第六章、真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输(下)

1、2021/8/21INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第六章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输2021/8/22 一、信号假说与蛋白质分选信号一、信号假说与蛋白质分选信号 二、蛋白质分选的基本途径与类型二、蛋白质分选的基本途径与类型 三、膜泡运输三、膜泡运输 第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输2021/8/23分泌蛋白的分泌蛋白的N端含有一段特殊的信号序列可将多肽和核糖体端含有一段特殊的信号序列可将多肽和核糖体引导到引导到ER膜上；膜上；信号肽引导下多肽以边合成边转运的方式，通过信号肽引导下多肽以边

2、合成边转运的方式，通过ER膜上的易膜上的易位子蛋白复合体进入位子蛋白复合体进入ER腔，切除信号肽。腔，切除信号肽。 1975年，洛克菲勒大学的Blobel, Sabatini推测：第一部分、信号假说与蛋白质分选信号第一部分、信号假说与蛋白质分选信号一、信号假说一、信号假说2021/8/24Blobel with members of his laboratoryGnter BlobelBlobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。2021/8/25l蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分

3、：1、信号肽：、信号肽： 一般位于新合成肽链的一般位于新合成肽链的N端，有的端，有的可位于中部可位于中部。一般。一般1535个氨基酸个氨基酸残基：残基：N端含有至少端含有至少1个带正电荷的氨基个带正电荷的氨基酸；中部含有酸；中部含有6-12个疏水氨基酸；个疏水氨基酸；C端具有可被信号肽端具有可被信号肽酶识别的位点。酶识别的位点。 作用：作用：通过与通过与SRP的识别和结合的识别和结合, 引导核糖体与内质引导核糖体与内质网结合网结合; 通过信号序列的疏水性，引导新生肽跨膜转通过信号序列的疏水性，引导新生肽跨膜转运。运。 又称开始转移序列（又称开始转移序列（start transfer seque

4、nce）。）。二、内质网蛋白质合成二、内质网蛋白质合成2021/8/26N端端信号肽的一般结构信号肽的一般结构2021/8/272、信号识别颗粒（、信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）组成组成：11S的核糖核蛋白质，由的核糖核蛋白质，由6条不同的肽条不同的肽链和一个链和一个7s的的RNA所组成。所组成。3个功能域个功能域：识别信号肽识别信号肽；与与SRP受体蛋白结受体蛋白结合合；翻译暂停结构域，翻译暂停结构域，干扰氨酰干扰氨酰tRNA和肽酰和肽酰基移位酶的反应，使多肽链的延伸终止基移位酶的反应，使多肽链的延伸终止。2021/8/283、SRP受体（受体

5、（停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein）ER膜的整合蛋白，异二聚体：膜的整合蛋白，异二聚体：亚基亲水性位于亚基亲水性位于细胞质面；细胞质面；亚基疏水性嵌入内质网膜内。亚基疏水性嵌入内质网膜内。 可使可使SRP信号肽新生肽链核糖体的复合体信号肽新生肽链核糖体的复合体连接到连接到ER膜上，使正在合成蛋白质的核糖体停膜上，使正在合成蛋白质的核糖体停泊在泊在ER上。上。2021/8/29 4. 易位子易位子（ translocon），），由3-4个Sec61蛋白构成的通道，直径2 nm 。哺乳动物细胞中有三种类型的Sec61, 即、和。 5. 停止转移序列（停止转移序列（stop tra

6、nsfer sequence），），又称终止转移肽，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。2021/8/210蛋白质转入内质网合成的过程蛋白质转入内质网合成的过程2021/8/211l信号肽与信号肽与SRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRP与受与受体结合体结合SRP脱离信号肽脱离信号肽肽链在内质网上继肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔腔信号肽切除信号肽切除肽链延伸至终止肽链延伸至终止翻译体系翻译体系解散。解散。l这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式称为这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式称为共转运共转运c

7、o-translation。2021/8/212三、跨膜蛋白的形成三、跨膜蛋白的形成v单次跨膜蛋白单次跨膜蛋白：v由内部信号序列或停止转移序列N-信号肽产生 内含信号序列内含信号序列(internal signal sequence) 它不位于它不位于N-末端，但具信号序列的作用。末端，但具信号序列的作用。它可作为蛋白质共翻译转移的信号被它可作为蛋白质共翻译转移的信号被SRP识别，识别，同时它也是起始转移信号。同时它也是起始转移信号。2021/8/213v内部信号序列在膜蛋白穿膜时，总保持信号序列内部信号序列在膜蛋白穿膜时，总保持信号序列中含正电荷多的一端朝向细胞质基质面中含正电荷多的一端朝向

8、细胞质基质面，导致膜蛋白在内质网上取向的不对称性。2021/8/214v二次跨膜蛋白二次跨膜蛋白：含有一个内部信号序列和一个停止转移序列；v多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白：含多个内部信号序列和停止转移序列。 2021/8/2152021/8/216基本的特征：基本的特征： 蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细 胞器中，称胞器中，称后转移后转移（post translocation）。）。 蛋白质跨膜转移过程需要蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还使多肽去折叠，还 需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使

9、其能）使其能 够正确地折叠成有功能的蛋白。够正确地折叠成有功能的蛋白。 2021/8/217信号序列（信号序列（signal sequence）：）：引导蛋白质定向转移的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，对所引导的蛋白质没有特异性要求。信号斑（信号斑（signal patch）：）：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质分选的信号。2021/8/2182021/8/2192021/8/2201、门控运输（gated transport）：如通过核孔复合体的运输。2、跨膜运输（transmembrane transport）：蛋白质通过跨膜通道进入

10、目的细胞器。3、膜泡运输（vesicular transport）：蛋白质在内质网或高尔基体中被包装成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。2021/8/2211. 运输小泡形成的机制运输小泡形成的机制?2.运输小泡如何到达其准确的靶膜？运输小泡如何到达其准确的靶膜？3.运输小泡与靶膜的融合的机制？运输小泡与靶膜的融合的机制？2021/8/222一、运输小泡的类型和分选信号一、运输小泡的类型和分选信号 2021/8/223v参与从ER到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。 （一）（一） COP有被小泡（有被小泡（COP coated vesicle）20

11、21/8/224v外被蛋白外被蛋白（Coat protein，COP） vCOP是多亚基的蛋白复合物，构成的亚基有Sec23/Sec24、Sec13/Sec31和Sec16等。 2021/8/225vCOP有被小泡的装配有被小泡的装配 vCOP有被小泡的装配需要一种称为Sar1的G蛋白的参与。当Sar1中GDP与GTP进行了交换，诱导Sec23和Sec24蛋白的结合，接着是Sec13和Sec31蛋白的结合，Sec16与Sec23/Sec24复合物、Sec13/Sec31复合物相互作用，最后装配成一个完整的小泡。2021/8/226v分选信号分选信号 vCOP小泡装配时的识别信号是双酸性分选信号

12、(di-acidic sorting signal)，如Asp-X-Glu。具有这种信号序列的跨膜蛋白被包装进COP有被小泡。v从ER形成的COP小泡常常相互融合成大的运输小泡，这种大的小泡需要以微管作为运输轨道向高尔基体运输。2021/8/227Cop II Vesicles2021/8/228v介导蛋白质从高尔基体运回内质网，包括从高尔基体反面膜囊运向高尔基体顺面膜囊，以及将蛋白质从高尔基体顺面膜囊 运回到内质网。 （二）、（二）、COP有被小泡（有被小泡（COPcoated vesicle）2021/8/229外被蛋白外被蛋白（coat protein，COP）vCOP是一种胞质溶胶蛋白

13、质复合物，由7个亚基组成：、。vCOP在出芽小泡的胞质溶胶面聚合，形成COP有被小泡。由COP作为外被的小泡称为COP 有被小泡。 2021/8/230v装配反应因子（装配反应因子（assembly reaction factor，ARF）vARF是一种GTPase。v装配反应因子被认为是包被蛋白复合物（coatomer）的装配和去装配的信号。v当ARF同GDP结合时，游离存在于胞质溶胶中，若同GTP结合，GTP使ARF的构型发生改变，暴露出它的脂肪酸链，并随即插入到供体膜中。2021/8/231v分选信号分选信号 vCOP I小泡装配时的识别信号是Lys-lys-X-X (KKXX)。202

14、1/8/232v介导从高尔基体反面网络出芽形成的选择性 的分泌小泡，包括溶酶体酶运输小泡，以及 细胞质膜中由受体介导的 内吞作用形成的内吞泡。 （三）、披网格蛋白有被小泡（三）、披网格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicle）2021/8/233v网格蛋白网格蛋白(clathrin)及包被亚基及包被亚基(coat subunits)v由相对分子质量为180kDa的重链和相对分子质量为3540kDa的轻链组成二聚体， 三个二聚体形成包被的基本结构单位-三脚蛋白复合体(triskelion) 。v三脚蛋白复合体再组装成六边形或五边形网格结构，即包被亚基，然后由这些网格蛋白亚基组

15、装成网格蛋白有被小泡。 2021/8/234 网格蛋白的三脚蛋白复合体网格蛋白的三脚蛋白复合体; 网格蛋白包被亚基网格蛋白包被亚基; 网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡 2021/8/235v接合素蛋白（接合素蛋白（adaptin，AP）和发动蛋白（）和发动蛋白（dynamin） 2021/8/236发动蛋白发动蛋白（dynamin） 一种胞质溶胶蛋白，有900个氨基酸，能够同GTP结合并将GTP水解。 作用作用是在有被小窝的颈部聚合，通过水解GTP调节自己收缩，最后将小泡与质膜割开。 2021/8/237披网格蛋白有被小泡的形成披网格蛋白有被小泡的形成v有被小窝（有被小窝（clathrin-c

16、oated pit）的形成；）的形成；v网格蛋白有被小泡的形成；网格蛋白有被小泡的形成；v无被小泡的形成。无被小泡的形成。分为三个基本过程：分为三个基本过程： 2021/8/238v当网格蛋白有被小窝形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），从而导致膜融合，掐断（pinch off），有被小泡。 2021/8/239衣被类型GTP酶 组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体溶酶体，植物液泡COP IARFCOP高尔基体内质网COP IISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16内质网高尔基体2021/8/240l（一）SNAREs l功能：介导运输小泡与靶膜的融合。l