第七章 蛋白质分选与膜泡运输

1、翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第细胞生物学（第4版）版）Copyright 高等教育出版社 2011 .第第7章章 第第二二部分部分 蛋白质分选与膜泡运输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） 高等教育出版社 2011 .细胞的社会联系细胞的社会联系 多细胞生物体内没有细胞是“孤立”的 通过细胞通讯、黏着、连接以及细胞与胞外基质的相互作用构成复杂的细胞社会 决定细胞的行为和命运，包括结构与功能分化、位置以及生死抉择，维持机体的稳态平衡翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物

2、学（第4版） 高等教育出版社 2011 . Randy Schekman发现了囊泡传输所需的一组基因；James Rothman阐明了囊泡是如何与目标融合并传递的蛋白质机器；Thomas Sdhof则揭示了信号是如何引导囊泡精确释放被运输物的。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生

3、物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 . 19751975年年BlobelBlobel和和sabatinisabatini等提出了信号假说（等提出了信号假说（signal hypothesissignal hypothesis），），即分泌性蛋白即分泌性蛋白N N端作为序列信号端作为序列信号肽（肽（signal sequencesignal sequence或或signal peptidesignal peptide），），指导分泌指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白合成结束前信号肽被性蛋白到内质网膜上合成，

4、在蛋白合成结束前信号肽被切除。信号识别颗粒切除。信号识别颗粒(SRP)(SRP)和内质网膜上的信号识别颗和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（停泊蛋白粒的受体（停泊蛋白,DP,DP）等因子协助完成这一过程。）等因子协助完成这一过程。（一）（一）翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .英文名称为英文名称为translocon

5、translocon，或，或translocator translocator 或或translocation translocation channelchannel。易位子是与新生蛋白或多肽跨膜转运相关的多种蛋白的复。易位子是与新生蛋白或多肽跨膜转运相关的多种蛋白的复合物，其成员有合物，其成员有Sec61Sec61、SRPSRP、SRPRSRPR、TRAMTRAM及信号肽酶等。及信号肽酶等。易位子易位子新生蛋白链接子因子链接子因子翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟

6、中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .（二）信号肽与共翻译（二）信号肽与共翻译 肽链边合成边转移肽链边合成边转移至内质网腔中至内质网腔中的方式称为的方式称为共转移共转移。 跨膜蛋白的跨膜蛋白的起始转移序列和终止转移序列起始转移序列和终止转移序列 开始开始转移序列转移序列：蛋白质氨基末端的信号序列除作为信号被：蛋白质氨基末端的信号序列除作为信号被SRPSRP识别外，还具有起始穿膜转移的作用。识别外，

7、还具有起始穿膜转移的作用。 内在内在停止转停止转移移锚定锚定序列序列：肽链中还有某些序列与：肽链中还有某些序列与内质网膜内质网膜具具有很强的亲合力而结合在脂双层之中，能有很强的亲合力而结合在脂双层之中，能阻止阻止肽链继续进入肽链继续进入内质网腔，使其成为内质网腔，使其成为跨膜蛋白质跨膜蛋白质，称为停止转移序列。，称为停止转移序列。 内在信号内在信号信信号序列号序列： 跨膜蛋白的跨膜蛋白的类型类型及其取向及其取向起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王

8、喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .跨膜蛋白的类型及其取向跨膜蛋白的类型及其取向peptidase初生肽链开启易位子翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 . 信号序列（信号序列（signal sequencesignal sequence）：存在于蛋白质一级结构上）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常由的线性序列，通常由15-6015-60个氨基酸残基组成，有

9、些信号序个氨基酸残基组成，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（ signal signal peptidasepeptidase）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求。异性要求。 信号斑（信号斑（signal patchsignal patch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。质分选的信号。 每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。每一种信号序列

10、决定特殊的蛋白质转运方向。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .蛋白质分选的途径：蛋白质分选的途径： 1 1、翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完、翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白 2 2、共转运翻译途径：蛋白

11、质合成在游离核糖体、共转运翻译途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装并有其膜泡运送至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外。并有其膜泡运送至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .蛋白质分选的类型：蛋白质分选的类型： 1 1、蛋白质的跨膜转运：在细胞质基质中合成的、蛋白质的跨膜转运：在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶蛋白质转运

12、到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器；体等细胞器； 2 2、膜泡运输：通过不同类型的转运小泡从糙面、膜泡运输：通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位；细胞的不同部位； 3 3、选择性的门控转运：通过核孔复合体选择性、选择性的门控转运：通过核孔复合体选择性的核输入和输出；的核输入和输出； 4 4、细胞质基质中的蛋白质转运。、细胞质基质中的蛋白质转运。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2

13、011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .一些典型的分选信号一些典型的分选信号翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 201

14、1 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 . 三膜泡运输三膜泡运输膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存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。运输及其复杂的调控过程。 1 1、COPIICO

15、PII包被小泡介导从内质网包被小泡介导从内质网高尔基体的运高尔基体的运输，顺向运输；输，顺向运输； 2 2、COPICOPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体包被小泡负责将蛋白从高尔基体 内质内质网，逆向运输；网，逆向运输； 3 3、网格蛋白网格蛋白有被小泡介导从高尔基体有被小泡介导从高尔基体TGNTGN质膜质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡等的运输；在、胞内体、溶酶体或植物液泡等的运输；在受体介受体介导导的细胞的细胞内吞途径内吞途径也负责将物质从质膜也负责将物质从质膜内吞泡内吞泡( (细细胞质胞质) ) 胞内体胞内体溶酶体运输。溶酶体运输。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出

16、版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 . 在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。由于高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白内质网的驻留蛋白具有回收信号具有回收信号，即使有的蛋白发生，即使有的蛋白发生逃逸逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内，也会保留或回收回来，所以有人将内质网比喻成质网比喻成“开放的监狱开放的监狱”（open prisonopen prison）。）。 高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用高尔基体

17、在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心，因此高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)(MTOC)附近并在高尔基体膜附近并在高尔基体膜囊上结合有类似囊上结合有类似动力蛋白动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性维持其极性。 同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有各各自特异的成分自特异的成分，这是行使复杂的膜泡运输功能的，这是行使复杂的膜泡运输功能的物质基础物质基础，但是，但是在膜泡中又必须保证各在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间隔细胞器和细胞间隔本身成分本身成分

18、特别是特别是膜成分膜成分的的相对恒定相对恒定。翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学（第4版） 高等教育出版社 2011 .运输小泡寻靶：运输小泡寻靶：SRNRESRNRE假说假说 Rothman Rothman 和他的同事发现和他的同事发现动物细胞融合动物细胞融合需要一需要一种可溶的细胞质蛋白，叫做种可溶的细胞质蛋白，叫做N-N-乙基马来酰亚胺敏感融乙基

19、马来酰亚胺敏感融合蛋白合蛋白（N-ethylmaleimide-sensitive fusion N-ethylmaleimide-sensitive fusion proteinprotein，NSFNSF）以及其他）以及其他几种几种可溶性可溶性NSFNSF附着蛋白附着蛋白（solube NSF attachment proteinsolube NSF attachment protein，SNAPSNAP），），NSF/SNAPNSF/SNAP能够能够介导不同类型小泡的融合介导不同类型小泡的融合，说明它，说明它没有特异性没有特异性。膜融合的特异性膜融合的特异性是由另外的膜蛋白提供的是由另外的膜蛋白提供的，这种蛋白，这种蛋白称为称为SNAPSNAP受体受体（SNAP receptorSNAP receptor）蛋白，或称为）蛋白，或称为SNARESNARE，它可以作为膜融合时，它可以作为膜融合时SNAPSNAP的附着点。每一种运输小的附着点。每一种运输小泡都有一