第八章 蛋白质分选与 膜泡运输

第一节 细胞内蛋白质的分选 细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面： 其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signal sequence）。 其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sorting receptor）。

Blobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。 一 、信号假说与蛋白质分选信号 Blobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。 Günter Blobel Blobel with members of his laboratory

（一）、蛋白质分选信号 ①信号序列（signal sequence）：引导蛋白质定向转移的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，对所引导的蛋白质没有特异性要求。 ②信号斑（signal patch）：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，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。

信号肽与信号斑 非折叠蛋白 折叠蛋白 信号肽 信号斑 构成信号斑的细胞区域

（二）、粗面内质网与分泌蛋白质的合成 信号肽的合成 主要过程 信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成 核糖体与内质网膜结合 多肽链进入内质网腔

信号肽：位于N端，约16-30个氨基酸，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，又称开始转移序列。 蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分： 信号肽：位于N端，约16-30个氨基酸，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，又称开始转移序列。 信号识别颗粒（SRP）：6种多肽和1个7S RNA组成，属核糖核蛋白。与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 8

一些信号肽识别序列

SRP受体，ER膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合。 停止转移序列，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。 转位因子：由3-4个Sec61蛋白复合体构成。 信号肽酶：可以切除信号肽。

SRP与核糖体的结合 SRP 核糖体 结合蛋白 SRP与信号肽的结合使翻译暂停 SRP-核糖体复合 体与内质网膜上 的SRP受体结合 新生肽链 上的信号肽 SRP释放并再循环 继续翻译并 开始穿过内 质网膜 细胞质 内质网腔 核糖体 结合蛋白 蛋白 转运器 粗面内质网膜上 的SRP受体蛋白

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与受体结合→SRP脱离→肽链进入内质网→信号肽切除→肽链延伸至终止(停止转移序列作用下) →肽链延伸终止→翻译体系解散→转位因子关闭 。

二、蛋白质分选的基本途径和类型 真核细胞蛋白质分选的主要途径和类型

二、蛋白质分选的基本途径和类型（机制） 1、选择性运输（门控运输）：如通过核孔复合体的运输。 2、跨膜运输：蛋白质通过跨膜通道进入目的细胞器。 3、膜泡运输：蛋白质在内质网或高尔基体中被包装成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。 4、细胞质基质的蛋白质转运：

线粒体含1000多种蛋白，绝大多数由核基因编码，在细胞质中合成，定向转运至线粒体。 三 线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运 （一）、线粒体蛋白质的转运 线粒体含1000多种蛋白，绝大多数由核基因编码，在细胞质中合成，定向转运至线粒体。 前体蛋白在运输前，以未折叠形式存在，N端的一段信号序列称为导肽或引肽，完成转运后被酶切除，成为成熟蛋白，这种现象称后转译。

蛋白质的转运涉及转位因子。 TOM复合体：通过外膜，进入膜间隙。 TIM复合体：进入基质(TIM23)或内膜(TIM22)。 线粒体内外膜之间存在接触点，蛋白通过此处的TOM和TIM复合体，一步进入基质。

内含信号肽蛋白前体 带有导肽的蛋白质前体

(1)、蛋白质输入到线粒体基质

蛋白质的输入是一个耗能过程： 在线粒体外解除与前体蛋白质结合的分子伴侣，需要通过水解ATP获得能量。 在通过TIM复合体时利用质子动力势作为动力。 前体蛋白进入线粒体基质后，线粒体hsc70依次结合在蛋白质线性分子上，将蛋白质“铰进”基质，需要消耗ATP，然后hsc70将蛋白质交给hsp60，完成折叠。

(2)、蛋白质输入到线粒体内膜（3种途径）

(2)、蛋白质输入到线粒体内膜

(3)、蛋白质输入到线粒体膜间隙（2种途径）

（二）、叶绿体的蛋白质转运 叶绿体蛋白转运与线粒体的相似，都发生后转译； 每一种膜上有特定的转位因子； 内外膜具有接触点； 需要能量，利用ATP和质子动力势； 前体蛋白N端有信号序列，使用后被信号肽酶切除。

叶绿体蛋白跨膜转运的机制 胞质 基质

SRP依赖途径； PH依赖途径；

第二节 胞内膜泡运输 衣被小泡在细胞内沿微管或微丝运输。 与膜泡运输有关的马达蛋白有3类，在这些马达蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。 动力蛋白（dynein），趋向微管负端； 驱动蛋白（kinesin），趋向微管正端； 肌球蛋白（myosin），趋向微丝的正极。

一、衣被类型 已知三类： 主要作用： COPII COPI 网格蛋白/接头蛋白（clathrin） 选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡； 如同模具一样决定运输小泡的外部特征。

三种衣被小泡的功能 衣被类型 GTP酶 组成与衔接蛋白 运输方向 clathrin ARF Clathrin重链与轻链，AP2 质膜→内体 高尔基体→内体 Clathrin重链与轻链，AP3 高尔基体→溶酶体，植物液泡 COP I COPαββ’γδεζ 高尔基体→内质网 COP II Sar 1 Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16 内质网→高尔基体

二、COPⅡ衣被小泡 内质网到高尔基体的物质运输。形成于内质网出口位点，该处无核糖体。 主要亚基：Sar1GTP、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31。 多数跨膜蛋白直接与COP II结合，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COP II结合。 分选信号：位于跨膜蛋白胞质面，包含双酸性基序[DE]X[DE] ，如Asp-X-Glu。

COP II Vesicles

COPII Coated vesicle

三、COP I衣被小泡 功能：回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网；也可介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。 组成：由7种蛋白组成。 回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。

COP I Vesicles

Cop I and II Vesicles

Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）

四、网格蛋白衣被小泡 运输途径：质膜→内体；高尔基体→内体；高尔基体→溶酶体、植物液泡。 衣被结构：3重链、3轻链，形如三腿triskelion结构。 clathrin的曲臂交织在一起，形成5边形网孔的笼子。 衔接蛋白：连接衣被与受体。

Deep-etch view of a typical clathrin lattice

Selective transport by clathrin coated vesicles

当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近（小于1 当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），导致膜融合，pinch off衣被小泡。

（一）Rabs 五、膜泡运输的定向机制 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。 Rabs还有许多效应因子，帮助运输小泡聚集和靠近靶膜，触发SNAREs抑制因子。

Rabs in docking

五、膜泡运输的定向机制 （二）SNAREs 功能：介导运输小泡与靶膜的融合。 类型：v-SNAREs和t-SNAREs。

SNAREs

SNAREs in vesicle transport V-SNARE SNAP25 Syntaxin N-乙基马来酰亚酰 亚胺敏感因子

神经细胞中，SNAREs负责突触小泡的停泊和融合。破伤风毒素和肉毒素能选择性地降解SNAREs，阻断神经传导。

HIV fusion protein CD4结合 趋化因子受体结合 膜插入 融合

六、蛋白质结构体系装配 1、自我装配 ：其信息存在于装配亚基自身。

2、辅助组装：在装配过程中，除需要形成最终结构的亚基外，还需要其他成分的介入 。 3、直接装配：指某种亚基直接装配到已形成的结构上，如细胞膜成分的装配。 4、细胞结构及细胞体系之间的装配 ：