第八章-蛋白质分选与膜泡运输.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。,Blobel,with members of his laboratory,Gnter,Blobel,一、信号假说与蛋白质分选信号,（一）、蛋白质分选信号,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。,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。,信号识别颗粒,(SRP),和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（停泊蛋白,DP,）等因子协助完成这一过程,。,信号肽与信号斑,非折叠蛋白,折叠蛋白,构成信号斑的细胞区域,信号肽,信号斑,（二）、粗面内质网与分泌蛋白质的合成,信号肽的合成,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,主要过程,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。,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。,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,+-,产生含信号肽的完整多肽,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。,SRP,与核糖体的结合,新生肽链,上的信号肽,SRP,SRP-,核糖体复合,体与内质网膜上,的,SRP,受体结合,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,SRP,与信号肽的结合使翻译暂停,细胞质,内质网腔,继续翻译并,开始穿过内,质网膜,SRP,释放并再循环,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,。,14,二、蛋白质分选的基本途径与类型,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,分选途径,16,翻译后转运途径,线粒体、叶绿体、过氧化酶体等,共翻译转运途径,游离核糖体中合成后，信号肽引导至粗面内质网，经高尔基体加工包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外,蛋白质跨膜转运,膜泡运输,选择性门控转运,细胞质中蛋白质的转运,17,分选机制,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：与细胞骨架系统密切相关。,mRNA,新生,蛋白质,内质网定向序列,8,内质网,9,10,11,12,高尔基体,细胞核,过氧化物酶体,线粒体,成熟的胞质蛋白质,1,2,3,4,5,叶绿体,6,质膜,溶酶体,细胞表面,(,分泌,),分泌途径,7,（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,。,三 线粒体与叶绿体的蛋白质定向转运,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。,(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。,SRP,依赖途径；,PH,依赖途径；,第二节 胞内膜泡运输,方向,：,RER CGN TGN,转运小泡,转运过程特点,：加工、修饰和组装；膜泡定性运输和调控,类型,：,3,种,31,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。,34,COP,衣被小泡,介导从内质网到高尔基体的物质运输。,COP I,衣被小泡,负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。,网格蛋白衣被小泡,介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。,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,Clathrin,重链与轻链，,AP1,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,ARF,COP,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、,COP,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,DEXDE,，如,Asp-X-Glu,。,COP II Vesicles,COPII,衣被小泡的组装,COPII Coated vesicle,三、,COP I,衣被小泡,功能：回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网；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,1.5nm,），导致膜融合，,pinch off,衣被小泡。,（一）,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。,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。,五、膜泡运输的定向机制,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,。,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,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。,病毒融合蛋白的工作原理与,SNAREs,相似，介导病毒与宿主质膜的融合。,HIV fusion protein,趋化因子受体结合,CD4,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,：,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,