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,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,第八章 蛋白质分选与膜泡运输,第一节 细胞内蛋白质的分选,第二节 细胞内膜泡运输,1,.,第八章 蛋白质分选与膜泡运输第一节 细胞内蛋白质的分选1,第一节 细胞内蛋白质的分选,真核细胞中绝大多数蛋白质都是由核基因编码，,起始合成均发生在游离核糖体上,，,然后或在细胞质基质中游离核糖体上,完成翻译过程,，,或在粗面内质网膜结合核糖体上完成合成。,之后,蛋白质各就各位并组装成结构与功能的复合体,，参与实现细胞的各种生命活动。这一过程称,蛋白质分选,（,protein sorting）,或,蛋白质寻靶（protein targeting）,。,蛋白质分选主要,依靠蛋白质自身信号序列,，从蛋白质起始合成部位转运到其功能发挥部位的过程。,一、信号假说与蛋白质分选信号,二、蛋白质分选转运的基本途径与类型,三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化酶体的分选,2,.,第一节 细胞内蛋白质的分选 真核细胞中,一、信号假说与蛋白质分选信号,细胞质的游离核糖体产生非分泌蛋白，内质网附着核糖体产生分泌蛋白。,信号假说（signal hypothesis）：,分泌蛋白可能携带N端短信号序列，一旦该序列从核糖体翻译合成，结合因子和蛋白结合，指导其转移到内质网膜，后续翻译过程将在内质网膜上进行。,该过程需要,蛋白质,N端的,信号肽,、,信号识别颗粒,和内质网膜上,信号识别颗粒的受,体（又称停泊蛋白）等因子,共同协助完成的,。,信号肽（signal peptide）：,信号肽位于蛋白质的N端，一般由1626个氨基酸残基组成，其中包括信号肽疏水核心区、N端和C端等3部分,；原核细胞某些分泌性蛋白的N端也具有信号序列。值得注意的是，信号肽似乎没有严格的专一性。,3,.,一、信号假说与蛋白质分选信号细胞质的游离核糖体产生非分泌蛋白,信号肽的一级结构序列（图8-1）,4,.,信号肽的一级结构序列（图8-1）4.,信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）：,信号识别颗粒是由6种不同蛋白质和一个7S小RNA分子构成的RNP颗粒。,SRP含有2种结构域，即信号肽识别结构域和核糖体结合结构域，其中信号肽识别结构域中的p54蛋白是一种包含成簇Met残基的GTP酶，Met侧链与信号肽的疏水核心结合；当SRP与信号肽结合后，核糖体结合结构域中的p9和p14蛋白复合体阻断新生肽链的翻译。,SRP通常存在于细胞质基质中,，等待信号肽从多核糖体上延伸暴露出来，SRP,既可与新生信号肽序列和核糖体大亚基结合，又可与内质网膜上SRP受体结合，,指导新生多肽及核糖体和mRNA附着到内质网膜上。,信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白，docking protein，DP）：,DP是内质网膜的整合蛋白，,由,和,亚基组成，可特异地与SRP结合。,亚基可结合GTP。,信号肽酶（signal peptidase）：,内质网腔面上蛋白水解酶，负责切除并快速降解新生多肽的N端信号肽序列。,5,.,信号识别颗粒（signal recognition part,信号识别颗粒（SRP）的结构示意图（图8-2）,6,.,信号识别颗粒（SRP）的结构示意图（图8-2）6.,在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系（表8-1）,7,.,在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系（,分泌性蛋白的合成与跨越内质网膜的共翻译转运图解（图8-3）,共翻译转运（cotranslational translocation）：,分泌蛋白向rER腔内的转运是同蛋白质翻译过程偶联进行的，这种蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程称为,共翻译转运,。,8,.,分泌性蛋白的合成与跨越内质网膜的共翻译转运图解（图8-3）,膜蛋白的共翻译转运机理,膜蛋白的共翻译转运涉及几个问题：,（1）靠疏水区滞留在内质网膜上；（2）单次跨膜和多次跨膜；（3）跨膜段的定向。,开始转移序列（start transfer sequence）：,位于新生肽链N端的信号序列（信号肽）（最终不保留），既可被SRP识别，又可引导新生肽链开始穿膜转移。,内部信号锚定序列（internal signal-anchor sequence,SA）：,位于新生肽链内部的疏水序列，既是信号序列，又是肽链跨膜锚定在脂双层中的序列。,内部停止转移锚定序列（internal stop-transfer anchor sequence,STA）：,位于新生肽链内部的疏水序列，既是肽段终止转移，又是肽链跨膜锚定在脂双层中的序列。,多次跨膜蛋白：,含有多个SA和多个STA的肽链将成为多次跨膜蛋白。,跨内质网膜肽段的取向：,一般而言，,带正电荷氨基酸残基多的一端,，或带正电荷氨基酸残基多的一侧，,朝向细胞质基质一侧,（外侧）。,9,.,膜蛋白的共翻译转运机理膜蛋白的共翻译转运涉及几个问题：（1）,内质网膜整合蛋白的拓扑学类型（图8-4）,STA：内部停止转移锚定序列 SA：内部信号锚定序列,10,.,内质网膜整合蛋白的拓扑学类型（图8-4）STA：内部停止转移,线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白质的信号序列特称为,导肽（leader peptide）,，其基本的特征是蛋白质在细胞质基质中的游离核糖体上合成以后再转移到这些细胞器中，因此称这种翻译后再转运的方式为,翻译后转运（post-translational translocation）,。这种转运方式在蛋白质跨膜过程中不仅需要消耗ATP使多肽去折叠，而且还需要跨膜后由,分子伴侣,帮助蛋白质再正确折叠形成有功能的蛋白。,继信号假说提出与确证后，人们又发现一系列蛋白质分选信号序列，统称,信号序列（signal sequence）,，而且有些信号序列还可形成三维结构的,信号斑（signal patch）,，指导蛋白的靶向转运和定位。,11,.,线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白质的信号序列特称为导肽（l,指导蛋白质从细胞基质转运到细胞器的靶向序列的主要特征（表8-2）,12,.,指导蛋白质从细胞基质转运到细胞器的靶向序列的主要特征（表8-,二、蛋白质分选转运的基本途径与类型,核基因编码的蛋白质的分选大体可分,2条途径,：,（1）,共翻译转运,（cotranslational translocation）途径：,即蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽和与之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运到高尔基体加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外,。,这种蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程称为,共翻译转运,。,（2）,翻译后转运,（post-translational translocation）途径：,即蛋白质在细胞质基质游离核糖体上合成以后，再转移到膜围绕的细胞器，如细胞核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。,13,.,二、蛋白质分选转运的基本途径与类型 核基因编,真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型（图8-5）,左：共翻译转运 右：翻译后转运,14,.,真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型（图8-5）左：共翻译转运,根据蛋白质分选的机制或转运方式不同，又可将蛋白质转运分为4类：,（1）跨膜转运（transmembrane transport）：,指共翻译转运途径中蛋白质边合成边转运进入内质网腔或插入内质网膜；另指翻译后转运途径中蛋白质在合成后依不同机制转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。,（2）膜泡运输（vesicular transport）：,蛋白质被不同类型的转运膜泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而再分选转移至细胞的不同部位，其中涉及供体膜出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输和转运膜泡与靶膜的融合等过程。,（3）选择性门控转运（gated transport）：,在游离核糖体上合成的蛋白质通过核孔复合体在核-质间双向选择性地完成核输入或核输出。,（4）细胞质基质中蛋白质的转运：,蛋白质在细胞质基质中的转运显然与细胞骨架系统密切相关，其它不明。,15,.,根据蛋白质分选的机制或转运方式不同，又,16,.,16.,三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化酶体的分选,转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质分选是一个,多步过程,，需要多个不同的,靶向序列（targeting sequence）,。,定位到叶绿体的前体蛋白,N端,具有4050个氨基酸组成的,转运肽（transit peptide）,，用以指引多肽定位到叶绿体并进一步穿过叶绿体被膜进入基质或类囊体中。,转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋白质靠的是线粒体蛋白,N端的导肽（leader peptide）,或过氧化物酶体蛋白,C端的靶向序列（targeting sequence）,。,注意：,蛋白质最终的定位还需要其它空间定位信号；蛋白质必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态，以利于通过膜；蛋白质输入通常需要能量。,17,.,三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化酶体的分选转运到线粒体、叶,（一）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体,1.线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质：,两性的N端靶向信号序列（形成,螺旋构象）对于指导蛋白质输入线粒体基质是至关重要的；需要分子伴侣胞质蛋白Hsc70和线粒体基质蛋白Hsc70协助；需要从内外膜接触点的Tom（外膜移位子）和Tim（内膜移位子）处输入。,2.线粒体蛋白以3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜：,途径A：具有N端基质靶向序列和内部停止转移序列；途径B：具有N端基质靶向序列和内部疏水的Oxa1靶向序列（内膜蛋白Oxa1所识别）；途径C：没有N端基质靶向序列，含有多个内部靶向序列；倆种膜间隙蛋白（Tim9/10）为外膜与内膜之间转运的分子伴侣。,3.线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙：,途径A：具有N端基质靶向序列和内部间隙靶向序列（其过程类似内膜蛋白途径A，需要内膜上蛋白酶于膜间隙一侧切割释放。）；途径B：通过外膜Tom40孔直接进入膜间隙。,18,.,（一）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体1.线粒体蛋白从细胞质,通过后翻译转运途径对核基因编码的线粒体蛋白的转运（图8-6）,A：线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质,B：线粒体蛋白通过3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜,C：线粒体蛋白通过2种途径从细胞质基质输入到线粒体膜间隙,19,.,通过后翻译转运途径对核基因编码的线粒体蛋白的转运（图8-6）,（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入,进入基质与线粒体的相似：,叶绿体前体蛋白具有N端叶绿体（基质）靶向序列和类囊体靶向序列，进入基质与线粒体的相似：如前体蛋白非折叠，依赖于基质Hsc70水解ATP提供能量。但与线粒体不同的是：不产生跨内膜的电化学梯度。,进入基质后不同蛋白的转运途径不同：,一个是叶绿体SRP依赖途径（与蛋白质进入内质网过程相似）；另一种是pH依赖途径（蛋白质与其辅因子结合，在类囊体靶向序列N端的2个Arg残基和跨线粒体内膜的pH 梯度是折叠蛋白输入到类囊体腔所必需的。）。,20,.,（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入进入基质与线粒体的,通过翻译后转运途径将叶绿体蛋白从细胞质基质输入到类囊体腔（图8-7）,Toc：外膜转运体复合物,Tic：内膜转运体复合物,21,.,通过翻译后转运途径将叶绿体蛋白从细胞质基质输入到类囊体腔（图,（三）过氧化物酶体蛋白的分选,过氧化物酶体是真核细胞中唯一利用分子氧氧化底物形成小分子用于合成途径的细胞器。,由内质网出芽衍生出,前体膜泡,，然后过氧化物酶体的,膜蛋白掺入,，形成过氧化物酶体雏形。,过氧化物酶体靶向信号（PTS）：,常见的C端PTS1（Ser-Lys-Leu）和少见的N端PTS2（Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu）。,可溶性细胞质受体识别并结合具有P
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