1、2021/8/21INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第六章真核細胞內膜系統、蛋白質分選與膜泡運輸2021/8/22 一、信號假說與蛋白質分選信號一、信號假說與蛋白質分選信號 二、蛋白質分選的基本途徑與類型二、蛋白質分選的基本途徑與類型 三、膜泡運輸三、膜泡運輸 第三節第三節 細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸2021/8/23分泌蛋白的分泌蛋白的N端含有一段特殊的信號序列可將多肽和核糖體端含有一段特殊的信號序列可將多肽和核糖體引導到引導到ER膜上；膜上；信號肽引導下多肽以邊合成邊轉運的方式，通過信號肽引導下多肽以邊

2、合成邊轉運的方式，通過ER膜上的易膜上的易位子蛋白復合體進入位子蛋白復合體進入ER腔，切除信號肽。腔，切除信號肽。 1975年，洛克菲勒大學的Blobel, Sabatini推測：第一部分、信號假說與蛋白質分選信號第一部分、信號假說與蛋白質分選信號一、信號假說一、信號假說2021/8/24Blobel with members of his laboratoryGnter BlobelBlobel等（1975）提出信號假說，認為蛋白質N端的信號肽，指導蛋白質轉至內質網上合成，獲1999年諾貝爾生理醫學獎。2021/8/25l蛋白質轉移到內質網合成涉及以下成分：蛋白質轉移到內質網合成涉及以下成分

3、：1、信號肽：、信號肽： 一般位于新合成肽鏈的一般位于新合成肽鏈的N端，有的端，有的可位于中部可位于中部。一般。一般1535個氨基酸個氨基酸殘基：殘基：N端含有至少端含有至少1個帶正電荷的氨基個帶正電荷的氨基酸；中部含有酸；中部含有6-12個疏水氨基酸；個疏水氨基酸；C端具有可被信號肽端具有可被信號肽酶識別的位點。酶識別的位點。 作用：作用：通過與通過與SRP的識別和結合的識別和結合, 引導核糖體與內質引導核糖體與內質網結合網結合; 通過信號序列的疏水性，引導新生肽跨膜轉通過信號序列的疏水性，引導新生肽跨膜轉運。運。 又稱開始轉移序列（又稱開始轉移序列（start transfer seque

4、nce）。）。二、內質網蛋白質合成二、內質網蛋白質合成2021/8/26N端端信號肽的一般結構信號肽的一般結構2021/8/272、信號識別顆粒（、信號識別顆粒（signal recognition particle，SRP）組成組成：11S的核糖核蛋白質，由的核糖核蛋白質，由6條不同的肽條不同的肽鏈和一個鏈和一個7s的的RNA所組成。所組成。3個功能域個功能域：識別信號肽識別信號肽；與與SRP受體蛋白結受體蛋白結合合；翻譯暫停結構域，翻譯暫停結構域，干擾氨酰干擾氨酰tRNA和肽酰和肽?；莆幻傅姆磻苟嚯逆湹难由旖K止基移位酶的反應，使多肽鏈的延伸終止。2021/8/283、SRP受體（受體

5、（停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein）ER膜的整合蛋白，異二聚體：膜的整合蛋白，異二聚體：亞基親水性位于亞基親水性位于細胞質面；細胞質面；亞基疏水性嵌入內質網膜內。亞基疏水性嵌入內質網膜內。 可使可使SRP信號肽新生肽鏈核糖體的復合體信號肽新生肽鏈核糖體的復合體連接到連接到ER膜上，使正在合成蛋白質的核糖體停膜上，使正在合成蛋白質的核糖體停泊在泊在ER上。上。2021/8/29 4. 易位子易位子（ translocon），），由3-4個Sec61蛋白構成的通道，直徑2 nm 。哺乳動物細胞中有三種類型的Sec61, 即、和。 5. 停止轉移序列（停止轉移序列（stop tra

6、nsfer sequence），），又稱終止轉移肽，與內質網膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續進入網腔，成為跨膜蛋白。2021/8/210蛋白質轉入內質網合成的過程蛋白質轉入內質網合成的過程2021/8/211l信號肽與信號肽與SRP結合結合肽鏈延伸終止肽鏈延伸終止SRP與受與受體結合體結合SRP脫離信號肽脫離信號肽肽鏈在內質網上繼肽鏈在內質網上繼續合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內質網續合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內質網腔腔信號肽切除信號肽切除肽鏈延伸至終止肽鏈延伸至終止翻譯體系翻譯體系解散。解散。l這種肽鏈邊合成邊向內質網腔轉移的方式稱為這種肽鏈邊合成邊向內質網腔轉移的方式稱為共轉運共轉運c

7、o-translation。2021/8/212三、跨膜蛋白的形成三、跨膜蛋白的形成v單次跨膜蛋白單次跨膜蛋白：v由內部信號序列或停止轉移序列N-信號肽產生 內含信號序列內含信號序列(internal signal sequence) 它不位于它不位于N-末端，但具信號序列的作用。末端，但具信號序列的作用。它可作為蛋白質共翻譯轉移的信號被它可作為蛋白質共翻譯轉移的信號被SRP識別，識別，同時它也是起始轉移信號。同時它也是起始轉移信號。2021/8/213v內部信號序列在膜蛋白穿膜時，總保持信號序列內部信號序列在膜蛋白穿膜時，總保持信號序列中含正電荷多的一端朝向細胞質基質面中含正電荷多的一端朝向

8、細胞質基質面，導致膜蛋白在內質網上取向的不對稱性。2021/8/214v二次跨膜蛋白二次跨膜蛋白：含有一個內部信號序列和一個停止轉移序列；v多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白：含多個內部信號序列和停止轉移序列。 2021/8/2152021/8/216基本的特征：基本的特征： 蛋白質在細胞質基質中合成以后再轉移到這些細蛋白質在細胞質基質中合成以后再轉移到這些細 胞器中，稱胞器中，稱后轉移后轉移（post translocation）。）。 蛋白質跨膜轉移過程需要蛋白質跨膜轉移過程需要ATP使多肽去折疊，還使多肽去折疊，還 需要一些蛋白質的幫助（如熱休克蛋白需要一些蛋白質的幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使

9、其能）使其能 夠正確地折疊成有功能的蛋白。夠正確地折疊成有功能的蛋白。 2021/8/217信號序列（信號序列（signal sequence）：）：引導蛋白質定向轉移的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，對所引導的蛋白質沒有特異性要求。信號斑（信號斑（signal patch）：）：存在于完成折疊的蛋白質中，構成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構成蛋白質分選的信號。2021/8/2182021/8/2192021/8/2201、門控運輸（gated transport）：如通過核孔復合體的運輸。2、跨膜運輸（transmembrane transport）：蛋白質通過跨膜通道進入

10、目的細胞器。3、膜泡運輸（vesicular transport）：蛋白質在內質網或高爾基體中被包裝成衣被小泡，選擇性地運輸到靶細胞器。2021/8/2211. 運輸小泡形成的機制運輸小泡形成的機制?2.運輸小泡如何到達其準確的靶膜？運輸小泡如何到達其準確的靶膜？3.運輸小泡與靶膜的融合的機制？運輸小泡與靶膜的融合的機制？2021/8/222一、運輸小泡的類型和分選信號一、運輸小泡的類型和分選信號 2021/8/223v參與從ER到順面高爾基體、從順面高爾基體到高爾基體中間膜囊、從中間膜囊到反面高爾基體的運輸。 （一）（一） COP有被小泡（有被小泡（COP coated vesicle）20

11、21/8/224v外被蛋白外被蛋白（Coat protein，COP） vCOP是多亞基的蛋白復合物，構成的亞基有Sec23/Sec24、Sec13/Sec31和Sec16等。 2021/8/225vCOP有被小泡的裝配有被小泡的裝配 vCOP有被小泡的裝配需要一種稱為Sar1的G蛋白的參與。當Sar1中GDP與GTP進行了交換，誘導Sec23和Sec24蛋白的結合，接著是Sec13和Sec31蛋白的結合，Sec16與Sec23/Sec24復合物、Sec13/Sec31復合物相互作用，最后裝配成一個完整的小泡。2021/8/226v分選信號分選信號 vCOP小泡裝配時的識別信號是雙酸性分選信號

12、(di-acidic sorting signal)，如Asp-X-Glu。具有這種信號序列的跨膜蛋白被包裝進COP有被小泡。v從ER形成的COP小泡常常相互融合成大的運輸小泡，這種大的小泡需要以微管作為運輸軌道向高爾基體運輸。2021/8/227Cop II Vesicles2021/8/228v介導蛋白質從高爾基體運回內質網，包括從高爾基體反面膜囊運向高爾基體順面膜囊，以及將蛋白質從高爾基體順面膜囊 運回到內質網。 （二）、（二）、COP有被小泡（有被小泡（COPcoated vesicle）2021/8/229外被蛋白外被蛋白（coat protein，COP）vCOP是一種胞質溶膠蛋白

13、質復合物，由7個亞基組成：、。vCOP在出芽小泡的胞質溶膠面聚合，形成COP有被小泡。由COP作為外被的小泡稱為COP 有被小泡。 2021/8/230v裝配反應因子（裝配反應因子（assembly reaction factor，ARF）vARF是一種GTPase。v裝配反應因子被認為是包被蛋白復合物（coatomer）的裝配和去裝配的信號。v當ARF同GDP結合時，游離存在于胞質溶膠中，若同GTP結合，GTP使ARF的構型發生改變，暴露出它的脂肪酸鏈，并隨即插入到供體膜中。2021/8/231v分選信號分選信號 vCOP I小泡裝配時的識別信號是Lys-lys-X-X (KKXX)。202

14、1/8/232v介導從高爾基體反面網絡出芽形成的選擇性 的分泌小泡，包括溶酶體酶運輸小泡，以及 細胞質膜中由受體介導的 內吞作用形成的內吞泡。 （三）、披網格蛋白有被小泡（三）、披網格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicle）2021/8/233v網格蛋白網格蛋白(clathrin)及包被亞基及包被亞基(coat subunits)v由相對分子質量為180kDa的重鏈和相對分子質量為3540kDa的輕鏈組成二聚體， 三個二聚體形成包被的基本結構單位-三腳蛋白復合體(triskelion) 。v三腳蛋白復合體再組裝成六邊形或五邊形網格結構，即包被亞基，然后由這些網格蛋白亞基組

15、裝成網格蛋白有被小泡。 2021/8/234 網格蛋白的三腳蛋白復合體網格蛋白的三腳蛋白復合體; 網格蛋白包被亞基網格蛋白包被亞基; 網格蛋白有被小泡網格蛋白有被小泡 2021/8/235v接合素蛋白（接合素蛋白（adaptin，AP）和發動蛋白（）和發動蛋白（dynamin） 2021/8/236發動蛋白發動蛋白（dynamin） 一種胞質溶膠蛋白，有900個氨基酸，能夠同GTP結合并將GTP水解。 作用作用是在有被小窩的頸部聚合，通過水解GTP調節自己收縮，最后將小泡與質膜割開。 2021/8/237披網格蛋白有被小泡的形成披網格蛋白有被小泡的形成v有被小窩（有被小窩（clathrin-c

16、oated pit）的形成；）的形成；v網格蛋白有被小泡的形成；網格蛋白有被小泡的形成；v無被小泡的形成。無被小泡的形成。分為三個基本過程：分為三個基本過程： 2021/8/238v當網格蛋白有被小窩形成時，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈圍繞在芽的頸部，將小泡柄部的膜盡可能地拉近（小于1.5nm），從而導致膜融合，掐斷（pinch off），有被小泡。 2021/8/239衣被類型GTP酶 組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質膜內體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體內體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體溶酶體，植物液泡COP IARFCOP高爾基體內質網COP IISar 1Sec23/Sec24復合體，Sec 13/31復合體，Sec 16內質網高爾基體2021/8/240l（一）SNAREs l功能：介導運輸小泡與靶膜的融合。l