细胞生物学第六章蛋白质分选与膜泡运输_思维导图模板

蛋白质分选与膜泡运输

蛋白质分选与膜泡运输概述

信号假说：信号假说是指，在细胞质中合成的分泌性蛋白质N端带有信号序列，指导细胞质中游离的核糖体与内质网膜结合，之后一边合成一边通过易位子进入内质网网腔的机制。在蛋白质合成结束之前，信号序列被切除

起始转移序列：作为rER的信号序列，位于多肽链N端，指导新合成的多肽穿过内质网膜，进入内质网网腔

停止转移序列：作为锚定序列，位于多肽链内部，不被切除，诱导形成跨膜蛋白

内在信号锚定序列：双功能序列，位于多肽链内部，不被切除。一方面作为信号序列，促使新合成的多肽穿过内质网膜进入内质网网腔；另一方面作为膜锚定序列，诱导形成跨膜蛋白

蛋白质分选

蛋白质分选的概念：蛋白质分选是指，在细胞质中合成的肽链通过不同的途径转移到细胞特定位置的过程

蛋白质分选的类型

共翻译转运途径：共翻译转运途径是指，肽链在游离核糖体上开始合成后，经信号序列进入rER，之后边翻译边转运

翻译后转运途径：翻译后转运途径是指，肽链在游离核糖体上合成完成后，转运到其他膜性细胞器，例如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核中，或者成为胞质可溶性驻留蛋白

蛋白质的转运

跨膜转运：跨膜转运是指，细胞质基质中合成的蛋白质在信号序列的介导下，通过靶膜上的孔道进入膜性细胞器的过程。通常需要分子伴侣协助解折叠，以促进跨膜转运

膜泡转运：膜泡转运是指，蛋白质通过不同类型的小泡由rER转运至高尔基体，进而分选至细胞不同位置的过程。通常涉及出芽、转运、融合三个步骤。已经正确折叠的蛋白质通过膜泡运输，其方向性在运输过程中保持不变

Cop I介导的膜泡运输

Cop II介导的膜泡运输

网格蛋白介导的膜泡运输

选择性门控运输：选择性门控运输是指，在细胞质中合成的多肽，经核定位信号或核输出信号的介导，通过核孔复合物选择性进出细胞核的过程。属于主动运输，消耗代谢能量。选择性门控运输的蛋白质为已经正确折叠的蛋白质

细胞质基质中的蛋白质运输：细胞质基质中的蛋白质运输是上述三种运输方式的基础，与细胞骨架密切相关

蛋白质的分选

内质网蛋白质的分选

细胞质中游离核糖体是所有蛋白质合成的起点，若所合成的蛋白质为分泌性蛋白质，则在肽链N端会有一段指导蛋白质进入内质网的信号序列，称为信号肽。内质网蛋白质通过信号肽介导分选，属于共翻译转运途径

当游离核糖体中肽链延伸至约80个氨基酸时，暴露出N端信号肽，细胞质基质中的信号识别颗粒（SRP）与之结合，防止新生N端受到损伤或肽链成熟前折叠，同时肽链合成暂停

SRP与内质网中SRP受体，即停泊蛋白（DP）结合，同时SRP、DP各结合一分子GTP，通过水解GTP使信号肽与内质网膜上的易位子结合，打开通道蛋白，信号肽穿过内质网膜并引导肽链进入内质网腔。同时SRP被释放，返回细胞质基质重新利用

进入内质网网腔的信号肽被酶切降解，肽链延伸继续，进入内质网腔后折叠。同时核糖体脱离，易位子关闭。

若信号肽后包含停止转移序列，则此时肽链合成继续，而肽链向内质网网腔转运停止，形成单次跨膜蛋白。膜蛋白的跨膜次数由起始转移序列和停止转移序列的数目共同决定

信号序列中，正电荷较多的一端朝向细胞质基质，故膜蛋白在膜中的去向相同，决定了膜蛋白的不对称性

线粒体蛋白质的分选

线粒体蛋白质分选的特点

线粒体蛋白质分选属于翻译后转运途径

线粒体蛋白质分选序列称为前导肽，为两性α螺旋。前导肽一方面识别线粒体受体信号，一方面牵引多肽过膜。不同序列含有不同信号，介导蛋白质进入线粒体不同位置

线粒体蛋白质跨膜时以解折叠状态完成，进入线粒体后重新折叠，这一过程需要分子伴侣的协助

前导肽引导蛋白质进入线粒体是主动运输的过程，消耗代谢能

前导肽引导蛋白质进入线粒体是配体与受体特异性识别的过程

蛋白质由细胞质基质向线粒体基质的转运

线粒体基质蛋白在细胞质中游离核糖体上合成后，在胞质分子伴侣Hsp70的作用下解折叠，形成完全伸展构象

前导肽与线粒体外膜中受体相互作用，且作用位点处线粒体内、外膜局部融合，使肽链通过内膜，进入线粒体基质。此过程需要ATP功能以及内膜两侧质子浓度梯度的驱动

肽链进入线粒体基质后，前导肽被酶切降解，肽链在线粒体基质中分子伴侣Hsp60的作用下重新折叠

蛋白质由细胞质基质向线粒体内膜转运

肽链由前导链介导，进入线粒体基质，此过程中，停止转运序列介导肽链定位于线粒体内膜

肽链由前导肽介导，进入线粒体基质，此过程中，Oxal靶向序列与线粒体内膜中Oxal受体结合，使肽链转运到线粒体内膜

肽链中没有前导肽，而是含有数个内在信号锚定序列，进入膜间隙后，在线粒体内膜上形成多次跨膜蛋白

蛋白质由细胞质基质向线粒体膜间隙转运

肽链由前导肽介导，进入线粒体基质，此过程中，通过膜间隙靶向序列将肽链定位于线粒体内膜，再由内膜中蛋白酶切割，使肽链进入膜间隙

肽链中没有前导肽，只有膜间隙靶向序列，直接进入线粒体膜间隙

叶绿体蛋白质的分选

叶绿体蛋白质分选的特点

叶绿体蛋白质的分选属于翻译后转运途径

叶绿体蛋白质分选序列称为转运肽，富含羟基氨基酸，如Ser、Thr、Tyr等。转运肽一方面识别叶绿体信号，一方面牵引蛋白质过膜。不同的序列含有不同信号，介导蛋白质进入叶绿体不同位置

叶绿体蛋白质跨模时以解折叠状态完成，进入叶绿体后重新折叠，这一过程需要分子伴侣的协助

转运肽引导蛋白质进入叶绿体是主动运输过程，消耗代谢能

转运肽引导蛋白质进入叶绿体是配体与受体特异性识别的过程

定位于叶绿体基质的蛋白质（与线粒体类似）

定位于叶绿体类囊体腔的蛋白质

游离核糖体合成的叶绿体蛋白N端转运肽中含有两个导向序列，分别介导两步转运。

导向基质的序列在引导多肽进入基质后水解，之后导向类囊体的序列进一步引导多肽进入类囊体腔后水解

此过程包含分子伴侣介导的解折叠与重折叠

定位于叶绿体类囊体膜的蛋白质

某些ctDNA编码的蛋白质能够整合于类囊体膜中

某些核DNA编码的蛋白质在进入叶绿体基质，在酶的作用下整合到类囊体膜中

过氧化物酶体蛋白质的分选

过氧化物酶体蛋白质分选序列称为内在引导信号（PTS）

PTS1信号位于肽链C端，由三个氨基酸残基组成，即Ser-Lys-Leu。在细胞质基质中被信号识别颗粒识别，介导肽链跨膜转运，进入过氧化物酶体基质。转运后C端PTS不被切除

膜泡运输

膜泡的形成

CopII有被小泡的形成：CopII有被小泡介导顺向运输，即由内质网向高尔基体。CopII有被小泡是通过可溶性包被蛋白CopII复合物在内质网膜上组装形成的。内质网腔中可溶性分泌蛋白与选择性跨膜蛋白腔面端结合，同时内质网选择性跨膜蛋白胞质端的信号序列以及内质网膜整合蛋白被CopII识别，在小分子GTP结合蛋白的作用下募集形成CopII复合物，从而出芽形成有被小泡。有被小泡中GTP水解，CopII脱离，可以重复利用。脱被后整合蛋白定位于高尔基体CGN，与CGN上的受体结合，使小泡锚定于CGN表面，进而在SNARE蛋白介导下进行膜融合，释放内容物

CopI有被小泡的形成：CopI有被小泡介导逆向运输，即由CGN到内质网或TGN到CGN

逆向运输使膜脂再循环，令内质网与高尔基体的膜脂处于动态平衡

逆向运输是逃逸蛋白的回收机制：内质网中正常的可溶性驻留蛋白，如二硫键异构键、结合蛋白等，其C端均含有四肽信号（KDEL），其受体定位于CGN与内质网膜，引导错误分选的逃逸蛋白回收。这一机制有助于防止内质网驻留蛋白的损失。内质网中有些驻留蛋白会形成大的复合物，不能包装于小泡之中，从而永久驻留于内质网。

网格蛋白有被小泡的形成

网格蛋白有被小泡介导：TGN到质膜、胞内体、溶酶体、液泡的运输受体介导的胞吞作用胞内体到溶酶体的运输

靶蛋白与高尔基体TGN上的受体结合，使大量接头蛋白募集到TGN胞质面受体，且在小分子GTP结合蛋白的作用下，募集网格蛋白。随着网格蛋白的不断募集与装配，形成50-100nm的有被小窝，并不断凹陷。在GTP的作用下，发动蛋白向小窝颈部环绕，不断缢缩，使网格蛋白有被小窝从高尔基体膜中释放。网格蛋白有被小泡外层为网格蛋白骨架，内层为覆盖小泡表面的接头蛋白，将网格蛋白固定于小泡表面。当小泡出芽形成转运小泡后，网格蛋白脱落，转运小泡被转运至相应的靶膜

膜泡的基本组成

小分子GTP结合蛋白：启动膜泡的形成

CopI、CopII、网格蛋白：介导出芽，构成转运小泡外骨架

受体膜蛋白：选择性的转运内含物

Rab-GTP蛋白：介导膜泡与靶膜相结合，起到锚定作用。Rab-GTP在细胞中分布具有特异性

SNARE蛋白：介导膜泡与靶膜相融合。V-SNAREs蛋白定位于转运小泡中，T-SNAREs蛋白定位于靶膜中，二者结合形成SNARE复合体，介导膜融合

膜泡的转运（扩散或通过微管运输）

膜泡的融合：转运小泡中Rab-GDP在鸟苷酸交换因子的作用下，转化为Rab-GTP，插入转运小泡受体表面，介导转运小泡与靶膜上的Rab受体结合，使转运小泡锚定于靶膜上。此时，转运小泡中V-SNAREs与靶膜中T-SNAREs结合，形成SNARE复合体，介导二者膜融合。之后在一系列蛋白质的作用下，通过水解ATP，使SNARE复合体解聚，以重复利用