第八章 蛋白质的分选与膜泡运输

第八章 蛋白质的分选与膜泡运输 第一节 细胞内蛋白质的分选 一、信号假说 与蛋白分选信号 二、蛋白质分选转运的基本途径与类型 第八章 蛋白质的分选与膜泡运输 第一节 细胞内蛋白质的分选 一、信号假说 与蛋白分选信号 二、蛋白质分选转运的基本途径与类型 三、蛋白质向线粒、叶绿体和过氧化物酶体的分选

第二节 细胞内膜泡运输

细胞结构体系的组装

分选途径多样化  依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。  还存在不依赖于M6P的分选途径（如水溶性蛋白穿孔素和粒酶）

信号假说(Signal hypothesis) G．Blobel et al：Signal hypothesis,1975 信号肽（Signal peptide）与共转移（Cotranslocation） 导肽（Leader peptide）与后转移（Post translocation）

信号假说 信号假说内容 指导因子： 蛋白质N-端的信号肽（signal peptide） 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP） 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白docking protein，DP） 即SRP在内质网膜上的受体蛋白, 能与结合有信号序列的SRP牢牢地结合,使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。

在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系 实验 组别 含有编码信号 SRP DP 微粒体序列的mRNA 结 果   1 + - - - 产生含信号肽的完整多肽 2 + + - - 合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸 3 + + + - 4 + + + + 信号肽切除，多肽链进入微粒体中 * “+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。

信号肽与共转移 信号肽（Signal peptides）与 信号斑（Signal patches） 起始转移序列和终止转移序列 ： 起始转移序列和终止转移序列 ： 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数

导肽与后转移 基本的特征： 蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移（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（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。

信号斑(signal patch) 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。

信号斑

基本途径 后翻译转运途径 共翻译转运途径

类型 蛋白质跨膜转运 膜泡运输 选择性门控转运 细胞质基质中蛋白质的转运

（一）蛋白质从细胞质输入到线粒体

（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入

（三）过氧化物酶体蛋白的分选

膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存于真核细胞中。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输及其复杂的调控过程。 三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控

三种不同类型的包被膜泡 具有不同的物质运输作用  COPII包被膜泡 COPI包被膜泡 网格蛋白/接头蛋白包被膜泡

网格蛋白包被小泡 负责蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞 内体或溶酶体和植物液泡运输 在受体介导的细胞内吞途径也负责将物 质从质膜内吞泡(细胞质)  胞内体溶酶体运输 高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地

COPII包被小泡 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； 包被蛋白的装配是受控的； 性并使之浓缩。

COPI包被膜泡  COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配 与去装配依赖于ARF(GTP-binding protein)； 负责回收、转运内质网逃逸蛋白 ER。 细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制： 转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 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-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。

膜泡运输是特异性过程，涉及多种 蛋白识别、组装-去组装的复杂调控 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（如神经细胞质膜的syntaxin特异结合突触小泡膜上的VAMP) 内质网：“开放的监狱” 高尔基体：“运输枢纽”

六、细胞结构体系的组装 生物大分子的组装方式： 有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的 介入或对装配亚基的修饰 自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供 的装配环境 装配具有重要的生物学意义： 分子“伴侣”（molecular chaperones）

生物大分子的组装方式 自我装配（self-assembly） 协助装配（aided-assembly） 直接装配（direct-assembly） 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 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 通过装配与去装配更容易调节与控制 多种生物学过程

分子“伴侣”（molecular chaperones） 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，因此称为分子“伴侣”。

新信号假说的基本内容 核糖体同内质网的结合受制于mRNA中特定的密码序列(信号肽)，具有这种密码序列的新生肽才能连同核糖体一起附着到内质网膜的特定部位。 核糖体同内质网的结合是功能性结合，具有功能性和暂时性，并受时间和空间的限制。 信号序列的两个基本作用是:①通过与SRP的识别和结合, 引导核糖体与内质网结合; ②通过信号序列的疏水性,引导新生肽跨膜转运。

信号肽的一级结构序列 信号肽的一级序列 信号肽一级序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三个区域构成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，显示出两者的n区长度明显不同

SRP:是一种核糖核酸蛋白复合体,由6条多肽和一个7S的RNA组成,作用是识别信号序列,并将核糖体引导到内质网上。

1. 笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞内体及溶酶体的运输； 2. COPII包被小泡介导从内质网高尔基体的运输； 在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: 1. 笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞内体及溶酶体的运输； 2. COPII包被小泡介导从内质网高尔基体的运输； 3. COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体  内质网。 在从内质网高尔基体和/或从高尔基体的cis面trans面的物质转运中也可能涉及到COPI包被小泡 (物质沿内吞途径的转运未表示在图中)。

在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图

COPII包被膜泡的装配：Sar-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白

图8-3

信号序列的类型 根据信号序列运输方向的不同分为三种类型，即入核信号、引导肽和信号肽。 入核信号指导核蛋白的运输， 引导肽指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白的运输， 信号肽则指导内膜系统的蛋白质运输。

内质网滞留信号(ER retention signal) 内质网的结构和功能蛋白的羧基端的一个四肽序列:Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即KDEL信号序列是内质网的滞留信号。 KDEL信号在高尔基复合体各个部分的膜上都有相应的受体。如果ER滞留蛋白质在出芽时被错误地包进分泌泡而离开了ER, 高尔基复合体膜上的这种信号受体蛋白就会与逃出的ER蛋白结合,并形成小泡, 将这些ER蛋白"押送"回到ER(图9-30)。内质网腔蛋白的羧基端都有KDEL信号序列,是ER滞留信号。KDEL受体主要位于高尔基体的顺面膜囊和ER到高尔基体顺面运输小泡上。主要作用是识别KDEL信号并与之结合,然后将结合的ER蛋白运回ER。

图9-30 KDEL信号及其受体维持ER蛋白的稳定