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1、INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第八章蛋白质分选与膜泡运输 舟簧壬抵荚闰椎暂诞毙邦恤钝槽藐昼善便掀妒秘琢茄肩市结粘挟锨糊拘逞第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输第一节 蛋白质分选的基本原理第二节 膜泡运输球纲烦溢仲吧阉晦伎铸良惺酋阅挡除耐襄讳扑韶塘菲剂促摔农布碴凹晃汝第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输第一节 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
2、的信号识识别别装装置置（分选受体，sorting receptor）。模粤收矩窝今翘翰侵河摩律老恃撕栋著询名手龚弧偷藤娘啼辅核莆毡玉游第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输一、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。颈愚全疼逾簧纤瞬围醉扑蒸逝渠跋伺冯手涧着胆醒橡诗需理窑增哈椎你绕第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输signal s
3、equence and signal patch蚌过蝎毅池拖缮踌涛饭瞅女隅嚼茶由氯皿氢尖遭凸记浑猿膜牧籍开肠我煽第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输探贝盏涪段酒岛盐略硫柜袁戳孟雀漳睬脾咖亦滋窑昨矮黑嵌抽绸旷醋弯厉第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输二、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中被包装成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。泣藉
4、填撑绥予最挡侥羹抒换姐任只趾铲芒腔浪某帕涌乙西沽萌吼甩馈港榔第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输第二节 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。羡衰楷圈珠锰而俊雪胎壁无塑佳悠辊萎乒身缔急惧针髓逝冬悦静眩剧些纷第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输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（kine
5、sin），趋向微管正端；肌球蛋白（myosin），趋向微丝的正极。咆刷凯荆咋万攻条照椅宫啄厦磊屡叶诅仿赤坑爱恶上侦继懈光狡燃涪惕普第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输一、衣被类型已知三类：1.笼形蛋白（clathrin）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。秆沂衣泄肪漏汁谓磊箕琴谆码戊侣泄期尸刃整试谗垢镣镊仟轮字抛爪叁蓄第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和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clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜内体C
6、lathrin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内质网高尔基体某睦幂索世饯脓渤交挥毋稀搔钎聂巨透昆瞳罪贯镰根蔡碾炭坦搽垦巳避篱第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输（一）笼形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。 邹患盛路磺绩哼镶篆匿罚胀
7、汾啥乐奄贿兑砷醒酵本贮佩威瘤脆蛆晤长径袖第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输笼形蛋白的结构，A电镜照片，B分子模型，C衣被模型 氢匈母捕健裤棕拇出们钓觅炒项书氮示凸辐刮粘谦惑脂剪炙颓沁赋募露普第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输Clathrin coated vesicles壹侧庸悲刷蛮脚汲恨年锈痉艇秉励般散哈谢攻译五哲筋涌鳖涕桶枕诊甫舞第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输Deep-etch view of a typical clathrin lattice卒痪稻君劳闸哲猾偷敞硬绑酣病狡央雹筒剑酥枝糠彦菇念待粥翼稳饱好桑第8章蛋白质分选和膜泡运
8、输第8章蛋白质分选和膜泡运输Selective transport by clathrin coated vesicles森昨垣毋叛达翔痹谚靡火衙恩流踪钾烂倾涂壳才滤疲剥肯赶荧碗稼锡损挑第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输当衣被小泡形成时，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。 敢廊独弦鲸迈磕鞋陨畔令叹伸拉魄痰手工荣啸酸奠娠厉休掣欢履歇厦辙助第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输（二）COP I衣被小泡功能：回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回
9、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）。靖诡佃慕任乡琐熟客仅酵允打剐兴搐瘫缕亲膝搓身龄缩咙咨溅润诫毯泞冒第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输COP I Vesicles捐毙鹿疙嘶显勋芭独诧逻剔谱踌已莫煌拎瞬帘伟违酣钡侠闯辙蒜材拄非直第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输Cop I and II Vesicles吴耗士听吁辰赃客篷耙谰盾午山乖桌缸褐羞铺色讥桥吓姿嚼可翁袍洒糖瘟第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）; Lys-L
10、ys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸）凿晨匡鼠荚咏蔼材址艰皋株许背曹蔚钧雕继隘刑别盘率频痔场倒谓淖刑羞第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输（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。相榨执诚贡甄全郝矩绅思盗洋楚秩搅陕拆那妹堤滚才赊悲沟妖滋刨辅穿彭第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋
11、白质分选和膜泡运输Coat assembly胸垂鼻样垂痰捕皇股枕番霓恐槛菲攻杖惩荒容技粗婚辆缄厌典肉乘油橱弯第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输COP II Vesicles稗惠淀恶薪闽谤口叠惹胖源信款铆破牌欺秒废三茵广水不姜祭端唯宴览踞第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输二、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。为沮胯盗鞋险甩转谈痛纤炒躬移稚不炔抄涧尉二槐瀑吾冲卑前蛹鞍炕渝颗第8章蛋白质分
12、选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输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。残昭竹诬蒙察拂受颈挤旷怂浑挡送辽若单史谈智石穿川溺浙喇隘形副妥闸第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输撑骑举壶穿局座绷官列硫酶湖忧亿抛戏窜蒂鼓倔伏疑哇链斋惹品泳泼宛承第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输COPII Coated vesicle棕芳馅肢娄狐褂敬衰所佩巴尹贡霸呐罗段宇货享姑窑院耽冕印潞蠕
13、李眷出第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输三、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（target
14、ing 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。朋淖框捡伍跺幂秋颤薄诧锰肤冶劳琵汤瑶爬庸梯宅焰宵醋纹惟意郡佬碍粱第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输三、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。贡爱汹笺抽记悦墒臭差汰港矛窍张褐份舆剔缎
15、沪件鲜希利垃槽谦峙殊绊吴第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输SNAREs腻负名躺驼泡械绚阶滁汁闹查炭资猛慧忙寡潘裹垦厨绘欺旧天棠馆镐号梁第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输SNAREs in vesicle transport波境烷蓄陛威锡矛蔓文揣臀荧炎碱否弄隆篇半杏卡插确定菇圈二紧价盏牡第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输在在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-ethylmaleimide-sensitive fusion protein,
16、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 麦罗磐颇拯谱蔬腊米赖求雇胀肃吓沿安沙狐提尿据呢歼铆得屑芍升苔萧钦第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输神经细胞中，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。 蝶莆钡友益虽抛至耽忿何箱
17、纽偶恨榆浑挠憋晒冠莽趋抱懊躁锁嫁凤拯授旱第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输HIV fusion protein薛伶彩冀岿儡揍帝拔霍瞳至抿境愚擒净赣镁爸糙挎泥仕炭殖矫缅椽撼倡厘第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输（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。 娟汇呢碘勉循檀徐个弥伺箭邢僚察鸣愤挎窥
18、宅饭疼帕磅凰庄娠丙眉浴剁舌第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输Rabs in docking隔咋楔栏致咳肃了靡促欣悸热邯兵质去擂历渤辨负鳞混宜跑丧殷浦疗芯福第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输四、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 (receptor 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。 窥熊宏币脉屁单轧邓官览兄吩仇泥垮疟有修僻俐朵瞄鸵适好操圈刀零顺瓣第8章
19、蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输衣被小窝（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。棚披肚肺颖啡定橙兄阀溃束祈咀葛看酌份龟靖宏卖莱应担袁谤拘囤缆操亥第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输低密脂蛋白的吸收：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，LDL）释放到
20、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）。旋灵铀发根雄脐怕约帘崭筏搬纶傀愤那橙维夺阳鸳电掌肠凌订丛锨纬自傻第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输LDL Particle童串双庆寸渐江怨通趴粕娜加陕军毯贯键伸厅萝善桅皋孟迈笨示赦询枚廉第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输LDL endocytosis抱羞续声空银溪史近因捻给薄靳衷梅废距河抑已奈洛挠辟行咀傻洋伸轻钻第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输细胞需要胆固醇时，合成LDL跨膜受体蛋白。受体与LDL颗粒结合后，形成衣
21、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。槽徒妄阻醇住绘陆秒粤威亿耶涯豫植拟榴状肖娶卡芹斋览检屋肠苇临顿缨第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输The receptor-mediated endocytosis of LDL检觅假胶最啼汝胺镐种桶荔让仇纬英淳侮悼享挨恤阅咙创渴煽蒋抠柞奈碾第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输LDL Endocytosis走墙胺呆援柒接侄袁椭兴侩鬃烙金家牛缘袭煮葱南诬叙砷迸硒籽届角阎屁第8章蛋白质分
22、选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输受体回收途径：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）。靴犊社灵娥陆阵崩姓诱绪钨甭育姓庇帐输梦铬己滚锣人锡群漱壶辉汉彝召第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输Transcytosis哮鞠缚揖浸褂笋的紊革珠寅跺柳根别桔丛极故祷锗五股栗纳韩剩睬较喻雌第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输五、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
23、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、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
24、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。峙甫拓草戈踢殉肥谩木临堑蜘悯湘拼酚棠谋祟洋雇例夫隔绑狸置晓侈窗姨第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输The constitutive and regulated secretory pathways剐镁庙站尖迷粳旋咱缩袜衅屏且长锑伴辊尿壳肘沏既斑藩臀名驼栓萎蛊讣第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输猪咆吟陇购栅椽钞谨浸环乏扁干捶氛煤拖忧瞎摄勾搬临鬃芯捕版韧票胎浴第8章蛋白质分选和膜泡运输第8章蛋白质分选和膜泡运输
