蛋白质的转运加工.pptx

第三章第三章 蛋白质转运、加工与修饰蛋白质转运、加工与修饰第一节第一节 蛋白质转运蛋白质转运第二节第二节 蛋白质加工与修饰蛋白质加工与修饰蛋白质的转运加工第1页第一节第一节 蛋白质转运蛋白质转运q哺乳动物细胞大约含有 10,000 种蛋白质，酵母约含 5,000 种q除了少许蛋白质由线粒体和叶绿体 DNA 编码外，其余蛋白质都是由细胞核 DNA 编码，在细胞质（cytosol）游离核糖体（free ribosomes）上合成q细胞发挥正常功效，每一个蛋白质都要在膜（细胞膜，细胞器膜）或水相腔室（细胞质，细胞器基质或内膜腔）中正确定位 如受体蛋白、离子通道蛋白和转运蛋白需要镶嵌在质膜内；DNA、RNA 聚合酶需运输到细胞核（nucleus）；蛋白酶（proteolytic enzymes）和过氧化氢酶（catalase）应分别转运至溶酶体（lysosome）和过氧化物酶体（peroxisome）；其它如细胞外间质（ECM）和激素则需要分泌到细胞外蛋白质的转运加工第2页蛋白质转运蛋白质转运一、信号序列（斑块）、跨膜疏水区和分拣信号一、信号序列（斑块）、跨膜疏水区和分拣信号二、伴侣蛋白（二、伴侣蛋白（chaperone）三、翻译同时转运和翻译后转运三、翻译同时转运和翻译后转运四、小泡运输机制四、小泡运输机制五、受体介导胞吞作用和内化蛋白质分拣五、受体介导胞吞作用和内化蛋白质分拣六、高尔基复合体内蛋白质分拣六、高尔基复合体内蛋白质分拣蛋白质的转运加工第3页一、信号序列（斑块）、跨膜疏水区和分拣信号一、信号序列（斑块）、跨膜疏水区和分拣信号1.信号序列（斑块）信号序列（斑块）2.跨膜疏水区跨膜疏水区3.分拣信号分拣信号 蛋白质的转运加工第4页内质网（endoplasmic reticulum,ER）信号序列：存在于全部进入分泌路径蛋白质前体中。普通位于肽链 N-terminus，引导新生肽链从细胞质进入内质网基质（matrix）信号序列：引导新合成蛋白质经过跨膜转运从细胞质进入细胞器基质内膜腔（intermembrane space）信号序列：新合成蛋白质进入基质后，基质信号序列被切除，然后由内膜腔信号序列引导蛋白质进入内膜腔（即内、外膜间隙）信号斑块：蛋白质分子中因为肽链折叠而使互不连续肽段相互靠拢而组成局部立体结构，其功效与信号序列相同 1.信号序列（斑块）（信号序列（斑块）（signal sequece/patch）蛋白质的转运加工第5页信 号 斑 块蛋白质的转运加工第6页信号-锚定序列（signal-anchor sequence）：引导新生肽链从细胞质进入内质网并锚定在内质网膜中转运停顿-锚定序列（stop transfer-anchor sequence）：停顿新生肽链转运并锚定在内质网膜中信号-转运停顿-锚定序列（signal-stop transferanchor sequence）：兼有上述二者功效2.跨膜疏水区跨膜疏水区蛋白质的转运加工第7页3.分拣信号（分拣信号（sorting signal）存在于已合成蛋白质中，能为特异受体所识别，从而引导蛋白质抵达适当地点。如溶酶体分拣信号 M6P、内质网分拣信号 KDEL 等 蛋白质的转运加工第8页几个信号序列及分拣信号 内质网信号序列内质网信号序列线粒体蛋白线粒体蛋白 信号序列信号序列 内质网蛋白内质网蛋白 分拣信号分拣信号核定位序列核定位序列过氧化体过氧化体分拣信号分拣信号蛋白质的转运加工第9页各种蛋白质含有一个或各种信号序列或跨膜疏水区，从而决定了它们在细胞内准确定位蛋白质的转运加工第10页二、伴侣蛋白（二、伴侣蛋白（chaperone）v细胞内 95%以上蛋白质处于天然构象状态，所以蛋白质折叠效率是很高v有些蛋白质因为本身内部发生相互作用而进行自我组装（self assembly），但更多蛋白质折叠需要伴侣蛋白参加v伴侣蛋白存在于全部生物细胞全部腔室中，与靶蛋白活性表面结合，阻止这些表面与蛋白质其它部分发生作用，从而预防蛋白质形成错误构象v伴侣蛋白有 ATP 酶（ATPase）活性，它们结合并稳定靶蛋白过程需要 ATP 水解蛋白质的转运加工第11页伴侣蛋白功效伴侣蛋白功效与合成中肽链结合，介导各功效域乃至整个蛋白质分子正确折叠与胞液中合成线粒体及叶绿体蛋白质结合，使肽链保持伸展状态而被跨膜转运应激状态下，与非天然构象蛋白质结合，稳定其结构，预防蛋白质变性后内部疏水基团暴露而发生不可逆凝集 另外，伴侣蛋白还介导新复制 DNA 和组蛋白装配成染色质，蛋白质降解，类固醇激素信号传递中类固醇受体变构，一些酪氨酸蛋白激酶活化等各种生理生化过程蛋白质的转运加工第12页伴侣蛋白可分为两类伴侣蛋白可分为两类1.molecular chaperone：与未折叠或部分折叠蛋白质结合，预防蛋白质降解2.chaperanin：多个分子伴侣蛋白形成复合体，能直接推进蛋白质折叠蛋白质的转运加工第13页1.molecular chaperoneHsp70 家族分子伴侣普遍存在于细菌及真核生物细胞质、内质网、叶绿体及线粒体中，包含 Hsp70（细胞质、线粒体基质），Bip（内质网），DnaK（细菌）Hsp70 作用机制：Hsp70 与 ATP 结合后，呈开放形式，其疏水“口袋”暴露出来，与靶蛋白疏水区结合。然后 ATP 水解，Hsp70 变成关闭形式，释放蛋白质蛋白质的转运加工第14页Hsp70介导蛋白质折叠Hsp70ATPase结构域Hsp70肽链结合结构域蛋白质的转运加工第15页2.chaperoninv少数蛋白质（如细胞骨架中肌动蛋白、微管蛋白）正确折叠需要 chaperonin 辅助v真核 chaperonin:TCiP，大、桶形多聚体复合物，由 8 个 Hsp60 亚基组成v细菌 chaperonin：GroEL（相当于 Hsp60），14 个相同亚基组成，形成两个七聚体环。每个亚基结合一个 ATP。两个环上下堆叠在一起，中间形成一个通道。GroES 是 一个七聚体复合物，与 GroEL 结合，帮助 GroEL 完成蛋白质折叠，所以称为 co-chaperonin蛋白质的转运加工第16页上面观侧面观GroEL两个环GroEL 与 GroES蛋白质的转运加工第17页GroEL 作用模式作用模式蛋白质进入通道GroES 结合使通道扩大近侧环内 ATP 水解，蛋白质折叠远侧环内 ATP 水解，蛋白质和 GroES 从 GroE L释放蛋白质的转运加工第18页伴伴 侣侣 蛋蛋 白白Media Connections蛋白质的转运加工第19页三、翻译同时转运和翻译后转运三、翻译同时转运和翻译后转运真核生物细胞中全部蛋白质起使合成都是在游离核糖体1.翻译同时转运（翻译同时转运（co-translational translocation）2.翻译后转运（翻译后转运（post-translational translocation）蛋白质的转运加工第20页高尔基体 粗面内质网游离核糖体细胞质细胞核线粒体过氧化体分泌路径（翻译同时转运）（翻译后转运）小泡介导小泡介导溶酶体叶绿体经过核孔跨膜转运蛋白质的转运加工第21页蛋白质的转运加工第22页蛋白质转运方式跨膜转运跨膜转运经过核孔经过核孔小泡运输小泡运输蛋白质的转运加工第23页1.翻译同时转运（翻译同时转运（co-translational translocation）翻译同时转运：蛋白质首先在游离核糖体中合成 N-terminus 信号序列（即内质网信号序列），然后信号序列介导核糖体与内质网膜结合，使新生肽链边合成边进入内质网腔（ER lumen）或插入内质网膜进入内质网腔或膜蛋白质除了一部分留在内质网外，其它形成转运小泡（transport visicle）被运输到各个细胞器或分泌到细胞外（分泌路径）蛋白质的转运加工第24页分泌路径（secretory pathway）是指经过翻译同时转运、小泡介导方式把蛋白质分泌到细胞外蛋白质的转运加工第25页蛋白质分泌有两种形式：一是组成型分泌（constitutive secretion），即蛋白质持续地进行分泌。这些蛋白质在外侧高尔基体网（trans-Golgi network）进行分拣，然后由转运小泡运输到质膜并与质膜融合，最终经过外吐作用（exocytosis）释放到细胞外 二是调控型分泌（regulated secretion），蛋白质在外侧高尔基体网络分拣后形成份泌小泡（secretory vesicles），然后储存在细胞内，有神经或激素刺激时从细胞内释放出来蛋白质的转运加工第26页 调控型分泌调控型分泌组成型分泌组成型分泌分拣到溶酶体分拣到溶酶体逆向转运逆向转运蛋 白 质 分 泌 途 径逆向转运逆向转运蛋白质的转运加工第27页新生蛋白质从核糖体进入内质网过程新生蛋白质从核糖体进入内质网过程 分泌性蛋白经过内质网膜进入内质网腔分泌性蛋白经过内质网膜进入内质网腔 膜蛋白插入内质网膜膜蛋白插入内质网膜 蛋白质的转运加工第28页 分泌性蛋白经过内质网膜进入内质网腔分泌性蛋白经过内质网膜进入内质网腔 信号序列信号序列 信号识别颗粒和受体信号识别颗粒和受体 易位子易位子 能量供给能量供给蛋白质的转运加工第29页 信号序列信号序列由 1630个氨基酸残基组成，普通位于 N-terminus，含有一个或两个带正电氨基酸残基，后面是连续 612 个疏水性氨基酸残基引导游离核糖体与内质网结合并起始新生肽链向内质网膜转运疏水残基形成信号序列与内质网膜上受体蛋白结合位点信号序列由内质网腔内信号肽酶（signal peptidase）切除。所以成熟蛋白质是没有信号序列蛋白质的转运加工第30页牛生长激素信号序列蛋白质的转运加工第31页 信号识别颗粒（信号识别颗粒（SRP）和受体（）和受体（SRP receptor）SRP 是一个核糖核蛋白（ribonucleoprotein），由 6 条多肽链及含 300 个核苷酸 7S 小 RNA 组成P54 一个区域含有甲硫氨酸残基簇。甲硫氨酸疏水侧链向外伸展，与信号序列疏水氨基酸残基相结合P9/P14 与核糖体相互作用P68/P72 为蛋白质转运所必需SRP 功效：介导新生肽链与内质网膜结合；在核糖体没有与内质网膜结合时阻止肽链延长蛋白质的转运加工第32页信 号 识 别 颗 粒蛋白质的转运加工第33页信号识别颗粒受体（SRP receptor），又称停靠蛋白 （docking protein）由两个亚基组成：subunit 为膜蛋白，含 300 个氨基酸残基 subunit 是膜周围蛋白，含 640 个氨基酸残基，负载着 GDP，而且有 GTP 酶活性SRP receptor 功效:与 SRP 结合并起始肽链向内质网膜转 运；使肽链延长继续进行蛋白质的转运加工第34页SRP 与信号序列及 SRP 受体结合蛋白质的转运加工第35页 易位子（易位子（translocon）新生肽链因为 N-terminus 带有正电荷，不能轻易进入疏水内质网膜。所以要完成蛋白质转运，需要内质网膜提供一个水相通道（aqueous channel）。这个水相通道就是易位子易位子含两种蛋白成份：连接转移链膜蛋白（translocating chain-associated membrane protein,TRAM protein）TRAM 蛋白最少跨膜 8 次，能与新生肽链进行交联 Sec61 蛋白，易位子通道主要蛋白成份。哺乳动物 Sec61p 含 10 个跨膜 helices，与 Sec61 和 Sec61 共同形成 Sec61 复合物。这个复合物能与核糖体大亚基紧密结合，从而把核糖体与内质网膜连接起来蛋白质的转运加工第36页 易位子结构 电镜下易位子通道蛋白质的转运加工第37页易位子功效易位子功效没有蛋白质转运时，易位子胞质面被 Sec61p 蛋白一个片段关闭核糖体-新生链复合物结合后，易位子打开，同时核糖体与易位子之间紧密密封以预防小分子物质进入易位子然后肽链一边合成一边经过易位子通道进入内质网蛋白质的转运加工第38页 能量供给能量供给SRP P54 蛋白和 SRP 受体 subunit 都负载着 GDP，且都有 GTPase 活性GTP 取代 GDP，促进核糖体-新生肽链-SRP-SRP 受体复合物形成水解 GTP，复合物解离，然后核糖体-新生肽链-易位子复合物形成。SRP 和受体进入下一轮循环，而肽链转移继续进行蛋白质的转运加工第39页能量供给能量供给蛋白质的转运加工第40页分泌性蛋白经过内质网膜进入内质网腔全过程 蛋白质的转运加工第41页 膜蛋白插入内质网膜膜蛋白插入内质网膜 v膜蛋白以翻译同时转运方式一边合成一边插入内质网膜中v合成完成后，一部分留在内质网膜，但大部分经过小泡转运到质膜或其它细胞器膜（如滑面内质网、高尔基复合体、溶酶体、内体）v在转运过程中，蛋白质方向保持不变。比如，同一个片段总是向着细胞质。所以膜蛋白方向都是在内质网膜上合成时建立v膜蛋白插入内质网膜过程需要各种信号序列蛋白质的转运加工第42页各种膜蛋白在内质网膜中方向蛋白质的转运加工第43页膜蛋白插入内质网膜膜蛋白插入内质网膜、型膜蛋白形成机制型膜蛋白形成机制 多跨膜蛋白质（多跨膜蛋白质（multipass transmembrane protein）与与 GPI 共价结合膜蛋白共价结合膜蛋白蛋白质的转运加工第44页、型膜蛋白形成机制型膜蛋白形成机制型膜蛋白 C-terminus 在细胞液，包含两类：一是蛋白质含有 N-terminus 信号序列和转运停顿-锚定序列（stop transfer-anchor sequence），如胰岛素受体 二是蛋白质只有一个疏水内部信号-转运停顿-锚定序列（signal-stop transfer-anchor sequence），如细胞色素 P450型膜蛋白 N-terminus 在细胞液，如脱唾液酸糖蛋 白（asialoglycoprotein）蛋白质的转运加工第45页影响蛋白质方向原因影响蛋白质方向原因不一样蛋白质信号锚定序列两侧亲水氨基酸残基极性不一样，但插入时总是正电性强一端朝向细胞液，由此决定了蛋白质方向信号锚定序列长度和氨基酸组成对蛋白质方向也有影响。含有长疏水片段（20 个残基）普通是型膜蛋白蛋白质的转运加工第46页型膜蛋白举例型膜蛋白举例 胰岛素受体胰岛素受体胰岛素受体含有一个 N-terminus 信号序列和一个转运停顿-锚定序列转运停顿-锚定序列由 22 个疏水氨基酸残基组成，进入易位子后能阻止新生肽链向内质网转运。然后核糖体离开内质网膜，继续进行肽链合成肽链合成结束后，转运停顿-锚定序列从易位子中移动出来，接着锚定在磷脂双层中P450 只含有一个信号-转运停顿-锚定序列，既能引导肽链进入内质网，又能停顿肽链转运并锚定在磷脂双层中蛋白质的转运加工第47页胰岛素受体合成胰岛素受体合成蛋白质的转运加工第48页型膜蛋白举例型膜蛋白举例 脱唾液酸糖蛋白脱唾液酸糖蛋白脱唾液酸糖蛋白含有一个信号-锚定序列，引导新生肽链进入内质网，但信号序列 N terminus 在细胞质信号序列进入易位子后，C 端肽链继续合成，逐步进入内质网。核糖体一直止合在内质网膜上，直至蛋白质合成结束蛋白质合成结束后信号序列移出易位子并锚定在磷脂双层中蛋白质的转运加工第49页脱唾液酸糖蛋白合成脱唾液酸糖蛋白合成蛋白质的转运加工第50页 多跨膜蛋白质（多跨膜蛋白质（multipass transmembrane protein）多跨膜蛋白质是指含有多个跨膜区段（helices）蛋白质第一个 helices 是信号-锚定序列，进入易位子（N-terminus在细胞质）后新生肽链在内质网内延伸，直到第二个 helices形成第二个 helices 是转运停顿-锚定序列，阻止肽链深入延伸，然后与第一个 helices 一起锚定在内质网膜中蛋白质的转运加工第51页多跨膜蛋白质（多跨膜蛋白质（multipass transmembrane protein）依次类推，第三个是信号-锚定序列，第四个是转运停顿-锚定序列只有第一个 helices 序列插入需要 SRP 及其受体，后面都不需要。第二个 helices 合成后核糖体离开内质网膜，在细胞质继续进行肽链合成各个 helices 相对位置决定了谁是信号-锚定序列，谁是转运停顿-锚定序列蛋白质的转运加工第52页多跨膜蛋白质举例多跨膜蛋白质举例 葡萄糖转运子葡萄糖转运子 1（GLUT1）合成）合成蛋白质的转运加工第53页 与与 GPI 共价结合膜蛋白共价结合膜蛋白一些膜蛋白转运停顿序列位于 C-terminus，该肽段及其内质网腔旁侧氨基酸序列含有特异信息，使肽链合成之后能被内质网中转肽酶（transpeptidase）识别转肽酶切除转运停顿序列并催化新生 C-terminus 羧基与内质网膜中糖基磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidyl inositol,GPI）相连乙醇胺氨基反应，使蛋白质经过酰胺键与膜上 GPI 共价结合而定位于膜，最终被转运到细胞表面这类蛋白质能经过扩散作用进入磷脂双层，最终被运输到细胞表面，所以不受细胞质和细胞骨架作用，因而比跨膜蛋白有更大活动程度蛋白质的转运加工第54页与与 GPI 共价结合膜蛋白共价结合膜蛋白GPIGPI蛋白质的转运加工第55页Media Connections翻翻 译译 同同 步步 转转 运运蛋白质的转运加工第56页2.翻译后转运（翻译后转运（post-translational translocation）翻译后转运指是游离多聚核糖体上合成蛋白质运输 （1）转运到线粒体（）转运到线粒体（mitochondria）（2）转运到叶绿体（）转运到叶绿体（chloroplast）（3）转运到过氧化体（）转运到过氧化体（peroxisome）（4）转运到细胞核（）转运到细胞核（nuclear）蛋白质的转运加工第57页（1）转运到线粒体（）转运到线粒体（mitochondria）线粒体和叶绿体中蛋白质除了极少一部分（主要是与细胞 器功效相关膜蛋白亚基）在线粒体和叶绿体内部核糖体 上合成外，其它都在细胞质游离核糖体中合成细胞质中合成蛋白质首先释放到细胞质，然后由细胞器表 面受体蛋白识别新合成蛋白质信号序列，经过跨膜转运 进入细胞器中线粒体和叶绿体蛋白质信号序列有三种：基质信号序列，内膜腔信号序列和转运停顿序列蛋白质的转运加工第58页被转运到相同地点蛋白质信号序列含有相同模体 （但一级结构普通不一样），它们受体能识别不一样但相关 这些蛋白质基质信号序列富含带正电（Arg,Lys）和含有羟基 氨基酸残基（Ser,Thr）酵母细胞色素 c 氧化酶亚基基质信号序列蛋白质的转运加工第59页线粒体蛋白转运特点线粒体蛋白转运特点指导蛋白质从细胞质转运到线粒体基质全部信息都 存在于 N-terminus 基质信号序列中只有未折叠蛋白质才能够转运转运在外膜较少位点发生，即外膜与内膜靠近处蛋白质的转运加工第60页线 粒 体 蛋 白 转 运蛋白质的转运加工第61页 蛋白质转运到线粒体基质蛋白质转运到线粒体基质 蛋白质转运到内膜腔蛋白质转运到内膜腔 蛋白质插入到内外膜蛋白质插入到内外膜蛋白质的转运加工第62页 蛋白质转运到线粒体基质蛋白质转运到线粒体基质在细胞质中，新合成蛋白质与一个或多个伴侣蛋白结合以预防蛋白质聚集并使其保持伸展状态。这些伴侣蛋白包含细胞质 Hsp70 和线粒体输入刺激因子（mitochondrial-import stimulation factor,MSF）在基质中，基质 Hsp70（结构和功效与细胞质 Hsp70 相同）结合在线粒体内膜表面并靠近受体蛋白通道。当蛋白质进入时与其结合以预防蛋白质聚集和错误折叠有些蛋白质进入基质后能自己折叠成最终构象，但许多蛋白质需要 Hsp60（一个基质 chaperonin）辅助伴侣蛋白伴侣蛋白蛋白质的转运加工第63页蛋白质的转运加工第64页受体蛋白受体蛋白 Tom存在于线粒体外膜Tom40 嵌入在膜内，形成 转运通道Tom 5,6,7 可能是通道组成成份，也可能是通道组装因子Tom 20/22 亚复合物识别蛋白质 N-terminus 信号序列Tom 37,70,71 识别少许含有内部信号序列蛋白质蛋白质的转运加工第65页受体蛋白受体蛋白 Tim存在于线粒体内膜，形成两种通道oTim 17/23：转运进入线粒体基质蛋白质 oTim 22/54：转运定位在内膜上蛋白质Tim 44 分别与 Tim 17/23 和 Hsp70 结合。这种结合使蛋白 质一进入基质就结合到 Hsp70 上Tim 9/10 和 Tim 8/13 负责把从 Tom 运出蛋白质“护送”到 Tim。其中 Tim 9/10 能把蛋白质“护送”到 Tim 22/54 和 Tim 17/23，而 Tim 8/13 只能“护送”到 Tim 22/54。不过有些蛋白质不为二者护送，说明还存在着其它路径蛋白质的转运加工第66页 Tim 9/10 和 Tim 8/13 把蛋白质从 Tom“护送”到 Tim 蛋白质的转运加工第67页能量供给能量供给细胞质伴侣蛋白水解 ATP 供能来保持蛋白质伸展状态基质伴侣蛋白与进入线粒体基质蛋白质结合并辅助这些 蛋白质正确折叠也需要水解 ATP 来提供能量蛋白质跨越内膜时需要电化学梯度以提供质子动力 （proton-motive force），但跨越外膜时不需要蛋白质的转运加工第68页 蛋白质转运到内膜腔蛋白质转运到内膜腔蛋白质转运到内膜腔 有各种分拣机制细胞色素 c1 采取是 保留性分拣机制（conservative sorting mechanism）细胞色素 c1含有两个信号序列。整个蛋白质进入基质后，第二个信号序列（含有连续非带电氨基酸残基）引导它跨越内膜进入内膜腔细胞色素细胞色素 c1信号序列信号序列蛋白质的转运加工第69页细胞色素 b2 采取非保留性分拣机制（nonconservative sorting mechanism）细胞色素 b2 第二个信号序列同时也是转运停顿序列蛋白质进入内膜腔时这个信号序列阻止它转运，然后离开受体蛋白通道并锚定在内膜中最终内膜腔中蛋白酶将信号序列切割下来，把蛋白质释放到内膜腔内蛋白质转运到内膜腔蛋白质转运到内膜腔蛋白质的转运加工第70页细胞色素 c1和和细胞色素 b2转运到内膜腔保留性机制保留性机制非保留性机制非保留性机制蛋白质的转运加工第71页蛋白质转运到内膜腔蛋白质转运到内膜腔脱辅基细胞色素 c（apocytochrome c）不含任何信号序列而 直接进入内膜腔脱辅基细胞色素 c 与它成熟形式有相同氨基酸序列，但 缺乏共价连接血红素（heme）基团P70（与细菌孔蛋白相同）在外膜磷脂双层中形成一个通道，从而提升了外膜通透性，使一些小分子能自由经过外膜脱辅基细胞色素 c 可能就是经过 P70 进入内膜腔，然后在酶 作用下结合血红素。与血红素结合后，细胞色素 c 构象发 生改变，使其不能再经过 P70 通道回到细胞质中蛋白质的转运加工第72页 蛋白质插入到内外膜蛋白质插入到内外膜插入外膜蛋白质含有基质信号序列和转运停顿锚定信号序列。当蛋白质在进入基质过程中转运停顿序列使蛋白质停止转运并锚定在外膜中插入内膜蛋白质首先进入基质，但插入内膜机制未知蛋白质的转运加工第73页（2）转运到叶绿体（）转运到叶绿体（chloroplast）叶绿体蛋白质转运到基质中方式与线粒体基本相同，不一样是叶绿体不能产生电化学梯度，所以没有质子动力驱动转运到类囊体（thylakoid）蛋白质含有基质信号序列和类囊体信号序列。不一样蛋白质含有不一样类囊体信号序列：有仅有疏水区，与伴侣蛋白结合，然后以伸展方式进入类囊体腔；有在 N-terminus 含有碱性氨基酸残基，先在基质中与辅因子结合并进行折叠，然后在一些膜蛋白帮助下进入类囊体腔，同时需要质子动力驱动蛋白质的转运加工第74页（3）转运到过氧化体（）转运到过氧化体（peroxisome）过氧化体是单层膜，不含 DNA 和核糖体，全部蛋白质都由核基因编码，经过跨膜转运进入过氧化体大部分过氧化体蛋白先在细胞质中折叠成成熟形式。这些蛋白质在 C-terminus 含有分拣信号 Ser-Lys-Leu（SKL）或相关序列。细胞质可溶性受体 PTS1R 与信号序列结合，再与过氧化体膜上受体 Pex14p 结合，然后在 ATP 水解驱动下进入过氧化体。蛋白质进入后 SKL 序列不被切除有些过氧化体蛋白含有 N-terminus 信号序列，与细胞质受体 PTS2R 结合，再结合到膜受体 Pex14p 上，然后进入过氧化体。进入后信号序列被切除过氧化体膜蛋白不含 SKL 序列，其转运过程未知蛋白质的转运加工第75页过 氧 化 氢 酶 进 入 过 氧 化 体蛋白质的转运加工第76页（4）转运到细胞核（）转运到细胞核（nuclear）蛋白质是经过核膜上核孔进入细胞核输入细胞核蛋白质都含有核定位信号序列（nuclear localization signal,NLS），其特征是：含一段或两段富含碱性氨基酸残基信号序列；碱性氨基酸残基上游有一个 Pro 以防止 helix 形成；疏水氨基酸残基极少输出细胞核蛋白质则含有一个核输出信号序列（nuclear export signal,NES）。NES 由大约 10 个氨基酸残基组成，富含LeuNLS蛋白质的转运加工第77页蛋白质转运包括到各种蛋白质和辅助因子，如转运受体 importin 和 exportin（分别负责蛋白质输入和输出），Ran 等Ran 是一个小 GTP 酶，有两种构象，分别结合 GTP 和 GDP。在细胞核中以 Ran-GTP 形式存在，细胞质中以 Ran-GDP 形式存在importin 有两个亚基 importin 和 importin ，二者形成异源二聚体，称为核输入受体（nuclear import receptor）。在细胞质中二聚体 亚基与底物蛋白 NLS 结合，再与 importin 结合形成三元复合物转运到细胞核后，三元复合物中 importin 与 Ran-GTP 紧密结合，同时二者结合部分覆盖了 importin 与 importin 结合位点，使结合有底物蛋白 importin 与 importin 解离，从而把底物蛋白释放在细胞核内蛋白质输出细胞核过程与输入细胞核相同蛋白质的转运加工第78页蛋白质输入细胞核与 Ran 循环Ran GAP：Ran GTP 激活蛋 白，只存在于细 胞质RCC1：Ran 核苷酸交换因 子，只存在于细胞 核蛋白质的转运加工第79页Media Connections翻翻 译译 后后 转转 运运蛋白质的转运加工第80页四、小泡运输机制四、小泡运输机制 小泡转运是指一个细胞器膜局部突起形成小囊，萌发小囊与供体膜分离形成独立小泡，然后小泡把携带蛋白质运输到另一个细胞器。小泡与受体细胞器膜融合，完成蛋白质运输。另外，细胞胞吞作用（endocytosis）也是由小泡完成 小泡在介导蛋白质运输时保持了生物膜不对称性：小泡萌发时供体胞液面成为小泡胞液面，小泡与受体融合时小泡胞液面又成为受体胞液面，所以供体和受体细胞器内部蛋白质不会因小泡萌发和融合而释放到胞液中蛋白质的转运加工第81页小泡运输过程中保持生物膜不对称性蛋白质的转运加工第82页小泡萌发、形成及融合需要许多蛋白质参加 （1）小泡类型小泡类型 （2）小泡融合小泡融合蛋白质的转运加工第83页（1）小泡类型小泡类型依据小泡外包被蛋白不一样，可将小泡分为三种，每一个小泡可逆性聚合所需要蛋白质有很大差异 网格蛋白（网格蛋白（clathrin）包被小泡）包被小泡 包被蛋白包被蛋白（COP ）包被小泡）包被小泡 包被蛋白包被蛋白（COP）包被小泡）包被小泡蛋白质的转运加工第84页 网格蛋白（网格蛋白（clathrin）包被小泡）包被小泡蛋白质的转运加工第85页哺乳动物细胞表面有一些内陷区域，称为有被小窝（coated pit）这些有被小窝形成需要三种蛋白质成份：a.网格蛋白（网格蛋白（clathrin）b.连接蛋白（连接蛋白（adapter protein）c.发动蛋白（发动蛋白（dynamin）蛋白质的转运加工第86页a.网格蛋白（网格蛋白（clathrin）一个纤维蛋白，由 3 条重链和 3 条轻链组成，形状象 3 个分支树叉，又称三脚蛋白复合体（triskelions）蛋白质的转运加工第87页b.连接蛋白（连接蛋白（adapter protein）现已发觉各种连接蛋白（adapter protein/adaptin）adaptin 与网格蛋白骨架相连 adaptin 识别内化作用（internalization）中基于酪氨酸分拣信号 和/或 adaptin 在组装连接子时与膜发生相互作用每一个连接蛋白又有其亚型不一样四种连接蛋白形成异源四聚体称为连接子（adaptor,AP）蛋白质的转运加工第88页连接子与网格蛋白重链末端球状区结合，促进网格蛋白形成笼状结构连接子与膜蛋白胞质面特异结合，在小泡萌发时对蛋白质进行选择（即选择特定蛋白质用来组装小泡）不一样连接子介导不一样转运过程 AP1：高尔基体 内体（endosome）AP2：质膜 内体 AP3：高尔基体 溶酶体，液泡（vacuole），黑素小体（melanosome），血小板小体（platelet vesicles）连接子（连接子（adaptor,AP）功效）功效连接子连接子蛋白质的转运加工第89页c.发动蛋白（发动蛋白（dynamin）大约由 900 个氨基酸组成一个细胞质蛋白，能结合并水解 GTP发动蛋白亚基围绕萌发小泡“颈部”进行多聚化，然后水解 GTP，使小泡与膜相连部位收缩，直至小泡解离蛋白质的转运加工第90页小泡萌发时各种蛋白质掺入及对膜蛋白选择被排除膜蛋白被排除膜蛋白网格蛋白网格蛋白连接子连接子发动蛋白发动蛋白蛋白质的转运加工第91页网格蛋白包被小泡解聚网格蛋白包被小泡解聚网格包被小泡形成后就进行解聚解聚由细胞质伴侣蛋白 Hsp70 催化生成网格蛋白可再利用蛋白质的转运加工第92页 包被蛋白包被蛋白（COP ）包被小泡）包被小泡COP 含有 7 个亚基（，）。这些亚基与网格蛋白包被小泡中连接蛋白有相同功效。COP 各个亚基聚合在一起形成包被体（coatomer）ADP 核糖基化因子（ADP ribosylation factor,ARF）是一个小 GTP 结合蛋白。GTP 置换 GDP 形成 ARF-GTP 复合物，然后此复合物与高尔基体膜上 ARF 受体结合包被体与 ARF 结合，引发局部膜突起 完整小泡与膜解离需要脂酰辅酶 A（fatty acyl CoA）参与，但详细机制未知蛋白质的转运加工第93页COP 小泡形成脂酰辅酶脂酰辅酶 A蛋白质的转运加工第94页COP 小泡解聚蛋白质的转运加工第95页COP 小泡功效小泡功效介导蛋白质从内质网运输到高尔基体介导蛋白质在高尔基体内部进行逆向转运（retrograde transport）蛋白质的转运加工第96页 包被蛋白包被蛋白（COP）包被小泡）包被小泡COP 小泡形成过程与 COP 相同，但所需要蛋白成份不一样COP 包被及连接蛋白包含：Sec23/24 复合物，Sec13/31 复合物，Sec16COP 小 GTP 结合蛋白是 Sar1介导蛋白质从内质网运输到高尔基体蛋白质的转运加工第97页（2）小泡融合小泡融合运输小泡有不一样包被蛋白，但小泡与靶膜融合有着共同特征N-乙基马来亚胺敏感因子（N-ethyl maleimide-sensitive factor，NSF）是一个同源四聚体，能结合并水解 ATP。NSF 与膜结合需要各种可溶性 NSF 连接蛋白（soluble NSF attachment proteins，SNAP）参加，如-，-，-SNAP小泡 SNAP 受体（V-SNARE）在小泡萌发时就掺入小泡，与特异靶膜 SNAP 受体（T-SNARE）相互作用，引导小泡与特定靶膜融合Rab 蛋白（一个 GTP 结合蛋白）中 GTP 置换 GDP，引发 Rab 蛋白构象发生改变，使其与特定小泡膜表面蛋白结合。GTP 水解使 Rab 蛋白释放出来并进入下一个循环。Rab 蛋白在小泡融合过程中起调整作用蛋白质的转运加工第98页小泡与受体膜融合小泡与受体膜融合 V-SNARE 与 T-SNARE 相互作用使小泡附着在受体膜上 前融合复合物形成。需要许多V-SNARE 与 T-SNARE 相互作用，ATP 水解。能为 N-乙基马来亚胺（NEM，与 NSF 巯基发生作用）阻断，证实 NSF 是必需 融合，详细机制未知 解离，可能由NSF和SNAP催化 含有 V-SNARE 小泡重新形成V-SNARET-SNARERab-GTP受体膜受体膜卷曲螺旋型卷曲螺旋型 螺旋螺旋Rab-GDP蛋白质的转运加工第99页各 种 类 型 小 泡 运 输网格蛋白包被小泡：胞吞作用；高尔基体到内体、溶酶体等COP包被小泡：高尔基体到内质网；高尔基体内部逆向转运 COP包被小泡：内质网到高尔基体蛋白质的转运加工第100页Media Connections小小 泡泡 运运 输输蛋白质的转运加工第101页五、受体介导胞吞作用和内化蛋白质分拣五、受体介导胞吞作用和内化蛋白质分拣受体介导胞吞作用（receptor mediated endocytosis）是指细胞表面特异受体识别细胞外大分子（配体）并与之紧密结合，含有受体-配体复合物细胞膜区内化（internalization）而形成转运小泡，选择性地把受体-配体复合物掺入小泡进行运输配体内化效率取决于其在细胞表面对应受体浓度细胞表面有一些由小窝蛋白（caveolin）组成小窝（caveolae）。这些小窝含有一些受体蛋白，能介导特定类型胞吞作用。但大多数受体介导胞吞作用形成是网格蛋白包被小窝和小泡蛋白质的转运加工第102页细胞膜表面受体在其胞质面含有特异分拣信号，这些分拣信号决定了蛋白质形成什么样小泡以及运输到什么位置 不一样蛋白质分拣信号（X=任何氨基酸，=体积较大疏水氨基酸）蛋白质的转运加工第103页小泡形成之后内部装载受体与配体复合物。胞液中伴侣蛋白 Hsp70 依靠水解 ATP 提供能量使小泡外网格蛋白解聚失去网格蛋白小泡就成为早期内体。早期内体与晚期内体融合，将受体-配体复合物带进晚期内体晚期内体是一个蛋白质分拣小泡（protein sorting vesicles）。因为膜上有 H 离子泵，利用水解 ATP 能量使 H 离子内流，泡内 pH 较低。受体与配体在低 pH 环境中相互分离不一样受体与配体有不一样去路蛋白质的转运加工第104页LDL颗粒网格蛋白网格蛋白包被包被小泡小泡LDL受体受体早期早期内体内体晚期晚期内体内体受体运输到质膜进行再循环溶酶体溶酶体氨基酸氨基酸胆固醇胆固醇脂肪酸脂肪酸LDL降解降解低低 pH下下LDL与受体与受体解离解离LDL 胞吞蛋白质的转运加工第105页铁转铁蛋白铁转铁蛋白脱辅基转铁脱辅基转铁蛋白在中性蛋白在中性pH下与受体下与受体解离解离pH 7.0网格蛋白网格蛋白pH 6.0脱辅基转铁蛋白脱辅基转铁蛋白晚期内体晚期内体转铁蛋白受体转铁蛋白受体铁离子释放铁离子释放到细胞质到细胞质低低pH使铁离子与配体使铁离子与配体解离，但配体仍与受体解离，但配体仍与受体结合结合pH 5.0转铁蛋白循环蛋白质的转运加工第106页方式 受体去向 配体去向 举例 1 再循环 再循环 运铁蛋白 2 再循环 降解 LDL 3 降解 降解 上皮生长因子 4 运出细胞 运出细胞 母体免疫球蛋 白经过胎盘受体介导胞吞作用中受体与配体去向蛋白质的转运加工第107页一些蛋白质经过受体介导内吞作用进入细胞后就留在细胞内，然后进行轻度加工，如卵黄原蛋白（vitellogenin）。卵黄原蛋白是各种卵黄（yolk）蛋白前体，在肝脏中合成。合成之后分泌到血液，在蛋形成过程中经过胞吞作用进入蛋内一些蛋白质转运是经过胞转作用（transcytosis）完成。胞转作用是一个跨越