分选膜流专题知识讲座

Segment5TheEndomembraneSystemand

ProteinSorting

内膜系统与蛋白质分选Segment6TheEndomembraneSystemand

MembraneFlow

内膜系统与膜流Segment7TheOriginoftheEndomembraneSystem

内膜系统的起源TheEndomembraneSystem1Segment5TheEndomembraneSystem

andProteinSorting

一、细胞内的房室化(theregionalizationofthecell)

真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统,膜系统将细胞分成许多微环境(膜结合的区室),包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等。这些区室具有各自独立的结构和功能，但它们是紧密相关的。2

Theregionalizationroleintheintracellular

细胞房室化的作用1.增加了细胞内的膜面积；2.使细胞内的生化反应在特定的区域内进行；3.对于蛋白质的分选、运输和定位起非常重要的作用;4.使各细胞器膜的合成和装配统一进行，提高了合成效率，并保证了膜结构的一致性；5.区室的形成相对提高了重要分子的浓度，提高了反应效率；6.使在膜上进行的酶反应互不干扰等。3二、ProteinSorting蛋白质的分选哺乳动物细胞内合成的蛋白质约1010种不同类型，细胞必须准确无误地将每一种蛋白运送到细胞的各个正确部位。在进化过程中每种蛋白形成了一个明确的地址签(addresstarget),

细胞通过对蛋白质地址签的识别进行运送到相应部位

,此过程称为蛋白质分选(proteinsorting)。4蛋白质分选的信号假说信号假说(signalhypothesis)：新合成的蛋白质分子内包含有某种分选型号(sortingsignal)，这种分选信号具有决定蛋白质在细胞内的去向或定位的作用。蛋白质可通过不同的方式和机制克服空间障碍，定位到膜结合的细胞器中，但就其定位的准确性来说，无论何种运输机制都是通过信号引导实现的，换句话说，信号序列决定蛋白质的正确运输方向。随后的实验证明了分选型号、信号识别颗粒及其受体以及细胞器膜上的蛋白质传导通道的存在，假说变成系统理论。5蛋白质分拣信号是蛋白质分子上的一段特殊的氨基酸序列，又称为信号肽。定位于不同部位的蛋白质，其信号肽的氨基酸序列（氨基酸组成与数目）及其在蛋白质分子上的位置是不同的（可以位于蛋白质分子的氨基端、羧基端或分子内部）。正是这些不同的信号肽决定了蛋白质分子的不同去向，或者不同的运输途径。蛋白质的分捡信号与运输途径6靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL：赖-天冬-谷-亮序列)线粒体蛋白N端靶向序列（20～80氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（色-赖-亮，orPST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分导肽导肽7Targetingofaproteintoitsfinaldestinationiscontrolledbyitssignalsequenceorlackthereof(retentionincytosol).ER–signalpeptidemitochondria–presequence

chloroplasts–transitpeptideEachsignalsequenceisquitedifferentfromtheothersandquiteincompatibletoensureconsistenttargetingtothecorrectcompartment.

蛋白质的分捡信号与运输途径8细胞中各部位(包括细胞质)的蛋白质都是来自胞质溶胶，其中细胞核、线粒体、过氧化物酶体和质体所需的蛋白由胞质溶胶直接运送；内质网、高尔基体、溶酶体、内体、分泌泡、细胞质膜以及细胞外基质等所需的蛋白起始于胞质溶胶，但需经过内质网和高尔基体的修饰、加工和中转。蛋白质的分捡信号与运输途径9KDEL=赖、天冬、谷、亮

核糖体合成蛋白内质网高尔基复合体

结构性分泌小泡

调节性分泌小泡细胞表面溶酶体N-端信号肽C-端KDEL跨膜螺旋信号浓缩信号Ca2+甘露糖-6-磷酸胞质溶胶细胞核线粒体过氧化物酶体

C-端三肽信号

N-端螺旋信号核输入信号肽10内质网的滞留信号

ER滞留蛋白质羧基端的羧基端的一个四肽序列:Lys-Asp-Glu-Leu-COO-即KDEL信号序列是内质网的滞留信号。

高尔基复合体各个部分的膜上都有相应的KDEL受体，与ER错误包被的蛋白结合,形成小泡,并返回到ER。111.门孔运输(transportthroughnuclearpore)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。蛋白质的运输方式122.跨膜运输(acrossmembranetransport)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则是通过跨膜机制进行运输的，需要膜上的运输蛋白的帮助，被运输的蛋白要有信号肽或导肽。

蛋白质的运输方式133.囊泡运输(transportbyvesicles)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的，这种小泡称为运输小泡。每个运输小泡一般只运送一种蛋白。蛋白质的运输方式14Segment6TheEndomembraneSystemand

MembraneFlow

内膜系统与膜流膜流（membraneflow):指细胞的膜成分在质膜与内膜系统之间以及内膜系统各结构之间流动的现象。膜流=小泡流(vesicleflow):膜流实际上就是膜脂和膜蛋白在细胞内的转移与重组的过程，由于这个过程是通过膜性小泡出芽与融合来实现的，因此又称为小泡流。15质膜与内膜系统各细胞器之间膜成分的转移与重组是通过胞吞和胞吐作用实现的。内膜系统之间是通过前向运输(anterogradetransport)和逆向运输(retrogradetransport)实现膜成分的转移与重组的。前向运输//逆向运输前向运输:指膜性小泡从内质网→高尔基复合体及下游细胞器的运输。逆向运输:指膜性小泡从高尔基复合体→内质网的运输。16细胞吞噬时，质膜(=供体房室)内陷形成吞噬体/胞饮体将膜成分转移到胞内，质膜成分暂时减少；吞噬体/胞饮体与内膜细胞器(=受体房室)融合，内膜系统膜成分暂时增加。供体房室//受体房室细胞胞吐时，内膜系统(=供体房室)形成膜性小泡，内膜系统膜成分暂时减少；膜性小泡与质膜(=受体房室)融合，使质膜的成分得到补充。供体房室与受体房室的平衡是通过膜的再循环而实现的。17在细胞分泌和内吞过程中,从膜上形成的小泡通常由不同的蛋白质包被，因此称为被膜小泡(coatedvesicles),至少有2种蛋白参与前向运输和逆向运输：参与膜流的蛋白质：

COPⅠ蛋白(coatedproteinⅠ,COPⅠ):结合于膜性小泡表面，主要介导膜性小泡的逆向运输。

COPⅡ蛋白(coatedvesicleⅡ,COPⅡ):与膜性小泡结合，主要参与膜性小泡的前向运输。1819Segment7TheOriginoftheEndomembraneSystem

内膜系统的起源自学20小结细胞内的房室化？蛋白质分选的信号假说？蛋白质的运输方式？掌握膜流、供体房室、受体房室、前向运输、逆向运输等概念掌握内膜系统各细胞器之间的关系掌握分泌蛋白在其合成、加工、运输过程中与各细胞器