第8章--蛋白质分选与膜泡运输

翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社第8章蛋白质分选与膜泡运输第一节细胞内蛋白质的分选蛋白质分选：真核细胞中绝大多数蛋白质都是由核基因编码，在游离核糖体上起始合成，然后翻译过程或在细胞质基质（游离核糖体）中完成，或在粗面内质网膜结合核糖体上完成，再以不同机制转运至细胞特定部位一、信号假说与蛋白质分选信号1999年诺贝尔生理学或医学奖发现蛋白质由内部信号决定其在细胞内的转移和定位1.信号假说信号肽（signalpeptide）信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白，dockingprotein，DP）（1）信号肽（signalpeptide）•位于蛋白质的N端，一般由16～26个残基组成•包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等3部分•原核细胞某些分泌性蛋白的N端也具有信号序列图8-1信号肽的一级结构序列信号肽似乎没有严格的专一性（2）信号识别颗粒（SRP）•由6种不同的蛋白质和一个由300个核苷酸组成的7SRNA结合组成的一种核糖核蛋白复合体•体外非细胞系统（cellfreesystem）进行蛋白质合成实验，证实分泌性蛋白向rER（微粒体）腔内的转运是同蛋白质翻译过程偶联进行的，这种分泌蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程称为共翻译转运（cotranslationaltranslocation）（3）分泌性蛋白的合成与其共翻译转运图8-3分泌性蛋白的合成与其跨越内质网膜的共翻译转运图解图示信号肽、SRP、DP及移位子之间的相互作用（4）膜整合蛋白的信号序列•开始转移序列（starttransfersequence）•内在停止转移锚定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）•内在信号锚定序列（internalsignalanchorsequence,SA）图8-4内质网膜整合蛋白的拓扑学类型2.蛋白质分选信号序列信号肽与信号斑二、蛋白质分选转运的基本途径与类型•途径（1）后翻译转运途径（2）共翻译转运途径•类型（1）蛋白质的跨膜转运（2）膜泡运输（3）选择性的门控转运（4）细胞质基质中蛋白质的转运第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社真核细胞蛋白质分选的主要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）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体•蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质•蛋白质从细胞质基质输入到线粒体内膜•蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-6通过后翻译转运途径，核基因编码的线粒体蛋白的转运A.蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质B.线粒体蛋白通过3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜C.线粒体蛋白通过两种途径从细胞质基质输入到线粒体膜间隙（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入•外膜蛋白•内膜蛋白•叶绿体基质蛋白•类囊体膜蛋白•类囊体腔蛋白第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社通过后翻译转运途径，叶绿体蛋白从细胞质基质输入到类囊体腔（三）过氧化物酶体蛋白的分选•C端SKL(Ser-Lys-Leu)靶向序列•可溶性细胞质受体•过氧化物酶体膜受体•信号序列不被切除•ATP水解第二节细胞内膜泡运输膜流（membraneflow）一、膜泡运输概观1.蛋白质在rER合成，通过共翻译转运途径跨膜运输2.内质网出芽，形成转运膜泡并与高尔基体融合3.从高尔基体顺面膜囊和高尔基体顺面网状结构到rER的逆向运输4.高尔基体膜囊从顺面→反面成熟递进（非膜泡过程）5.从高尔基体后期膜囊→早期膜囊的逆向运输6.组成型分泌7.调节型分泌8.分选到溶酶体9.胞吞途径图8-9蛋白质的分泌与胞吞途径概观•粗面内质网是物质供应站，高尔基体是枢纽和集散中心。•内质网是的驻留蛋白具有回收信号，故称之为“开饭的监狱”。•高尔基体聚集在微管组织中心（MTOC），秋水仙素解聚微管，高尔基体裂解为小囊泡存在于细胞质中。当微管重新组装，小囊泡又沿着微管移向MTOC，重新形成高尔基体，并维持极性。•内质网合成的蛋白质在通过高尔基体的转运与分选过程中，经历了多次囊泡的形成与特定靶膜的融合过程，每一步可能是通过特意信号介导并与相应受体相互作用完成的。•许多蛋白质分子中可能含有多种介导转移与分选的信号。细胞内膜泡运输需要多种转运膜参与，根据转运膜泡表面包被蛋白的不同，有三种不同类型：•COPⅡ（coatproteinⅡ）包被膜泡•COPⅠ（coatproteinⅠ）包被膜泡•网格蛋白/接头蛋白（clathrin/adaptorprotein）包被膜泡第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社二、COPⅡ包被膜泡的装配与运输•COPⅡ包被蛋白组分–小分子GTP结合蛋白Sar1–Sec23/Sec24复合物–Sec13/Sec31复合物–大的纤维蛋白Sec16第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社细胞质中可溶性Sar1-GDP与ER膜蛋白Sec12（鸟苷酸交换因子）相互作用，催化GTP置换GDP形成Sar1-GTP，GTP的结合引发Sar1构象改变暴露出疏水N端并插入ER膜，膜结合Sar1对包被蛋白进一步装配起募集者作用第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-11Sar1蛋白在CopⅡ包被膜泡装配与去装配中作用模型1.Sar1与膜结合GTP交换2.COPⅡ包被装配3.GTP水解4.COPⅡ包被去装配第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-12不同类型的膜泡运输在内质网与高尔基体之间，分别由COPⅡ和COPⅠ膜泡介导蛋白质顺向和逆向转运第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-12不同类型的膜泡运输KDEL受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中的作用第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-12不同类型的膜泡运输在供体膜内质网出芽及其转运蛋白的包装示意图第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社三、COPⅠ包被膜泡的装配与运输COPⅠ包被含有7种不同的蛋白质亚基和一种调节膜泡转运的GTP结合蛋白ARF。ARF也是一种结合GDP/GTP转换的分子开关调控蛋白。包被蛋白复合物（coatomer）的装配与去装配依赖于ARF所结合的核苷酸交换与水解过程第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社☆内质网腔中的可溶性蛋白如：蛋白二巯键异构酶与分子伴侣。具有典型的KDEL回收信号。KDEL的受体主要定位在高尔基体TGN区、COPⅡ和COPⅠ包被膜泡的膜上，它们能识别并结合KDEL分选信号。如果在内质网发生错误包装和转运，由于COPⅠ膜泡上也有KDEL受体，所以也能保证逃逸蛋白被内质网回收。☆内质网膜蛋白如SRP受体，在C端有KKXX。识别并结合该信号的是包被蛋白的COPⅠα和β亚基，从而促使他们返回ER。四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输•网格蛋白/接头蛋白包被膜泡介导的蛋白质分选途径–从高尔基体TGN向胞内体或向溶酶体、黑（色）素体、血小板囊泡和液泡的运输。（表8-3）–受体介导的胞吞途径中负责将物质从细胞表面运往胞内体转而到溶酶体的运输。第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-13网格蛋白、多角形网格包被结构及发动蛋白介导的网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的形成示意图A.三腿网格蛋白分子：3条重链，3条轻链B.在体外缺乏膜泡的情况下自组装的网格蛋白网格包被。第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社C.发动蛋白介导的网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的形成示意图五、转运膜泡与靶膜的锚定与融合①供体膜的出芽、装配和断裂，形成不同的包被转运膜泡②在细胞内由马达蛋白驱动、以微管为轨道的膜泡运输③转运膜泡与特定靶膜的锚定和融合过程第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社胞质中Rab蛋白在特异性鸟苷酸交换因子（GEF）催化下，Rab-GDP转换为Rab-GTP，构象改变致使其通过类异戊二烯基团插入转运膜泡表面，与靶膜上Rab效应器结合蛋白相互作用，从而使转运膜泡被锚定在靶膜上。第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社•转运膜泡的形成、运输与靶膜的融合是一个耗能的过程。涉及多种蛋白间的识别、组装、去组装的复杂调控。•小分子GTP结合蛋白Rab主要控制转运膜泡与适当靶膜的锚定，介导转运膜泡与靶膜融合的主要是v-SNARE与t-SNARE的配对。如，神经元突触前膜含有一种突触融合蛋白（snytaxin）,y与突触小泡膜上的膜蛋白VAMP（vesicle-associatedmembraneprotein）特异性结合，介导神经递质的释放。第8章蛋白质分选与膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）©2011高等教育出版社图8-14在供体膜和靶膜之间膜泡的锚定与融合模式图解六、细胞结构体系的组装•生物大分子的组装方式–自我装配（selfassembly）–协助装配（aided-assembly）–直接装配（direct-assembly）–细胞结构及结构体系之间的组装六、细胞结构体系的组装•装配的生物学意义–减少和校正蛋白质合成中出现的错误–可大大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本章小结•蛋白质分选信号•信号假说•细胞内蛋白质分选的途径与类型•膜泡运输翟中和王喜忠丁明孝主编细胞生物学（第4版）配套PPT欢迎使用！Thanksforyourattention!