蛋白质分选与膜泡运输.PPT

1、LOGO 核糖体合成的蛋白质，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋白形成了一个明确的地址签(address target)， 细胞通过对蛋白质地址签的识别进行运送， 这就是蛋白质的分选(protein sorting)。 蛋白质分选（protein sorting）视频LOGO 1972年，C.Milstein等发现在骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白分子的N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子N端的氨基酸序列多出一截。 1975年，G.Blobel和D.Sabatini等根据进一步实验依据，提出了信号假说（signal hypothesis），集分泌蛋白N端序列作为信号肽，

2、指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽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。因此，获得1999诺贝尔医学和生理学奖。 关键词： 信号肽（signal sequence or signal peptide） 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP） 信号识别颗粒的受体：停泊蛋白（docking protein，DP）LOGO信号肽与信号识别颗粒信号肽与信号识别颗粒将蛋白质引导到内将蛋白质引导到内质网，进入内质网质网，进入内质网后通常被切除后通常被切除与信号肽的疏水与信号肽的疏水核心结合核心结合阻断新生肽

3、链的翻译阻断新生肽链的翻译信号肽识别结构域信号肽识别结构域LOGO 是是SRP在内质网膜上的受体蛋白在内质网膜上的受体蛋白 使正在合成蛋白质的核糖体停靠到使正在合成蛋白质的核糖体停靠到 内质网上来。内质网上来。 停靠蛋白停靠蛋白 (Docking protein， DP )LOGO信号假说（信号假说（Signal hypothesis）分泌性蛋白质合成的起始分泌性蛋白质合成的起始信号序列与信号序列与SRP结合结合核糖体附着到内质网上核糖体附着到内质网上 SRP释放与蛋白质转运通道打开释放与蛋白质转运通道打开信号序列与通道中受体结合信号序列与通道中受体结合信号肽酶切除信号序列信号肽酶切除信号序列

4、信号肽就好比特异的火车车身，信号肽就好比特异的火车车身，信号识别颗粒就好比火车头，带信号识别颗粒就好比火车头，带领着新生肽开往内质网上的领着新生肽开往内质网上的DRDR火火车站。车站。LOGO 核孔运输核孔运输： 胞质溶胶中合成的蛋白质穿过细胞核内外膜形成的核胞质溶胶中合成的蛋白质穿过细胞核内外膜形成的核孔进入细胞核，被运输的蛋白需要有核定位信号。孔进入细胞核，被运输的蛋白需要有核定位信号。 跨膜运输跨膜运输： 胞质溶胶中合成的蛋白质进入到内质网、线粒体、叶胞质溶胶中合成的蛋白质进入到内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器，需要膜上运输蛋白的帮助，绿体和过氧化物酶体等细胞器，需要膜上运输

5、蛋白的帮助，被运输的蛋白要有信号肽或导肽。被运输的蛋白要有信号肽或导肽。 小泡运输小泡运输： 蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等则是由小泡介导到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等则是由小泡介导的，这种小泡称为运输小泡。的，这种小泡称为运输小泡。细胞质基质中转运（细胞质基质的结构不清楚，有待研究。）细胞质基质中转运（细胞质基质的结构不清楚，有待研究。）蛋白质分选定位的三（四）种机制蛋白质分选定位的三（四）种机制 视频 LOGO运输小泡的类型运输小泡的类型完成细胞内膜泡运输至少需要10种以上的运输小泡，目

6、前发现3种不同类型的有被小泡有被小泡具有不同的物质运输作用。COPII有被小泡有被小泡(COPII coated vesicles)COPI有被小泡有被小泡(COPI coated vesicles)网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡(clathrin-coated vesicle)衣被蛋白类型不同，功能也就有异。衣被蛋白类型不同，功能也就有异。LOGO网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡反面高尔基体质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡包吞过程中：质膜细胞质 胞内体溶酶体 COPCOP有被小泡有被小泡顺向运输（anterograde transport）ER高尔基体顺面膜囊顺面膜囊中间膜囊中间膜囊反面膜囊

7、COPCOP有被小泡有被小泡逆向运输（retrograde transport）顺面高尔基体内质网对象：再循环的膜脂双层、某些蛋白质如v-SNARE、回收错误分选的内质网逃逸蛋白返回内质网trans Golgi network,TGNcis Golgi network,CGN三种有被小泡 视频 LOGOCOPII有被小泡的形成有被小泡的形成COPIICOPII外被体蛋白是由外被体蛋白是由5 5种蛋白质亚基组成的种蛋白质亚基组成的蛋白质复合体蛋白质复合体COPIICOPII有被小泡是通过可溶性包被蛋白有被小泡是通过可溶性包被蛋白COPIICOPII复复合物在内质网膜上组装形成的。合物在内质网膜上

8、组装形成的。LOGOCOPIICOPII有被小泡的组装与运输有被小泡的组装与运输过程： ER腔中可溶性货物蛋白可溶性货物蛋白通过与选择性跨膜蛋白腔面一端结合而被募集 选择性跨膜蛋白胞质面一端的信号序列以及ER膜上整合蛋白v-SNARE被COPII蛋白识别，形成有货物蛋白和货物蛋白和v-SNARE的有被小泡。 小分子GTP结合蛋白（Sar1蛋白，对包被组装和去组装起调控作用）参与下脱被并定位到高尔基体的cis面。 暴露的v-SNARE与高尔基体cis面膜上的同类蛋白 t-SNARE配对，介导膜泡与靶膜融合，内含物进入高尔 基体。 被脱去的包被蛋白再循环利用。LOGO COP有被小泡的形成有被小泡

9、的形成 一种胞质溶胶中的一种胞质溶胶中的小分子小分子GTPGTP结合蛋白结合蛋白, ,即即ARF,ARF,释放释放GDP, GDP, 同同GTPGTP结结合合, ,形成形成ARF-GTPARF-GTP复合物复合物, ,并整合在高尔基体膜中。并整合在高尔基体膜中。 COPCOP同同ARFARF以及高以及高尔基体膜蛋白的细胞质尔基体膜蛋白的细胞质部分结合；部分结合；在脂酰在脂酰CoACoA的帮助下的帮助下形成形成COPCOP被膜小泡被膜小泡, , 一旦一旦COPCOP小泡形成就小泡形成就立即从供体膜释放出来，立即从供体膜释放出来，COPCOP包被去聚合包被去聚合, , 并并与膜脱离与膜脱离, ,

10、这一过程是这一过程是由与由与ARFARF结合的结合的GTPGTP水解水解所触发。所触发。 LOGO 是什么因素决定一种特异蛋白质是否被保留在内质网或进入高尔基体？有以下两种机制对逃逸蛋白的回收机制。转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外。 例如， 驻留蛋白参与形成大的复合物，因而不 能被包装在出芽形成的转运泡中而得以被保留。LOGO 内质网腔驻留蛋白高浓度被错误包装进COPII小泡并逃逸到高尔基体 驻留蛋白携带的KDEL回收信号序列与定位在高尔基体CNG及COPI上的KDEL受体结合，形成COPI小泡，返回内质网 内质网的膜蛋白（eg. SRP受体）C端有一个不同的回收信号KKXX与COPI包被结

11、合，促进其返回ER。防损失LOGOa.配体同膜表面特异受体结合, 网格蛋白装配的亚基结合上去, 使膜凹陷成小窝状。 b.通过出芽的方式形成小泡,在发动蛋白发动蛋白的作用下与质膜割离。 c.一旦从TGN区出芽形成转运泡，网格蛋白包被脱落，成为无被小泡，转运到相应靶膜、溶酶体、液泡或质膜。分子伴侣分子伴侣Hsc70Ca2+LOGO网格蛋白接合素蛋白整合受体蛋白可溶性货物蛋白网格蛋白有被小泡在结网格蛋白有被小泡在结构上包括两部分：构上包括两部分：外：由网格蛋白构成的蜂巢样的外层网络，形成结构骨架结构骨架内：由接合素蛋白构成的内壳内壳，覆盖在面向细胞质基质侧的膜泡表面发源于高尔基体的发源于高尔基体的T

12、GN区。区。LOGO 发动蛋白发动蛋白在网格在网格蛋白小泡形成过程中蛋白小泡形成过程中同出芽的颈部结合，同出芽的颈部结合，一旦小泡装配完成，一旦小泡装配完成，发动蛋白立即水解其发动蛋白立即水解其本身结合的本身结合的GTPGTP从而将从而将小泡与质膜切离。小泡与质膜切离。TGNTGNLOGO选择性融合保障细胞内定选择性融合保障细胞内定向膜流向膜流 源于内质网的膜泡只与源于内质网的膜泡只与顺面高尔基体顺面高尔基体CGN融合融合 源于中间膜囊的出芽膜源于中间膜囊的出芽膜泡只与反面膜囊融合泡只与反面膜囊融合l SNARE保障特异性保障特异性 每种转运膜泡都有特异每种转运膜泡都有特异的的v-SNARE，

13、能识别并，能识别并与靶膜上的与靶膜上的t-SNARE相相互作用。二者之间的互互作用。二者之间的互补性和相互作用，决定补性和相互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚供体膜泡在靶膜上的锚定与融合定与融合。LOGO19四、细胞结构体系的组装四、细胞结构体系的组装 除了蛋白质的分选需要我们继续努力去研究发现之外，当前我们还面临着蛋白质等生物大分子如何组装并最终形成赖以进行生命活动的细胞结构体系的问题。生物大分子向复杂的细胞结构以及结构体系的组装方式大体可分为：1.自我组装自我组装：自我组装的信息存在于组装亚基本身，当然也不排除细胞提供的组装环境,比如PH，离子浓度等。2. .协助组装协助组装：在其组装过程中

14、，除了需要形成最终结构的亚基之外，还需要其他成分的介入，或者对亚基进行修饰以保证组装或正确行使功能，比如T4噬菌体组装时需要一种支架蛋白，组装完成之后这中蛋白会离开T4噬菌体头部。3.直接组装直接组装：指某种亚基直接组装到预先形成的结构上，比如细胞质膜组分的组装。组装方式：组装方式：LOGO组装的意义组装的意义生物学意义生物学意义1.减少和校正蛋白质合成中出现的错误。2.可大大减少所需要的遗传物质。3.通过组装与去组装更容易调节与控制多种生物学进程。对探索生命现象的意义对探索生命现象的意义 从分子水平来研究并解释生命现象及其本质固然重要，然而对于生命现象的了解尚需在更高的细胞结构层次上进行。事实依据如：人们熟知的DNA于与组蛋白组装成的核小体是染色质结构的基本单位，rRNA与核糖体蛋白质组装成的核糖体时蛋白质的结构单位等等。随着研究的深入，有些复合体被人们赋予新的名字来强调他们的重要性。比如膜系统方面膜围绕的细胞器的组装以及细胞骨架体系方面。LOGO 分子生物学的成就与手段使我们有可能着手解决分子生物学的成就与手段使我们有可能着手解决如前所述的难题，然而如何将细胞结构体系的组装与不断