蛋白质分选与膜泡运输

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1、蛋白质的分选与膜泡运输蛋白质的分选与膜泡运输 李洁茜李洁茜 刘杰林刘杰林 张哲浩张哲浩 张佳龙张佳龙 周洋周洋LOGO核糖体合成的蛋白质，合成之后必须准确无误地运送到 细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋白形成了一个明确的 地址签(address target)， 细胞通过对蛋白质地址签的识别进 行运送， 这就是蛋白质的分选(protein sorting)。 蛋白质分选（protein sorting）视频LOGO一一信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号 1972年，C.Milstein等发现在骨髓瘤细胞中提取的免疫球 蛋白分子的N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子N端 的氨基酸序

2、列多出一截。 1975年，G.Blobel和D.Sabatini等根据进一步实验依据， 提出了信号假说（signal hypothesis），集分泌蛋白N端 序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然 后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体 进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。因 此，获得1999诺贝尔医学和生理学奖。 关键词：信号肽（signal sequence or signal peptide）信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）信号识别颗粒的受体：停泊蛋白（docking protein，DP ）LOGO4信号

3、肽肽与信号识别颗识别颗 粒将蛋白质引导到内 质网，进入内质网 后通常被切除与信号肽的疏水 核心结合阻断新生肽链的翻译信号肽识别结构域LOGO5 是SRP在内质质网膜上的受体蛋白使正在合成蛋白质质的核糖体停靠到 内质质网上来。 停靠蛋白 (Docking protein， DP )LOGO信号假说说（Signal hypothesis）分泌性蛋白质合成的起始信号序列与SRP结合核糖体附着到内质网上 SRP释放与蛋白质转运通道打开信号序列与通道中受体结合信号肽酶切除信号序列信号肽就好比特异的火车车身， 信号识别颗粒就好比火车头，带 领着新生肽开往内质网上的DR火 车站。LOGO7核孔运输输：胞质质

4、溶胶中合成的蛋白质质穿过细过细 胞核内外膜形成的核 孔进进入细细胞核，被运输输的蛋白需要有核定位信号。跨膜运输输： 胞质质溶胶中合成的蛋白质进质进 入到内质质网、线线粒体、叶 绿绿体和过过氧化物酶体等细细胞器，需要膜上运输输蛋白的帮助 ，被运输输的蛋白要有信号肽肽或导肽导肽 。小泡运输输： 蛋白质质从内质质网转转运到高尔基体以及从高尔基体转转运 到溶酶体、分泌泡、细细胞质质膜、细细胞外等则则是由小泡介导导 的，这这种小泡称为为运输输小泡。细细胞质质基质质中转转运（细细胞质质基质质的结结构不清楚，有待研究。 ）蛋白质质分选选定位的三（四）种机制 视频 LOGO8二、膜泡运输中的运输小泡二、膜泡运

5、输中的运输小泡I.运输输小泡的类类型完成细胞内膜泡运输至少需要10种以上的运输小泡，目前发现3种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用。COPII有被小泡(COPII coated vesicles)COPI有被小泡(COPI coated vesicles)网格蛋白有被小泡(clathrin-coated vesicle)衣被蛋白类类型不同，功能也就有异。LOGO9网格蛋白有被小泡反面高尔基体质膜、胞内体、溶酶体 或植物液泡包吞过程中：质膜细胞质胞内体溶酶体 COP有被小泡顺向运输（anterograde transport）ER高尔基体顺面膜囊顺面膜囊中间膜囊中间膜囊反面膜囊 COP有被

6、小泡逆向运输（retrograde transport）顺面高尔基体内质网对象：再循环的膜脂双层、某些蛋白质如v -SNARE、回收错误分选的内质网逃逸蛋白 返回内质网trans Golgi network,TGNcis Golgi network,CGN三种有被小泡 视频 LOGO10COPII有被小泡的形成COPII外被体蛋白是由 5种蛋白质亚基组成的 蛋白质复合体COPII有被小泡是通过可溶性包被蛋白COPII复 合物在内质网膜上组装形成的。LOGO11COPII有被小泡的组装与运输过程： ER腔中可溶性货物蛋白通过与选择性跨膜蛋白腔面一端 结合而被募集 选择性跨膜蛋白胞质面一端的信号序

7、列以及ER膜上整合 蛋白v-SNARE被COPII蛋白识别，形成有货物蛋白和v- SNARE的有被小泡。 小分子GTP结合蛋白（Sar1蛋白，对包被组装和去组装起 调控作用）参与下脱被并定位到高尔基体的cis面。 暴露的v-SNARE与高尔基体cis面膜上的同类蛋白t-SNARE配对，介导膜泡与靶膜融合，内含物进入高尔 基体。 被脱去的包被蛋白再循环利用。LOGO12COP有被小泡的形成 一种胞质溶胶中的 小分子GTP结合蛋白,即 ARF,释放GDP, 同GTP结 合,形成ARF-GTP复合物 ,并整合在高尔基体膜 中。 COP同ARF以及高 尔基体膜蛋白的细胞质 部分结合；在脂酰CoA的帮助

8、下 形成COP被膜小泡, 一旦COP小泡形成就 立即从供体膜释放出来 ，COP包被去聚合, 并与膜脱离, 这一过程 是由与ARF结合的GTP水 解所触发。 LOGO是什么因素决定一种特异蛋白质是否被保留在内质网或进入 高尔基体？有以下两种机制对逃逸蛋白的回收机制。 转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外。例如， 驻留蛋白参与形成大的复合物，因而不能被包装在出芽形成的转运泡中而得以被保留。细胞器中维持蛋白质的两种机制细胞器中维持蛋白质的两种机制LOGO对逃逸蛋白的回收对逃逸蛋白的回收 内质网腔驻留蛋白高浓 度被错误包装进COPII小 泡并逃逸到高尔基体 驻留蛋白携带的KDEL回 收信号序列与定位在高

9、 尔基体CNG及COPI上的 KDEL受体结合，形成 COPI小泡，返回内质网 内质网的膜蛋白（eg. SRP受体）C端有一个不 同的回收信号KKXX与 COPI包被结合，促进其 返回ER。防损失LOGO15网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡的形成的形成a.配体同膜表面特异 受体结合, 网格蛋白 装配的亚基结合上去 , 使膜凹陷成小窝状 。 b.通过出芽的 方式形成小泡, 在发动发动 蛋白的 作用下与质膜 割离。 c.一旦从TGN区出芽形 成转运泡，网格蛋白包 被脱落，成为无被小泡 ，转运到相应靶膜、溶 酶体、液泡或质膜。分子伴侣侣Hsc70 Ca2+LOGO网格蛋白接合素蛋白整合受体蛋白可溶性

10、货物蛋白网格蛋白有被小泡结构网格蛋白有被小泡结构网格蛋白有被小泡在结 构上包括两部分：外：由网格蛋白构成的 蜂巢样的外层网络，形 成结构骨架 内：由接合素蛋白构成 的内壳，覆盖在面向细 胞质基质侧的膜泡表面发源于高尔基体的TGN区 。LOGO发动蛋白（发动蛋白（dynamindynamin）发动蛋白在网格 蛋白小泡形成过程中 同出芽的颈部结合， 一旦小泡装配完成， 发动蛋白立即水解其 本身结合的GTP从而将 小泡与质膜切离。TGNTGNLOGO膜泡运输的特异性膜泡运输的特异性选择性融合保障细胞内定向膜流 源于内质网的膜泡只与顺面高尔基体CGN融合 源于中间膜囊的出芽膜泡只与反面膜囊融合l SN

11、ARE保障特异性每种转运膜泡都有特异的v-SNARE，能识别并与靶膜上的t-SNARE相互作用。二者之间的互补性和相互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚定与融合。LOGO四、细胞结构体系的组装除了蛋白质的分选需要我们继续努力去研究发现之外，当前我们还面临着蛋白质等生物大分子如何组装并最终形成赖以进行生命活动的细胞结构体系的问题。生物大分子向复杂的细胞结构以及结构体系的组装方式大体 可分为：1.自我组装：自我组装的信息存在于组装亚基本身，当然也 不排除细胞提供的组装环境,比如PH，离子浓度等。 2.协助组装：在其组装过程中，除了需要形成最终结构的亚 基之外，还需要其他成分的介入，或者对亚基进行修饰以

12、保 证组装或正确行使功能，比如T4噬菌体组装时需要一种支架 蛋白，组装完成之后这中蛋白会离开T4噬菌体头部。 3.直接组装：指某种亚基直接组装到预先形成的结构上，比 如细胞质膜组分的组装。组装方式：LOGO组装的意义生物学意义1.减少和校正蛋白质合成中出现的错误。2.可大大减少所需要的遗传物质。3.通过组装与去组装更容易调节与控制多种生物学进程。对探索生命现象的意义从分子水平来研究并解释生命现象及其本质固然重要，然而对于生命现象的了解尚需在更高的细胞结构层次上进行。事实依据如：人们熟知的DNA于与组蛋白组装成的核小体是染色质结构的基本单位，rRNA与核糖体蛋白质组装成的核糖体时蛋白质的结构单位等等。随着研究的深入，有些复合体被人们赋予新的名字来强调他们的重要性。比如膜系统方面膜围绕的细胞器的组装以及细胞骨架体系方面。LOGO分子生物学的成就与手段使我们有可能着手解决如前所述的难题，然而如何将细胞结构体系的组装与不断变化的细胞整体一起考虑，就会发现在这一复杂系统中，决定因果关系和叠加原则将会遇到难以克服的困难。因此在分子水平研究基础上借助于新的整体思维的理论如系统生物学可能会使这一难题的研究取得突破性进展。研究展望一言以蔽之，意义重大但没有解决，一言以蔽之，意义重大但没有解决， 同志们要努力！同志们要努力！3Q ！