细胞内蛋白质的合成部位和去向

细胞分子生物学细胞内蛋白质的合成部位和去向蛋白质合成部位内质网简介内质网(endoplasmic reticulum, ER)是真 核细胞重要的细胞器。它市封闭的膜系统及其 围成的腔形成相互沟通的网状结构。内质网通 常占细胞膜系统的一半左右，休积约占细胞总 体积的10%以上。在不同类型的细胞中，内质 网的数量，类型与形态差异很大。同一细胞在 不同发育阶段和不同的生理状态下，内质网的 结构和功能也发生明显变化。在细胞周期的各 个阶段，内质网的变化是极其复杂的。细胞分 裂时，内质网要经历解体和重建的过程。蛋白质合成部位内质网简介由于内质网的存在，大人增加了细胞内膜的表面积,为多种酶特别是多酶体系提供了人面积的结合位点。同时内质网形成的完整封闭体系，将内质网上合成的 物质与细胞质基质中合成的物质分隔开 来，更有利于它们的加工和运输。内质网的功能 ER主要功能是合成蛋门质和脂类，分泌性萤门和跨 膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除满足自身 需要外，还捉供给高尔基体、溶酗体、内体、质膜、 线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。ER膜中含人约60%的蛋白和40%的脂类，脂类主 要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，勒磷脂含量较 少，没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白, 另有30多种位于内质网腔，这些蛋白的分布具有异质 性，如：葡糖-6磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为 是标志酶，核耕体结合糖缶白(ribophorin)只分彳j在 RER, P450IW系只分布在SERo糙面内质网糙面内质网糙面内质网多呈扁囊状， 排列较为整齐，因在其膜 表而分布着大暈的核糖体 而命名。它是内质网与核 糖体共同形成的复合机能 结构，其主要功能是合成 分泌性的蛋白和多种膜蛋 白。因此在分泌细胞（如 胰腺腺泡细胞）和分泌抗 体的浆细胞屮,糙面内质 网比较发达，而在一些未 分化的细胞与肿瘤细胞屮 则较为稀少。图为内质网,其中的颗粒状物质为核糖体光面内质网表面没有核糖体结合的内质网称为光面 内质网。光面内质网常为分支管状，形 成较为复杂的立体结构。光面内质网是 脂质合成的重要场所，细胞中几乎不含 有纯的光而内质网，它们只是作为内质 网这一连续结构的一部分。光面内质网 所占的区域通常较小，往往作为出芽的 位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质 转移到咼尔基体内。信号肽指导蛋白质转移到内质网合成 C. Milstein (1972)发现从骨髓瘤细胞提 取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞 外的N端多出一段。G.Blobel和D. Sabatini等根据进一步的实验，提出了信 号假说(Signal hypothesis),认为蛋白 质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网 上合成。Blobel因此项发现获1999年诺贝 尔生理医学奖。蛋白质转入内质网合成涉及的成分信号肽(signal peptide),是引导新合成肽 链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽 链的N端，一般1630个氨基酸残基，含仃615 个带正电荷的非极性氨基酸，由丁信号肽又是 引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始 转移序列(start transfer sequence)。信号识别颗粒(signal recognition particle, SRP),由6种结构不同的多肽组成，结合一个 7S RNA,分子量325KD,属于一种核糖核蛋白 (ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合，导 致蛋白质合成暂停。蛋白质转入内质网合成涉及的成分SRP受体(SPR receptor),是膜的整合蛋白, 为异二聚体蛋白，存在于内质网上，可与SRP 特异结合。停 I上转移序列(stop transfer sequence),肽 链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很 高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为 跨膜蚩白质。转位因了(translocatOT),由34个Sec61蛋 白复合体构成的一个类似炸面圈的结构，每个 Sec61蛋白由三条肽链组成。蛋白质转入内质网合成的过程信号肽与SRP结合一 肽链延伸终止SRP 与受体结合SRP脱离信号肽一肽链在内 质网上继续合成，同时信号肽引导新生 肽链进入内质网腔-信号肽切除一肽链 延伸至终止-翻译体系解散。这种肽链 边合成边向内质网腔转移的方式，称为 co-translationo蛋白质转移到内质网上合成的过程些信号肽序列蛋白质信号序列 Preproalbumin: Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ue-Ser-Gly-Ser- Ala-Phe-Ser|Arg. Pre-IgG light chain: Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu- Leu-Phe-Pro-Gly- Thr-Arg-Cys|Asp. Prelysozyme: Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala- Ala-Leu-GlyjLys.蛋白质的修饰与加工包播糖基化、光基化、酰基化、二硫键形成等，其 中最主要的是糖基化，儿乎所有内质网上合成的蛋白质 最终被糖基化。糖基化的作用是：使蛋白质能够抵抗 消化酚的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些 蛋白只有在糖基化Z后才能正确折叠内质网上进行的为N连接的糖基化。糖的供体为核 甘糖(nucleotide sugar),如CMPI唾液酸、GDP-11 露糖、 UDPN乙酰匍糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到 膜上的磷酸长醉(dolichol phosphate)分子上，装朮成寡 糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列(Asm X-Ser或AsnXThr)的天冬酰胺残基上.蛋白质的糖基化糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：1. O连接的糖基化(Olinked glycosylation ):与Ser、Thi和Hyp的OH连接，连接的糖为半 乳糖或N乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O 连接的糖基化。2. N-连接的糖基化(N-linked glycosylation):与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N乙酰葡 糖胺li|*i* 1 III ol ioo&.cctiar kk?ER LUMENN-连接的糖基化 引 fl Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002ER的其它功能合成膜脂：大多数膜只是完全在内质网中合 成的，例外的情况包括：鞘磷脂是在内质网上 开始合成的，但完成于高尔基体；某些线粒体 和叶绿体独有的膜脂是驻留在这些细胞器中的酶 催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑运输的方式转 运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移 蛋白 (phosphol ipid transfer protein, PTP ) 形成水溶性复合物，转至其他膜上。笛体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内 分泌细胞中，SER、线粒体，可能还有高尔基体 上的一些酶共同参与笛体类激素的合成.ER的其他功能形成-些特珠结构：如肌细胞中釣SER特化成的肌质网可储存 钙离子，作为细胞内信号物质。支撑作用：内质网是细胞内最丰富的膜，形成了一种网 络结构，提供机械支撑作用，并成为细胞质中酶附着的支架。解毒作用：SER中的P450酶系属于单加氧酶( monooxygenase )、又称为多功能氧化酶(mixed funct ion oxidase)、轻化酶(hydroxylase),因其还原态的吸收峰在45 0nm 处，故名。主要分布在SER中，但也存在于质膜、线粒体.高尔基 体.过氧化物酶体、核膜等细胞器的膜中，具有解毒作用，通常 可将脂溶性有毒物质，代谢为水溶性物质，使有毒物质排出体外 。有时也会将致癌物代谢为活性致癌物。P450种类繁多，但都是 与其他辅助成分组成一个呼吸链来实现其功能，呼吸链中的P450 还原酶实际就是一种黄素蛋白。P450催化02分子中的一个原子加 到底物分子上使之凝化，另一个氧原子被NADH或NADPH提供的氢还 原生成水，在此氧化过程中无高能磷酸化合物生成。蛋白质的去向细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起 始于细胞基质Z屮.有些蛋白质刚起始合成不久便转移 至内质网膜上，继续进行蛋质合成.在糙而内质网上 ,多肽链一边延伸一边穿过内质网膜进入内质网腔屮， 以这种方式合成的萤白质主耍包扌舌：向细胞外分泌的蛋白质膜的整合蛋白构成细胞器中的可溶性驻留蛋白1向细胞外分泌的蛋白质向细胞外分泌的蛋 白，如胰腺细胞分泌的 酶，浆细胞分泌的抗体 ,小肠杯状细胞分泌的 粘蛋白，内分泌腺分泌 多肽类激素以及胞外基 质成分等.这类蛋白质 长以分泌泡的形式通过 细胞的胞吐输送到细胞 外，而且这种蛋白运输 的方式也利于分泌过程 的调控.2膜的基合蛋白细胞膜上的膜 蛋白及内质网，高尔 基体和溶酶体膜上的 膜蛋白等具有方向性 ,其方向性右内质网 上合成就已确定，在 以后的转运过程中， 其拓扑学特征始终保 持不变.3 构成纟田胞器中可溶4生驻留蛋白有些驻留蛋白需要与 其他细胞组分严格隔离， 如溶酶体1J卅i物液泡中的 酸性水解酌类；内质网， 高尔基体和胞内体( endosome)中固有的蛋白 以及其他有重要牛物活性 的蛋I,在合成后进入内 质网，便于与其他细胞组 分进一步区分，也有利于 对他们的加工与活化.-attention & concern!