(zhì)12345葉綠體6質(zhì)膜溶酶體細胞表面(分泌)分泌途徑7（一）、線粒體蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運線粒體含1000多種蛋白，絕大多數(shù)由核基因編碼，在細胞質(zhì)中合成，定向轉(zhuǎn)運至線粒體。前體蛋白在運輸前，以未折疊形式存在，N端的一段信號序列稱為導肽或引肽，完成轉(zhuǎn)運后被酶切除，成為成熟蛋白，這種現(xiàn)象稱后轉(zhuǎn)譯。三線粒體與葉綠體的蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運涉及轉(zhuǎn)位因子。TOM復合體：通過外膜，進入膜間隙。TIM復合體：進入基質(zhì)(TIM23)或內(nèi)膜(TIM22)。線粒體內(nèi)外膜之間存在接觸點，蛋白通過此處的TOM和TIM復合體，一步進入基質(zhì)。(1)、蛋白質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)蛋白質(zhì)的輸入是一個耗能過程：在線粒體外解除與前體蛋白質(zhì)結合的分子伴侶，需要通過水解ATP獲得能量。在通過TIM復合體時利用質(zhì)子動力勢作為動力。前體蛋白進入線粒體基質(zhì)后，線粒體hsc70依次結合在蛋白質(zhì)線性分子上，將蛋白質(zhì)“鉸進”基質(zhì)，需要消耗ATP，然后hsc70將蛋白質(zhì)交給hsp60，完成折疊。(2)、蛋白質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜（3種途徑）(2)、蛋白質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜(3)、蛋白質(zhì)輸入到線粒體膜間隙（2種途徑）（二）、葉綠體的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運葉綠體蛋白轉(zhuǎn)運與線粒體的相似，都發(fā)生后轉(zhuǎn)譯；每一種膜上有特定的轉(zhuǎn)位因子；內(nèi)外膜具有接觸點；需要能量，利用ATP和質(zhì)子動力勢；前體蛋白N端有信號序列，使用后被信號肽酶切除。

SRP依賴途徑；

PH依賴途徑；

第二節(jié)胞內(nèi)膜泡運輸方向：RERCGNTGN轉(zhuǎn)運小泡轉(zhuǎn)運過程特點：加工、修飾和組裝；膜泡定性運輸和調(diào)控類型：3種31衣被小泡在細胞內(nèi)沿微管或微絲運輸。與膜泡運輸有關的馬達蛋白有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。動力蛋白（dynein），趨向微管負端；驅(qū)動蛋白（kinesin），趨向微管正端；肌球蛋白（myosin），趨向微絲的正極。34COPⅡ衣被小泡

介導從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運輸。COPI衣被小泡負責回收、轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。網(wǎng)格蛋白衣被小泡

介導高爾基體到內(nèi)體、溶酶體、植物液泡的運輸以及質(zhì)膜到內(nèi)膜區(qū)隔的膜泡運輸。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復合體，Sec13/31復合體，Sec16內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體二、COPⅡ衣被小泡內(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結合，少數(shù)跨膜蛋白和多數(shù)可溶性蛋白通過受體與COPII結合。分選信號：位于跨膜蛋白胞質(zhì)面，包含雙酸性基序[DE]X[DE]，如Asp-X-Glu。COPIIVesiclesCOPII衣被小泡的組裝COPIICoatedvesicle三、COPI衣被小泡功能：回收、轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；也可介導高爾基體不同區(qū)域間的蛋白質(zhì)運輸。組成：由7種蛋白組成?；厥招盘枺篖ys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。COPIVesiclesCopIandIIVesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）四、網(wǎng)格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。衣被結構：3重鏈、3輕鏈，形如三腿triskelion結構。clathrin的曲臂交織在一起，形成5邊形網(wǎng)孔的籠子。銜接蛋白：連接衣被與受體。Deep-etchviewofatypicalclathrinlatticeSelectivetransportbyclathrincoatedvesicles當衣被小泡形成時，可溶性蛋白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），導致膜融合，pinchoff衣被小泡。（一）Rabs也叫targetingGTPase，屬于G蛋白，起分子開關作用。已知30余種，不同膜上具有不同的Rabs。Rabs促進和調(diào)節(jié)運輸小泡的停泊和融合。Rabs還有許多效應因子，幫助運輸小泡聚集和靠近靶膜，觸發(fā)SNAREs抑制因子。五、膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制Rabsindocking五、膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制（二）SNAREs功能：介導運輸小泡與靶膜的融合。類型：v-SNAREs和t-SNAREs。結構：具有一個螺旋結構域，相互纏繞形成跨SNAREs復合體，將小泡與靶膜拉在一起。SNAREsSNAREsinvesicletransportV-SNARESNAP25SyntaxinN-乙基馬來酰亞酰亞胺敏感因子神經(jīng)細胞中，SNAREs負責突觸小泡的停泊和融合。破傷風毒素和肉毒素能選擇性地降解SNAREs，阻斷神經(jīng)傳導。病毒融合蛋白的工作原理與SNAREs相似，介導病毒與宿主質(zhì)膜的融合。HIVfusionprotein趨化因子受體結合CD4結合膜插入