第8章 蛋白质分选与膜泡运输 Protein Sorting and Membrane Trafficking,本章主要内容,细胞内蛋白质的分选 信号假说与蛋白质分选信号 蛋白质分选转运的基本途径与类型 细胞内膜泡运输 COP包被膜泡的装配与运输 COP包被膜泡的装配与运输 网格蛋白/接头蛋白的装配与运输 转运膜泡与靶膜的锚定和融合,Protein Sorting,一、信号假说与蛋白质分选信号,第一节 细胞内蛋白质的分选,信号假说（Signal hypothesis）,位于蛋白质的N端，一般由16-26个残基组成 包括疏水核心区、C端和N端3部分,Signal peptides,信号肽与信号斑,信号肽似乎没有严格的专一性,信号识别颗粒（SRP）,分泌性蛋白向rER腔内的转运是同蛋白质翻译过程 偶联进行的，这种分泌性蛋白在信号肽的引导下边翻 译边跨膜转运的过程称为共翻译转运（cotranslational translocation）。,共翻译转运,分泌性蛋白的合成与其跨膜内质网的共翻译转运,蛋白质转入内质网合成的过程： 信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体(DP)结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽被切除肽链延伸至终止翻译体系解散。,蛋白质在细胞质基质中合成以后再在某种信号序列（导肽）的指导下进入某些细胞器中，称后翻译转运（post translocation）。 蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。 例：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体蛋白,后翻译转运,膜整合蛋白的信号序列,开始转移序列（start transfer sequence） 内在停止转移锚定序列（internal stop-transfer anchor sequence, STA） 内在信号锚定序列（internal signal anchor sequence, SA）,多肽跨膜次数的确定,内质网膜整合蛋白的拓扑学类型,蛋白质转入内质网合成涉及5种蛋白成分： 信号肽:又称开始转移序列 信号识别颗粒（SRP） SRP受体（DP） 停止转移序列 移位子,二、蛋白质分选转运的基本途径与类型,途径 （1）后翻译转运途径 （2）共翻译转运途径 类型 （1）蛋白质的跨膜转运 （2）膜泡运输 （3）选择性的门控转运 （4）细胞质基质中蛋白质的转运,二、蛋白质分选转运的基本途径与类型,转运类型,1.门控运输（gated transport）： 如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。 2.跨膜运输（transmembrane transport）： 蛋白质通过跨膜通道进入目的地。 3.膜泡运输（vesicular transport）： 蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。 4.细胞质基质中蛋白的转运: 与细胞骨架密切相关,蛋白质分选信号序列,（一）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体,蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质 蛋白质从细胞质基质输入到线粒体内膜 蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙,靶向线粒体基质的跨膜运送,靶向线粒体内膜的跨膜运送,TOM: translocon of the outer membrane Tim: translocon of the inner membrane,靶向线粒体膜间隙的跨膜运送,途径A是主要的 注意与内膜蛋白途径A不同点,导肽转运线粒体蛋白质的特点,需要受体 从接触点进入 蛋白质要解折叠与重新折叠 需要蛋白水解酶 需要能量 需要分子伴侣的帮助,（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入,外膜蛋白 内膜蛋白 叶绿体基质蛋白 类囊体膜蛋白 类囊体腔蛋白,叶绿体蛋白质的运送及组装,（三）过氧化物酶体蛋白的分选,C端SKL(Ser-Lys-Leu)靶向序列 可溶性细胞质受体 过氧化物酶体膜受体 信号序列不被切除 ATP水解,第二节 细胞内膜泡运输,细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。 膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所以能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。 不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。,第二节 细胞内膜泡运输,一、膜泡运输概观,1.蛋白质在rER合成，通过共翻译转运途径跨膜运输 2.内质网出芽，形成转运膜泡并与高尔基体融合 3.从高尔基体顺面膜囊和高尔基体顺面网状结构到rER的逆向运输 4.高尔基体膜囊从顺面反面成熟递进（非膜泡过程） 5.从高尔基体后期膜囊早期膜囊的逆向运输 6.组成型分泌 7.调节型分泌 8.分选到溶酶体 9.胞吞途径,蛋白质的分泌与胞吞途径概观,COP（coat protein） 包被膜泡 COP（coat protein） 包被膜泡 网格蛋白/接头蛋白 （clathrin/adaptor protein） 包被膜泡,三种膜泡运输方式,三种膜泡运输方式,二、COP 包被膜泡的装配与运输,COP包被蛋白组分 小分子GTP 结合蛋白Sar1 Sec23/Sec24 复合物 Sec13/Sec31 复合物 大的纤维蛋白Sec16,二、COPII包被膜泡的装配与运输,负责从内质网高尔基体的物质运输； COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成：Sar1、 Sec12、 Sec23/Sec24、 Sec13/Sec31、Sec16 包被蛋白的装配是受控的； COPII包被膜泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。 COPII蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白胞质面一端的信号序列（Asp-X-Glu） 内质网腔面的受体能与ER腔中的可溶性蛋白（如分泌蛋白）结合。,1. Sar1与膜结合GTP交换 2. COP包被装配 3. GTP水解 4. COP包被去装配,Sar1 蛋白在COP包被膜泡装配与去装配,三、 COP包被膜泡的装配与运输,运输方向：高尔基体TGN面CGN面，高尔基体CGN面ER 运输对象：负责回收、转运ER逃逸蛋白(escaped proteins），膜脂双层 COP包被蛋白的组成：7种蛋白质亚基，ARF,在内质网与高尔基体之间，分别由COP和COP膜泡介导蛋白质顺向和逆向转运,不同类型的膜泡运输,KDEL 受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中的作用,不同类型的膜泡运输,细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制： 转运泡将驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 通过识别驻留蛋白C-端的回收信号(lys-asp-glu-leu，KDEL)的特异性受体，以COPI包被膜泡的形式捕获逃逸蛋白。 例: 分子伴侣、SRP受体,四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输,运输途径：质膜内体，高尔基体TGN内体，高尔基体TGN溶酶体、植物液泡。 结构组成：网格蛋白、接头蛋白、受体膜蛋白、发动蛋白 AP一方面将网格蛋白网格包被连接到质膜上；另一方面特异性地促使膜结合蛋白富集到形成包被的膜区。,网格蛋白包被膜泡（clathrin-coated vesicle）,发动蛋白 衔接蛋白,Selective transport by clathrin coated vesicles,五、转运膜泡与靶膜的锚定与融合,膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向。 选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用。,膜泡运输的定向机制,（一）SNAREs 功能：介导运输小泡与靶膜的融合。 类型：v-SNAREs和t-SNAREs。 结构：具有一个螺旋结构域，相互缠绕形成跨SNAREs复合体，将小泡与靶膜拉在一起。,SNAREs in vesicle transport,（二）Rabs,也叫targeting GTPase，属于G蛋白，起分子开关作用。已知30余种，不同膜上具有不同的Rabs。 Rabs促进和调节运输小泡的停泊和融合。,蛋白质分选的两条基本途径： 翻译后转移；共翻译转移 蛋白质分选的运输方式： 1.门控运输；2.跨膜运输；3.膜泡运输；4.细胞质基质中的蛋白质运输。 蛋白质分选的信号机制 信号肽；信号识别颗粒；信号识别颗粒的受体；ER膜上的易位子等。 3种类型的有被小泡： 1. 网格蛋白/接头蛋白小泡 ；2. COPI小泡；3. COPII小泡,本章小结,