蛋白質(zhì)分選和膜泡運輸

1、關(guān)于蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸?shù)谝粡?，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選定義：依靠蛋白質(zhì)自身信號序列，從蛋白質(zhì)起始合成部位轉(zhuǎn)運到其功能發(fā)揮部位的過程。 蛋白質(zhì)分選不僅保證了蛋白質(zhì)的正確定位，也保證了蛋白質(zhì)的生物學活性。一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化酶體的分選第二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號信號假說（signal hypothesis）：分泌蛋白可能攜帶N端短信號序列，一旦該序列從核糖體翻譯合成，結(jié)合因子和蛋白結(jié)合，指導(dǎo)其轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，后續(xù)翻譯過程將在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上進

2、行。信號肽（signal peptide）：信號肽位于蛋白質(zhì)的N端，一般由1626個氨基酸殘基組成，其中包括信號肽疏水核心區(qū)、N端和C端等3部分；原核細胞某些分泌性蛋白的N端也具有信號序列。第三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月信號肽的一級結(jié)構(gòu)序列第四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月信號識別顆粒（signal recognition particle，SRP ）信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白，docking protein，DP）：DP是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的整合蛋白，由和亞基組成，可特異地與SRP結(jié)合。信號肽酶（signal peptidase ）：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面上蛋白水解酶，負責切除并

3、快速降解新生多肽的N端信號肽序列。 第五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月分泌性蛋白的合成與跨越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的共翻譯轉(zhuǎn)運圖解共翻譯轉(zhuǎn)運（cotranslational translocation）：分泌蛋白向rER腔內(nèi)的轉(zhuǎn)運是同蛋白質(zhì)翻譯過程偶聯(lián)進行的，這種蛋白在信號肽引導(dǎo)下邊翻譯邊跨膜轉(zhuǎn)運的過程稱為共翻譯轉(zhuǎn)運。第六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜整合蛋白的拓撲學類型STA：內(nèi)部停止轉(zhuǎn)移錨定序列 SA：內(nèi)部信號錨定序列第七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月導(dǎo)肽（leader peptide）翻譯后轉(zhuǎn)運（post-translational translocatio

4、n)信號序列（signal sequence）信號斑（signal patch）其他相關(guān)概念第八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月指導(dǎo)蛋白質(zhì)從細胞基質(zhì)轉(zhuǎn)運到細胞器的靶向序列的主要特征第九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運的基本途徑與類型 核基因編碼的蛋白質(zhì)的分選大體可分2條途徑：（1）共翻譯轉(zhuǎn)運（cotranslational translocation）途徑：（2）翻譯后轉(zhuǎn)運（post-translational translocation）途徑第十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月真核細胞蛋白質(zhì)分選的主要途徑與類型 左：共翻譯轉(zhuǎn)運 右：翻譯后轉(zhuǎn)運第

5、十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)蛋白質(zhì)分選的機制或轉(zhuǎn)運方式不同，又可將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運分為4類： （1）跨膜轉(zhuǎn)運（transmembrane transport）： （2）膜泡運輸（vesicular transport）： （3）選擇性門控轉(zhuǎn)運（gated transport）： （4）細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運：第十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化酶體的分選轉(zhuǎn)運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細胞器的蛋白質(zhì)分選是一個多步過程，需要多個不同的靶向序列（targeting sequence）。定位到葉綠體的前體蛋白N端具有4050個氨基酸

6、組成的轉(zhuǎn)運肽（transit peptide），用以指引多肽定位到葉綠體并進一步穿過葉綠體被膜進入基質(zhì)或類囊體中。轉(zhuǎn)運到線粒體和過氧化物酶體的蛋白質(zhì)靠的是線粒體蛋白N端的導(dǎo)肽（leader peptide）或過氧化物酶體蛋白C端的靶向序列（targeting sequence）。第十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體1、線粒體蛋白從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)2、線粒體蛋白以3種途徑從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜3、線粒體蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙第十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月通過后翻譯轉(zhuǎn)運途徑對核基因編碼的線粒體蛋白的轉(zhuǎn)運

7、A：線粒體蛋白從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)B：線粒體蛋白通過3種途徑從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜C：線粒體蛋白通過2種途徑從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體膜間隙第十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）葉綠體基質(zhì)蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入通過翻譯后轉(zhuǎn)運途徑將葉綠體蛋白從細胞質(zhì)基質(zhì)輸入到類囊體腔Toc：外膜轉(zhuǎn)運體復(fù)合物 Tic：內(nèi)膜轉(zhuǎn)運體復(fù)合物第十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月（三）過氧化物酶體蛋白的分選過氧化物酶體靶向信號（PTS）：常見的C端PTS1（Ser-Lys-Leu）和少見的N端PTS2（Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu）。過氧化物酶體靶

8、向序列1（PTS1）指導(dǎo)的過氧化物酶體基質(zhì)蛋白的輸入第十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 細胞內(nèi)膜泡運輸一、膜泡運輸概觀二、COP包被膜泡的裝配與運輸三、COP包被膜泡的裝配與運輸四、網(wǎng)格蛋白接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸五、轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定和融合六、細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝第十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月一、膜泡運輸概觀 在細胞的膜泡運輸中，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當于重要的物質(zhì)生產(chǎn)車間和供應(yīng)站，而高爾基體是重要的樞紐和集散中心。細胞內(nèi)膜泡運輸需要多種轉(zhuǎn)運膜泡參與，根據(jù)轉(zhuǎn)運膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類型：（1）網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡；（2）COP（包被蛋白）

9、包被膜泡；（3）COP包被膜泡。第十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)的分泌與胞吞途徑概觀第二十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月在細胞合成-分泌與內(nèi)吞途徑中3種不同的膜泡運輸方式COP（包被蛋白）包被膜泡介導(dǎo)順向運輸；COP包被膜泡介導(dǎo)逆向運輸。網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡從TGN出芽和從質(zhì)膜內(nèi)化形成，脫包被后與晚期胞內(nèi)體融合第二十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運中涉及的3種包被膜泡的特征比較第二十二張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月二、COP包被膜泡的裝配與運輸Sar1：一種調(diào)節(jié)膜泡轉(zhuǎn)運的小G蛋白，有一個共價結(jié)合的疏水N端脂基團，幫助其插

10、入ER膜，同膜結(jié)合的Sar1 對包被蛋白的進一步裝配起募集者作用。COP（包被蛋白）包被膜泡介導(dǎo)的細胞內(nèi)順向運輸，即負責從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運輸。第二十三張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月已知的指導(dǎo)蛋白質(zhì)包裝到特異性轉(zhuǎn)運膜泡的分選信號第二十四張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月不同類型的膜泡運輸A：COP包被膜泡介導(dǎo)順向運輸和COP包被膜泡介導(dǎo)逆向運輸B：駐留蛋白的回收C：出芽與膜泡包裝第二十五張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月三、 COP包被膜泡的裝配與運輸COP包被膜泡介導(dǎo)的細胞內(nèi)膜泡逆向運輸，負責從高爾基體反面膜囊到順面膜囊以及從高爾基體順面管網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜

11、泡轉(zhuǎn)運; 包括再循環(huán)的膜脂雙層、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留的可溶性蛋白和膜蛋白（如v-SNARE）; 是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收錯誤分選的逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的重要途徑。是什么因素決定蛋白是否被保留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或進入高爾基體？ 一是轉(zhuǎn)運膜泡將駐留蛋白有效排斥在外； 二是對逃逸蛋白的回收機制，使其返回它們正常駐留的部位。第二十六張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月四、網(wǎng)格蛋白接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡介導(dǎo)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向胞內(nèi)體、溶酶體、分泌泡和植物細胞液泡的運輸，也參與質(zhì)膜受體介導(dǎo)的胞吞作用中從細胞表面運往胞內(nèi)體轉(zhuǎn)而到溶酶體的運輸。第二十七張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月網(wǎng)格蛋白

12、（A）、多角形網(wǎng)格包被結(jié)構(gòu)（B）及發(fā)動蛋白介導(dǎo)的網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的形成（C）示意圖第二十八張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月五、轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜的錨定和融合膜泡運輸?shù)年P(guān)鍵步驟至少包括如下過程：供體膜的出芽、裝配和斷裂，形成不同包被轉(zhuǎn)運膜泡；在細胞內(nèi)由馬達蛋白驅(qū)動、以微管為軌道的膜泡運輸；轉(zhuǎn)運膜泡與特定靶膜的錨定和融合。膜泡錨定與融合是一個耗能的特異性過程：其特異性是通過供體膜和靶膜上的蛋白相互作用完成的。第二十九張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月小分子GTP結(jié)合蛋白Rab主要介導(dǎo)供體膜和靶膜的錨定： Rab-GTP與特定轉(zhuǎn)運膜泡的表面蛋白相互作用，并通過類異戊二烯基團插

13、入轉(zhuǎn)運膜泡內(nèi)。 一旦Rab-GTP被結(jié)合在膜泡表面，便與靶膜上的Rab效應(yīng)器結(jié)合蛋白相互作用，從而使轉(zhuǎn)運膜泡被錨定在適當?shù)陌心ど?。v-SNARE與t-SNARE蛋白的配對（互補性）是介導(dǎo)轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜融合的主要機制： 第三十張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月在供體膜和靶膜之間膜泡的錨定與融合模式圖解如果說Rab蛋白主要是控制轉(zhuǎn)運膜泡與適當靶膜的錨定，那么，介導(dǎo)轉(zhuǎn)運膜泡與靶膜融合的主要機制是v-SNARE / t-SNARE蛋白的配對。第三十一張，PPT共三十四頁，創(chuàng)作于2022年6月六、細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝生物大分子的組裝方式：（1）自我裝配（self-assembly）；（2）協(xié)助裝配（aided-assembly）；