第8章蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸

ProteinSortingandMembraneTrafficking

2021/10/101本章主要內(nèi)容細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選信號假說與蛋白質(zhì)分選信號蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸COPⅡ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COPⅠ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白的裝配與運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合2021/10/102ProteinSorting2021/10/103一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號第一節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選2021/10/104信號假說（Signalhypothesis）2021/10/105位于蛋白質(zhì)的N端，一般由16-26個殘基組成包括疏水核心區(qū)、C端和N端3部分Signalpeptides2021/10/106信號肽與信號斑2021/10/107信號肽似乎沒有嚴(yán)格的專一性2021/10/108信號識別顆粒（SRP）2021/10/109分泌性蛋白向rER腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)是同蛋白質(zhì)翻譯過程偶聯(lián)進(jìn)行的，這種分泌性蛋白在信號肽的引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（cotranslationaltranslocation）。共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)2021/10/1010分泌性蛋白的合成與其跨膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)2021/10/1011蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程：

信號肽與SRP結(jié)合→肽鏈延伸終止→SRP與受體(DP)結(jié)合→SRP脫離信號肽→肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時信號肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔→信號肽被切除→肽鏈延伸至終止→翻譯體系解散。2021/10/10122021/10/10132021/10/1014蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再在某種信號序列（導(dǎo)肽）的指導(dǎo)下進(jìn)入某些細(xì)胞器中，稱后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（posttranslocation）。蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質(zhì)的幫助使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。

例：線粒體、葉綠體、過氧化物酶體蛋白后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)2021/10/1015膜整合蛋白的信號序列開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（internalstop-transferanchor

sequence,STA）內(nèi)在信號錨定序列（internalsignalanchorsequence,SA）2021/10/1016多肽跨膜次數(shù)的確定2021/10/1017內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓?fù)鋵W(xué)類型2021/10/1018蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及5種蛋白成分：①信號肽:又稱開始轉(zhuǎn)移序列②信號識別顆粒（SRP）③SRP受體（DP）④停止轉(zhuǎn)移序列⑤移位子2021/10/1019二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型2021/10/1020途徑（1）后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑（2）共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑類型（1）蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（2）膜泡運(yùn)輸（3）選擇性的門控轉(zhuǎn)運(yùn)（4）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑與類型2021/10/1021轉(zhuǎn)運(yùn)類型1.門控運(yùn)輸（gatedtransport）：如核孔可以選擇性的主動運(yùn)輸大分子物質(zhì)和RNP復(fù)合體，并且允許小分子物質(zhì)自由進(jìn)出細(xì)胞核。2.跨膜運(yùn)輸（transmembranetransport）：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進(jìn)入目的地。3.膜泡運(yùn)輸（vesiculartransport）：蛋白質(zhì)被選擇性地包裝成運(yùn)輸小泡，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞器。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸、高爾基體分泌形成溶酶體、細(xì)胞攝入某些營養(yǎng)物質(zhì)或激素，都屬于這種運(yùn)輸方式。4.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn):與細(xì)胞骨架密切相關(guān)2021/10/1022蛋白質(zhì)分選信號序列2021/10/1023（一）蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙2021/10/1024靶向線粒體基質(zhì)的跨膜運(yùn)送2021/10/1025靶向線粒體內(nèi)膜的跨膜運(yùn)送TOM:transloconoftheoutermembraneTim:transloconoftheinnermembrane2021/10/1026靶向線粒體膜間隙的跨膜運(yùn)送途徑A是主要的注意與內(nèi)膜蛋白途徑A不同點(diǎn)2021/10/1027導(dǎo)肽轉(zhuǎn)運(yùn)線粒體蛋白質(zhì)的特點(diǎn)需要受體從接觸點(diǎn)進(jìn)入蛋白質(zhì)要解折疊與重新折疊需要蛋白水解酶需要能量需要分子伴侶的幫助2021/10/1028（二）葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入外膜蛋白內(nèi)膜蛋白葉綠體基質(zhì)蛋白類囊體膜蛋白類囊體腔蛋白2021/10/1029葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝2021/10/1030（三）過氧化物酶體蛋白的分選C端SKL(Ser-Lys-Leu)靶向序列可溶性細(xì)胞質(zhì)受體過氧化物酶體膜受體信號序列不被切除ATP水解2021/10/1031第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)部內(nèi)膜系統(tǒng)各個部分之間的物質(zhì)傳遞常常通過膜泡運(yùn)輸方式進(jìn)行。膜泡運(yùn)輸是一種高度有組織的定向運(yùn)輸，各類運(yùn)輸泡之所以能夠被準(zhǔn)確地運(yùn)到靶細(xì)胞器，主要是因為細(xì)胞器的胞質(zhì)面具有特殊的膜標(biāo)志蛋白。不同的膜標(biāo)志蛋白組合，決定膜的表面識別特征。2021/10/1032第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸2021/10/1033一、膜泡運(yùn)輸概觀1.蛋白質(zhì)在rER合成，通過共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑跨膜運(yùn)輸2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽，形成轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡并與高爾基體融合3.從高爾基體順面膜囊和高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)到rER的逆向運(yùn)輸4.高爾基體膜囊從順面→反面成熟遞進(jìn)（非膜泡過程）5.從高爾基體后期膜囊→早期膜囊的逆向運(yùn)輸6.組成型分泌7.調(diào)節(jié)型分泌8.分選到溶酶體9.胞吞途徑蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀2021/10/1034COPⅡ（coatproteinⅡ）包被膜泡COPⅠ（coatproteinⅠ）包被膜泡網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白（clathrin/adaptorprotein）包被膜泡三種膜泡運(yùn)輸方式2021/10/1035三種膜泡運(yùn)輸方式2021/10/10362021/10/1037二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸COPⅡ包被蛋白組分小分子GTP結(jié)合蛋白Sar1Sec23/Sec24復(fù)合物Sec13/Sec31復(fù)合物大的纖維蛋白Sec162021/10/1038二、COPII包被膜泡的裝配與運(yùn)輸負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸；COPII包被蛋白由5種蛋白亞基組成：Sar1、Sec12、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31、Sec16包被蛋白的裝配是受控的；COPII包被膜泡具有對轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。COPII蛋白能識別并結(jié)合跨膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白胞質(zhì)面一端的信號序列（Asp-X-Glu）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面的受體能與ER腔中的可溶性蛋白（如分泌蛋白）結(jié)合。

2021/10/10391.Sar1與膜結(jié)合GTP交換2.COPⅡ包被裝配3.GTP水解4.COPⅡ包被去裝配Sar1蛋白在COPⅡ包被膜泡裝配與去裝配2021/10/1040三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運(yùn)輸運(yùn)輸方向：高爾基體TGN面→CGN面，高爾基體CGN面→ER運(yùn)輸對象：負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)ER逃逸蛋白(escapedproteins），膜脂雙層COPⅠ包被蛋白的組成：7種蛋白質(zhì)亞基，ARF2021/10/1041在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間，分別由COPⅡ和COPⅠ膜泡介導(dǎo)蛋白質(zhì)順向和逆向轉(zhuǎn)運(yùn)不同類型的膜泡運(yùn)輸2021/10/1042KDEL受體在從高爾基體回收內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔駐留蛋白中的作用不同類型的膜泡運(yùn)輸2021/10/1043細(xì)胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機(jī)制：轉(zhuǎn)運(yùn)泡將駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運(yùn)；通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu，KDEL)的特異性受體，以COPI包被膜泡的形式捕獲逃逸蛋白。例:分子伴侶、SRP受體2021/10/1044四、網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸

運(yùn)輸途徑：質(zhì)膜→內(nèi)體，高爾基體TGN→內(nèi)體，高爾基體TGN→溶酶體、植物液泡。結(jié)構(gòu)組成：網(wǎng)格蛋白、接頭蛋白、受體膜蛋白、發(fā)動蛋白AP一方面將網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格包被連接到質(zhì)膜上；另一方面特異性地促使膜結(jié)合蛋白富集到形成包被的膜區(qū)。2021/10/1045網(wǎng)格蛋白包被膜泡（clathrin-coatedvesicle）發(fā)動蛋白銜接蛋白2021/10/1046Selectivetransportbyclathrincoatedvesicles2021/10/10472021/10/1048五、轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定與融合膜泡融合是特異性的選擇性融合，從而指導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜流的方向。選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用。2021/10/1049膜泡運(yùn)輸?shù)亩ㄏ驒C(jī)制（一）SNAREs功能：介導(dǎo)運(yùn)輸小泡與靶膜的融合。類型：v-SNAREs和t-SNAREs。結(jié)構(gòu)：具有一個螺旋結(jié)構(gòu)域，相互纏繞形成跨SNAREs復(fù)合體，將小泡與靶膜拉在一起。2021/10/1050SNAREsinvesicletransport2021/10/1051（二）Rabs也叫targetingGTPase，屬于G蛋白，起分子開關(guān)作用。已知30余種，不同膜上具有不同的Rabs。Rabs促進(jìn)和調(diào)節(jié)運(yùn)輸小泡的停泊和融合。2021/10/105