生物细胞学课件文字版：第08章 蛋白质分选与膜泡运输

1、第八章 蛋白质分选与膜泡运输主要内容第一节 细胞内蛋白质的分选第二节 细胞内膜泡运输蛋白质的合成地点?蛋白质的命运?（P174，115）分选（protein sorting） 又称定向转运（protein targeting） ， 在细胞质基质核糖体上合成的蛋白质经过转运到达正确的部位并装配成具有结构和功能的复合体，参与细胞的生命活动“各就各位”。1999年G.Blobel的关于信号序列控制蛋白质的转移和定位成果获得了诺贝尔医学和生理学奖。一、信号假说与蛋白质分选信号 P200，138蛋白运输途径中：(1)没有障碍：细胞质基质细胞质基质(2)完全封闭膜障碍：叶绿体、线粒体、溶酶体、内质网、高尔

2、基体等(3)有膜障碍，但具孔：细胞核蛋白质分子上的信号序列决定运输方向：入核信号：指导核蛋白的运输；引导肽：引导叶绿体、线粒体、过氧化物酶体蛋白运输；信号肽：指导内膜系统的蛋白质运输。1、指导分泌蛋白在rER上合成的因素（P200）信号肽序列 决定因素信号识别颗粒信号识别颗粒受体1）信号肽序列（signal sequence）位于蛋白质N端，长1626个氨基酸残基，包括疏水核心区、C和N端三部分。是决定该蛋白在rER上合成的决定因素。2）信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）6种多肽1个7S的RNA，MW325103；既可与新生肽信号序列和核糖体结合，又

3、能和停泊蛋白结合。3）停泊蛋白（docking protein，DP）内质网整合蛋白，MW72103，特异地与信号识别颗粒结合。2、分泌蛋白的合成过程（P201，139）蛋白质的合成起始于细胞质基质中的游离核糖体上，当多肽链延伸到80个氨基酸残基时，N端的信号序列和SPR结合，延伸暂时停止；SPR与内质网上的停泊蛋白（SPR受体）结合，核糖体与内质网膜上的易位子（translocon）结合。SPR脱离信号序列和核糖体，返回细胞质基质，肽链恢复延伸； 信号肽引导肽链以袢环的形式进入内质网腔。信号肽酶切除信号肽。肽链持续延伸直到完成。这种边合成肽链边转移到内质网腔中的方式称为共转移（cotrans

4、location）。3、蛋白质在膜上的位置决定(1)有信号肽序列的肽链， 在rER上合成，无此序列的，注定在细胞质基质中合成；(2)只有起始转移序列，没有停止转移序列的肽链，合成后的肽链进入内质网腔；(3)肽链中部如果有一个停止转移序列，合成的肽链最终成为单次跨膜蛋白；(4)如果有多个停止转移序列，合成的肽链最终成为多次跨膜蛋白。蛋白质分子上的信号序列决定运输方向：(1)入核信号：指导核蛋白的运输；(2)引导肽：引导叶绿体、线粒体、过氧化物酶体蛋白运输；(3)信号肽：指导内膜系统的蛋白质运输。5、指导蛋白质进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的因素（P202）这些细胞器内的大多数蛋白是在细胞质基质

5、中合成好之后在导肽（前导肽）（lead peptide）的指导下进入细胞器内部，称为后翻译转运（post translocational translocation）。蛋白质分选的基本途径与类型（P203，141）蛋白质分选途径（1）“三体”跨膜转运（2）ER、高尔基体、细胞膜（外）、溶酶体膜泡运输（3）细胞核选择性门控（4）细胞基质内细胞骨架定向运输1、蛋白质的跨膜转运（P203） 细胞质基质中合成的蛋白质转运到线粒体、质体（叶绿体）、过氧化物酶体，需要运输蛋白的帮助。2、膜泡运输 蛋白质从ER高尔基体溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外。选择性的门控转运 蛋白质在细胞质基质和核之间通过核孔复合

6、物进行的选择性输入和输出。细胞质基质中的蛋白质转运 依靠在细胞骨架上的定向运输。三、蛋白质向“三体”的分选 由核基因编码、在细胞质合成的蛋白质，需要经过“后转移” （posttranslation）过程，运送到线粒体和叶绿体的功能部位；(一)蛋白质向线粒体的运送： 1、前导肽 线粒体前体蛋白质在运输以前，以未折叠的形式存在，N端有一段信号序列称为导肽或前导肽（leader sequence），完成转运后被信号肽酶（signal peptidase）切除，就成为成熟蛋白，这种现象就叫做“后转移”。前导肽的特点：（1）多位于肽链的N端，由2080个氨基酸构成，含丰富的带正电荷的碱性氨基酸残基；（2

7、）可形成两性螺旋，带正电荷、不带电荷的氨基酸残基分别位于螺旋的两侧；（3）对所牵引的蛋白质没有特异性要求。线粒体内外膜的接触点2、蛋白质的运送前体蛋白（连有导肽），首先被mt表面的受体识别，在GIP蛋白的参与下，从内外膜的接触点通过内膜。线粒体基质中的Hsp70与导肽交联，防止多肽链退缩，并且更多的Hsp70结合到肽链上，在紧缩松弛两种构象间变换，将多肽分子拖入线粒体内。导肽被基质中的MPP和PEP水解，前体蛋白折叠成为成熟的蛋白分子。导肽上携带的信息不同，决定了蛋白质在线粒体内存在于基质中还是膜上。 （二）蛋白质向叶绿体的运送(P160，144)过程同线粒体蛋白质的运送类似，比如：都具有“后

8、转移”过程；都依赖接触点（contact site）；都需要能量；前体蛋白N端都有引导序列转运肽，使用后被信号肽酶切除。转运肽N端含有的额外的氨基酸序列，称为转运肽（transit peptides/sequences）蛋白质前体在转运肽的牵引下进入叶绿体，经过酶切除去转运肽，成为成熟的蛋白质。定位于类囊体膜的蛋白，C端含有跨膜区域。第二节 细胞内膜泡运输一、膜泡运输（vesicular transport）（P205，145）真核细胞特有的蛋白转运方式，各种蛋白通过转运泡，从高尔基体TGN区细胞各部位；目前发现的三种不同类型的有被小泡： 网格蛋白/接头蛋白包被膜泡 COP 包被膜泡 COP包

9、被膜泡二、COP包被膜泡的装配和运输由ER向高尔基体的顺向运输；跨膜受体在内质网腔中捕获并浓缩转运物质， 三、COP包被膜泡的装配与运输（P207，148）逆向运输 内质网内正常的驻留蛋白的C端都有一段回收信号序列（retrieval signals ），如KDEL。转运泡一般将其排斥在外；如果有少数意外逃逸到高尔基体的CGN，会被CGN膜结合受体识别并形成COP包被膜泡将其送回内质网。凡是送往高尔基体的蛋白质，如果没有回收信号序列，则不会返回内质网。四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配和运输 小泡从高尔基体被转运到溶酶体、胞内体、液泡或质膜，小泡的结构同内吞作用。五、转运膜泡和靶膜的锚定和融

10、合（P209，152）特点：选择性融合通过两类膜蛋白v-SNARE（膜泡上）和t-SNARE（靶膜上）互补作用，决定膜泡的锚定和融合。源于内质网的膜泡只能与高尔基体CGN融合，不会与中间膜囊融合，而中间膜囊膜泡只能和TGN融合。蛋白质的分选蛋白质在细胞内的去向决定于蛋白质本身携带的信号：某些信号可使其长期驻留在ER或者高尔基体中；另外一些信号可使蛋白质不断从一个间隔转移到另外一个间隔；六、细胞结构体系的组装（略）补充概念：分子伴侣（molecular chaperones） 细胞中的某些蛋白质分子，可以识别正在合成的、或者部分折叠的多肽，并与之相结合，帮助这些多肽的转运、折叠、装配。但不是最终功能结构的组分。分子伴侣的特点：分布广泛：细菌、人、动植物细胞质基质、细胞器中 是一类蛋白的总称具有这种功能的蛋白都称为分子伴侣，结构可能完全不同；作用机制复杂；一定不是