蛋白质分选与膜泡运输

1、山东师范大学生命科学学院第一节细胞内蛋白质的分选第二节细胞内膜泡第一节细胞内蛋白质的分选一、信号假说与蛋白质分选信号二、蛋白质分选的基本途径与类型三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选一、膜泡观二、COPII包被膜泡的装配与三、COPI包被膜泡的装配与四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与五、转运膜泡与靶膜的锚定和融合六、细胞结构体系的组装内膜系统的驻留蛋白、胞质游离核糖体外蛋白、于细胞 核、线粒体、叶绿体、过 氧化物酶体 及基质中的 蛋白膜蛋白粗面内质网核糖体 1972年Milstein和他同事用分离纯化的核糖体在非细胞体系中用编码免疫球蛋白轻链的mRNA指导多肽，发现的多肽比到细胞

2、外的成免疫球蛋白在N端有一段多出的肽链。 这一段多肽链只出现在过程中，而不出现在成蛋白中，推测这段肽链具有信号作用。如果蛋白质在过程中的确存在一段具有信号作用的肽段，利用这一肽段实现蛋白的目的还需要什么条件？胞质游离的核糖体上开始向粗面内质网的转移粗面内质网上完成向胞外 引导新的肽链转移到内质网上的信号序列称为信号肽，位于新肽链的N端或中部，一般有16-26个氨基酸残基。由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（starttransfer sequence）。肽链的N端，一般有16-26个氨基酸残基，包信号肽位于新括疏水区（h)、信号肽的C端和N端三部分。信号肽没有严格的

3、专一性，目前尚未发现共同的信号序列。SRP是由蛋白和RNA 白体。于细胞质中，的核糖SRP上有3个功能结构域：1.2.3.信号肽识别结合位点；翻译暂停结构域；SRP受体蛋白结合位点。于内质网膜上，是异二聚体的膜整合蛋白。 其作用是与SRP发生特异结合，将多肽链从胞质拉到内质网膜上。易位子是于内质网膜上，由3-4个Sec61蛋白复合体的一个类似于炸面圈的结构。信号假说共翻译转运途径 开始转移序列：蛋白质氨基末端的信号序列除作为信号被SRP识别外，还具有起始穿膜转移的作用。 停止转移序列：肽链中还有某些序列与内质网膜具有很强的亲和力而结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔中，称为停止转移序列。

4、 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数。多肽链的与信号序列氨基端与羧基端哪个所带的正电荷相对较多有关。一般说来，带正电荷较多的一侧朝向细胞质一侧。 线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白质以及过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，这些序列称为导肽。其基本的特征是蛋白质在细胞质基质中以后再转移到这些细胞器中，称为后翻译转运（post translocation）。蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。 细胞内的蛋白质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中

5、包含特殊的信号序列；其二是细胞器上特定的信号识别装置分选受体。信号功能举 例蛋白进入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-滞留在ER中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体+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

6、-Leu-进入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-进入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-后翻译转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链，然后转运至膜的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白；共翻译转运途径：蛋白质在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至粗面内质网，然后新生肽边边转入粗面内质网腔中，再经高尔基体包装运至溶酶体、细胞质膜或到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白也是通过这条途径分选的。蛋白质分选的转运方式分选类型1.2.3.4.蛋白质的跨膜膜泡选择性的门控细胞质基质中的蛋白质的转运 后翻译转运途径

7、中转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质分选是一个多步过程，需要多个不同的靶向序列，在转运肽和基它空间定们信号序列的指导下，通过膜上的输入装置，细胞将不同的蛋白质胞器的不同区域。到这些细 膜泡是蛋白的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、和组装，还涉及到多种不同膜泡定向程。及其复杂的调控过在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构称为微粒体。虽然这是形态上的人工产物，但在生化研究中常把它与内质网等同。（一）内质网的两种基本类型（二）内质网的功能1、蛋白质的是糙面内质网的主要功能2、光面内质网是脂类3、蛋白质的修饰与4、新生

8、多肽的折叠与组装5、内质网的其它功能（三）内质网应激及其信号调控的重要场所 细胞中蛋白质的都是起始于细胞质基质中游离核糖体。 在粗面内质网上的蛋白包括蛋白，整合膜蛋白、内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要或修饰）。 其它的多肽是在细胞质基质是游离核糖体上的。包括细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白。ER细胞所需的绝大多数膜脂，包括磷脂和胆固醇，但鞘磷脂和糖脂及部分线粒体和叶绿体的单一脂类除外。促化磷脂的磷脂酶在内质网膜上，其活性部位在膜的细胞质基质一侧。磷脂转位因子可将新向内质网腔面。的脂类会由细胞质基质侧转磷脂的转运 在磷脂转位因子的作

9、用下，新的脂类会由细胞质基质侧转向内质网腔面。它对含胆碱的磷脂（鞘磷脂和磷脂酰胆碱） 要比对含丝氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂转位能力强，因此导致了磷脂在膜上分布的不对称性。ER膜质膜出芽 在糙面内质网的蛋白质通常要发生四种基本修饰：发生在ER和高尔基体的蛋白质糖基化在内质网形成二硫键蛋白质折叠和多亚基蛋白的装配在ER、高尔基体和泡发生特异性的蛋白质水解切割 N-连接的糖基化起始于ER，结束于高尔基体。糖基连接到天冬酰胺的氨基N上。 O-连接的糖基化发生于高尔基体中，糖基连接到Ser/Thr的羟基O上。内质网腔是非还原性的环境，极易形成二硫键。蛋白二硫键异构酶（protein disulfide i

10、somerase，PDI）切断二硫键，帮助新正确折叠的状态。的蛋白重新形成二硫键并处于结合蛋白（Binding protein，Bip，chaperone）识别不正确折叠的蛋白或未组装好的蛋白亚新折叠与组装。，并促进它们重蛋白二硫键异构酶和Bip等蛋白都具有KDEL 或 HDEL 4肽信号以保证它们滞留在内质网中。 肝细胞的解毒作用（Detoxification）：肝细胞中存在细胞色素P450酶系，在这些酶的作用下，可以使在光面内质网上的不溶于水的毒物或代谢产物羟基化而完全溶于水的物质，并通过尿液排出体外。 类固醇激素的 储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌

11、质网腔中。 为细胞质基质中很多蛋白提供了附着位点。（一）高尔基体的形态结构与极性（二）高尔基体的功能高尔基体的主要功能是将内质网的多种蛋白质进行、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或到细胞外。1、高尔基体与细胞的活动2、蛋白质的糖基化及其修饰3、蛋白酶的水解和其他过程（一）高尔基体的形态结构与极性电镜下高尔基体是由扁平膜囊和大小不等的囊泡高尔基体是一种有极性的细胞器高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应的3个部分组成，每一部分又可高尔基体至少由互相能划分出更精细的间隔 溶酶体酶的包装与分行途径 可调节性途径 组成型途径 糖基化的蛋白质寡糖链具有促进蛋白质折叠和增强蛋白稳定性的作用。

12、蛋白质糖基化修饰使不同蛋白质携带不同标志，以利于在高尔基体进行分行与包装，同时保证糖蛋白从糙面内质网到高尔基体膜囊单向转移。 细胞表面的寡糖链可通过与凝集间的特异性作用，直接介导细胞间的双向通讯，或参与分化、发育等多种过程。 寡糖链可作为生物之间的识别。标志参与机体细胞间识别，以及宿主细胞与病原微特征N-连接O-连接部位粗面内质网主要在高尔基体方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去与之结合的氨基酸残基天冬酰氨丝氨酸、苏氨酸、羟脯、羟赖最终长度至少5个糖残基1-4个糖残基第一个糖残基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺 无生物活性的蛋白原Ú高尔基体Ú切除N端或两端的序列Ú

13、;成多肽。 蛋白质前体Ú高尔基体Ú水解Ú同种有活性的多肽，如神经肽等。 含有不同信号序列的蛋白质前体Ú高尔基体Ú 同一种蛋白质前体Ú不同细胞以不同的方式成不同的产物。Ú不同的多肽。方式多样性的可能：²确保小肽的有效；²弥补缺少包装并转运到²有效地防止这些活性物质在泡中的必要信号；它的细胞内起作用。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单层、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要膜功能是进行细胞内的消化作用。（一）溶酶体的形态结构与类型（二）溶酶体的功能（三）溶酶体的发生（四）溶酶体与疾病

14、溶酶体是一种异质性（heterogenous）的细胞器，不同溶酶体的形态大小、甚至其中所包含的水解酶的种类都有很大的不同。溶酶体的类型溶酶体膜的结构特点 溶酶体根据处于其生理功能的不同阶段，大致可分为初级溶酶体、次级溶酶体和残。 嵌有质子泵，利用ATP水解以形成和维持酸性的内环境；的能量将H+泵处溶酶体内， 具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解，以保持其稳定。1、清除无用的生物大、衰老的细胞器及衰老损伤和的细胞2、防御功能3、其它重要的生理功能作为细胞内的消化“”为细胞提供营养；腺细胞中，溶酶体摄入颗粒参与过程的调节参与清除赘生组织或退行性变

15、化的细胞；（acrosome）反应过程中的的并经N-连接的糖基化基础修溶酶体酶是在糙面内质网上饰，然后转运至高尔基体，在高尔基体的cis面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基被磷酸化形成M6P，在高尔基体trans面膜囊和TGN膜上存在M6P受体，溶酶体酶通过与其受体结合得以浓缩，最后以出芽的形式转运到溶酶体中。分选途径多样化以出芽的方式转运到前溶酶体溶酶体酶分选与局部浓缩高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）磷酸化识别信号：信号斑M6P磷酸葡萄糖苷酶N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体cist膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化溶酶体酶的及N-连接的糖基化修饰（RER） 溶酶体酶或溶酶体酶的代谢环节

16、故障，影响细胞代谢，引起疾病。如台-萨氏（Tay-Sachs）等各种储积症。 溶酶体吞入了不能消化的成分，从而造成溶酶体膜破裂，出其中的水解酶，最终导致细胞噬二氧化硅所引起的矽肺和石棉肺。如肺部细胞吞 某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境）过氧化物酶体又称微体(microbody)，是由单层膜含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。的内（一）过氧化物酶体与溶酶体的区别（二）过氧化物酶体的功能（三）过氧化物酶体的发生特征溶酶体过氧化物酶体形态大小多为球形，直径0.2- 0.5m，无酶晶体球形，哺乳动物中直径多为0.15

17、-0.25m， 内常有酶晶体酶种类酸性水解酶含氧化酶类pH值5左右7左右是否需氧不需要需要功能细胞内的消化作用多种功能发生酶在粗面内质网形成经高尔基体出芽形成酶在细胞质中经装配形成标志酶酸性磷酸酶过氧化氢酶 动物细胞（肝细胞或肾细胞）中的过氧化物酶体过氧化物酶体可氧化分解血液中的成分，起到解毒的作用。 过氧化物酶体分解脂肪酸等高能向细胞直接提供热量。 在植物细胞中过氧化物酶体的功能：²在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，即光呼吸反应。²乙醛酸循环反应，在萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸Ú乙酰辅酶AÚ琥珀酸Ú葡萄糖。

18、过氧化物酶体经进一步装配形成成后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体还需要细胞器。 组成过氧化物酶体的蛋白均由核然后转运到过氧化物酶体中。编码，主要在细胞质基质中， 过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）：² PTS1为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的C端。² PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白的N端。²过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体。 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上后转运而来。COPII包被膜泡介导细胞内顺向，即负责从内质网到高尔基体的物质。COPII包的蛋白组成：GTP结合蛋白Sar1小Sec23/Sec24复合物Sec13/Sec14复合物蛋白Sec16COPI包被介导细胞骨膜泡逆向，负责从高尔基体膜囊到高尔基体顺面膜囊以及从高尔基体顺面膜囊到内质网的膜泡。COPI包含七种不同的蛋白质亚基和调节膜泡转运