蛋白质分选与膜泡运输-任丽

1、第八章第八章 蛋白质分选与膜泡运输蛋白质分选与膜泡运输Protein Sorting and Vesicular Transporting 任丽任丽第八章内容概要第八章内容概要 细胞内蛋白质的分选细胞内蛋白质的分选 (Protein Sorting) 细胞内膜泡运输细胞内膜泡运输 (Vesicular Transporting)第一节第一节 细胞内蛋白质分选细胞内蛋白质分选 (Protein Sorting)细胞内蛋白质分选简介细胞内蛋白质分选简介信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号蛋白质分选转运的基本途径与类型蛋白质分选转运的基本途径与类型蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分

2、选蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选 1.1 细胞内蛋白质分选简介细胞内蛋白质分选简介蛋白质分选蛋白质分选 (Protein Sorting)：细胞中蛋白质种类极多，蛋白质：细胞中蛋白质种类极多，蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种区间或组分，发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种区间或组分，因此必然存在不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特因此必然存在不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特定部位，也只有定部位，也只有蛋白质各就各位蛋白质各就各位并组装成并组装成结构与功能的复合体结构与功能的复合体，才能参与实现细胞的各种生命活动。这一过程称为蛋白质分，才能参与实

3、现细胞的各种生命活动。这一过程称为蛋白质分选，或选，或蛋白质寻靶蛋白质寻靶 (protein targeting)。 发挥结构或功能作用的部位各异发挥结构或功能作用的部位各异导致细胞存在多种蛋白质分导致细胞存在多种蛋白质分选机制选机制 蛋白质分选与组装是涉及蛋白质分选与组装是涉及多种信号调控多种信号调控的复杂而重要的细胞的复杂而重要的细胞生物学热点问题生物学热点问题 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号信号假说信号假说 (Signal hypothesis)1975年，年，Gnter Blobel和其和其同事同事David Sabatini推测分泌推测分泌蛋白可能携带蛋白可

4、能携带N端短信号序端短信号序列，一旦该序列从核糖体翻列，一旦该序列从核糖体翻译合成，组合因子和蛋白结译合成，组合因子和蛋白结合，指导其转移到内质网膜合，指导其转移到内质网膜，后续翻译过程将在内质网，后续翻译过程将在内质网膜上进行。膜上进行。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999 was awarded to Gnter Blobel for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in th

5、e cell. 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号以血清白蛋白和以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，显示出两信号肽为例，显示出两者信号肽一级序列由者信号肽一级序列由疏水核心疏水核心、C端端和和N端端3个区域构成。个区域构成。信号肽的一级结构序列信号肽的一级结构序列 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号 蛋白质蛋白质N端的端的信号肽信号肽 (signal peptide) 信号识别颗粒信号识别颗粒 (signal recognition particle, SRP)细胞质基质细胞质基质 信号识别颗粒受体信号识别颗粒受

6、体 (停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein, DP)内质网膜内质网膜指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素决定因素： 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系和微粒体的关系共翻译转运共翻译转运 (cotranslational translocation)：应用体外非细胞系统进行：应用体外非细胞系统进行蛋白质合成实验，证实分泌性蛋白向蛋白质合成实验，证实分泌性蛋白向rER (微粒体微粒体) 腔内的转运是同蛋白腔内的转运是同蛋白质翻译过

7、程偶联进行的，分泌蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运。质翻译过程偶联进行的，分泌蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运。 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号分泌性蛋白在内质网上合成的分泌性蛋白在内质网上合成的共翻译转运共翻译转运过程过程图示信号肽、图示信号肽、SRP、DP及移位子之间的相互作用及移位子之间的相互作用 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号内质网膜整合蛋白的拓扑学类型内质网膜整合蛋白的拓扑学类型 开始转移序列、停止转移锚定序列开始转移序列、停止转移锚定序列 (STA)、内在信号锚定序列、内在信号锚定序列 (SA) 1.3 蛋白质分选转运的基本途

8、径与类型蛋白质分选转运的基本途径与类型核基因编码的蛋白质的分选核基因编码的蛋白质的分选后翻译转运途径后翻译转运途径1. 共翻译转运途径共翻译转运途径蛋白质转运分类蛋白质转运分类 (根据蛋白质分选的不同转运方式根据蛋白质分选的不同转运方式)蛋白质的跨膜转运蛋白质的跨膜转运膜泡运输膜泡运输选择性的门控转运选择性的门控转运1. 细胞质基质中蛋白质的转运细胞质基质中蛋白质的转运 1.3 蛋白质分选转运的基本途径与类型蛋白质分选转运的基本途径与类型真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型 1.2 信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号指导蛋白质从细胞质基质转运到细胞

9、器的靶向序列的主要特征指导蛋白质从细胞质基质转运到细胞器的靶向序列的主要特征 1.4 蛋白质线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选蛋白质线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选后翻译转运途径后翻译转运途径核基因编码的线粒体蛋白的转运核基因编码的线粒体蛋白的转运 1.4 蛋白质线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选蛋白质线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选后翻译转运途径后翻译转运途径叶绿体蛋白从细胞质基质注入到类囊体腔叶绿体蛋白从细胞质基质注入到类囊体腔 1.4 蛋白质线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选蛋白质线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选PTS1指导的过氧化物酶体基质指导的过氧化物酶体基质蛋白的输入蛋白的输

10、入第一节第一节 细胞内蛋白质分选细胞内蛋白质分选 要点回顾要点回顾细胞内蛋白质分选简介细胞内蛋白质分选简介信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号蛋白质分选转运的基本途径与类型蛋白质分选转运的基本途径与类型蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选第二节细胞内膜泡运输第二节细胞内膜泡运输 (Vesicular Transporting)膜泡运输概观膜泡运输概观COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输网格蛋白网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输接头蛋白包被膜泡的装配与运输转运膜泡与靶膜的锚定和

11、融合转运膜泡与靶膜的锚定和融合 2.1 膜泡运输概观膜泡运输概观蛋白质的分泌与胞吞途蛋白质的分泌与胞吞途径径蛋白质通过共翻译转运途蛋白质通过共翻译转运途径跨膜运输径跨膜运输内质网出芽，形成高尔基内质网出芽，形成高尔基体顺面网状结构体顺面网状结构逆向转运逆向转运高尔基体膜从顺面至反面高尔基体膜从顺面至反面的成熟递进的成熟递进逆向运输逆向运输组成型分泌组成型分泌调节型分泌调节型分泌分选到溶酶体分选到溶酶体1.胞吞途径胞吞途径 2.1 膜泡运输概观膜泡运输概观蛋白质转运中涉及的三种包被膜泡蛋白质转运中涉及的三种包被膜泡 COP II (coat protein II) 包被膜泡包被膜泡 COP I

12、(coat protein I) 包被膜泡包被膜泡 网格蛋白网格蛋白/接头蛋白包被膜泡接头蛋白包被膜泡 2.1 膜泡运输概观膜泡运输概观在细胞合成在细胞合成-分泌与内吞途径中分泌与内吞途径中3种不同的主要膜泡运输方式种不同的主要膜泡运输方式COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输网格蛋白网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的接头蛋白包被膜泡的装配与运输装配与运输 2.2 COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输Sar1蛋白在蛋白在COP包被膜泡装配与去装配中作用模型包被膜泡装配与去装配中作用模型 2.2 COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与

13、运输已知的指导蛋白质包装到特异性转运膜泡的分选信号已知的指导蛋白质包装到特异性转运膜泡的分选信号 2.3 COP I包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输不同类型的膜泡运输不同类型的膜泡运输的分选信号的分选信号 2.4 网格蛋白网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输接头蛋白包被膜泡的装配与运输网格蛋白、多角形网格包被结构网格蛋白、多角形网格包被结构及发动蛋白接到的网格蛋白及发动蛋白接到的网格蛋白/接头接头蛋白包被膜泡的形成示意图蛋白包被膜泡的形成示意图 2.5 转运膜泡与靶膜的锚定和融合转运膜泡与靶膜的锚定和融合在供体膜和靶膜之间膜泡的锚定与融合模式图解在供体膜和靶膜之间膜泡的锚定与融合模式

14、图解第二节细胞内膜泡运输第二节细胞内膜泡运输 要点回顾要点回顾膜泡运输概观膜泡运输概观COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输COP包被膜泡的装配与运输包被膜泡的装配与运输网格蛋白网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输接头蛋白包被膜泡的装配与运输转运膜泡与靶膜的锚定和融合转运膜泡与靶膜的锚定和融合 课后思考题课后思考题何谓分泌型蛋白合成的信号肽学说，涉及的主要组分如何谓分泌型蛋白合成的信号肽学说，涉及的主要组分如何协同作用？何协同作用？试述分泌蛋白的合成、加工及转运途径。试述分泌蛋白的合成、加工及转运途径。试述细胞内膜泡运输的概况、类型及其各自主要功能。试述细胞内膜泡运输的概况、类型及其

15、各自主要功能。怎样理解细胞结构组装的生物学意义？怎样理解细胞结构组装的生物学意义？ 扩展阅读扩展阅读Dolezal P, et al. Evolution of the molecular mechines for protein import into mitochondria. Science, 2006, 313: 314-318.Edeling MA, et al. Life of a clathrin coat: insights from clathrin and AP structures. Nat Rev Mol Cell Biol, 2006, 7: 32-44.Gevork

16、yan-Airapetov L, et al. Interaction of Tim23 with Tim50 is essential for protein translocation by the mitochondrial TIM23 complex. J Biol Chem, 2009, 284: 4865-4872.Grosshans BL, et al. Rabs and their effectors: achieving specificity in membrane traffic. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103: 11821-1182

17、7.Gurkan C et al. The COP II cage: unifying principles of vesicle coat assembly. Nat Rev Mol Cell Biol, 2006, 7: 727-738.Jahn R, Scheller RH. SNAREsengines for membrane fusion. Nat Rev Mol Cell Biol, 2006, 7: 631-643.Martens S, McMahon HT. Mechanisms of membrane fusion: disparate players and common

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