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）Copyright©高等教育出版社2011第8章蛋白质分选与膜泡运输本章主要内容•细胞内蛋白质分选•细胞内膜泡运输üdhofPrizemotivation:fortheirdiscoveriesofmachineryregulatingvesicletraffic,amajortransportsysteminourcells2013NobelPrizeinPhysiologyandMedicine第一节细胞内蛋白质的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蛋白质翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系•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（3）分泌性蛋白的合成与其共翻译转运（3）分泌性蛋白的合成与其共翻译转运（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）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核基因编码的线粒体蛋白的转运（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.胞吞途径蛋白质的分泌与胞吞途径概观三种包被的膜泡•COPⅡ（coatproteinⅡ）包被膜泡•COPⅠ（coatproteinⅠ）包被膜泡•网格蛋白/接头蛋白（clathrin/adaptorprotein）包被膜泡三种包被膜泡特征比较二、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小分子GTP结合蛋白Sar11.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Sar1蛋白在CopⅡ包被膜泡装配与去装配中作用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不同类型的膜泡运输三、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KDEL的受体四、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–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网格蛋白及其包被膜泡的形成五、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Rab蛋白参与膜泡的锚定供体膜和靶膜之间膜泡的锚定与融合模式六、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）Copyright©高等教育出版社2011Thankyou!