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1、INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第八章蛋白质分选与膜泡运输 蛋白质分选和膜泡运输课件第一节 蛋白质分选的基本原理第二节 膜泡运输蛋白质分选和膜泡运输课件第一节 蛋白质分选的基本原理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信号序列（signal sequence）。其二是细胞器上具特定的信号识识别别装装置置（分选受体，sorting receptor）。蛋白质分选和膜泡运输课件一、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
2、，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。蛋白质分选和膜泡运输课件signal sequence and signal patch蛋白质分选和膜泡运输课件蛋白质分选和膜泡运输课件二、蛋白质分选运输机制1、门控运输（gated transport）：如通过核孔复合体的运输。2、跨膜运输（transmembrane transport）：蛋白质通过跨膜通道进入目的细胞器。3、膜泡运输（vesicular transport）：蛋白质在内质网或高尔基体
3、中被包装成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。蛋白质分选和膜泡运输课件第二节 胞内膜泡运输内膜系统之间的物质传递常通过膜泡运输进行。多数运输小泡在膜的特定区域以出芽的方式产生。表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。蛋白质分选和膜泡运输课件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。蛋白质分选和膜泡运输课件一、衣被类型已知三类：1.笼形蛋白（clath
4、rin）2.COPI3.COPII主要作用：1.选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；2.如同模具一样决定运输小泡的外部特征。蛋白质分选和膜泡运输课件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clathrinARFClathrin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 IARFCOP高尔基体内质网COP IISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16内质网高尔基体蛋白质分选和膜泡运输课件（一）笼形蛋白衣被小泡运输途径：质膜内体；高尔基体内体
5、；高尔基体溶酶体、植物液泡。衣被结构：3重链、3轻链，形如triskelion。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。 蛋白质分选和膜泡运输课件笼形蛋白的结构，A电镜照片，B分子模型，C衣被模型 蛋白质分选和膜泡运输课件Clathrin coated vesicles蛋白质分选和膜泡运输课件Deep-etch view of a typical clathrin lattice蛋白质分选和膜泡运输课件Selective transport by clathrin coated vesicles蛋白质分选和膜泡运输课件当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dyn
6、amin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。 蛋白质分选和膜泡运输课件（二）COP I衣被小泡功能：回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）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）。蛋白质分选和膜泡运输课件COP I Vesicles蛋白质分选和膜泡运输课件Cop I and II Vesicles蛋白质分选和膜泡运输课件Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）; Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸）
7、蛋白质分选和膜泡运输课件（三）COP衣被小泡介导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，形式多样，常包含双酸性基序DEXDE ，如Asp-X-Glu。蛋白质分选和膜泡运输课件Coat assembly蛋白质分选和膜泡运输课件COP II Vesicles蛋白质分选和膜泡运输课件二、衣被形成衣被召集GTP酶：为G蛋白，活化状态可引起衣被蛋白聚集，包括ARF和SAR 1。存在于细胞
8、质，激活后转位到膜上。ARF：参与clathrin和COP I衣被的形成。SAR 1：参与COP II衣被的形成。蛋白质分选和膜泡运输课件ER上形成COPII小泡时，SAR1交换GDP/GTP而激活。激活的SAR1暴露出脂肪酸链尾巴，插入ER膜，促进衣被蛋白的组装。SAR1可激活磷脂酶D，将一些磷脂水解，使衣被蛋白牢固地结合在膜上。当小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。蛋白质分选和膜泡运输课件蛋白质分选和膜泡运输课件COPII Coated vesicle蛋白质分选和膜泡运输课件三、膜泡运输的定向机制衣衣被被小小泡泡沿沿着着细细胞胞内内的的微微管管被被运运输输到到靶靶细细胞胞器器，马马达达蛋蛋白
9、白水解水解ATP提供运输的动力。提供运输的动力。各各类类运运输输小小泡泡之之所所以以能能够够被被准准确确地地和和靶靶膜膜融融合合，是是因因为为运运输输小小泡泡表表面面的的标标志志蛋蛋白白能能被被靶靶膜膜上上的的受受体体识识别别，其其中中涉涉及及识识别别过过程程的的两两类类关关键键性性的的蛋蛋白白质质是是SNAREs（soluble NSF attachment protein receptor）和和Rabs（targeting GTPase）。其其中中SNARE介介导导运运输输小小泡泡特特异异性性停停泊泊和和融融合合，Rab的的作作用用是使运输小泡靠近靶膜。是使运输小泡靠近靶膜。蛋白质分选和膜
10、泡运输课件三、膜泡运输的定向机制（一）SNAREs (soluble NSF attachment protein receptor )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。蛋白质分选和膜泡运输课件SNAREs蛋白质分选和膜泡运输课件SNAREs in vesicle transport蛋白质分选和膜泡运输课件在在SNAREs接到新一轮的运输小泡停泊之前，接到新一轮的运输小泡停泊之前，SNAREs必须以分离必须以分离的状态存在，的状态存在，NSF（N-ethylmaleimid
11、e-sensitive fusion protein, NSF）催化）催化 SNAREs的分离，它是一种类似分子伴侣的的分离，它是一种类似分子伴侣的ATP酶，能酶，能够利用够利用ATP作为能量通过插入几个适配蛋白（作为能量通过插入几个适配蛋白（adaptor protein）将）将SNAREs复合体的螺旋缠绕分开复合体的螺旋缠绕分开 蛋白质分选和膜泡运输课件神经细胞中，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。 蛋白质分选和膜泡运输课件HIV fusion protein
12、蛋白质分选和膜泡运输课件（二）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释放它的效应因子。许多运输小泡只有在包含了特定的Rabs和SNAREs之后才能形成。 蛋白质分选和膜泡运输课件Rabs in docking蛋白质分选和膜泡运输课件四、受体介导的内吞批量内吞（Bulk-phase endocytosis）：非特异性的摄入细胞外物质，穴样内陷（caveolae）是发生批量内吞的部位。受体介导的内吞 (recep
13、tor mediated endocytosis)是一种选择浓缩机制。LDL、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等都通过RME转运。 蛋白质分选和膜泡运输课件衣被小窝（coated pits）是质膜内凹的部位，相当于分子过滤器(约占肝细胞表面积2%)。受体、笼形蛋白和衔接蛋白大量集中于此处。受体胞质端的Tyr-X-X-是衔接蛋白识别的信号，X为任何氨基酸，为分子较大的疏水氨基酸(如Phe、Leu、Met)。受体同配体结合后启动内化作用，衣被开始组装。蛋白质分选和膜泡运输课件低密脂蛋白的吸收：胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（low-density lipoproteins，L
14、DL）释放到血液。LDL颗粒芯部含有被长链脂肪酸酯化的胆固醇分子。周围由磷脂和胆固醇构成的脂单层包围，有一个较大的Apo-B蛋白（配体）。蛋白质分选和膜泡运输课件LDL Particle蛋白质分选和膜泡运输课件LDL endocytosis蛋白质分选和膜泡运输课件细胞需要胆固醇时，合成LDL跨膜受体蛋白。受体与LDL颗粒结合后，形成衣被小泡；进入细胞质的小泡随即脱掉衣被，成为平滑小泡，同早期内体融合，内体中PH值低，使受体与LDL颗粒分离；再经晚期内体将LDL送人溶酶体。在溶酶体中，LDL被水解成游离的胆固醇。蛋白质分选和膜泡运输课件The receptor-mediated endocyto
15、sis of LDL蛋白质分选和膜泡运输课件LDL Endocytosis蛋白质分选和膜泡运输课件受体回收途径：大部分返回原来的质膜结构域，如LDL受体；有些进入溶酶体被消化，如EGF的受体，称为受体下行调节（receptor down-regulation）；有些被运至质膜不同的结构域，形成穿胞运输（transcytosis）。蛋白质分选和膜泡运输课件Transcytosis蛋白质分选和膜泡运输课件五、外排作用组成型外排途径组成型外排途径：所有真核细胞都有从高尔基体：所有真核细胞都有从高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成质膜外周蛋白、
16、细胞外基质、的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成质膜外周蛋白、细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。或作为营养成分和信号分子。在粗面内质网中合成的蛋白质除了某些有特殊标志的蛋白驻留在在粗面内质网中合成的蛋白质除了某些有特殊标志的蛋白驻留在ER或高尔基或高尔基体中或选择性地进入溶酶体和调节性分泌泡外，其余的蛋白均沿着粗面内质体中或选择性地进入溶酶体和调节性分泌泡外，其余的蛋白均沿着粗面内质网网高尔基体高尔基体分泌泡分泌泡细胞表面这一途径完成其转运过程。细胞表面这一途径完成其转运过程。调节型外排途径调节型外排途径：分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存在：分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。调节型的外排途径存在于特化的分泌细胞。放出去。调节型的外排途径存在于特化的分泌细胞。其蛋白分选信号存在其蛋白分选信号存在于蛋白本身，由高尔基体于蛋白本身，由高尔基体TGN上特殊的受体选择性地包装为运输小泡。上特殊的受体选择性地包装为运输小泡。蛋白质分选和膜泡运输课件The constitutive and regulated secretory pathways蛋白质分选和膜泡运输课件蛋白质分选和膜泡运输课件
