第八章-蛋白质分选与膜泡运输.ppt

第八章蛋白质分选与膜泡运输 细胞内蛋白质的分选信号假说与蛋白质分选信号蛋白质分选的基本途径与类型 细胞内膜泡运输COP 包被膜泡的装配与运输COP 包被膜泡的装配与运输网格蛋白 接头蛋白包被膜泡的装配与运输 重点 信号假说 膜泡的装配与运输难点 信号假说与蛋白质分选 转运膜泡与靶膜的锚定和融合 蛋白质分选 proteinsorting 或蛋白质寻靶 proteintargeting 细胞质或粗面内质网上合成的蛋白质 通过不同的分选和运转机制 确保蛋白质被运至细胞的特定部位 并组装成不同结构和功能复合体的过程 一 信号假说与蛋白质分选信号 信号假说 1972年C Milstein等发现从骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白质分子的N端要比分泌到细胞外面的同一蛋白质分子的N端长出一截 1975年 美国G Blobel和D Sabatini根据进一步的实验依据 提出这种蛋白质合成的信号假说 即分泌性蛋白N端序列作为信号肽 指导分泌性蛋白到内质网膜上合成 然后在信号肽的引导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔 在蛋白质合成结束之前信号肽被切除 1999年 G Blobel因该假说被大量事实证实而获诺贝尔生理医学奖这一过程主要是由三个因子协助完成的 即 信号肽 signalpeptide 又称指导因子信号识别颗粒 signalrecognitionparticle SRP SRP受体 又称停泊蛋白dockingprotein DP 信号肽的一级序列信号肽位于蛋白质的N端 16 26个氨基酸残基 一级序列由疏水核心 h C端 c 和N端 n 三个区域构成 以血清白蛋白和HIV 1型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例 显示出两者的n区长度明显不同 信号肽似乎没有严格的专一性 目前尚未发现共同的信号序列 信号识别颗粒 SRP Sixdifferentpolypeptidescomplexedwitha300 nucleotide 7S moleculeofRNA 信号识别颗粒受体 SRPreceptor GTPbindingprotein SRPhavethreemainactivesites Onethatrecognizesandbindstosignalsequence Onethatinteractswiththeribosometoblockfurthertranslation OnethatbindstotheERmembrane dockingprotein 信号假说主要内容 1 编码分泌蛋白的mRNA 在起始密码子AUG之后 紧跟着一组特定的信号密码子 约有45 90 48 78个核苷酸 由此编码一段多肽 2 多肽链的合成开始在游离核糖体上 信号密码子转译为信号肽 signalpeptide 疏水性 占优势 约有16 26个氨基酸 3 在细胞质中有信号识别颗粒 signalrecognitionprotein SRP 识别正在合成信号肽的核糖体并与之结合 合成暂停 引导核糖体与ER膜上的易位子结合 而SRP则与SRP受体 又称停泊蛋白 dockingProtein 结合 蛋白质合成继续 SRP脱离释放返回基质重复利用 4 信号肽与易位子作用并使RER形成隧道 合成的多肽链通过隧道进入内质网池 5 信号肽已无用 被位于RER膜内表面的信号肽酶 Signalpeptidase 切掉 6 多肽链继续生长 直至合成完毕 7 最后在一种分离因子作用下 核糖体脱离开膜 隧道封闭 在游离核糖体上起始合成SRP结合信号肽后暂停翻译SRP与rER上的DP结合信号肽与移位子结合 打开孔道SRP脱离 肽链合成重启信号肽被切除 降解肽链合成终止 核糖体释放 肽链折叠 分泌性蛋白质的共翻译转运过程 内在停止转移锚定序列 internalstop transferanchorsequence STA 内在信号锚定序列 internalsignal anchorsequence SA p139 肽链上的一段特殊AA序列 与内质网膜的亲合力很高 能阻止肽链继续进入内质网腔 使其成为跨膜蛋白质 跨膜蛋白的共翻译转运机理 继信号肽 导肽后 人们又发现一系列蛋白质分选信号序列 统称信号序列 有些还可能形成三维结构的信号称信号斑 细胞质中合成的没有信号序列的蛋白质去向 成为细胞质驻留蛋白 二 蛋白质分选的基本途径与类型 蛋白质分选的两条基本途径 共翻译转运 co translationaltranslocation 分泌蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程 在游离核糖上起始合成SRP引导转运到rER边合成 边转运靶区 细胞质膜及细胞内膜系统后翻译转运 post translationaltranslocation 蛋白质在细胞质基质合成以后在导肽的指导下转运到线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的过程 在游离核糖体上合成靶区 线粒体 叶绿体 过氧化物酶体 细胞核 细胞基质的驻留蛋白或骨架蛋白 内质网 某些分泌蛋白 蛋白质分选的两条基本途径 四种基本转运类型 1蛋白质的跨膜转运 transmembranetransport 进入内质网腔 膜 线粒体 叶绿体 过氧化物酶体等2膜泡运输 vesiculartransport 内质网高尔基体细胞表面 质膜 溶酶体3选择性的门控转运 gatedtransport 进入细胞核 核孔复合体 4细胞质基质中蛋白质的转运 一 蛋白质向线粒体的分选 核基因编码的线粒体蛋白的合成和输入大体上要涉及到4个步骤 在细胞质基质中合成多肽前体物前体物和细胞器表面的受体结合穿过并移进细胞器膜前体物被加工成成熟多肽 二 蛋白质向线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的分选 靶向线粒体基质的跨膜运送 靶向线粒体内膜的跨膜运送 TOM transloconoftheoutermembraneTim transloconoftheinnermembrane 靶向线粒体膜间隙的跨膜运送 途径A是主要的注意与内膜蛋白途径A不同点 二 叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入 三 过氧化物酶体中的蛋白质输入 无论是膜上还是腔中的蛋白都是在细胞质基质中合成绝大多数过氧化物酶体基质蛋白的C 端含有过氧化物酶体定位序列 peroxisomal targetingsequence PTS1 SKL Ser Lys Leu PST1无特异性 当把这一短的信号序列连接到细胞质中的任何蛋白质上 都可使该蛋白质被输入过氧化物酶体中 过氧化物酶体基质蛋白由PTS1定位序列引导输入 第1步 过氧化氢酶和其他大多数基质蛋白C末端均含有PTS1摄取 定位序列 此序列与细胞质溶质受体Pex5结合 第2步 结合了基质蛋白的Pex5与过氧化物酶体膜上的Pex14相互作用 第3步 基质蛋白 Pex5复合物被转移到一组膜蛋白 Pex10 Pex12 Pex2 上 基质蛋白被输入到过氧化物酶体基质中 第4步 在基质蛋白转移过程中或在腔内 Pex5与基质蛋白解离 返回细胞质溶质中 返回过程中还要涉及到Pex10 Pex12 Pex2复合物和另外一些膜蛋白及细胞质溶质蛋白质 输入蛋白质可以折叠状态进入过氧化物酶体 输入后定位序列不切除 第二节 膜泡运输 VesicleTransport 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式 普遍存在于真核细胞中 在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰 加工和组装 还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程 完成细胞的膜泡运输至少需要10种以上的运输小泡 每种小泡表面都有特殊标志以保证运转的物质运至特定细胞部位 目前发现3种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用 蛋白质的分泌与胞吞途径概观 在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式 1 网格蛋白 接头蛋白有被小泡介导从高尔基体TGN 质膜和胞内体及溶酶体的运输 2 COPII包被小泡介导从内质网 高尔基体的运输 3 COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体 内质网 COPII包被小泡 负责从内质网 高尔基体的物质运输 COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成 包被蛋白的装配是受控的 COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩 COPII包被小泡的装配 Sar1 GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配 形成小泡的包被并出芽 跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白 COPI包被小泡 COPI包被含有8种蛋白亚基 包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF GTP bindingprotein 负责回收 转运内质网逃逸蛋白 escapedproteins ER 细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制 转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外 防止出芽转运 通过识别驻留蛋白C 端的回收信号 lys asp glu leu KDEL 的特异性受体 以COPI 包被小泡的形式捕获逃逸蛋白 内质网驻留蛋白的回收图解 网格蛋白 接头蛋白包被小泡 负责蛋白质从高尔基体TGN 质膜 胞内体或溶酶体和植物液泡运输 在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜 内吞泡 细胞质 胞内体 溶酶体运输 高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地 A 三腿网格蛋白分子 B 体外缺乏膜泡时自组装的网格蛋白网格包被 C 发动蛋白介导的网格蛋白 接头蛋白包被膜泡形成示意图 转运膜泡与靶膜的锚定和融合 膜泡运输的3个关键步骤 供体膜的出芽 装配和断裂形成包被转运膜泡 细胞内由马达蛋白驱动 以微管为轨道的膜泡运输转运膜泡与特点靶膜的锚定和融合 膜泡融合是特异性的选择性融合 从而指导细胞内膜流的方向 选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用 在供体膜和靶膜之间膜泡的转运 锚定与融合模式图解 生物大分子的组装方式 自我装配 self assembly 亚基本身具有装配信息 细胞提供组装环境 协助装配 aided assembly 其它成分参与或亚基进行修饰 需ATP或GTP提供能量 直接装配 direct assembly 亚基直接组装到预先形成的结构上 复杂的细胞结构及结构体系之间的组装 四 细胞结构体系的组装 装配具有重要的生物学意义 减少和校正蛋白质合成中出现的错误多肽链氨基酸残基数据减少 组装过程具有错误校正机制 减少所需的遗传物质信息量多肽链氨基酸残基数据减少 相应DNA的长度减少 通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程 蛋白质分选的两条基本途径 A 翻译后转移 B 共翻译转移蛋白质分选的运输方式 1