细胞内蛋白质的分选转运与细胞结构体系的装配要求

1、细胞内蛋白质的分选转运与细胞结构体系的装配要求绝大多数蛋白均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运至细胞的特定部位，并装配成结构与功能的复合体，参与细胞生命活动, 此过程称蛋白质的定向转运(protein targeting)或分选(protein sorting)。 蛋白定位？指导蛋白定位运转的信号：内质网：信号肽；线粒体：导肽；叶绿体：转运肽；过氧化物酶体：（Peroxisomal-targeting signal， PTS），C端PTS1，N端PTS2；核定位蛋白：核定位信号,(nuclear localization signal, NLS)；溶酶体水解酶：ER CGN， 信号斑。

2、一 蛋白质分选的基本途径与类型1.蛋白质分选的两条途径：完全在细胞质基质合成的蛋白, 转运至膜性细胞器（线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核）及细胞质基质的特定部位；合成起始后转移至RER合成的蛋白质,经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到胞外或驻留在内质网与高尔基体内。(后转移) (共转移)共转移（信号肽）主要是在粗面内质网上合成的蛋白；特点：蛋白质边合成边转移内质网腔后转移（post translocation）线粒体，叶绿体等的蛋白;基本特征： 蛋白完全在细胞质基质中合成，然后再转移到某些细胞器中。 蛋白质跨膜转移需ATP使多肽去折叠，及一些蛋白的帮助（如Hsp70）使其正确折叠。 2 导

3、肽结合线粒体上的受体1 分子伴侣结合胞质中多肽4 线粒体中的分子伴侣结合转运中的多肽5随ATP水解而释放,多肽在线粒体中折叠3 当多肽转移时，伴随ATP水解,胞质中的分子伴侣脱离2.蛋白质分选的四种基本类型：跨膜转运(transmembrane transport)： 在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体(包括叶绿体)和过氧化物酶体等细胞器。蛋白以非折叠态跨膜。膜泡运输(vesicular transport)：蛋白由不同类型转运小泡从其ER合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞的不同部位。 孔门运输(gated transport)：细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体到核

4、内或相反。细胞质基质中蛋白质的转运：和细胞骨架相关。二 膜泡运输 普遍存在于真核细胞中，是蛋白运输的一种特有方式。在转运过程中涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，及不同膜泡定向运输和复杂的调控过程。 10种运输小泡参与完成胞内的膜泡运输，其上有特殊标志，可以保证转运物质到达特定部位。 内体网格蛋白有被小泡；COPII有被小泡；COPI有被小泡；1）网格蛋白包被小泡 结构：网格蛋白组成外层结构骨架；接合素构成内壳。功能： a.负责蛋白质从高尔基体TGN到质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡的运输。 b.在受体介导的细胞内吞途径中负责将物质从质膜运到细胞质，以及从胞内体到溶酶体的运输。网格蛋白接合素蛋白受体

5、货物分子 网格（笼形）蛋白: 由3个重链和3个轻链形成的具有3个曲臂形状（triskelion）的蛋白。笼形蛋白的曲臂部分可相互交织，形成5/6边形网孔的“笼子”。 网格蛋白的结构，A电镜照片，B分子模型，C衣被模型。 重叠臂曲臂末端接合素重链轻链接合素/衔接蛋白（adaptors） 介导网格蛋白与膜受体之间的连接。 类型： AP1：高尔基体胞内体的蛋白运输； AP2：质膜胞内体的蛋白运输； AP3：高尔基体溶酶体的蛋白运输。网格蛋白有被小泡介导的选择性运输功能：介导从内质网到高尔基体的物质运输。结构组分：Sar1：GTP酶，结合GDP失活，结合GTP活化；调节包被的装配和去装配；召集其他包被

6、蛋白形成包被；Sec23/Sec24复合体：和Sar一起构成包被内层；Sec13/Sec31复合体：构成包被外层；Sec16：可能作为骨架蛋白起作用；Sec12：Sar1的GDP-GTP交换因子。 2) COPII 包被小泡被运输蛋白跨膜受体装配： Sar1-GDP Sar1-GTP(活化) Sec12露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，促进其他衣被蛋白的活化和组装。激活磷脂酶D，将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。形成运输小泡当衣被小泡从膜上释放后，GTP水解，衣被解体。3) COPI包被小泡 组成： COPI包被含有8种蛋白亚基， 其依赖ARF（GTP酶）调节包被的装配与去装

7、配； 功能： 负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网（Golgi ER，逆行转运）; 行使从Golgi ER-Golgi中间组分 ER的物质运输。 在组成性分泌过程中，其在非选择性的批量运输中行使功能。内质网中保留及回收蛋白质的两种机制：运输泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 通过识别驻留蛋白C-端的回收信号的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。内质网蛋白的回收信号：网腔的蛋白：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）；膜蛋白（如SRP受体）：Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸）。 由于内质网的驻留蛋白具有回收信号

8、，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内质网比喻成“开放的监狱”（open prison）。在生物合成及分泌途径中三种包被小泡参与的膜泡运输。 vesicular tubular clusters 粗面内质网:物质供应站高尔基体:集散中心三种有被小泡的比较Sec122膜泡运输的特异性膜泡识别和融合是特异性的：供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用。膜组分的相对稳定有重要作用： 高尔基体依靠膜囊上结合的动力蛋白和微管相互作用，向微管组织中心聚集，从而维持极性；（秋水仙素） 内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都各自具有特异成分。膜上受体和配体特异结合决定膜泡运输的特异性；3

9、 膜泡运输途径1）近距离运输： 供体膜和受体膜距离较近，主要依靠膜泡的自由扩散；2）远距离运输： 供体膜和受体膜距离较远，膜泡依靠摩托蛋白，靠ATP供能，沿微管或微丝移动。微管三 细胞结构体系的组装、生物大分子的组装方式：（）自我装配（self-assembly）： 信息存在于装配亚基的自身，细胞提供装配环境；（）协助装配（aided-assembly）：除组装亚基外，还需其他组分参与；（）直接装配（direct-assembly）：某种亚基直接装配到已形成结构上；(质膜成分)（）复合物与细胞结构体系的组装 ：非常复杂。How a protein folds into a globular c

10、onformationThe polar amino acid side chains tend to gather on the outside of the protein, where they can interact with water. The nonpolar amino acid side chains are buried on the inside to form a hydrophobic core that is hidden from water.蛋白自装配极性侧链非极性侧链Three levels of organization of a protein.The

11、three-dimensional structure of a protein can be described in terms of different levels of folding, each of which is constructed from the preceding one in hierarchical fashion. 蛋白的不同结构水平的形成The formation of a dimer from a single type of protein subunit. Rings or helices can form if a single type of pr

12、otein subunit interacts with itself repeatedly.a ring forms instead of a helix if the subunits run into one another, stopping further growth of the chain .Three possible ways in which a large protein assembly can be made to a fixed length.(A) Coassembly along an elongated core protein or other macro

13、molecule that acts as a measuring device. (B) Termination of assembly because of strain that accumulates in the polymeric structure as additional subunits are added, so that beyond a certain length the energy required to fit another subunit onto the chain becomes excessively large. (C) A vernier typ

14、e of assembly, in which two sets of rodlike molecules differing in length form a staggered complex that grows until their ends exactly match.2 装配具有重要的生物学意义：（）减少和校正蛋白质合成中出现的错误；（）减少所需的遗传物质信息量；（）通过装配与去装配更容易调节与控制多种生 物学过程。 3 分子伴侣（molecularchaperones） 细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运