细胞生物学第七章细胞内膜系统（三）.ppt

第七章细胞内膜系统 医学医学细胞生物学 授课教师 许重洁副教授E mail xcj029 目录 第七章细胞内膜系统 第五节蛋白质的分选 一 分泌蛋白合成的模型 信号假说 二 蛋白质分选的基本途径与类型 二 蛋白质运输的四种类型 四 三种不同类型的包被小泡 除线粒体和叶绿体中能合成少量蛋白质外 绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中或内质网上的核糖体上开始合成 然后转运到细胞的特定部位 这一过程称蛋白质的定向转运 proteintargeting 或分选 sorting 分泌蛋白合成的模型 信号假说蛋白质分选与分选信号膜泡运输 第五节细胞内蛋白质的分选 信号假说 Signalhypothesis G Blobeletal Signalhypothesis 1975 蛋白质N 端的信号肽 signalpeptide 信号识别颗粒 signalrecognitionparticle SRP 信号识别颗粒的受体 又称停泊蛋白dockingprotein DP 等 一 分泌蛋白合成的模型 信号假说 信号肽 编码分泌蛋白的mRNA 在起始密码子AUG之后 紧跟着一组特定的信号密码子 约有45 90核苷酸 由此编码一段多肽 多肽链的开始合成在游离核糖体上 信号密码子转译信号肽 signalpeptide 信号肽的两个基本作用是 通过与SRP 信号肽识别颗粒 的识别和结合 引导核糖体与内质网结合 通过信号序列的疏水性 引导新生肽跨膜转运 信号肽的两个基本作用 信号识别颗粒 信号识别颗粒 signalrecognitionparticle SRP 它既可与新生肽信号序列和核糖体结合 又可与停泊蛋白结合 它能特异识别结合信号肽 SRP占据核糖体的A位 阻挡了携带氨基酸的tRNA进入核糖体 使蛋白质的合成暂时中止 信号识别颗粒的受体 信号识别颗粒的受体 又称停泊蛋白 dockingprotein DP 等存在于内质网上 可特异地与信号识别蛋白结合 过程 信号肽 信号识别颗粒 信号识别颗粒的受体 合成 9 9 9 内质网腔 细胞质 SRP受体 信号识别颗粒 SRP 核糖体结合蛋白 tRNA A P 核糖体 mRNA 信号肽 A 引导肽链穿过内质网膜的信号肽可以看作开始转移序列 starttransfersequence 肽链中还可能有某些序列与内质网有很强的亲和力而结合在脂双层中 这段序列不再转入内质网腔中 称为停止转移序列 stoptransfersequence 如果一种多肽链只有N端信号序列而没有停止序列 那么这种多肽合成后一般进入内质网腔中 如果一种多肽的停止序列位于分子的中部 那么这种多肽最终会成为跨膜蛋白 含有多个起始序列和多个停止序列的多肽将成为多次跨膜的膜蛋白 多个起始与终止跨膜信号 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数 2 合成起始后转入RER腔中或嵌入ER膜中 随后经高尔基体至溶酶体 细胞膜或分泌到细胞外 或作为ER和高尔基体自身的蛋白质 1 在胞质合成 然后转运至膜围绕的细胞器 二 蛋白质分选的基本途径与类型 蛋白质分选信号是蛋白质分子上的一段特殊的氨基酸序列 称为信号肽 signalpeptide 定位于不同部位的蛋白质 其信号肽的氨基酸序列及其在蛋白质中的位置是不同的 从而决定蛋白质的不同去向 游离核糖体负责合成输送到细胞核 线粒体 溶酶体 过氧化物酶体的蛋白质 以及驻留在胞质溶胶的蛋白质 跨膜转运 transmembranetransport 主要指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网 线粒体和过氧化物酶体等细胞器 但进入内质网与进入线粒体和过氧化物酶体等细胞器的机制有所不同 进入内质网与进入线粒体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质分选 是一个多步过程 需要多个不同的寻靶序列 targettingsequences 核编码蛋白质如何进入线粒体 叶绿体1 在细胞质基质中合成多肽前体物 2 前体物同细胞器表面受体结合 3 穿膜进入细胞器内 4 前体物被加工成成熟多肽 蛋白质分选的基本途径与类型 输送到细胞核的蛋白质带有核定位信号 nuclearlocalizationsignal NLS 或称为核输入信号 nuclearimportsignal NIS 是一类富含碱性氨基酸的短肽 可位于蛋白质的任何部位 输送到线粒体的蛋白质其氨基端有一 螺线信号 输送到过氧化物酶体的蛋白质其羧基端有一个三肽信号 输送到ER的蛋白质 其信号肽位于氨基端 蛋白质的分选信号与运输途径 1 输送到调节性分泌小泡中的分泌性蛋白质带有浓缩信号 concentratingsignal 输送到溶酶体的蛋白质带有甘露糖糖 6 磷酸信号 驻留在ER的蛋白质 在其羧基端有KDEL信号 Lys Asp Glu Leu COO 赖 天 谷 亮 驻留在Gc的蛋白质 带有跨膜 螺线信号 定位于胞质和细胞表面的蛋白质没有分选信号 这种定位方式称为违约或欠缺途径 defaultpathway 蛋白质的分选信号与运输途径 2 继信号肽后 又发现了一系列蛋白质分选信号 sortingsignals 序列 见下表 通称信号序列 23 选择性的门控运输 gatedt 跨膜运输 transmembranet 膜泡运输 vesiculart 细胞质基质中的蛋白质的转运 三 蛋白运输的四种基本类型 一 选择性的门控运输 通过核孔的运输 Transportthroughnuclearpore 细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔选择性地完成核输入和核输出 输送到细胞核的蛋白质带有核定位信号 nuclearlocalizationsignal NLS 或称为核输入信号 nuclearimportsignal NIS 是一类富含碱性氨基酸的短肽 可位于蛋白质的任何部位 二 细胞质基质中蛋白质的转运 现在还不了解 三 跨膜转运 主要指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网 线粒体和过氧化物酶体等细胞器 蛋白质分选是一个多步过程 需要多个不同的寻靶序列 targettingsequences 四 Vesicletransport 膜泡运输 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递也可通过膜泡运输方式进行 即胞内膜泡运输 vesiculartransportincytoplasm 胞内膜泡运输需要10种以上的运输小泡 目前对三种有被运输研究的较多 胞内膜泡运输沿微管运行 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递也通过膜泡运输方式进行 如从内质网到高尔基体 高尔基体到溶酶体 细胞分泌物的外排 都要通过过渡性小泡进行转运 胞内膜泡运输沿微管运行 动力来自马达蛋白 motorproteins 目前已发现的马达蛋白有两种 一种是动力蛋白 dynein 可沿微管向负端移动 另一种为驱动蛋白 kinesin 可牵引物质向微管的正端移动 通过这两种蛋白的作用 可使膜泡被运抵一定区域 膜泡运输的特点 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式 普遍存在于真核细胞中 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 四 三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 网格蛋白包被小泡 COPII包被小泡 COPI包被小泡 Targetinglysosomalenzymestolysosomes Coatedvesicles 一 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 网格蛋白分子由3个重链和3个轻链组成 形成一个具有3个曲臂的形状 triskelion 许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起 形成一个具有5边形网孔的笼子 Thestructureofclathrin A electronmicrograph B 分子模型 C 衣被模型 clathrin coatedvesicle 结合素蛋白 Theformationofclathrin coatedvesiclesattheTGN 当网格蛋白衣被小泡形成时 可溶性蛋白动力素 dynamin 聚集成一圈 围绕在芽的颈部 将小泡柄部的膜尽可能地拉近 1 5nm 从而导致膜融合 掐断衣被小泡 Theroleofdynaminintheformationofclathrin coatedvesicles Molecularorganizationofacoatedvesicle Theformationofclathrin coatedvesiclesattheTGN 二 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 COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩 theassemblyoftheCOP coatedvesicle COP 衣被由多种蛋白质构成 其中Sar1GTP酶与Sec23 Sec24复合体结合在一起 形成紧紧包围着膜的一层衣被 Sec13 Sec31复合体形成覆盖在外围的一层衣被 COPII包被小泡的装配Sar GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配 跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白 形成小泡的包被并出芽 三 COPI包被小泡 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 bindingprotein 负责回收 转运内质网逃逸蛋白 escapedproteins 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 AccumulationofCOP coatedvesicles 内质网驻留蛋白的回收图解 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 网格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 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 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 囊泡与靶细胞器的特定锚定与融合 膜泡沿着微管被运输到靶细胞器 马达蛋白水解ATP提供能量 各类运输小泡能够被准确地和靶膜融合 是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别 其中涉及识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs solubleNSFattachmentproteinreceptor NSF N ethylmaleimide sensitivefactor 和Rabs targetingGTPase SNARE介导膜泡特异性停泊和融合 Rab使运输小泡靠近靶膜 囊泡与靶细胞器间的特异性识别 位于运输小泡上的VAMP vesicle associatedmembraneprotein 相关蛋白叫作v SNAREs 位于靶膜上的叫作t SNAREs 图 两种SNAREs都具有一个螺旋结构域 能相互缠绕形成跨SNAREs复合体 图 并通过这个结构将运输小泡的膜与靶膜拉在一起 实现运输小泡特异性停泊和融合 Proposedstepsinthetargetingoftransportvesiclestotargetmembranes Amodeloftheinteractionsbetweenv andt SNAREsleadingtomembranefusionandexocytosis biosynthetic secretoryandendocyticpathwaysthatuniteendomembranesintoadynamic interconnectednetwork 在细胞的膜泡运输中 糙面内质网相当于重要的物质供应站 而高尔基体是重要。