第七章第五节细胞内蛋白的第七章第五节细胞内蛋白的分选与细胞结构体系的装配分选与细胞结构体系的装配蛋白的分选机制蛋白的分选机制（重点）（重点）蛋白的分选途径蛋白的分选途径（重点）（重点）细胞结构体系的装配细胞结构体系的装配本节重点本节重点分泌蛋白的信号假说（组成成分，转运过程）分泌蛋白的信号假说（组成成分，转运过程）三种转运膜泡（发源地、功能）三种转运膜泡（发源地、功能）蛋白的分选途径蛋白的分选途径分子伴侣的概念及作用分子伴侣的概念及作用一、蛋白的分选一、蛋白的分选分泌蛋白的信号假说分泌蛋白的信号假说 细胞中蛋白质细胞中蛋白质的合成的合成都起始于都起始于细胞质基质中细胞质基质中“游游离离”的的核糖体核糖体，一些蛋白起始合成不久便转移到内质一些蛋白起始合成不久便转移到内质网上继续合成网上继续合成，另一些则停留在胞质核糖体上，另一些则停留在胞质核糖体上合成合成。决定转移的因素是什么？决定转移的因素是什么？年，依据实验提出了年，依据实验提出了分泌蛋分泌蛋白白的的信号假说理论信号假说理论：分泌蛋白的：分泌蛋白的N端序列是信号序列端序列是信号序列（肽），指导分泌蛋白到（肽），指导分泌蛋白到内质网上合成，在蛋白合成内质网上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。结束之前信号肽被切除。蛋白合成途径.信号假说的组成成分信号假说的组成成分信号肽信号肽（）；位于（）；位于分泌蛋白分泌蛋白N端，由个氨基酸组成，分为端，由个氨基酸组成，分为N端、疏水核心区及端。端、疏水核心区及端。信号识别颗粒信号识别颗粒（）：能识别信号肽的蛋白，（）：能识别信号肽的蛋白，由条多肽和一个组成的复合物。由条多肽和一个组成的复合物。信号识别蛋白受体信号识别蛋白受体（SRP受体受体或停泊蛋白或停泊蛋白DP）：）： 为为SRP受体，位于受体，位于内质网膜上。内质网膜上。信号肽的结构信号肽的一级序列信号肽一级序列信号肽一级序列由由疏水核心（疏水核心（h）、）、C端（端（c）和）和N端（端（n）三个区域构成。三个区域构成。以血清白蛋白和以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，显示出两者的信号肽为例，显示出两者的n区长度明显不同区长度明显不同.转移过程多肽链多肽链开始在游离核糖体上开始在游离核糖体上合成合成，信号密码子，信号密码子转译信号肽转译信号肽（约有（约有15-30个氨基酸（个氨基酸（16-26）) )；信号识别蛋白信号识别蛋白（signal recognition protein ，SRP）识别识别正在合成信号正在合成信号肽的核糖体，并与之结合，多肽链合成暂停；肽的核糖体，并与之结合，多肽链合成暂停；SRP 与与ER膜上的膜上的SRP受体（又称停泊蛋白）结合受体（又称停泊蛋白）结合，多肽链合成继续。，多肽链合成继续。 SRP脱离释放返回基质重复利用。脱离释放返回基质重复利用。(此步消耗）此步消耗）信号肽与信号肽与ER膜上的易位子作用膜上的易位子作用并使并使ER形成通道，合成的形成通道，合成的多肽链多肽链通过通通过通道道进入内质网池进入内质网池。（上的蛋白复合体，直径。（上的蛋白复合体，直径.，中心为，中心为的通道，主要成分是蛋白）的通道，主要成分是蛋白）信号肽信号肽被位于被位于ER膜内表面的信号肽酶（膜内表面的信号肽酶（Signal peptidase）切掉切掉。多肽链继续伸长，直至合成完毕。多肽链继续伸长，直至合成完毕。在一种分离因子作用下，通道封闭在一种分离因子作用下，通道封闭蛋白转入内质网合成示意图多肽链多肽链开始在游离核糖体上开始在游离核糖体上合成合成，信号密码子，信号密码子转译信号肽转译信号肽信号识别蛋白识别信号识别蛋白识别并结合正在合成信号肽的核糖体，多肽链合成暂停；并结合正在合成信号肽的核糖体，多肽链合成暂停；SRP 与与ER膜上的膜上的SRP受体受体（又称停泊蛋白）（又称停泊蛋白）结合结合，多肽链合成继续。，多肽链合成继续。与与ER膜上的易位子作用膜上的易位子作用并使并使ER形成通道，合成的形成通道，合成的多肽链进入内质网池多肽链进入内质网池。信号肽信号肽被位于被位于ER膜内表面的信号肽酶（膜内表面的信号肽酶（Signal peptidase）切掉切掉。.共转移与后转移共转移共转移：肽链边合成边转移的方式：肽链边合成边转移的方式由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（开始转移序列（start transfersequence）；）；起始转移序列起始转移序列信号肽信号肽停止转移系列停止转移系列与膜紧密结合不转移至与膜紧密结合不转移至ER腔的序腔的序列列起始转移序列和停止转移系列决定蛋白的跨膜情况起始转移序列和停止转移系列决定蛋白的跨膜情况后转移后转移：蛋白合成完成后再转移的方式如线粒体蛋白：蛋白合成完成后再转移的方式如线粒体蛋白其指导转移的序列称导肽其指导转移的序列称导肽转移序列与蛋白的跨膜结构转移序列与蛋白的跨膜结构.几种典型的蛋白分选信号信号功能信号功能信号序列信号序列蛋白进入蛋白进入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滞留在滞留在ER中中Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体蛋白进入线粒体H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-进入细胞核进入细胞核Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val进入过氧化物酶体进入过氧化物酶体Ser-Lys-Leu-一、蛋白的分选（总结）细胞内合成的细胞内合成的蛋白质蛋白质等物质之所以能够等物质之所以能够定向的转运定向的转运到到特定的细胞器特定的细胞器取决于两个方面取决于两个方面： 其一是其一是蛋白质中包含特殊的信号序列蛋白质中包含特殊的信号序列（signal sequence）。）。 其二是其二是细胞器上具特定的信号识别装置细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，（分选受体，sorting）一、蛋白的分选蛋白的信号：蛋白的信号：信号序列（信号序列（signal sequence）：存在于）：存在于蛋白质一级结构蛋白质一级结构上的线性序列，通常上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，每一种信号序个氨基酸残基，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。列决定特殊的蛋白质转运方向。信号斑（信号斑（signal patch）：）：存在于存在于完成折叠的蛋白质完成折叠的蛋白质中，中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构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。成蛋白质分选的信号。一、蛋白的分选二、蛋白的分选途径跨膜转运跨膜转运：基质中合成的蛋白转运至线粒体等细胞器基质中合成的蛋白转运至线粒体等细胞器门控转运门控转运：蛋白的核输入和核输出（核质运输）蛋白的核输入和核输出（核质运输）膜泡运输膜泡运输：转运小泡进行，介导蛋白从内质网转运小泡进行，介导蛋白从内质网高尔基体高尔基体细胞各部位。细胞各部位。.膜泡运输膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。输及其复杂的调控过程。三种三种不同类型的不同类型的包被小泡包被小泡具有不同的物质运输作用具有不同的物质运输作用 网格蛋白包被小泡网格蛋白包被小泡 、 COPII包被小泡包被小泡 、COPI包被小泡包被小泡 在细胞合成与分泌途径中不在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式泡运输方式: 1. 笼形蛋白包被小泡介导从笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体高尔基体TGN向质膜和胞向质膜和胞内体及溶酶体的运输；内体及溶酶体的运输； 2. COPII包被小泡介导从内包被小泡介导从内质网至高尔基体的运输；质网至高尔基体的运输； 3. COPI包被小泡负责将蛋包被小泡负责将蛋白从高尔基体白从高尔基体 运回运回 内质网。内质网。、网格蛋白包被小泡网格蛋白包被小泡负责将蛋白质从高尔基体负责将蛋白质从高尔基体TGN 质膜、胞内质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡体、溶酶体或植物液泡在受体介导的胞吞途径中，将物质从质膜在受体介导的胞吞途径中，将物质从质膜内吞泡内吞泡(细胞质细胞质) 胞内体胞内体 溶酶体溶酶体高尔基体高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的是网格蛋白包被小泡形成的发源地发源地 网格蛋白网格蛋白有被小泡形成示意图、 COPII包被小泡包被小泡负责从内质网负责从内质网 高尔基体的物质运输；高尔基体的物质运输；COPII包被蛋白由包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配受、蛋白调控；装配受、蛋白调控； COPII包被小泡由包被小泡由ER出芽出芽形成。形成。 COPII包被小泡形成示意图、 COPI包被小泡负责回收、转运负责回收、转运内质网逃逸蛋白内质网逃逸蛋白(escaped proteins）返回返回 ER，两种机制：，两种机制：转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 通过识别驻留蛋白通过识别驻留蛋白C-端的回收信号端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL) 的特异性受体，以的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。 COPI-包被小泡除行使包被小泡除行使GolgiER逆行转运外，也可逆行转运外，也可行使行使顺行转运功能顺行转运功能, 从从ERER-GolgiICGolgi。 COPI包被含有包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于依赖于ARF(GTP-binding protein)；内质网驻留蛋白的回收图解.出芽部位及转运的特异性出芽部位及转运的特异性出芽部位出芽部位：蛋白信号序列与受体结合所处的膜部位。：蛋白信号序列与受体结合所处的膜部位。转运的特异性转运的特异性：由转运小泡和靶膜上的：由转运小泡和靶膜上的膜蛋白膜蛋白决定。决定。最早在神经细胞中发现：最早在神经细胞中发现： 神经突触膜上具神经突触膜上具syntaxin（突触融合蛋白）（突触融合蛋白）转运小泡膜上：具转运小泡膜上：具VAMPvesicle-associated membrane protein)蛋白蛋白转运小泡膜上：具转运小泡膜上：具VAMP类似蛋白类似蛋白靶膜上：具靶膜上：具syntaxin类似蛋白类似蛋白二者特异的相互作用以保证转运的特异性。二者特异的相互作用以保证转运的特异性。.出芽部位及转运的特异性SNAREs： soluble NSF attachment protein receptor，其作用是介导运输小泡与靶膜的融合。，其作用是介导运输小泡与靶膜的融合。 动物细胞中已发现动物细胞中已发现20多种多种SNAREs。 v-和和t-SNAREs都具有一个螺旋结构域都具有一个螺旋结构域，能相互缠，能相互缠绕形成跨绕形成跨SNAREs复合体，将运输小泡的膜与靶膜复合体，将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。.出芽部位及转运的特异性v三、细胞结构体系的装配三、细胞结构体系的装配细胞提供装配的环境细胞提供装配的环境装配方式装配方式装配意义装配意义.装配方式装配方式自我装配：自我装配：信息存在与装配亚基中信息存在与装配亚基中协助装配协助装配：装配需要细胞中其他成分的帮助：装配需要细胞中其他成分的帮助直接装配：直接装配：把单位装配到已形成的结构上把单位装配到已形成的结构上装配方式示意图.装配辅助因子分子伴侣分子伴侣 （molecular chaperones）：）：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子因此称为分子“伴侣伴侣”。 分子伴侣在装配中的协助作用.装配的意义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减少所需的遗传物质信息量减少所需的遗传物质信息量 通过装配与去装配更容易调节与控制通过装配与去装配更容易调节与控制 多种生物学过程多种生物学过程 第六周预习提纲1、线粒体的结构可以分为哪几个部分？各有什么特点？如何区别其各个区域？2、线粒体内膜上有哪些酶类？他们的排列顺序是怎样的？起什么作用？3、基粒的结构有哪几部分组成？各部分由那些组分组成，起什么作用？4、什么是氧化磷酸化？其机制有哪些？如何理解化学渗透假说？5、线粒体的蛋白质是在哪里合成的？如何运送组装到合适的部位？在蛋白转运中参与的组分有哪些，各起什么作用？6、如何理解线粒体是一种半自主性细胞器？7、你认为线粒体是如何起源的？