第六章、真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸(下)

1、2021/8/21INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第六章真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸2021/8/22 一、信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選信號(hào)一、信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選信號(hào) 二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類(lèi)型二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類(lèi)型 三、膜泡運(yùn)輸三、膜泡運(yùn)輸 第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運(yùn)輸2021/8/23分泌蛋白的分泌蛋白的N端含有一段特殊的信號(hào)序列可將多肽和核糖體端含有一段特殊的信號(hào)序列可將多肽和核糖體引導(dǎo)到引導(dǎo)到ER膜上；膜上；信號(hào)肽引導(dǎo)下多肽以邊合成邊轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，通過(guò)信號(hào)肽引導(dǎo)下多肽以邊

2、合成邊轉(zhuǎn)運(yùn)的方式，通過(guò)ER膜上的易膜上的易位子蛋白復(fù)合體進(jìn)入位子蛋白復(fù)合體進(jìn)入ER腔，切除信號(hào)肽。腔，切除信號(hào)肽。 1975年，洛克菲勒大學(xué)的Blobel, Sabatini推測(cè)：第一部分、信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選信號(hào)第一部分、信號(hào)假說(shuō)與蛋白質(zhì)分選信號(hào)一、信號(hào)假說(shuō)一、信號(hào)假說(shuō)2021/8/24Blobel with members of his laboratoryGnter BlobelBlobel等（1975）提出信號(hào)假說(shuō)，認(rèn)為蛋白質(zhì)N端的信號(hào)肽，指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。2021/8/25l蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分：蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分

3、：1、信號(hào)肽：、信號(hào)肽： 一般位于新合成肽鏈的一般位于新合成肽鏈的N端，有的端，有的可位于中部可位于中部。一般。一般1535個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基：殘基：N端含有至少端含有至少1個(gè)帶正電荷的氨基個(gè)帶正電荷的氨基酸；中部含有酸；中部含有6-12個(gè)疏水氨基酸；個(gè)疏水氨基酸；C端具有可被信號(hào)肽端具有可被信號(hào)肽酶識(shí)別的位點(diǎn)。酶識(shí)別的位點(diǎn)。 作用：作用：通過(guò)與通過(guò)與SRP的識(shí)別和結(jié)合的識(shí)別和結(jié)合, 引導(dǎo)核糖體與內(nèi)質(zhì)引導(dǎo)核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合網(wǎng)結(jié)合; 通過(guò)信號(hào)序列的疏水性，引導(dǎo)新生肽跨膜轉(zhuǎn)通過(guò)信號(hào)序列的疏水性，引導(dǎo)新生肽跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。運(yùn)。 又稱(chēng)開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列（又稱(chēng)開(kāi)始轉(zhuǎn)移序列（start transfer seque

4、nce）。）。二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)合成2021/8/26N端端信號(hào)肽的一般結(jié)構(gòu)信號(hào)肽的一般結(jié)構(gòu)2021/8/272、信號(hào)識(shí)別顆粒（、信號(hào)識(shí)別顆粒（signal recognition particle，SRP）組成組成：11S的核糖核蛋白質(zhì)，由的核糖核蛋白質(zhì)，由6條不同的肽條不同的肽鏈和一個(gè)鏈和一個(gè)7s的的RNA所組成。所組成。3個(gè)功能域個(gè)功能域：識(shí)別信號(hào)肽識(shí)別信號(hào)肽；與與SRP受體蛋白結(jié)受體蛋白結(jié)合合；翻譯暫停結(jié)構(gòu)域，翻譯暫停結(jié)構(gòu)域，干擾氨酰干擾氨酰tRNA和肽酰和肽?；莆幻傅姆磻?yīng)，使多肽鏈的延伸終止基移位酶的反應(yīng)，使多肽鏈的延伸終止。2021/8/283、SRP受體（受體

5、（停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein）ER膜的整合蛋白，異二聚體：膜的整合蛋白，異二聚體：亞基親水性位于亞基親水性位于細(xì)胞質(zhì)面；細(xì)胞質(zhì)面；亞基疏水性嵌入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)。亞基疏水性嵌入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)。 可使可使SRP信號(hào)肽新生肽鏈核糖體的復(fù)合體信號(hào)肽新生肽鏈核糖體的復(fù)合體連接到連接到ER膜上，使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體停膜上，使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體停泊在泊在ER上。上。2021/8/29 4. 易位子易位子（ translocon），），由3-4個(gè)Sec61蛋白構(gòu)成的通道，直徑2 nm 。哺乳動(dòng)物細(xì)胞中有三種類(lèi)型的Sec61, 即、和。 5. 停止轉(zhuǎn)移序列（停止轉(zhuǎn)移序列（stop tra

6、nsfer sequence），），又稱(chēng)終止轉(zhuǎn)移肽，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)腔，成為跨膜蛋白。2021/8/210蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過(guò)程蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過(guò)程2021/8/211l信號(hào)肽與信號(hào)肽與SRP結(jié)合結(jié)合肽鏈延伸終止肽鏈延伸終止SRP與受與受體結(jié)合體結(jié)合SRP脫離信號(hào)肽脫離信號(hào)肽肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時(shí)信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)續(xù)合成，同時(shí)信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔腔信號(hào)肽切除信號(hào)肽切除肽鏈延伸至終止肽鏈延伸至終止翻譯體系翻譯體系解散。解散。l這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式稱(chēng)為這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式稱(chēng)為共轉(zhuǎn)運(yùn)共轉(zhuǎn)運(yùn)c

7、o-translation。2021/8/212三、跨膜蛋白的形成三、跨膜蛋白的形成v單次跨膜蛋白單次跨膜蛋白：v由內(nèi)部信號(hào)序列或停止轉(zhuǎn)移序列N-信號(hào)肽產(chǎn)生 內(nèi)含信號(hào)序列內(nèi)含信號(hào)序列(internal signal sequence) 它不位于它不位于N-末端，但具信號(hào)序列的作用。末端，但具信號(hào)序列的作用。它可作為蛋白質(zhì)共翻譯轉(zhuǎn)移的信號(hào)被它可作為蛋白質(zhì)共翻譯轉(zhuǎn)移的信號(hào)被SRP識(shí)別，識(shí)別，同時(shí)它也是起始轉(zhuǎn)移信號(hào)。同時(shí)它也是起始轉(zhuǎn)移信號(hào)。2021/8/213v內(nèi)部信號(hào)序列在膜蛋白穿膜時(shí)，總保持信號(hào)序列內(nèi)部信號(hào)序列在膜蛋白穿膜時(shí)，總保持信號(hào)序列中含正電荷多的一端朝向細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面中含正電荷多的一端朝向

8、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面，導(dǎo)致膜蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上取向的不對(duì)稱(chēng)性。2021/8/214v二次跨膜蛋白二次跨膜蛋白：含有一個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列和一個(gè)停止轉(zhuǎn)移序列；v多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白：含多個(gè)內(nèi)部信號(hào)序列和停止轉(zhuǎn)移序列。 2021/8/2152021/8/216基本的特征：基本的特征： 蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細(xì)蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細(xì) 胞器中，稱(chēng)胞器中，稱(chēng)后轉(zhuǎn)移后轉(zhuǎn)移（post translocation）。）。 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過(guò)程需要蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過(guò)程需要ATP使多肽去折疊，還使多肽去折疊，還 需要一些蛋白質(zhì)的幫助（如熱休克蛋白需要一些蛋白質(zhì)的幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使

9、其能）使其能 夠正確地折疊成有功能的蛋白。夠正確地折疊成有功能的蛋白。 2021/8/217信號(hào)序列（信號(hào)序列（signal sequence）：）：引導(dǎo)蛋白質(zhì)定向轉(zhuǎn)移的線(xiàn)性序列，通常15-60個(gè)氨基酸殘基，對(duì)所引導(dǎo)的蛋白質(zhì)沒(méi)有特異性要求。信號(hào)斑（信號(hào)斑（signal patch）：）：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構(gòu)成信號(hào)斑的信號(hào)序列之間可以不相鄰，折疊在一起構(gòu)成蛋白質(zhì)分選的信號(hào)。2021/8/2182021/8/2192021/8/2201、門(mén)控運(yùn)輸（gated transport）：如通過(guò)核孔復(fù)合體的運(yùn)輸。2、跨膜運(yùn)輸（transmembrane transport）：蛋白質(zhì)通過(guò)跨膜通道進(jìn)入

10、目的細(xì)胞器。3、膜泡運(yùn)輸（vesicular transport）：蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體中被包裝成衣被小泡，選擇性地運(yùn)輸?shù)桨屑?xì)胞器。2021/8/2211. 運(yùn)輸小泡形成的機(jī)制運(yùn)輸小泡形成的機(jī)制?2.運(yùn)輸小泡如何到達(dá)其準(zhǔn)確的靶膜？運(yùn)輸小泡如何到達(dá)其準(zhǔn)確的靶膜？3.運(yùn)輸小泡與靶膜的融合的機(jī)制？運(yùn)輸小泡與靶膜的融合的機(jī)制？2021/8/222一、運(yùn)輸小泡的類(lèi)型和分選信號(hào)一、運(yùn)輸小泡的類(lèi)型和分選信號(hào) 2021/8/223v參與從ER到順面高爾基體、從順面高爾基體到高爾基體中間膜囊、從中間膜囊到反面高爾基體的運(yùn)輸。 （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是多亞基的蛋白復(fù)合物，構(gòu)成的亞基有Sec23/Sec24、Sec13/Sec31和Sec16等。 2021/8/225vCOP有被小泡的裝配有被小泡的裝配 vCOP有被小泡的裝配需要一種稱(chēng)為Sar1的G蛋白的參與。當(dāng)Sar1中GDP與GTP進(jìn)行了交換，誘導(dǎo)Sec23和Sec24蛋白的結(jié)合，接著是Sec13和Sec31蛋白的結(jié)合，Sec16與Sec23/Sec24復(fù)合物、Sec13/Sec31復(fù)合物相互作用，最后裝配成一個(gè)完整的小泡。2021/8/226v分選信號(hào)分選信號(hào) vCOP小泡裝配時(shí)的識(shí)別信號(hào)是雙酸性分選信號(hào)

12、(di-acidic sorting signal)，如Asp-X-Glu。具有這種信號(hào)序列的跨膜蛋白被包裝進(jìn)COP有被小泡。v從ER形成的COP小泡常常相互融合成大的運(yùn)輸小泡，這種大的小泡需要以微管作為運(yùn)輸軌道向高爾基體運(yùn)輸。2021/8/227Cop II Vesicles2021/8/228v介導(dǎo)蛋白質(zhì)從高爾基體運(yùn)回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，包括從高爾基體反面膜囊運(yùn)向高爾基體順面膜囊，以及將蛋白質(zhì)從高爾基體順面膜囊 運(yùn)回到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 （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是一種胞質(zhì)溶膠蛋白

13、質(zhì)復(fù)合物，由7個(gè)亞基組成：、。vCOP在出芽小泡的胞質(zhì)溶膠面聚合，形成COP有被小泡。由COP作為外被的小泡稱(chēng)為COP 有被小泡。 2021/8/230v裝配反應(yīng)因子（裝配反應(yīng)因子（assembly reaction factor，ARF）vARF是一種GTPase。v裝配反應(yīng)因子被認(rèn)為是包被蛋白復(fù)合物（coatomer）的裝配和去裝配的信號(hào)。v當(dāng)ARF同GDP結(jié)合時(shí)，游離存在于胞質(zhì)溶膠中，若同GTP結(jié)合，GTP使ARF的構(gòu)型發(fā)生改變，暴露出它的脂肪酸鏈，并隨即插入到供體膜中。2021/8/231v分選信號(hào)分選信號(hào) vCOP I小泡裝配時(shí)的識(shí)別信號(hào)是Lys-lys-X-X (KKXX)。202

14、1/8/232v介導(dǎo)從高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)出芽形成的選擇性 的分泌小泡，包括溶酶體酶運(yùn)輸小泡，以及 細(xì)胞質(zhì)膜中由受體介導(dǎo)的 內(nèi)吞作用形成的內(nèi)吞泡。 （三）、披網(wǎng)格蛋白有被小泡（三）、披網(wǎng)格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicle）2021/8/233v網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格蛋白(clathrin)及包被亞基及包被亞基(coat subunits)v由相對(duì)分子質(zhì)量為180kDa的重鏈和相對(duì)分子質(zhì)量為3540kDa的輕鏈組成二聚體， 三個(gè)二聚體形成包被的基本結(jié)構(gòu)單位-三腳蛋白復(fù)合體(triskelion) 。v三腳蛋白復(fù)合體再組裝成六邊形或五邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，即包被亞基，然后由這些網(wǎng)格蛋白亞基組

15、裝成網(wǎng)格蛋白有被小泡。 2021/8/234 網(wǎng)格蛋白的三腳蛋白復(fù)合體網(wǎng)格蛋白的三腳蛋白復(fù)合體; 網(wǎng)格蛋白包被亞基網(wǎng)格蛋白包被亞基; 網(wǎng)格蛋白有被小泡網(wǎng)格蛋白有被小泡 2021/8/235v接合素蛋白（接合素蛋白（adaptin，AP）和發(fā)動(dòng)蛋白（）和發(fā)動(dòng)蛋白（dynamin） 2021/8/236發(fā)動(dòng)蛋白發(fā)動(dòng)蛋白（dynamin） 一種胞質(zhì)溶膠蛋白，有900個(gè)氨基酸，能夠同GTP結(jié)合并將GTP水解。 作用作用是在有被小窩的頸部聚合，通過(guò)水解GTP調(diào)節(jié)自己收縮，最后將小泡與質(zhì)膜割開(kāi)。 2021/8/237披網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成披網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成v有被小窩（有被小窩（clathrin-c

16、oated pit）的形成；）的形成；v網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成；網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成；v無(wú)被小泡的形成。無(wú)被小泡的形成。分為三個(gè)基本過(guò)程：分為三個(gè)基本過(guò)程： 2021/8/238v當(dāng)網(wǎng)格蛋白有被小窩形成時(shí)，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈圍繞在芽的頸部，將小泡柄部的膜盡可能地拉近（小于1.5nm），從而導(dǎo)致膜融合，掐斷（pinch off），有被小泡。 2021/8/239衣被類(lèi)型GTP酶 組成與銜接蛋白運(yùn)輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質(zhì)膜內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體溶酶體，植物液泡COP IARFCOP高爾基體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COP IISar 1Sec23/Sec24復(fù)合體，Sec 13/31復(fù)合體，Sec 16內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體2021/8/240l（一）SNAREs l功能：介導(dǎo)運(yùn)輸小泡與靶膜的融合。l