第六章、真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输(下)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING,第六章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输,1,一、信号假说与蛋白质分选信号,二、蛋白质分选的基本途径与类型,三、膜泡运输,第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,2,分泌蛋白的,N,端含有一段特殊的信号序列可将多肽和核糖体引导到,ER,膜上；,信号肽引导下多肽以边合成边转运的方式，通过,ER,膜上的易位子蛋白复合体进入,ER,腔，切除信号肽。,1975,年，洛克菲勒大学的,Blobel, Sabatini,推测：,第一部分、信号假说与蛋白质分选信号,一、信号假说,3,Blobel with members of his laboratory,Gnter Blobel,Blobel,等（,1975,）提出信号假说，认为蛋白质,N,端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获,1999,年诺贝尔生理医学奖。,4,蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：,1,、信号肽：,一般位于新合成肽链的,N,端，有的,可位于中部,。一般,1535,个氨基酸,残基：,N,端含有至少,1,个带正电荷的氨基酸；中部含有,6-12,个疏水氨基酸；,C,端具有可被信号肽酶识别的位点。,作用：,通过与,SRP,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。,又称开始转移序列（,start transfer sequence,）。,二、内质网蛋白质合成,5,N,端,信号肽的一般结构,6,2,、信号识别颗粒（,signal recognition particle,，,SRP,）,组成,：,11S,的核糖核蛋白质，由,6,条不同的肽链和一个,7s,的,RNA,所组成。,3,个功能域,：,识别信号肽,；,与,SRP,受体蛋白结合,；,翻译暂停结构域，,干扰氨酰,tRNA,和肽酰基移位酶的反应，使多肽链的延伸终止,。,7,3,、,SRP,受体（,停泊蛋白，,docking,protein,）,ER,膜的整合蛋白，异二聚体：,亚基亲水性位于细胞质面；,亚基疏水性嵌入内质网膜内。,可使,SRP,信号肽新生肽链核糖体的复合体连接到,ER,膜上，使正在合成蛋白质的核糖体停泊在,ER,上。,8,4.,易位子,（,translocon,），,由,3-4,个,Sec61,蛋白构成的通道，直径,2 nm,。,哺乳动物细胞中有三种类型的,Sec61,即,、,和,。,5.,停止转移序列（,stop transfer sequence,），,又称终止转移肽，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。,9,蛋白质转入内质网合成的过程,10,蛋白质转入内质网合成的过程：,信号肽与,SRP,结合肽链延伸终止,SRP,与受体结合,SRP,脱离信号肽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共转运,co-translation,。,11,三、跨膜蛋白的形成,单次跨膜蛋白,：,由内部信号序列或,停止转移序列,N-,信号肽产生,内含信号序列,(internal signal sequence),它不位于,N-,末端，但具信号序列的作用。,它可作为蛋白质共翻译转移的信号被,SRP,识别，,同时它也是起始转移信号。,12,内部信号序列在膜蛋白穿膜时，总保持信号序列中含正电荷多的一端朝向细胞质基质面,，,导致,膜蛋白在内质网上,取向的不对称性。,13,二次跨膜蛋白,：,含有一个内部信号序列和一个停止转移序列；,多次跨膜蛋白,：,含多个内部信号序列和停止转移序列。,14,15,四、导肽与后转移,基本的特征：,蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细,胞器中，称,后转移,（,post translocation,）。,蛋白质跨膜转移过程需要,ATP,使多肽去折叠，还,需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白,Hsp70,）使其能,够正确地折叠成有功能的蛋白。,16,五、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。,17,signal sequence and signal patch,18,19,1,、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。,第二部分、蛋白质分选的基本途径与类型,20,第三部分、膜泡转运的分子机制,1.,运输小泡,形成的机制,?,2.,运输小,泡如何到达其准确的靶膜？,3.,运输小泡,与靶膜的,融合,的机制？,21,一、运输小泡的类型和分选信号,22,参与从,ER,到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。,（一）,COP,有被小泡（,COP coated vesicle,）,23,外被蛋白,（,Coat protein,，,COP,）,COP,是多亚基的蛋白复合物，构成的亚基有,Sec23/Sec24,、,Sec13/Sec31,和,Sec16,等。,24,COP,有被小泡的装配,COP,有被小泡的装配需要一种称为,Sar1,的,G,蛋白的参与。当,Sar1,中,GDP,与,GTP,进行了交换，诱导,Sec23,和,Sec24,蛋白的结合，接着是,Sec13,和,Sec31,蛋白的结合，,Sec16,与,Sec23/Sec24,复合物、,Sec13/Sec31,复合物相互作用，最后装配成一个完整的小泡。,25,分选信号,COP,小泡装配时的识别信号是双酸性分选信号,(,di,-acidic sorting signal),，如,Asp-X-,Glu,。具有这种信号序列的跨膜蛋白被包装进,COP,有被小泡。,从,ER,形成的,COP,小泡常常相互融合成大的运输小泡，这种大的小泡需要以微管作为运输轨道向高尔基体运输。,26,Cop,II,Vesicles,27,介导蛋白质从高尔基体运回内质网，包括从高尔基体反面膜囊运向高尔基体顺面膜囊，以及将蛋白质从高尔基体顺面膜囊,运回到内质网。,（二）、,COP,有被小泡（,COPcoated vesicle,）,28,外被蛋白,（,coat,protein,，,COP,）,COP,是一种胞质溶胶蛋白质复合物，由,7,个亚基组成：,、,、,、,、,、,、,。,COP,在出芽小泡的胞质溶胶面聚合，形成,COP,有被小泡。由,COP,作为外被的小泡称为,COP,有被小泡。,29,装配反应因子（,assembly,reaction,factor,，,ARF,）,ARF,是一种,GTPase,。,装配反应因子被认为是包被蛋白复合物（,coatomer,）的装配和去装配的信号。,当,ARF,同,GDP,结合时，游离存在于胞质溶胶中，若同,GTP,结合，,GTP,使,ARF,的构型发生改变，暴露出它的脂肪酸链，并随即插入到供体膜中。,30,分选信号,COP I,小泡装配时的识别信号是,Lys-lys-X-X (KKXX),。,31,介导从高尔基体反面网络出芽形成的选择性,的分泌小泡，包括溶酶体酶运输小泡，以及,细胞质膜中由受体介导的,内吞作用形成的内吞泡。,（三）、,披网格蛋白有被小泡（,clathrin-coated,vesicle,）,32,网格蛋白,(,clathrin,),及包被亚基,(coat subunits),由相对分子质量为,180kDa,的重链和相对分子质量为,35,40kDa,的轻链组成二聚体，,三个二聚体形成包被的基本结构单位,-,三脚蛋白复合体,(,triskelion,),。,三脚蛋白复合体再组装成六边形或五边形网格结构，即包被亚基，然后由这些网格蛋白亚基组装成网格蛋白有被小泡。,33,网格蛋白的三脚蛋白复合体,;,网格蛋白包被亚基,;,网格蛋白有被小泡,34,接,合素蛋白（,adaptin,，,AP,）和,发动蛋白（,dynamin,）,35,发动蛋白,（,dynamin,）,一种胞质溶胶蛋白，有,900,个氨基酸，能够同,GTP,结合并将,GTP,水解。,作用,是在有被小窝的颈部聚合，通过水解,GTP,调节自己收缩，最后将小泡与质膜割开。,36,披网格蛋白有被小泡的形成,有被小窝（,clathrin-coated,pit,）的形成；,网格蛋白有被小泡的形成；,无被小泡的形成。,分为三个基本过程：,37,当网格蛋白有被小,窝,形成时，可溶性蛋白,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（小于,1.5nm,），从而导致膜融合，掐断（,pinch,off,），有被小泡。,38,三种衣被小泡的功能,衣被类型,GTP,酶,组成与衔接蛋白,运输方向,clathrin,ARF,Clathrin,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 I,ARF,COP,高尔基体内质网,COP II,Sar 1,Sec23/Sec24,复合体，,Sec 13/31,复合体，,Sec 16,内质网高尔基体,39,二、膜泡运输的定向机制、停靠和融合机理,（一）,SNAREs,功能：介导运输小泡与靶膜的融合。,类型：,v-SNAREs,（,Vesicle,）和,t-SNAREs,（,Target,）。,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。,40,（二）、,Rab,蛋白,(,Rab,protein),在小泡运输与融合中的调节作用,Rab,蛋白家族是真核细胞中控制小泡转运的,GTP,结合蛋白。,Rab,蛋白的结构,41,Thanks!,42,