蛋白质分选,膜泡运输1

第七章真核细胞内膜系统，蛋白质分选与膜泡运输第一节细胞质基质的涵义与功能第二节细胞内膜系统及其功能内质网高尔基复合体溶酶体与过氧化物酶体第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输本章内容提要细胞内的区室化(compartmentation)三类结构：1.细胞质基质(cytoplasmicmatrix)2.细胞内膜系统(endomembranesystem)3.其他由膜包被的细胞器(如线粒体，叶绿体，过氧化物酶体和细胞核)Intracellularcompartment%oftotalcellvolumeCytomatrix/Cytosol54Mitochondria22RoughERcisternae9SmoothERcisternaeplusGolgicisternae6Nucleus6Peroxisome1Lysosomes1Endosomes1RelativevolumesoccupiedbythemajorintracellularcompartmentsinLiverCell细胞质基质(cytomatrix,cytosol)细胞液、透明质、胞质溶胶、基质1、涵义：在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的胶状物质。（蛋白20－30％）2、功能：•许多代谢过程的场所（糖酵解、糖原合成）；•与细胞骨架的选择性结合（细胞内功能的区域化）；•蛋白质修饰（糖基化、去/磷酸化、酰基化、甲基化、共价结合）；•控制蛋白质的寿命（由N端第一个氨基酸决定稳定性，泛素水解）；•降解变性和错误折叠的蛋白质；•帮助变性和错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象。细胞质基质的涵义与功能细胞质基质(cytomatrix,cytosol)细胞液、透明质、胞质溶胶、基质1、涵义：在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的胶状物质。（蛋白20－30％）2、功能：•许多代谢过程的场所（糖酵解、糖原合成）；•与细胞骨架的选择性结合（细胞内功能的区域化）；•蛋白质修饰（糖基化、去/磷酸化、酰基化、甲基化、共价结合）；•控制蛋白质的寿命（由N端第一个氨基酸决定稳定性，泛素水解）；•降解变性和错误折叠的蛋白质；•帮助变性和错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象。细胞质基质的涵义与功能容易降解的蛋白质的特征：决定蛋白质寿命的信号是N端第一个氨基酸残基。若N-端的第一个氨基酸为Met，Thr，Ser，Val，Gly，Pro，Ala，Cys，则稳定；除此之外的12种氨基酸，则是不稳定的。真核细胞中，蛋白质降解途径有两条：一是不依赖于ATP的溶酶体途径；二是依赖ATP的泛素途径降解短寿命蛋白。依赖泛素化降解蛋白质途径，在20世纪70年~80年代由美国、以色列三位科学家提出，2004年这三位科学家获得诺贝尔化学奖。AaronCiechanoverAvramHershkoIrwinRoseTheNobelPrizeinChemistry2004forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteindegradationCiechanover,A.,Hod,Y.,andHershko,A.(1978).Aheat-stablepolypeptidecomponentofanATP-dependentproteolyticsystemfromreticulocytes.Biochem.Biophys.Res.Commun.81,1100–1105.Hershko,A.,Ciechanover,A.,andRose,I.A.(1979)ResolutionoftheATP-dependentproteolyticsystemfromreticulocytes:acomponentthatinteractswithATP.Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.76,3107–3110UbiquitinLysine27Lysine6Lysine29Lysine33Lysine1176aminoacids7Lysines:K6,K11,K27,K29,K33,K48,K63E1E2E1E2E3Ubiquitin-ProteasomePathwaySubstrateSubstrate26SProteasomeSUbUbUbSUbUbUbUbUbUbUbUbE3determinesthespecificityofproteindegradationE1:1E2:~20E3:~400ClassesofE3ligases•RINGfamilyUbiquitinLigasescontainaRING(ReallyInterestingNewGene)fingerdomaininwhichCys&Hisresiduesareligandsto2Zn++ions.ARINGfingerisnotinherentlycatalytic.ItstabilizesacharacteristicglobulardomainconformationthatservesasamolecularscaffoldforresiduesthatinteractwithE2.N-endRuleE3Skp/Cullin/F-box(SCF)AnaphasePromotingComplex(APC)U-BoxfamilyUbiquitinligasescontainaU-boxdomain,whichisamodifiedRINGmotifwithoutthefullcomplementofZn++bindingligands.•HECTfamilyUbiquitinligaseshaveaHECT(HomologoustoE6-associatedproteinC-Terminus)domaincontainingaconservedCysresiduethatparticipatesintransferofactivatedubiquitinfromE2toatargetprotein.ITCHNedd4SmurfDifferentmechanismsbetweenHECTandRing-fingerDomainMechanismStepsHECTSequentialUbistransferredfromUb-E2totheCysofHECTsite→targetproteinRING-fingerConcertedComplexwithUb-E2→UbdirectlytransferredtotargetproteinDeubiquitination•Thiolproteases•Ubiquitinprocessing(UBP)enzymesRemovesUbfrompolyubiquinatedproteins•Ubiquitincarboxyterminalhydrolases(UBH)RegeneratesmonomericUbEukaryoticProteasome•26S(200kD)complex–20S(673kD)proteasomeormulticatalyticproteasecomplex(MCP)asthekeyproteolyticcomponent–19ScomplexcontainingseveralATPasesandabindingsiteforubiquitinchains.•19Sparticlecapseachextremityofthe20Sproteasome–Unfoldstheproteinsubstrates–Controlsentryintothe20Sproteasome–Stimulatesproteolyticactivity•Inyeast,only3outof7subunitsareproteolyticallyactiveTheproteasome•AlfredGoldberg&MartinRechsteinerin1980's•SimilarinstructuretoGroELchaperone•UnfoldingandproteolysisMoPetal.,JBC2010第一节细胞质基质的涵义与功能第二节细胞内膜系统及其功能内质网高尔基复合体溶酶体与过氧化物酶体第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输本章内容提要细胞内膜系统：内质网1、糙面内质网（rER）多扁平囊状，膜表面有大量核糖体附着2、光面内质网（sER）常为分支管状，形成较为复杂的立体结构，表面没有核糖体附着一、内质网的类型粗面内质网上有20种以上蛋白与光滑内质网不同（占细胞膜系统的一半，细胞体积的10％）糙面内质网的形态光面内质网的形态内质网①蛋白质合成(糙面内质网)；②脂质合成(光面内质网)；③蛋白质的修饰加工；④新生多肽的折叠与装配；⑤内质网的其他功能。内质网的功能①蛋白质合成：蛋白质合成始于细胞质基质，但部分蛋白在合成起始后很快转至内质网膜上。在内质网上合成的蛋白质包括：1、向细胞外分泌的蛋白质2、膜整合蛋白3、构成细胞器中的可溶性驻留蛋白4、需要进行修饰的蛋白质内质网的功能②脂质合成内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的全部膜脂。合成的磷脂由内质网向其它膜转运方式：a,通过出芽方式转运到高尔基体，溶酶体和细胞膜上;b,通过水溶性载体蛋白磷脂转换蛋白(phospholipidexhangeprotein,PEP)在膜之间转移磷脂。从磷脂合成部位转移到线粒体或过氧化物酶体膜上。内质网的功能在内质网的腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过膜上的糖基转移酶，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。糙面内质网腔内的N-连接的糖基化③蛋白质的修饰加工：进入内质网腔的蛋白质发生的主要化学修饰作用有：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成。糖基化是内质网中最常见的蛋白修饰。内质网的功能N-连接的糖基化：糖:N-乙酰葡萄糖胺氨基酸：天冬酰胺发生部位：内质网(rER)O-连接的糖基化：糖：N-乙酰半乳糖胺氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸发生部位：高尔基体（主要）细胞质基质中只发现少数几种简单的糖基化。蛋白质的糖基化④新生多肽的折叠与装配:主动机制1、蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)：切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态。2、结合蛋白(bindingprotein,Bip)：能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装。3、四肽信号：滞留在内质网中的蛋白质的信号(-Lys-Asp-Glu-Leu-COO－,KDEL或HDEL)。如蛋白二硫键异构酶和结合蛋白(Bip)都有四肽信号保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度。内质网的功能④新生多肽的折叠与装配折叠错误、畸形肽链、未装配等胞质通过Sec61p复合体离开内质网腔被蛋白酶体降解内质网的功能⑤内质网的其他功能1）合成脂蛋白（外输性）：肝细胞中的sER2）解毒功能：肝细胞中的sER如：细胞色素P450家族酶系（又称加单氧酶系、羟化酶系）由一些氧化还原酶构成，是电子传递系统，但不与ATP合成相藕连。不溶于水的废物、代谢产物由细胞色素P450家族酶系羟基化而完全溶于水，并由尿液排出。3）合成固醇类激素：睾丸间质细胞的sER4）储存Ca2+：肌细胞中的sER5）为细胞质基质中的Pr、酶提供附着点6）储存、运输物质，能量与信息传递，细胞的支持和运动等作用。内质网的功能高尔基复合体(Golgiapparatus)一、形态结构：1，一般由4－8个扁平膜囊堆叠成，中间窄，周缘呈泡状。2，有极性：形成面(formingface)或顺面(cisface)成熟面(matureface)或反面(transface)顺面膜囊；中间膜囊；反面膜囊；囊泡细胞内膜系统：高尔基复合体高尔基体的三个功能区域•顺面膜囊(formingface,cisGolgi)和顺面管网状结构(cisGolginetw