1、細胞內蛋白質的分選細胞內蛋白質的分選信號假說與蛋白質分選信號信號假說與蛋白質分選信號蛋白質分選的基本途徑與類型蛋白質分選的基本途徑與類型細胞內細胞內膜泡運輸膜泡運輸COP包被膜泡的裝配與運輸包被膜泡的裝配與運輸COPCOP包被膜泡的裝配與運輸包被膜泡的裝配與運輸網格蛋白網格蛋白/ /接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸接頭蛋白包被膜泡的裝配與運輸重點重點：信號假說、膜泡的裝配與運輸：信號假說、膜泡的裝配與運輸 難點難點：信號假說與蛋白質分選、轉運膜泡：信號假說與蛋白質分選、轉運膜泡與靶膜的錨定和融合。與靶膜的錨定和融合。 蛋白質分選蛋白質分選(protein sorting)或蛋白或蛋白質尋靶（質尋靶

2、（protein targeting) 細胞質或粗面內質網上合成的蛋白質，通過細胞質或粗面內質網上合成的蛋白質，通過不同的分選和運轉機制，確保蛋白質被運至不同的分選和運轉機制，確保蛋白質被運至細胞的特定部位，并組裝成不同結構和功能細胞的特定部位，并組裝成不同結構和功能復合體的過程。復合體的過程。1972年年C.Milstein等發現從骨髓瘤細胞中提取的免疫球蛋白質等發現從骨髓瘤細胞中提取的免疫球蛋白質分子的分子的N端要比分泌到細胞外面的同一蛋白質分子的端要比分泌到細胞外面的同一蛋白質分子的N端長端長出一截。出一截。1975年，美國年，美國G.Blobel和和D.Sabatini根據進一步的實驗

3、依據，根據進一步的實驗依據，提出這種蛋白質合成的信號假說，即分泌性蛋白提出這種蛋白質合成的信號假說，即分泌性蛋白N端序列作端序列作為信號肽，指導分泌性蛋白到內質網膜上合成，然后在信號為信號肽，指導分泌性蛋白到內質網膜上合成，然后在信號肽的引導下蛋白質邊合成邊通過易位子蛋白復合體進入內質肽的引導下蛋白質邊合成邊通過易位子蛋白復合體進入內質網腔，在蛋白質合成結束之前信號肽被切除。網腔，在蛋白質合成結束之前信號肽被切除。1999年，年， G.Blobel因該假說被大量事實證實而獲諾貝爾生理因該假說被大量事實證實而獲諾貝爾生理醫學獎醫學獎這一過程主要是由三個因子協助完成的，即：這一過程主要是由三個因子

4、協助完成的，即：信號肽信號肽（signal peptide）又稱指導因子）又稱指導因子信號識別顆粒信號識別顆粒（ signal recognition particle， SRP）SRP受體（受體（又稱停泊蛋白又稱停泊蛋白docking protein，DP）信號肽的一級序列信號肽的一級序列 信號肽位于蛋白質的信號肽位于蛋白質的N端，端，1626個氨基酸殘基，一級序個氨基酸殘基，一級序列由列由疏水核心（疏水核心（h）、）、C端（端（c）和）和N端（端（n）三個區域構成。三個區域構成。 以血清白蛋白和以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白型病毒的糖蛋白gp160信號肽為例，信號肽為例，顯示出兩者

5、的顯示出兩者的n區長度明顯不同區長度明顯不同 。 信號肽似乎沒有嚴格的專一性，目前尚未發現共同的信號信號肽似乎沒有嚴格的專一性，目前尚未發現共同的信號序列。序列。信號識別顆粒信號識別顆粒(SRP): Six different polypeptides complexed with a 300-nucleotide (7S)molecule of RNA.信號識別顆粒受體信號識別顆粒受體(SRP receptor, GTP binding protein)SRP have three main active sites:One that recognizes and binds to sign

6、al sequence;One that interacts with the ribosome to block further translation;One that binds to the ER membrane (docking protein)信號假說主要內容：信號假說主要內容：（1）編碼分泌蛋白的）編碼分泌蛋白的mRNA，在起始密碼子，在起始密碼子AUG之之后，緊跟著一組特定的后，緊跟著一組特定的信號密碼子信號密碼子（約有（約有45-90、48-78個核苷酸），由此編碼一段多肽。個核苷酸），由此編碼一段多肽。（2）多肽鏈的合成開始在游離核糖體上，信號密碼）多肽鏈的合成開始在游離

7、核糖體上，信號密碼子轉譯為子轉譯為信號肽信號肽（signal peptide ，疏水性，疏水性占優勢），占優勢），約有約有16-26個氨基酸。個氨基酸。（3 3）在）在細胞質中細胞質中有有信號識別顆粒信號識別顆粒（signal recognition protein ，SRP，識別正在合成信號肽的核糖體并與之，識別正在合成信號肽的核糖體并與之結合，合成暫停，引導核糖體與結合，合成暫停，引導核糖體與ER膜上的易位子結膜上的易位子結合，而合，而SRP 則與則與SRP受體受體（又稱停泊蛋白，（又稱停泊蛋白，docking Protein）結合，蛋白質合成繼續，）結合，蛋白質合成繼續， SRP脫離釋放

8、返回脫離釋放返回基質重復利用?；|重復利用。（4）信號肽與）信號肽與易位子易位子作用并使作用并使RER形成隧道，合成形成隧道，合成的多肽鏈通過隧道進入內質網池。的多肽鏈通過隧道進入內質網池。（5）信號肽已無用，被位于）信號肽已無用，被位于RER膜內表面的信號肽膜內表面的信號肽酶（酶（Signal peptidase）切掉。）切掉。（6）多肽鏈繼續生長，直至合成完畢。）多肽鏈繼續生長，直至合成完畢。（7）最后在一種分離因子作用下，核糖體脫離開膜，）最后在一種分離因子作用下，核糖體脫離開膜，隧道封閉。隧道封閉。 在游離核糖體上起始合成在游離核糖體上起始合成 SRPSRP結合信號肽后暫停翻譯結合信號

9、肽后暫停翻譯 SRPSRP與與rERrER上的上的DPDP結合結合 信號肽與移位子結合，打開孔道信號肽與移位子結合，打開孔道 SRPSRP脫離，肽鏈合成重啟脫離，肽鏈合成重啟 信號肽被切除、降解信號肽被切除、降解 肽鏈合成終止，核糖體釋放，肽鏈折疊肽鏈合成終止，核糖體釋放，肽鏈折疊分泌性蛋白質的共翻分泌性蛋白質的共翻譯轉運過程譯轉運過程內在停止轉移錨定序列內在停止轉移錨定序列（internal stop-transfer anchor sequence，STA）內在信號錨定序列內在信號錨定序列（internal signal-anchor sequence，SA） (p139)肽鏈上的一段特殊

10、肽鏈上的一段特殊AA序列，與內質網膜的親合力很高，能阻止肽序列，與內質網膜的親合力很高，能阻止肽鏈繼續進入內質網腔，使其成為跨膜蛋白質。鏈繼續進入內質網腔，使其成為跨膜蛋白質?？缈缒さ鞍椎墓卜g轉運機理膜蛋白的共翻譯轉運機理繼信號肽、導肽后，人們又發現一系列蛋白質分選信號序列，繼信號肽、導肽后，人們又發現一系列蛋白質分選信號序列，統稱統稱信號序列信號序列，有些還可能形成三維結構的信號稱，有些還可能形成三維結構的信號稱信號斑信號斑信號功能信號功能舉 例蛋白進入蛋白進入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Tr

11、p-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滯留在滯留在ER中中 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- (KDEL) 蛋白進入線粒體蛋白進入線粒體 +H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-進入細胞核進入細胞核 -Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- （NLS） 進入過氧化進入過氧化 物酶體物酶體 -Ser-Lys-Leu- (PT

12、S1) 細胞質中合成的沒有信號序列的蛋白質去向？細胞質中合成的沒有信號序列的蛋白質去向？成為細胞質駐留蛋白成為細胞質駐留蛋白蛋白質分選的兩條基本途徑蛋白質分選的兩條基本途徑：共翻譯轉運共翻譯轉運（co-translational translocation) 分泌蛋白在信號肽引導下邊翻譯邊跨膜轉運的過程分泌蛋白在信號肽引導下邊翻譯邊跨膜轉運的過程 。n 在游離核糖上起始合成在游離核糖上起始合成n SRP引導轉運到引導轉運到rERn 邊合成，邊轉運邊合成，邊轉運n 靶區：細胞質膜及細胞內膜系統靶區：細胞質膜及細胞內膜系統后翻譯轉運后翻譯轉運（post-translational transloc

13、ation） 蛋白質在細胞質基質合成以后在導肽的指導下轉運到線蛋白質在細胞質基質合成以后在導肽的指導下轉運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的過程。粒體、葉綠體和過氧化物酶體的過程。n在游離核糖體上合成在游離核糖體上合成n 靶區：線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核、細胞基質的靶區：線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核、細胞基質的駐留蛋白或骨架蛋白、內質網（某些分泌蛋白）駐留蛋白或骨架蛋白、內質網（某些分泌蛋白）（一）、蛋白質向線粒體的分選（一）、蛋白質向線粒體的分選核基因編碼核基因編碼的線粒體蛋白的合成和輸入大體的線粒體蛋白的合成和輸入大體上要涉及到上要涉及到4個步驟：個步驟： 在細胞質基質中合

14、成多肽前體物在細胞質基質中合成多肽前體物 前體物和細胞器表面的受體結合前體物和細胞器表面的受體結合 穿過并移進細胞器膜穿過并移進細胞器膜 前體物被加工成成熟多肽前體物被加工成成熟多肽靶向線粒體基質的跨膜運送靶向線粒體內膜的跨膜運送 TOM: translocon of the outer membrane Tim: translocon of the inner membrane靶向線粒體膜間隙的跨膜運送 途徑A是主要的 注意與內膜蛋白途徑A不同點(三) 、過氧化物酶體中的蛋白質輸入 無論是膜上還是腔中的蛋白都是在細胞質基質中合成 絕大多數過氧化物酶體基質蛋白的C-端含有過氧化物酶體定位序列(

15、peroxisomal-targeting sequence, PTS 1) SKL(Ser-Lys-Leu) PST1無特異性：當把這一短的信號序列連接到細胞質中的任何蛋白質上，都可使該蛋白質被輸入過氧化物酶體中。蛋白質的分泌與胞吞途徑概觀蛋白質的分泌與胞吞途徑概觀 在細胞合成與分泌途徑中不同在細胞合成與分泌途徑中不同膜組分之間三種不同的膜泡運輸膜組分之間三種不同的膜泡運輸方式方式: 1. 網格蛋白網格蛋白/接頭蛋白有被小泡接頭蛋白有被小泡介導從高爾基體介導從高爾基體TGN質膜和質膜和胞內體及溶酶體的運輸；胞內體及溶酶體的運輸； 2. COPII包被小泡介導從內質包被小泡介導從內質網網高爾基

16、體的運輸；高爾基體的運輸； 3. COPI包被小泡負責將蛋白包被小泡負責將蛋白從高爾基體從高爾基體 內質網。內質網。 負責從內質網負責從內質網高爾基體的物質運輸；高爾基體的物質運輸； COPII包被蛋白由包被蛋白由5種蛋白亞基組成；種蛋白亞基組成； 包被蛋白的裝配是受控的；包被蛋白的裝配是受控的； COPII包被小泡具有對轉運物質的選擇包被小泡具有對轉運物質的選擇 性并使之濃縮。性并使之濃縮。 COPII包被小泡的裝配：包被小泡的裝配：Sar1-GTP與內質網膜的結合起始與內質網膜的結合起始COPII亞基的裝配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受體在腔面亞基的裝配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受體在腔

17、面捕獲并富集被轉運的可溶性蛋白捕獲并富集被轉運的可溶性蛋白 COPI包被含有包被含有8種蛋白亞基，包被蛋白復合物種蛋白亞基，包被蛋白復合物的裝配與去裝配依賴于的裝配與去裝配依賴于ARF(GTP-binding protein)； 負責回收、轉運內質網逃逸蛋白負責回收、轉運內質網逃逸蛋白(escaped proteins） ER。 細胞器中保留及回收蛋白質的兩種機制：細胞器中保留及回收蛋白質的兩種機制： 轉運泡將應被保留的駐留蛋白排斥在外，防止轉運泡將應被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉運；出芽轉運； 通過識別駐留蛋白通過識別駐留蛋白C-端的回收信號端的回收信號(lys-asp-glu-leu

18、,KDEL)的特異性受體，以的特異性受體，以COPI-包被小泡包被小泡的形式的形式捕獲逃逸蛋白捕獲逃逸蛋白。內質網駐留蛋白的回收圖解內質網駐留蛋白的回收圖解負責蛋白質從高爾基體負責蛋白質從高爾基體TGN質膜、胞內體或溶酶體和質膜、胞內體或溶酶體和植物液泡運輸植物液泡運輸在受體介導的細胞內吞途徑也負責將物質從質膜在受體介導的細胞內吞途徑也負責將物質從質膜內吞內吞泡泡(細胞質細胞質) 胞內體胞內體溶酶體運輸溶酶體運輸高爾基體高爾基體TGN是網格蛋白包被小泡形成的發源地是網格蛋白包被小泡形成的發源地 A:三腿網格蛋白分子；三腿網格蛋白分子；B:體外缺乏膜泡時自組裝的網格蛋白網格包被；體外缺乏膜泡時自

19、組裝的網格蛋白網格包被；C:發動蛋白介導的網格蛋白發動蛋白介導的網格蛋白/接頭蛋白包被膜泡形成示意圖接頭蛋白包被膜泡形成示意圖膜泡運輸的膜泡運輸的3個關鍵步驟：個關鍵步驟：n供體膜的出芽、裝配和斷裂形成包被轉運膜泡；供體膜的出芽、裝配和斷裂形成包被轉運膜泡；n細胞內由馬達蛋白驅動、以微管為軌道的膜泡運輸細胞內由馬達蛋白驅動、以微管為軌道的膜泡運輸n轉運膜泡與特點靶膜的錨定和融合轉運膜泡與特點靶膜的錨定和融合膜泡融合是特異性的膜泡融合是特異性的選擇性融合，選擇性融合，從而指導細胞內膜從而指導細胞內膜流的方向流的方向選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相特異性相互作用互作用在供體膜和靶膜之間膜泡的轉運、錨定與融合模式圖解在供體膜和靶膜之間膜泡的轉運、錨定與融合模式圖解生物大分子的組裝方式生物大分子的組裝方式 自我裝配自我裝配（self-assembly）亞基本身具有裝配信息，細胞提供組裝環境亞基本身具有裝配信息，細胞提供組裝環境協助裝配協助裝配（aided-assembly）其它成分參與或亞基進行修飾，需其它成分參與或亞基進行修飾，需ATP或或GTP提提供能量供能量直接裝配直接裝配（direct-assembly）亞基直接組裝到預先形成的結構上亞基直接組裝到預先形成的