細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選轉(zhuǎn)運與細胞結構體系的裝配要求

1、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選轉(zhuǎn)運與細胞結構體系的裝配要求絕大多數(shù)蛋白均在細胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體上開始合成，然后轉(zhuǎn)運至細胞的特定部位，并裝配成結構與功能的復合體，參與細胞生命活動, 此過程稱蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(protein targeting)或分選(protein sorting)。 蛋白定位？指導蛋白定位運轉(zhuǎn)的信號：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：信號肽；線粒體：導肽；葉綠體：轉(zhuǎn)運肽；過氧化物酶體：（Peroxisomal-targeting signal， PTS），C端PTS1，N端PTS2；核定位蛋白：核定位信號,(nuclear localization signal, NLS)；溶酶體水解酶：ER CGN， 信號斑。

2、一 蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型1.蛋白質(zhì)分選的兩條途徑：完全在細胞質(zhì)基質(zhì)合成的蛋白, 轉(zhuǎn)運至膜性細胞器（線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核）及細胞質(zhì)基質(zhì)的特定部位；合成起始后轉(zhuǎn)移至RER合成的蛋白質(zhì),經(jīng)高爾基體運至溶酶體、細胞膜或分泌到胞外或駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體內(nèi)。(后轉(zhuǎn)移) (共轉(zhuǎn)移)共轉(zhuǎn)移（信號肽）主要是在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白；特點：蛋白質(zhì)邊合成邊轉(zhuǎn)移內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后轉(zhuǎn)移（post translocation）線粒體，葉綠體等的蛋白;基本特征： 蛋白完全在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成，然后再轉(zhuǎn)移到某些細胞器中。 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移需ATP使多肽去折疊，及一些蛋白的幫助（如Hsp70）使其正確折疊。 2 導

3、肽結合線粒體上的受體1 分子伴侶結合胞質(zhì)中多肽4 線粒體中的分子伴侶結合轉(zhuǎn)運中的多肽5隨ATP水解而釋放,多肽在線粒體中折疊3 當多肽轉(zhuǎn)移時，伴隨ATP水解,胞質(zhì)中的分子伴侶脫離2.蛋白質(zhì)分選的四種基本類型：跨膜轉(zhuǎn)運(transmembrane transport)： 在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、質(zhì)體(包括葉綠體)和過氧化物酶體等細胞器。蛋白以非折疊態(tài)跨膜。膜泡運輸(vesicular transport)：蛋白由不同類型轉(zhuǎn)運小泡從其ER合成部位轉(zhuǎn)運至高爾基體進而分選運至細胞的不同部位。 孔門運輸(gated transport)：細胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)通過核孔復合體到核

4、內(nèi)或相反。細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運：和細胞骨架相關。二 膜泡運輸 普遍存在于真核細胞中，是蛋白運輸?shù)囊环N特有方式。在轉(zhuǎn)運過程中涉及蛋白本身的修飾、加工和組裝，及不同膜泡定向運輸和復雜的調(diào)控過程。 10種運輸小泡參與完成胞內(nèi)的膜泡運輸，其上有特殊標志，可以保證轉(zhuǎn)運物質(zhì)到達特定部位。 內(nèi)體網(wǎng)格蛋白有被小泡；COPII有被小泡；COPI有被小泡；1）網(wǎng)格蛋白包被小泡 結構：網(wǎng)格蛋白組成外層結構骨架；接合素構成內(nèi)殼。功能： a.負責蛋白質(zhì)從高爾基體TGN到質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡的運輸。 b.在受體介導的細胞內(nèi)吞途徑中負責將物質(zhì)從質(zhì)膜運到細胞質(zhì)，以及從胞內(nèi)體到溶酶體的運輸。網(wǎng)格蛋白接合素蛋白受體

5、貨物分子 網(wǎng)格（籠形）蛋白: 由3個重鏈和3個輕鏈形成的具有3個曲臂形狀（triskelion）的蛋白。籠形蛋白的曲臂部分可相互交織，形成5/6邊形網(wǎng)孔的“籠子”。 網(wǎng)格蛋白的結構，A電鏡照片，B分子模型，C衣被模型。 重疊臂曲臂末端接合素重鏈輕鏈接合素/銜接蛋白（adaptors） 介導網(wǎng)格蛋白與膜受體之間的連接。 類型： AP1：高爾基體胞內(nèi)體的蛋白運輸； AP2：質(zhì)膜胞內(nèi)體的蛋白運輸； AP3：高爾基體溶酶體的蛋白運輸。網(wǎng)格蛋白有被小泡介導的選擇性運輸功能：介導從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運輸。結構組分：Sar1：GTP酶，結合GDP失活，結合GTP活化；調(diào)節(jié)包被的裝配和去裝配；召集其他包被

6、蛋白形成包被；Sec23/Sec24復合體：和Sar一起構成包被內(nèi)層；Sec13/Sec31復合體：構成包被外層；Sec16：可能作為骨架蛋白起作用；Sec12：Sar1的GDP-GTP交換因子。 2) COPII 包被小泡被運輸?shù)鞍卓缒な荏w裝配： Sar1-GDP Sar1-GTP(活化) Sec12露出一條脂肪酸的尾巴，插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，促進其他衣被蛋白的活化和組裝。激活磷脂酶D，將一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地結合在膜上。形成運輸小泡當衣被小泡從膜上釋放后，GTP水解，衣被解體。3) COPI包被小泡 組成： COPI包被含有8種蛋白亞基， 其依賴ARF（GTP酶）調(diào)節(jié)包被的裝配與去裝

7、配； 功能： 負責回收、轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白（escaped proteins）返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（Golgi ER，逆行轉(zhuǎn)運）; 行使從Golgi ER-Golgi中間組分 ER的物質(zhì)運輸。 在組成性分泌過程中，其在非選擇性的批量運輸中行使功能。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機制：運輸泡將應被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運； 通過識別駐留蛋白C-端的回收信號的特異性受體，以COPI-包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的回收信號：網(wǎng)腔的蛋白：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）；膜蛋白（如SRP受體）：Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸）。 由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的駐留蛋白具有回收信號

8、，即使有的蛋白發(fā)生逃逸，也會保留或回收回來，所以有人將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)比喻成“開放的監(jiān)獄”（open prison）。在生物合成及分泌途徑中三種包被小泡參與的膜泡運輸。 vesicular tubular clusters 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng):物質(zhì)供應站高爾基體:集散中心三種有被小泡的比較Sec122膜泡運輸?shù)奶禺愋阅づ葑R別和融合是特異性的：供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用。膜組分的相對穩(wěn)定有重要作用： 高爾基體依靠膜囊上結合的動力蛋白和微管相互作用，向微管組織中心聚集，從而維持極性；（秋水仙素） 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、分泌泡和細胞質(zhì)膜及胞內(nèi)體也都各自具有特異成分。膜上受體和配體特異結合決定膜泡運輸?shù)奶禺愋裕?

9、 膜泡運輸途徑1）近距離運輸： 供體膜和受體膜距離較近，主要依靠膜泡的自由擴散；2）遠距離運輸： 供體膜和受體膜距離較遠，膜泡依靠摩托蛋白，靠ATP供能，沿微管或微絲移動。微管三 細胞結構體系的組裝、生物大分子的組裝方式：（）自我裝配（self-assembly）： 信息存在于裝配亞基的自身，細胞提供裝配環(huán)境；（）協(xié)助裝配（aided-assembly）：除組裝亞基外，還需其他組分參與；（）直接裝配（direct-assembly）：某種亞基直接裝配到已形成結構上；(質(zhì)膜成分)（）復合物與細胞結構體系的組裝 ：非常復雜。How a protein folds into a globular c

10、onformationThe polar amino acid side chains tend to gather on the outside of the protein, where they can interact with water. The nonpolar amino acid side chains are buried on the inside to form a hydrophobic core that is hidden from water.蛋白自裝配極性側(cè)鏈非極性側(cè)鏈Three levels of organization of a protein.The

11、three-dimensional structure of a protein can be described in terms of different levels of folding, each of which is constructed from the preceding one in hierarchical fashion. 蛋白的不同結構水平的形成The formation of a dimer from a single type of protein subunit. Rings or helices can form if a single type of pr

12、otein subunit interacts with itself repeatedly.a ring forms instead of a helix if the subunits run into one another, stopping further growth of the chain .Three possible ways in which a large protein assembly can be made to a fixed length.(A) Coassembly along an elongated core protein or other macro

13、molecule that acts as a measuring device. (B) Termination of assembly because of strain that accumulates in the polymeric structure as additional subunits are added, so that beyond a certain length the energy required to fit another subunit onto the chain becomes excessively large. (C) A vernier typ

14、e of assembly, in which two sets of rodlike molecules differing in length form a staggered complex that grows until their ends exactly match.2 裝配具有重要的生物學意義：（）減少和校正蛋白質(zhì)合成中出現(xiàn)的錯誤；（）減少所需的遺傳物質(zhì)信息量；（）通過裝配與去裝配更容易調(diào)節(jié)與控制多種生 物學過程。 3 分子伴侶（molecularchaperones） 細胞中的某些蛋白質(zhì)分子可以識別正在合成的多肽或部分折疊的多肽，并與多肽的某些部位相結合，從而幫助這些多肽轉(zhuǎn)運