细胞生物学第四版(8至12章)

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细胞生物学教学课件第八章~~~~~~第十二章

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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

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第一节 细胞内蛋白质的分选真核细胞中除线粒体和植物细胞叶绿体中能合成少量蛋白 质外，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(游离核糖体)中完成翻 译过程，或在粗面内质网膜结合核糖体上完成合成。然而，蛋 白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种区间或组 分。因此必然存在不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞 的特定部位，也只有蛋白质各就各位并组装成结构与功能的复 合体，才能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)。 蛋白质分选不仅保证了蛋白质的正确定位，也保证了蛋白质的 生物学活性。实际上，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

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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。核糖体没有结构差异，假设存在于蛋白质本身。 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。现在已知，信号假说是解释分泌性蛋白在糙面内质 网上合成的重要理论，该过程是包括蛋白质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16~26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 (好利用！)。

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信号肽的一级结构序列(图8-1)

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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α和β亚基组成，可特 异地与SRP结合。α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。

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信号识别颗粒(SRP)的结构示意 图(图8-2)

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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)

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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。

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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)。

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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

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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。

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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)

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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。注意：内质网和高尔基体本身的蛋白质分选也按此途 径来完成。 (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。酵母中 有些分泌蛋白由结合ATP的分子Bip蛋白(Bip-ATP)与膜 整合蛋白Sec63复合物相互作用，水解ATP提供动力驱动翻 译后转运途径，即分泌蛋白在细胞质基质游离核糖体上合成 后，再转运至内质网中。

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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

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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 …… 此处隐藏：2182字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……