第八章蛋白質分選與膜泡運輸

第八章蛋白質分選與膜泡運輸第一節(jié)細胞內蛋白質的分選定義：依靠蛋白質自身信號序列，從蛋白質起始合成部位轉運到其功能發(fā)揮部位的過程。蛋白質分選不僅保證了蛋白質的正確定位，也保證了蛋白質的生物學活性。一、信號假說與蛋白質分選信號二、蛋白質分選轉運的基本途徑與類型三、蛋白質向線粒體、葉綠體和過氧化酶體的分選一、信號假說與蛋白質分選信號信號假說（signalhypothesis）：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，結合因子和蛋白結合，指導其轉移到內質網膜，后續(xù)翻譯過程將在內質網膜上進行。信號肽（signalpeptide）：信號肽位于蛋白質的N端，一般由16~26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。信號肽的一級結構序列信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白，dockingprotein，DP）：DP是內質網膜的整合蛋白，由α和β亞基組成，可特異地與SRP結合。信號肽酶（signalpeptidase）：內質網腔面上蛋白水解酶，負責切除并快速降解新生多肽的N端信號肽序列。

分泌性蛋白的合成與跨越內質網膜的共翻譯轉運圖解共翻譯轉運（cotranslationaltranslocation）：分泌蛋白向rER腔內的轉運是同蛋白質翻譯過程偶聯(lián)進行的，這種蛋白在信號肽引導下邊翻譯邊跨膜轉運的過程稱為共翻譯轉運。內質網膜整合蛋白的拓撲學類型STA：內部停止轉移錨定序列SA：內部信號錨定序列導肽（leaderpeptide）翻譯后轉運（post-translationaltranslocation)信號序列（signalsequence）信號斑（signalpatch）其他相關概念指導蛋白質從細胞基質轉運到細胞器的靶向序列的主要特征細胞內膜泡運輸需要多種轉運膜泡參與，根據轉運膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類型：核基因編碼的蛋白質的分選大體可分2條途徑：膜泡運輸的關鍵步驟至少包括如下過程：（2）翻譯后轉運（post-translationaltranslocation）途徑COPⅠ包被膜泡介導的細胞內膜泡逆向運輸，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狀區(qū)到內質網的膜泡轉運;（三）過氧化物酶體蛋白的分選三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運輸③轉運膜泡與特定靶膜的錨定和融合。一是轉運膜泡將駐留蛋白有效排斥在外；二、蛋白質分選轉運的基本途徑與類型③轉運膜泡與特定靶膜的錨定和融合。真核細胞蛋白質分選的主要途徑與類型轉運到線粒體和過氧化物酶體的蛋白質靠的是線粒體蛋白N端的導肽（leaderpeptide）或過氧化物酶體蛋白C端的靶向序列（targetingsequence）。信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）二、蛋白質分選轉運的基本途徑與類型二、蛋白質分選轉運的基本途徑與類型

核基因編碼的蛋白質的分選大體可分2條途徑：（1）共翻譯轉運（cotranslationaltranslocation）途徑：（2）翻譯后轉運（post-translationaltranslocation）途徑（2）可大大減少所需的遺傳物質信息量；Sar1：一種調節(jié)膜泡轉運的小G蛋白，有一個共價結合的疏水N端脂基團，幫助其插入ER膜，同膜結合的Sar1對包被蛋白的進一步裝配起募集者作用。③轉運膜泡與特定靶膜的錨定和融合。細胞內膜泡運輸需要多種轉運膜泡參與，根據轉運膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類型：v-SNARE與t-SNARE蛋白的配對（互補性）是介導轉運膜泡與靶膜融合的主要機制：網格蛋白（A）、多角形網格包被結構（B）及發(fā)動蛋白介導的網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的形成（C）示意圖定位到葉綠體的前體蛋白N端具有40~50個氨基酸組成的轉運肽（transitpeptide），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或類囊體中。信號肽（signalpeptide）：信號肽位于蛋白質的N端，一般由16~26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；1、線粒體蛋白從細胞質基質輸入到線粒體基質共翻譯轉運（cotranslationaltranslocation）：分泌蛋白向rER腔內的轉運是同蛋白質翻譯過程偶聯(lián)進行的，這種蛋白在信號肽引導下邊翻譯邊跨膜轉運的過程稱為共翻譯轉運。COPⅠ包被膜泡介導逆向運輸。信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）（3）選擇性門控轉運（gatedtransport）：一是轉運膜泡將駐留蛋白有效排斥在外；五、轉運膜泡與靶膜的錨定和融合真核細胞蛋白質分選的主要途徑與類型

左：共翻譯轉運右：翻譯后轉運根據蛋白質分選的機制或轉運方式不同，又可將蛋白質轉運分為4類：

（1）跨膜轉運（transmembranetransport）：

（2）膜泡運輸（vesiculartransport）：

（3）選擇性門控轉運（gatedtransport）：

（4）細胞質基質中蛋白質的轉運：三、蛋白質向線粒體、葉綠體和過氧化酶體的分選轉運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細胞器的蛋白質分選是一個多步過程，需要多個不同的靶向序列（targetingsequence）。定位到葉綠體的前體蛋白N端具有40~50個氨基酸組成的轉運肽（transitpeptide），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或類囊體中。轉運到線粒體和過氧化物酶體的蛋白質靠的是線粒體蛋白N端的導肽（leaderpeptide）或過氧化物酶體蛋白C端的靶向序列（targetingsequence）。網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡介導蛋白質從高爾基體TGN向胞內體、溶酶體、分泌泡和植物細胞液泡的運輸，也參與質膜受體介導的胞吞作用中從細胞表面運往胞內體轉而到溶酶體的運輸。細胞內膜泡運輸需要多種轉運膜泡參與，根據轉運膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類型：是什么因素決定蛋白是否被保留在內質網或進入高爾基體？信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運輸核基因編碼的蛋白質的分選大體可分2條途徑：在細胞的膜泡運輸中，糙面內質網相當于重要的物質生產車間和供應站，而高爾基體是重要的樞紐和集散中心。膜泡運輸的關鍵步驟至少包括如下過程：（4）細胞結構及結構體系之間的組裝。三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運輸（2）翻譯后轉運（post-translationaltranslocation）途徑Tic：內膜轉運體復合物內質網膜整合蛋白的拓撲學類型（2）協(xié)助裝配（aided-assembly）；（3）COPⅠ包被膜泡。（一）蛋白質從細胞質基質輸入到線粒體1、線粒體蛋白從細胞質基質輸入到線粒體基質2、線粒體蛋白以3種途徑從細胞質基質輸入到線粒體內膜3、線粒體蛋白質從細胞質基質輸入到線粒體膜間隙通過后翻譯轉運途徑對核基因編碼的線粒體蛋白的轉運A：線粒體蛋白從細胞質基質輸入到線粒體基質B：線粒體蛋白通過3種途徑從細胞質基質輸入到線粒體內膜C：線粒體蛋白通過2種途徑從細胞質基質輸入到線粒體膜間隙（二）葉綠體基質蛋白與類囊體蛋白的靶向輸入通過翻譯后轉運途徑將葉綠體蛋白從細胞質基質輸入到類囊體腔Toc：外膜轉運體復合物Tic：內膜轉運體復合物（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）。過氧化物酶體靶向序列1（PTS1）指導的過氧化物酶體基質蛋白的輸入第二節(jié)細胞內膜泡運輸一、膜泡運輸概觀二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運輸三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運輸四、網格蛋白／接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸五、轉運膜泡與靶膜的錨定和融合六、細胞結構體系的組裝一、膜泡運輸概觀

在細胞的膜泡運輸中，糙面內質網相當于重要的物質生產車間和供應站，而高爾基體是重要的樞紐和集散中心。細胞內膜泡運輸需要多種轉運膜泡參與，根據轉運膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3種不同類型：（1）網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡；（2）COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡；（3）COPⅠ包被膜泡。蛋白質的分泌與胞吞途徑概觀在細胞合成-分泌與內吞途徑中3種不同的膜泡運輸方式COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡介導順向運輸；COPⅠ包被膜泡介導逆向運輸。網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡從TGN出芽和從質膜內化形成，脫包被后與晚期胞內體融合蛋白質轉運中涉及的3種包被膜泡的特征比較二、COPⅡ包被膜泡的裝配與運輸Sar1：一種調節(jié)膜泡轉運的小G蛋白，有一個共價結合的疏水N端脂基團，幫助其插入ER膜，同膜結合的Sar1對包被蛋白的進一步裝配起募集者作用。COPⅡ（包被蛋白Ⅱ）包被膜泡介導的細胞內順向運輸，即負責從內質網到高爾基體的物質運輸。已知的指導蛋白質包裝到特異性轉運膜泡的分選信號不同類型的膜泡運輸A：COPⅡ包被膜泡介導順向運輸和COPⅠ包被膜泡介導逆向運輸B：駐留蛋白的回收C：出芽與膜泡包裝三、COPⅠ包被膜泡的裝配與運輸COPⅠ包被膜泡介導的細胞內膜泡逆向運輸，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狀區(qū)到內質網的膜泡轉運;

包括再循環(huán)的膜脂雙層、內質網駐留的可溶性蛋白和膜蛋白（如v-SNARE）;

是內質網回收錯誤分選的逃逸蛋白返回內質網的重要途徑。是什么因素決定蛋白是否被保留在內質網或進入高爾基體？

一是轉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。四、網格蛋白／接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡介導蛋白質從高爾基體TGN向胞內體、溶酶體、分泌泡和植物細胞液泡的運輸，也參與質膜受體介導的胞吞作用中從細胞表面運往胞內體轉而到溶酶體的運輸。網格蛋白（A）、多角形網格包被結構（B）及發(fā)動蛋白介導的網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的形成（C）示意圖五、轉運膜泡與靶膜的錨定和融合膜泡運輸的關鍵步驟至少包括如下過程：①供體膜的出芽、裝配和斷裂，形成不同包被轉運膜泡；②在細胞內由馬達蛋白驅動、以微管為軌道的膜泡運輸；③轉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。小分子GTP結合蛋白Rab主要介導供體膜和靶膜的錨定：

Rab-GTP與特定轉運膜泡的表面蛋白相互作用，并通過類異戊二烯基團插入轉運膜泡內。

一旦Rab-GTP被結合在膜泡表面，便與靶膜上的Rab效應器結合蛋白相互作用，從而使轉運膜泡被錨定在適當的靶膜上。v-SNARE與t-SNARE蛋白的配對（互補性）是介導轉運膜泡與靶膜融合的主要機制：

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蛋白主要是控制轉運膜泡與適當靶膜的錨定，那么，