第八章-蛋白质分选与膜泡运输

第八章蛋白质分选与

膜泡运输第一节细胞内蛋白质的分选细胞内合成的蛋白质、脂类等物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：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signalsequence）。其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。Blobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。BlobelwithmembersofhislaboratoryGünterBlobel一、信号假说与蛋白质分选信号（一）、蛋白质分选信号①信号序列（signalsequence）：引导蛋白质定向转移的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，对所引导的蛋白质没有特异性要求。②信号斑（signalpatch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。

信号识别颗粒(SRP)和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（停泊蛋白,DP）等因子协助完成这一过程。信号肽与信号斑非折叠蛋白折叠蛋白构成信号斑的细胞区域信号肽信号斑（二）、粗面内质网与分泌蛋白质的合成信号肽的合成

信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成核糖体与内质网膜结合多肽链进入内质网腔主要过程蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：信号肽：位于N端，约16-30个氨基酸，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，又称开始转移序列。信号识别颗粒（SRP）：6种多肽和1个7SRNA组成，属核糖核蛋白。与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。SRP受体，ER膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合。停止转移序列，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。转位因子：由3-4个Sec61蛋白复合体构成。信号肽酶：可以切除信号肽。

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

实验组别含有编码信号SRPDP微粒体序列的mRNA结果

1

+---

产生含信号肽的完整多肽2

++--

合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸3

+++-

产生含信号肽的完整多肽4

++++

信号肽切除，多肽链进入微粒体中*“+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。SRP与核糖体的结合

新生肽链上的信号肽SRPSRP-核糖体复合体与内质网膜上的SRP受体结合核糖体结合蛋白蛋白转运器粗面内质网膜上的SRP受体蛋白SRP与信号肽的结合使翻译暂停细胞质内质网腔继续翻译并开始穿过内质网膜SRP释放并再循环蛋白质转入内质网合成的过程：

信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→SRP脱离→肽链进入内质网→信号肽切除→肽链延伸至终止(停止转移序列作用下)→肽链延伸终止→翻译体系解散→转位因子关闭

。14二、蛋白质分选的基本途径与类型二、蛋白质分选的基本途径和类型真核细胞蛋白质分选的主要途径和类型分选途径16翻译后转运途径线粒体、叶绿体、过氧化酶体等共翻译转运途径游离核糖体中合成后，信号肽引导至粗面内质网，经高尔基体加工包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外蛋白质跨膜转运膜泡运输选择性门控转运细胞质中蛋白质的转运17分选机制1、选择性运输（门控运输）：如通过核孔复合体的运输。2、跨膜运输：蛋白质通过跨膜通道进入目的细胞器。3、膜泡运输：蛋白质在内质网或高尔基体中被包装成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。4、细胞质基质的蛋白质转运：与细胞骨架系统密切相关。mRNA新生蛋白质内质网定向序列8内质网9101112高尔基体细胞核过氧化物酶体线粒体成熟的胞质蛋白质12345叶绿体6质膜溶酶体细胞表面(分泌)分泌途径7（一）、线粒体蛋白质的转运线粒体含1000多种蛋白，绝大多数由核基因编码，在细胞质中合成，定向转运至线粒体。前体蛋白在运输前，以未折叠形式存在，N端的一段信号序列称为导肽或引肽，完成转运后被酶切除，成为成熟蛋白，这种现象称后转译。三线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运蛋白质的转运涉及转位因子。TOM复合体：通过外膜，进入膜间隙。TIM复合体：进入基质(TIM23)或内膜(TIM22)。线粒体内外膜之间存在接触点，蛋白通过此处的TOM和TIM复合体，一步进入基质。(1)、蛋白质输入到线粒体基质蛋白质的输入是一个耗能过程：在线粒体外解除与前体蛋白质结合的分子伴侣，需要通过水解ATP获得能量。在通过TIM复合体时利用质子动力势作为动力。前体蛋白进入线粒体基质后，线粒体hsc70依次结合在蛋白质线性分子上，将蛋白质“铰进”基质，需要消耗ATP，然后hsc70将蛋白质交给hsp60，完成折叠。(2)、蛋白质输入到线粒体内膜（3种途径）(2)、蛋白质输入到线粒体内膜(3)、蛋白质输入到线粒体膜间隙（2种途径）（二）、叶绿体的蛋白质转运叶绿体蛋白转运与线粒体的相似，都发生后转译；每一种膜上有特定的转位因子；内外膜具有接触点；需要能量，利用ATP和质子动力势；前体蛋白N端有信号序列，使用后被信号肽酶切除。

SRP依赖途径；

PH依赖途径；

第二节胞内膜泡运输方向：RERCGNTGN转运小泡转运过程特点：加工、修饰和组装；膜泡定性运输和调控类型：3种31衣被小泡在细胞内沿微管或微丝运输。与膜泡运输有关的马达蛋白有3类，在这些马达蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。动力蛋白（dynein），趋向微管负端；驱动蛋白（kinesin），趋向微管正端；肌球蛋白（myosin），趋向微丝的正极。34COPⅡ衣被小泡

介导从内质网到高尔基体的物质运输。COPI衣被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。网格蛋白衣被小泡

介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。三种衣被小泡的功能衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜→内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体→内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体→溶酶体，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高尔基体→内质网COPIISar1Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16内质网→高尔基体二、COPⅡ衣被小泡内质网到高尔基体的物质运输。形成于内质网出口位点，该处无核糖体。主要亚基：Sar1GTP、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31。多数跨膜蛋白直接与COPII结合，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COPII结合。分选信号：位于跨膜蛋白胞质面，包含双酸性基序[DE]X[DE]，如Asp-X-Glu。COPIIVesiclesCOPII衣被小泡的组装COPIICoatedvesicle三、COPI衣被小泡功能：回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网；也可介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。组成：由7种蛋白组成。回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。COPIVesiclesCopIandIIVesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）四、网格蛋白衣被小泡运输途径：质膜→内体；高尔基体→内体；高尔基体→溶酶体、植物液泡。衣被结构：3重链、3轻链，形如三腿triskelion结构。clathrin的曲臂交织在一起，形成5边形网孔的笼子。衔接蛋白：连接衣被与受体。Deep-etchviewofatypicalclathrinlatticeSelectivetransportbyclathrincoatedvesicles当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），导致膜融合，pinchoff衣被小泡。（一）Rabs也叫targetingGTPase，属于G蛋白，起分子开关作用。已知30余种，不同膜上具有不同的Rabs。Rabs促进和调节运输小泡的停泊和融合。Rabs还有许多效应因子，帮助运输小泡聚集和靠近靶膜，触发SNAREs抑制因子。五、膜泡运输的定向机制Rabsindocking五、膜泡运输的定向机制（二）SNAREs功能：介导运输小泡与靶膜的融合。类型：v-SNAREs和t-SNAREs。结构：具有一个螺旋结构域，相互缠绕形成跨SNAREs复合体，将小泡与靶膜拉在一起。SNAREsSNAREsinvesicletransportV-SNARESNAP25SyntaxinN-乙基马来酰亚酰亚胺敏感因子神经细胞中，SNAREs负责突触小泡的停泊和融合。破伤风毒素和肉毒素能选择性地降解SNAREs，阻断神经传导。病毒融合蛋白的工作原理与SNAREs相似，介导病毒与宿主质膜的融合。HIVfusionprotein趋化因子受体结合CD4结合膜插入