《蛋白质分选上》PPT课件.ppt

Chapter 8 Protein Sorting In n8.1 蛋白质分选简介蛋白质分选简介蛋白质分选简介蛋白质分选简介n n8.2 信号假说信号假说n n8.3 蛋白质跨内质网膜运输蛋白质跨内质网膜运输 8.3.1 蛋白质跨膜运输蛋白质跨膜运输 8.3.2 跨膜蛋白质的形成跨膜蛋白质的形成跨膜蛋白质的形成跨膜蛋白质的形成 蛋白质如何正确折叠蛋白质如何正确折叠n n8.4 分选基本路径和具体形式分选基本路径和具体形式 8.4.1 蛋白质分选类型蛋白质分选类型 8.4.2 膜泡运输膜泡运输n n8.5 膜泡运输机理膜泡运输机理l l细胞内蛋白质众多，需要定向运输细胞内蛋白质众多，需要定向运输l l如何保证有条不紊如何保证有条不紊8.1Introductionofproteinsortingsecretory pathway Secretory Secretory PathwayPathway8.2 8.2 SignalhypothesisTranslocation of Secretory Translocation of Secretory Proteins across the ER Proteins across the ER MembraneMembrane.8.2.1Signalhypothesis分泌型蛋白分泌型蛋白N端带有特定的信号序列，指导蛋白端带有特定的信号序列，指导蛋白质到粗面内质网上合成，在成熟时候信号序列被质到粗面内质网上合成，在成熟时候信号序列被切除。切除。signal peptide信号肽的一级序列信号肽的一级序列(16-26(16-26个氨基酸个氨基酸)（h h）、）、C C端（端（c c）和）和N N端（端（n n）没有专一性没有专一性8.3 Protein transport across ER membrane GTPGTPGDPn nsignal-recognition particle,SRPsignal-recognition particle,SRPn nSRP receptor(DP)n nDetail process8.3.1 Protein transport across ER membrane 信号识别颗粒(signal-recognition particle,SRP)l l由由由由6 6个个个个多多多多肽肽肽肽的的的的亚亚亚亚单单单单位位位位加加加加上上上上小小小小的的的的RNARNA分分分分子子子子构构构构成成成成的的的的复复复复合物合物合物合物l l在在在在信信信信号号号号肽肽肽肽序序序序列列列列被被被被翻翻翻翻译译译译后后后后，SRPSRP的的的的一一一一端端端端结结结结合合合合的的的的新新新新生生生生多多多多肽肽肽肽链链链链的的的的信信信信号号号号肽肽肽肽，另另另另一一一一端端端端结结结结合合合合到到到到核核核核蛋蛋蛋蛋白白白白体体体体并并并并停停停停止止止止翻译翻译翻译翻译l l从从从从SRPSRP结结结结合合合合到到到到核核核核蛋蛋蛋蛋白白白白体体体体直直直直到到到到SRP-SRP-核核核核蛋蛋蛋蛋白白白白体体体体复复复复合合合合物物物物结结结结合合合合到到到到内内内内质质质质网网网网膜膜膜膜上上上上SRPSRP受受受受体体体体的的的的时时时时间间间间内内内内，翻翻翻翻译译译译是是是是停停停停止止止止的的的的，只只只只有有有有在在在在SRP-SRP-核核核核蛋蛋蛋蛋白白白白体体体体复复复复合合合合物物物物结结结结合合合合到到到到膜膜膜膜上上上上的的的的SRPSRP受体后，翻译才重新开始受体后，翻译才重新开始受体后，翻译才重新开始受体后，翻译才重新开始SRP receptor=DPl lSRP SRP 受体就是停泊蛋白受体就是停泊蛋白受体就是停泊蛋白受体就是停泊蛋白,一端与新生蛋白质相连，另外一端一端与新生蛋白质相连，另外一端一端与新生蛋白质相连，另外一端一端与新生蛋白质相连，另外一端结合核糖体翻译停止结合核糖体翻译停止结合核糖体翻译停止结合核糖体翻译停止 l l (SRP+ribosomeSRP+ribosome)+)+DPDP,与内质网上的异位子结合与内质网上的异位子结合与内质网上的异位子结合与内质网上的异位子结合,SRP,SRP 和和和和DP DP 分离分离分离分离,翻译继续。翻译继续。翻译继续。翻译继续。Energy is required for insertion of the signal sequence into Energy is required for insertion of the signal sequence into the transloconthe transloconPolypeptides Move through the Translocon into the EREnergy is required for insertionEnergy is required for insertionGTPSolubleProteins8.3.2 Protein transport across ER membraneModifiedfromFigure14-15,Page461from:Essential Cell BiologybyAlbertsetal.1998,GarlandPublishingInc.NewYork,NYERImportofTransmembraneProteins Multipass transmembrane proteinsl lStop-transfer peptide l lStart-transfer peptide 通称为结合蛋白(bindin protein,BiP)。在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、折叠或组装，但其本身并不参与最终产物的形成，只是陪伴而已，故得名 例如Hsp60以上的热休克蛋白8.3.3How do Proteins fold correctly?EukaryotesEukaryotesArchaeaArchaeaBacteriaBacteria-Trigger FactorTrigger FactorNACNACNACNAC-Hsp80 systemHsp80 systemHsp80 systemHsp80 systemHsp80 systemHsp80 systemprefoldinprefoldinprefoldinprefoldin-chaperonins(group chaperonins(group II)II)chaperonins chaperonins(group II)(group II)chaperonins(Group chaperonins(Group I)I)small Hspssmall Hspssmall Hspssmall Hspssmall Hspssmall HspsHsp90Hsp90-Hsp90Hsp90AAA ATPasesAAA ATPasesAAA ATPasesAAA ATPasesAAA ATPasesAAA ATPases-SecBSecB-PapD/FimCPapD/FimCHip,Hop,Bag,Hip,Hop,Bag,clusterin,cofactors clusterin,cofactors A-E,calnexin,A-E,calnexin,calreticulin,etc.calreticulin,etc.etc.etc.-Overview of chaperone familiesOverview of chaperone families8.4.1 Protein sorting post translocationco-translocationTransmembrane transport Vesicular transportGated transport Protein transport in cytosolSequence Transport way 8.4 Basic pathway and type of protein sortingSorting pathway Cotranaslocationl lSynthesis and transport occurred at the same time Posttranslocation蛋白质完全合成后开始转运。8.4.2 Vesicular transportA Clathrin coat vesicle Trans-golgi surface B COPII Rough ER Cis-golgiC COPI Cis-Golgi ERModifiedfromFigure14-18and14-19,Page464and645from:Essential Cell BiologybyAlbertsetal.1998,GarlandPublishingInc.NewYork,NY网格蛋白有被小泡n nClathrin Coated PitsDepolymerization of Depolymerization of Clathrin CoatsClathrin Coats l lCOP II mediates transfer of vesicles from the rough ER to the cis-Golgi/cis-Golgi network;l lIn some cases COP II-coated vesicles fuse with each other to form larger ER-to-Golgi intermediate compartments that are transported along a microtubule and eventually fuse to form the cis-Golgi.BCOPIIcoated vesiclesl l介导从内质网到高尔基体的物质运输。介导从内质网到高尔基体的物质运输。l l衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit exit sitessites），该处没有核糖体。），该处没有核糖体。l l大多数跨膜蛋白是直接结合在大多数跨膜蛋白是直接结合在COP IICOP II衣被上，少衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COP IICOP II衣被结合。衣被结合。l l分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些样，有些 包含双酸性基序包含双酸性基序DEXDE DEXDE，如，如Asp-X-Asp-X-GluGlu序列。序列。COPII can select and condense materialSelectiveCOPII recognize signal in cytosol of transmembrne ER protein Cytosol face of transmembrne ER protein act as receptor to bind with soluble protein in ER lumen COPII跨内质网蛋白 内质网腔内可溶性蛋白识别识别l lSar protein(a small combined GTP protein)，can act as molecular switch,regulate vesicular coat l lSar+GDP=inactive，Sar+GTP=active，Sar protein combine with membrane of ER，form COP coated vesicles CCOPcoated vesicles功能1：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网，由7种蛋白组成。l l在C端有一个不同的回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。l l顺面高尔基网上有KDEL的受体，识别C端驻留信号，以COPI有被小泡的形式捕获逃跑蛋白。l l逆向转运，内质网是开放的监狱COPI功能2:n n顺向转运n n在非选择性的批量运输中行使功能，负责粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面的运输过程。n n从高尔基顺面到反面的运输也可能涉及COPI。Retrive escaped protein back to ER COPCOPvesicle coat regulationvesicle coat regulationl lARFARF+GDP=inactive+GDP=inactive，ARFARF+GTP=active+GTP=activel lARF+GDP ARF+GDP GNRP GNRP ARFARF+GTP +GTP GAPGAPl lARF change depend on ARF change depend on GNRP(GNRP(鸟嘌呤核苷酸释放蛋白鸟嘌呤核苷酸释放蛋白鸟嘌呤核苷酸释放蛋白鸟嘌呤核苷酸释放蛋白)and)and GAPGAP(GTP(GTP酶激活蛋白酶激活蛋白酶激活蛋白酶激活蛋白 )l lGNRP let GNRP let ARF ARF release GDP and combine with GTPrelease GDP and combine with GTP，ARF ARF become activebecome active，regulated formation of regulated formation of COPCOPvesiclevesicle coat coatl lGAP GAP trigger trigger ARF ARF hydrolyze hydrolyze GTP GTP into into GDPGDP，ARF ARF becomedbecomed inactive,inactive,COPCOPvesiclevesicle coat coat disaggregationdisaggregation，vesicle fused with target membranevesicle fused with target membrane Formation of COP I VesiclesFormation of COP I Vesicles l lSpecific fusion of intracellular vesicles Involves a Specific fusion of intracellular vesicles Involves a conserved set of fusion proteinsconserved set of fusion proteins,V-SNAREV-SNAREandandT-T-SNARESNAREl lV-SNAREV-SNARE,whichisincorporatedintoatransport,whichisincorporatedintoatransportvesicleasitbudsfromthedonororganelle;Thespecificvesicleasitbudsfromthedonororganelle;ThespecificV-SNAREoneachtypeoftransportvesicletargetstheV-SNAREoneachtypeoftransportvesicletargetsthevesicletoitscorrectmembranefusionpartner.vesicletoitscorrectmembranefusionpartner.l lT-T-SNAREsSNAREs,whichactcooperativelytospecificallywhichactcooperativelytospecificallybindaparticulartypeofV-SNARE.Yeastcells,likeallbindaparticulartypeofV-SNARE.Yeastcells,likealleukaryotes,expressseveralrelatedV-SNAREandT-eukaryotes,expressseveralrelatedV-SNAREandT-SNAREproteins,therebypermittingeachtypeofSNAREproteins,therebypermittingeachtypeoftransportvesicletobetargetedcorrectly.transportvesicletobetargetedcorrectly.8.5Vesiculartransportmechanismn nNSFNSF：N N乙基顺丁烯二亚胺乙基顺丁烯二亚胺 敏感融合蛋白敏感融合蛋白 n nSNAREs:soluble NSF attachment protein SNAREs:soluble NSF attachment protein receptorreceptorn nSNAP(SNAP(可溶性可溶性可溶性可溶性NSFNSF附着蛋白附着蛋白附着蛋白附着蛋白,soluble NSF,soluble NSF attachment protein,SNAP)attachment protein,SNAP)l lV-SNARE,located on the transport vesicular membrane V-SNARE,located on the transport vesicular membrane(eg:VAMP:Vesicle-associated membrane protein)(eg:VAMP:Vesicle-associated membrane protein)l lT-SNARE,located on target membrane(eg:syntaxin)T-SNARE,located on target membrane(eg:syntaxin)Docking uses SNARESDocking uses SNARESVesicle FusionVesicle Fusion定向运输机制1：膜泡的定向融合机理定向运输机制二：膜泡沿极性微管的极性运输分泌蛋白分选特例:溶酶体的分选n n溶酶体的形成是一个相当复杂的过程溶酶体的形成是一个相当复杂的过程,涉及的细涉及的细胞器有内质网、高尔基体和内体等。胞器有内质网、高尔基体和内体等。n n比较清楚的是甘露糖比较清楚的是甘露糖-6-6-磷酸途径磷酸途径(mannose 6-(mannose 6-phosphate sorting pathway)phosphate sorting pathway)：溶酶体的酶类在内质网上合成溶酶体的酶类在内质网上合成,跨膜进入内质网跨膜进入内质网的腔的腔.在顺面高尔基体带上甘露糖在顺面高尔基体带上甘露糖6-6-磷酸标记后在高尔磷酸标记后在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌小泡基体反面网络形成溶酶体分泌小泡.分泌小泡分泌小泡.与次级内体结合与次级内体结合,最后通过脱磷酸才成最后通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体为成熟的溶酶体.内体(endosome)n n内体有初级内体(early endosome)和次级内体(late endosome)之分,内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体酶的小囊泡。初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器。n n次级内体中的pH呈酸性,且具有分拣作用。内体膜上具有ATPase-H+质子泵，利用H+质子的浓度，保证了内部pH的酸性。n n溶酶体酶蛋白的M6P标记 溶酶体酶蛋白在膜旁核糖体上合成，进入内质网后进行N-连接糖基化,经加工后形成带有8个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体。溶酶体的酶上都有一个特殊的标记6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate,M6P)。这一标记是溶酶体酶合成后在粗面内质网和高尔基体通过糖基化和磷酸化添加上去的。n n信号斑(signal patch)n n信号斑是溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构,它是由三段信号序列构成的,可被磷酸转移酶特异性识别。n n溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用M6P受体蛋白n nM6P受体蛋白是反面高尔基网络上的膜整合蛋白,能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合,从而将溶酶体的酶蛋白分选出来。n nM6P受体蛋白主要存在于高尔基体的反面网络，但在一些动物细胞的质膜中发现有很多M6P受体蛋白的存在,这是细胞的一种保护机制,可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。n n溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体,并进行并进行并进行并进行甘露糖残基的磷酸化。甘露糖残基的磷酸化。甘露糖残基的磷酸化。甘露糖残基的磷酸化。n n在反面高尔基网络在反面高尔基网络在反面高尔基网络在反面高尔基网络,磷酸化的酶同磷酸化的酶同磷酸化的酶同磷酸化的酶同M6PM6P受体结合受体结合受体结合受体结合,通过该通过该通过该通过该受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中,然后网格蛋白外被很快解体。然后网格蛋白外被很快解体。然后网格蛋白外被很快解体。然后网格蛋白外被很快解体。n n无包被的运输小泡很快与次级内体融合无包被的运输小泡很快与次级内体融合无包被的运输小泡很快与次级内体融合无包被的运输小泡很快与次级内体融合,由于次级内体中由于次级内体中由于次级内体中由于次级内体中pHpH呈酸性呈酸性呈酸性呈酸性,致使磷酸化的酶与致使磷酸化的酶与致使磷酸化的酶与致使磷酸化的酶与M6PM6P受体脱离受体脱离受体脱离受体脱离,接着脱磷接着脱磷接着脱磷接着脱磷酸。通过次级内体的分选作用酸。通过次级内体的分选作用酸。通过次级内体的分选作用酸。通过次级内体的分选作用.溶酶体的酶进入从次级内溶酶体的酶进入从次级内溶酶体的酶进入从次级内溶酶体的酶进入从次级内体出芽形成的运输小泡体出芽形成的运输小泡体出芽形成的运输小泡体出芽形成的运输小泡,接着同溶酶体融合完成溶酶体酶接着同溶酶体融合完成溶酶体酶接着同溶酶体融合完成溶酶体酶接着同溶酶体融合完成溶酶体酶的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。内体(endosome)的重要作用溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合及次级内体的分选作用