第一节细胞内蛋白质的分选

一、信号假说与蛋白质分选信号

信号假说

蛋白质翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系

（5）内质网膜整合蛋白的信号序列

内质网膜整合蛋白的拓扑学类型

2.蛋白质分选信号序列

两类分选信号

二、蛋白质分选的基本途径与类型

三、蛋白质向线粒体和叶绿体的分选

1、蛋白质从细胞质基质输入线粒体

2.蛋白质从细胞质基质向叶绿体的分选

第二节细胞内膜泡运输

一、膜泡运输概述

三种不同类型的包被膜泡

二、COP II包被膜泡的装配及运输

COP Ⅱ 包被膜泡的装配与去装配

Sar1 蛋白在CopⅡ包被膜泡装配与去装配中作用

COP Ⅱ 包被膜泡装配

COPⅡ包被膜泡的去装配

不同类型的膜泡运输

三、COP I 包被膜泡的装配及运输

四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输

网格蛋白及其包被膜泡的形成

胞吞过程中网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配

发动蛋白在网格蛋白包被膜泡形成中的作用

五、转运泡与靶膜的锚定与融合

第一节细胞内蛋白质的分选

蛋白质的靶向转运（protein targeting）或蛋白质分选（protein sorting）.

真核细胞中，除少量蛋白质在线粒体和叶绿体内合成外，绝大多数蛋白质都是有核基因编码，或在游离的核糖体上合成，或在糙面内质网结合的核糖体上合成，然后转运到细胞特定部位，组装成结构体与功能复合体，参与细胞生命活动的过程。

一、信号假说与蛋白质分选信号

信号假说

（1）信号肽（signal prptide）

位于蛋白质的N端，一般由16~26个残基组成；似乎没有严格的专一性。

包括疏水核心区、信号肽的C端和N-端三部分。

原核细胞某些分泌蛋白N端也具有信号序列。

（2）信号识别颗粒（SPR）

由6种不同的蛋白质和一个由300个核苷酸组成的7SRNA组成的一种核糖核蛋白复合体。

通常存在于细胞质基质，既可以于新生肽信号序列和核糖体大亚基结合。又可于内质网膜上SPR受体结合。

（3）SRP 受体（Signal Recognition Particle Receptor）

内质网膜上的整合蛋白，由α和β亚基组成，可特异地与SPR结合。

SPR的p54亚基和SPR受体的α亚基与GTP结合时，会增进SPR/新生肽/核糖复合体与SPR受体结合的强度。

蛋白质翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系

体外非细胞系统（Cell free system）进行蛋白质合成实验，证实分泌性但阿比向rER（microsome，微粒体）腔内的转运是同蛋白质翻译过程耦联进行的，这种分泌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）。

（4）分泌性蛋白的合成与共翻译转运过程

表示信号肽、SRP、SRP受体及移位子之间的相互作用。

步骤1、2：分泌蛋白合成起始，内质网信号序列合成并被游离的SRP识别；
步骤3：SRP与内质网上的SRP受体结合，引导核糖体——新生肽链复合体附着到内质网膜上，SRP/SRP受体的结合被其结合的GTP所强化；
步骤4：新生肽——核糖体与内质网膜的位移子（translocon）结合，随着GTP的水解，信号识别颗粒与响应的受体解离，返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸，通过位移子以袢环的形式进入内质网网腔中；
步骤5：进入内质网腔的新生肽链其信号序列被信号肽酶切割降解；
步骤6：新生肽链继续延伸，直至多肽链合成结束；
步骤7、8：蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，移位子关闭。

（5）内质网膜整合蛋白的信号序列

起始转移序列（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）；

内质网膜整合蛋白的拓扑学类型

整合膜蛋白的合成——单次跨膜

单次跨膜蛋白插入转移机制：新生跨膜蛋白肽链中既有N端信号肽，又有停止转移信号（stop transfer signal）。

整合膜蛋白的合成——多次跨膜

2.蛋白质分选信号序列

导肽（leader peptide）：指导在细胞质基质中合成的蛋白质进入线粒体、叶绿体及过氧化物酶体的信号导肽。

两类分选信号

• 一类为连续的氨基酸序列，一般长15~60个氨基酸残基。完成分选过程后，有些这类信号序列会被特异性酶从成熟蛋白质上切除 。

• 一类为三维结构的信号斑，在蛋白折叠完成后，其表面原子按一定的间结构排布形成。形成信号斑的氨基酸残基可能在线性氨基酸序列上相距很远。信号斑会保留在成熟蛋白质中不被切除。

二、蛋白质分选的基本途径与类型

途径：

翻译后转运途径
共翻译转运途径

类型

蛋白质的跨膜转运（transmembrane transport）
膜泡运输（vesicular transport）
选择性的门控转运（gated transport）
细胞质基质中蛋白质的转运

三、蛋白质向线粒体和叶绿体的分选

转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等中的蛋白需要多个不同靶向序列（targeting sequences）；细胞器蛋白最终是定位在不同膜上还是不同基质空间，除N- 端不同转运肽外，还需要其他空间定位信号序列 。

通过翻译后转运途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白，必须在分子伴侣帮助下解折叠或维持非折叠状态，蛋白质输入这些细胞器通常是需要能量的过程。

1、蛋白质从细胞质基质输入线粒体

蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质；
蛋白质以3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜；
线粒体蛋白通过两种途径从细胞质基质输入到线粒体膜间空间。

2.蛋白质从细胞质基质向叶绿体的分选

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；

叶绿体的结构比线粒体还要复杂，除外膜、内膜、叶绿体基质以外，还有相对独立的类囊体空间，由核基因编码的叶绿体基质蛋白包括所有Calvin循环有关的酶和核酮糖1,5-二磷酸羧基歧化酶( rubisco )的小亚基都是在细胞质基质合成后输入到叶绿体基质的。

这些前体蛋白均具有Ⅳ端基质输入序列( stromal-import sequence )，向叶绿体基质靶向运输过程和线粒体基质蛋白的输入基本相似，前体蛋白以非折叠形式输入，输入过程依赖于基质Hsc70蛋白催化ATP水解提供能量;

与线粒体不同的是，叶绿体不产生跨内膜的电化学梯度，因此ATP水解供能几乎是唯一动力来源。

定位在类囊体膜和类囊体腔的许多蛋白与光合作用相关，其中大多数是在细胞质基质中以前体形式合成的，并含有多个靶向序列。以质体蓝素前体蛋白( plastocyanin precursor )和金属结合前体蛋白( metalbinding precursor)为例。

先定位到叶绿体，再定位到类囊体。

第二节细胞内膜泡运输

一、膜泡运输概述

在rER合成的蛋白质，通过共翻译转运途径进行跨膜运输；
内质网出芽，形成转运泡并与高尔基体融合，形成cis-高尔基体网状结构；
从cis-高尔基膜囊和cis-高尔基体顺面网状结构到rER的逆向运输；
高尔基体膜囊从cis面-trans面成熟递进（非膜泡过程）；
从高尔基体后期膜囊——早期膜囊的逆向运输；
组成型分泌；
调节型分泌；
分选到溶酶体；
胞吞途径；

三种不同类型的包被膜泡

COPⅡ包被膜泡介导从内质网到高尔基体的顺向运输。
COPⅠ介导细胞内膜泡逆向运输，负责从高尔基体反面膜囊到高尔基体顺面膜囊，以及从高尔基体CGN区到内质网的膜泡转运。
网格蛋白/接头蛋白包被膜泡介导几种蛋白质分选途径，包括从高尔基体TGN向胞内体、溶酶体、黑（色）素体、血小板囊泡或植物细胞液泡的运输。
另外，在受体介导的胞吞途径种还负责将物质从细胞表面运输到胞内体转而运送到溶酶体的运输。

二、COP II包被膜泡的装配及运输

COPⅡ包被膜泡介导细胞内顺向运输（anterograde transport），即负责从内质网到高尔基体的物质运输。

COPⅡ包被蛋白组分

–小分子GTP结合蛋白Sar1
–Sec23/Sec24复合物
– Sec13/Sec31 复合物以及大的纤维蛋白Sec16

COP Ⅱ 包被膜泡的装配与去装配

Sar1 蛋白在CopⅡ包被膜泡装配与去装配中作用

COP Ⅱ 包被膜泡装配

COPⅡ包被膜泡的去装配

不同类型的膜泡运输

A.内质网与高尔基体之间，分别由COPⅡ和COPⅠ膜泡介导蛋白质顺向和逆向转运：

步骤1~3表示由COPⅡ包被膜泡介导的顺向运输，内质网出芽，可溶性包被蛋白复合物聚合形成膜泡包被；

v-SNAREs和其他被转运的膜蛋白和可溶性蛋白（与芽泡膜上受体结合），通过与包被蛋白的相互作用被包装在膜泡中，包被复合物的解聚再循环利用，v-SNAREs蛋白在脱包被膜泡表面得以暴露，以利用同靶膜的融合。

步骤4~6表示由COPⅠ包被膜泡介导的反向运输，膜脂双分子层、某些蛋白如v-SNAREs和分选错误的内质网驻留蛋白，从cis-高尔基体网状区转移到内质网。

B.KDEL受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白的作用：

步骤1~2表示内质网腔中高水平存在的蛋白C-端具有KDEL信号，被包装到COPⅡ包被膜泡，并转运到高尔基体；

步骤3~4表示内质网逃逸蛋白通过COPⅠ膜泡介导的反向运输得到回收，注意，COPⅡ、COPⅠ和cis-高尔基体网状区膜上均有识别和结合KDEL信号的受体，信号与受体的亲和力受到PH高低的影响，低PH值促进结合，高PH值促进释放。

C.在供体膜内质网出芽及其转运蛋白质的包装示意图：通过募集小分子GTP结合蛋白，引发供体膜出芽，然后，胞质中的包被蛋白复合物与被转运的膜蛋白胞质结构域结合，其中有些膜蛋白也作为腔内可溶蛋白的受体。

三、COP I 包被膜泡的装配及运输

COPⅠ包被膜泡介导细胞内膜泡逆向运输（retrograde transport），负责从高尔基体反面膜囊到高尔基体顺面膜囊以及从高尔基体顺面网状区到内质网的膜泡转运。

含有七种不同的蛋白质亚基和一种调节膜泡转运的GTP结合蛋白ARF（ADP Ribosylation Factor 1）;

ARF 也是一种结合GDP/GTP转换分子开关调控蛋白

四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输

网格蛋白/接头蛋白包被膜泡介导的蛋白质分选途径

从高尔基体TGN向胞内体或向溶酶体、黑（色）素体、血小板囊泡和液泡的运输；
受体介导的胞吞途径中负责将物质从细胞表面运往胞内体转而到溶酶体的运输；

网格蛋白及其包被膜泡的形成

胞吞过程中网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配

发动蛋白在网格蛋白包被膜泡形成中的作用

五、转运泡与靶膜的锚定与融合

1. Rab蛋白参与转运膜泡与靶膜的识别与锚定

Rab 蛋白参与膜泡的锚定

Rab蛋白在膜泡运输中的作用

2. SNARE配对是介导转运膜泡与靶膜融合的主要机制

供体膜和靶膜之间膜泡的锚定与融合模式

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