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1、第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 蛋白质的分选(蛋白质的分选(protein sortingprotein sorting):又称:又称蛋白质的定向转运(蛋白质的定向转运(protein targetingprotein targeting),指,指绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成,然后转运到细胞的特定部位,装配成开始合成,然后转运到细胞的特定部位,装配成结构与功能的复合体,才能参与细胞的生命活动结构与功能的复合体,才能参与细胞的生命活动这一过程。这一过程。一、信号假说与蛋白质分选信号一、信号假说
2、与蛋白质分选信号 19751975年年BlobelBlobel和和sabatinisabatini等提出了信号假说,即分泌性蛋等提出了信号假说,即分泌性蛋白白N N端序列作为端序列作为信号肽信号肽(signal sequencesignal sequence),),指导分泌性蛋指导分泌性蛋白到内质网膜上合成,在蛋白合成结束前信号肽被切除。白到内质网膜上合成,在蛋白合成结束前信号肽被切除。信信号识别颗粒号识别颗粒(SRP)(SRP)和内质网膜上的和内质网膜上的信号识别颗粒的受体信号识别颗粒的受体(停泊(停泊蛋白蛋白,DP,DP)等因子协助完成这一过程。)等因子协助完成这一过程。(一)信号假说(一
3、)信号假说(signal hypothesissignal hypothesis)G.Blobel G.Blobel关于信号序列控制蛋白质在细胞内关于信号序列控制蛋白质在细胞内的转移和定位的研究获的转移和定位的研究获19991999年诺贝尔医学或生年诺贝尔医学或生理学奖。理学奖。Blobel with members of his laboratoryGnter Blobel信号肽的特性信号肽的特性lN-N-端突出的一段肽。端突出的一段肽。l16-2616-26个氨基酸残基,其中含有个氨基酸残基,其中含有4-124-12个疏水残基。个疏水残基。l疏疏水水核核心心(h h)、C C端端(c c)
4、和和N N端端(n n)三三个个区区域域构成。构成。蛋白质蛋白质N-N-端的信号肽端的信号肽蛋白质蛋白质N-N-端的信号肽端的信号肽翻译暂停结构域翻译暂停结构域 DP结合位点结合位点 信号肽识别结合位点信号肽识别结合位点 信号识别颗粒信号识别颗粒指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成的协助因子指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成的协助因子l信号识别颗粒(信号识别颗粒(signal recognition particlesignal recognition particle,SRPSRP)l信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白,docking,docking proteinp
5、rotein,DPDP)l 转位因子转位因子(translocatortranslocator,translocontranslocon)新生蛋白新生蛋白链接子因子链接子因子l停止转移序列(停止转移序列(stop transfer sequencestop transfer sequence)信号假说信号假说分泌性蛋白质进入内质网分泌性蛋白质进入内质网过程过程:信号肽信号肽SRPDPSRPDP合成合成l信号序列(信号序列(signal sequencesignal sequence):存在于蛋白质一级结):存在于蛋白质一级结构上的线性序列,通常由构上的线性序列,通常由15-6015-60个氨基
6、酸残基组成,有个氨基酸残基组成,有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶(些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶(signal peptidasesignal peptidase)切除;通常信号序列对所引导的)切除;通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求。蛋白质没有特异性要求。l信号斑(信号斑(signal patchsignal patch):存在于完成折叠的蛋白质):存在于完成折叠的蛋白质中,构成信号斑的信号序列之间可以不相邻,折叠在中,构成信号斑的信号序列之间可以不相邻,折叠在一起构成蛋白质分选的信号。一起构成蛋白质分选的信号。l每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。每
7、一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。分选信号分选信号二、蛋白质分选的基本途径与类型二、蛋白质分选的基本途径与类型蛋白质分选的两条途径蛋白质分选的两条途径细胞质基质细胞质基质线粒体、叶绿体、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、过氧化物酶体、细胞核细胞核粗面内质网粗面内质网溶酶体、细胞膜、分溶酶体、细胞膜、分泌到细胞外、留在高泌到细胞外、留在高尔基体和内质网中尔基体和内质网中高尔基体高尔基体翻译后转运途径翻译后转运途径共翻译转运途径共翻译转运途径加工加工包装包装翻翻译译后后转转移移细胞质基质细胞质基质共共翻翻译译转转运运翻译后转运翻译后转运共翻译转运共翻译转运前体蛋白前体蛋白定位于线粒体基质中的蛋白质
8、转运图示定位于线粒体基质中的蛋白质转运图示蛋白质分选的类型:蛋白质分选的类型:跨膜运输(跨膜运输(transmembranetransmembrane transport transport)膜泡运输(膜泡运输(vesicular transportvesicular transport)门控运输(门控运输(gated transportgated transport)蛋白质在细胞基质中的运输(细胞骨架体系)蛋白质在细胞基质中的运输(细胞骨架体系)膜泡运输膜泡运输门控运输门控运输、细胞基质中的运输、细胞基质中的运输(细胞骨架体系)(细胞骨架体系)三、膜泡运输三、膜泡运输 膜泡运输是膜泡运输是蛋
9、白运输蛋白运输的一种特有的方式,普的一种特有的方式,普遍存在于真核细胞中。遍存在于真核细胞中。大多数运输小泡是在膜的特定区域以大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽出芽的的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的构成的衣被衣被(coatcoat)。)。这种衣被在运输小泡与靶这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。细胞器的膜融合之前解体。衣被类型:衣被类型:COPII COPII、COPICOPI、网格蛋白(、网格蛋白(clathrinclathrin)三三种种类类型型的的被被膜膜小小泡泡及及运运输输途途径径 在细胞合成与分泌途径中不同膜组分
10、之间三种不细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式同的膜泡运输方式:lCOPCOP有被小泡有被小泡介导从内质网介导从内质网高尔基体的运输,顺高尔基体的运输,顺向运输;向运输;lCOPCOP有被小泡有被小泡负责将蛋白从高尔基体负责将蛋白从高尔基体 内质网,内质网,逆向运输;逆向运输;l网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡介导从高尔基体介导从高尔基体TGNTGN质膜、胞内质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡等的运输;在体、溶酶体或植物液泡等的运输;在受体介导受体介导的细的细胞胞内吞途径内吞途径也负责将物质从质膜也负责将物质从质膜内吞泡内吞泡(细胞质细胞质)胞内体胞内体溶酶体运输。溶酶体运输。
11、COPICOPI包被小泡的组装与运输包被小泡的组装与运输COPICOPI包被小泡的组装与运输包被小泡的组装与运输Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)网格蛋白网格蛋白(clathrin)(clathrin)结构:由结构:由3 3个重链和个重链和3 3个轻个轻链组成,形成一个具有链组成,形成一个具有3 3个曲臂的形状。许多网格个曲臂的形状。许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起,形成具有蛋白的曲臂部分交织在一起,形成具有5 5边形网孔边形网孔的笼子。的笼子。网格蛋白的结构,网格蛋白的结构,A A电镜照片,电镜照片,B B分子模型,分子模型,C C衣被模型衣被模型网格蛋白包被小泡网格蛋白包被小泡的组
12、装与运输的组装与运输衔接蛋白衔接蛋白(adaptin)(adaptin):介于网格蛋白与:介于网格蛋白与配体受体复合物之间,起连接作用。配体受体复合物之间,起连接作用。目前至少发现目前至少发现4 4种,分别结合不同类型种,分别结合不同类型的受体,形成不同性质的转运小泡。的受体,形成不同性质的转运小泡。当网格蛋白有被小泡形成时,可溶性蛋白当网格蛋白有被小泡形成时,可溶性蛋白dynamindynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部,将小泡柄部聚集成一圈围绕在芽的颈部,将小泡柄部的膜尽可能地拉近(小于),从而导致膜融合,的膜尽可能地拉近(小于),从而导致膜融合,掐断(掐断(pinch offpinch
13、off)衣被小泡。)衣被小泡。Rabs in docking四、细胞结构体系的组装四、细胞结构体系的组装生物大分子的组装方式生物大分子的组装方式l自我装配(自我装配(self-assemblyself-assembly)l协助装配(协助装配(aided-assemblyaided-assembly)l直接装配(直接装配(direct-assemblydirect-assembly)l复合物与细胞结构体系的组装复合物与细胞结构体系的组装装配具有重要的生物学意义装配具有重要的生物学意义l减少和校正蛋白质合成中出现的错误减少和校正蛋白质合成中出现的错误l减少所需的遗传物质信息量减少所需的遗传物质信息量l通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程学过程 分子分子“伴侣伴侣”在细胞中的某些蛋白质在细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位肽并与多肽的某些部位相结合,从而帮助这些相结合,从而帮助这些多肽转运、折叠或组装,多肽转运、折叠或组装,这一类分子本身并不参这一类分子本身并不参与最终产物的形成,因与最终产物的形成,因此称为分子此称为分子“伴侣伴侣”。LOGO
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