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蛋白质分选转运是细胞内蛋白质定位的重要机制，它确保了蛋白质能够准确无误地到达其发挥作用的细胞器或细胞结构。
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蛋白质分选转运
必要性
真核细胞区室化的形成
原核生物质膜内陷形成真核生物区室化
真核细胞区室化的生物学意义
形成了特定的功能区域和微环境，使各种生化反应独立、高效地进行
不同区室pH值不同
反应物浓度及离子浓度稳定
各生化反应互不干扰
增大膜面积
真核细胞内膜系统的组成
核膜
内质网
高尔基体
溶酶体
内体
过氧化物酶体
区室化使特定蛋白的定向分选成为必要
经内膜系统合成的蛋白
内膜系统驻留蛋白
膜蛋白
分泌蛋白
蛋白分选转运的方式
依赖于自身蛋白序列
①穿膜转运
穿膜转运又可分为翻译共转运 和翻译后转运
②选择性门控转运
细胞核
③小泡转运
将蛋白质包装于小泡内，从一个区室向另 一个区室摆渡
转运分类
胞质溶胶向内质网的分选转运
内质网的结构以及化学组成
通过微粒体生化分析其组成
脂质：蛋白质=1:2；标志酶：葡萄糖—6—磷酸酶
结构
单层膜的管/泡/扁平囊形成彼此连通 的三维管网
分类
粗面内质网rER：扁平囊形成板层状，含附着型 核糖体
光面内质网sER：管泡状，膜表面光滑
内质网腔内驻留蛋白
BIP;HSP40；GRP94；蛋白质二硫键异构酶
胞质-rER的翻译共转运机制
核糖体
组成
核糖体由两个亚基构成，在不进行 蛋白质合成时各自游离于细胞质中
游离核糖体和附着核糖体：蛋白质合成都起始于胞质溶胶，随着蛋白质合成的进行，有些游离核糖体会贴附于内质网膜成为附着核糖体，有些则始终保持游离状态
信号假说
信号肽
位于多肽N端或内部，数量不定
由十几个疏水氨基酸残基组成
可被信号识别颗粒（SRP）识别
具体过程
1.新生多肽在细胞质基质中的游离核糖体起始合成，多肽N-端的信号肽序列首先合成，并伸出核糖体与胞质中的SRP识别并结合，同时多肽合成停止
2.SRP与其内质网膜上的SRP受体结合，将核糖体牵引并结合到内质网膜上的蛋白质转运通道，而后SRP脱离核糖体，多肽合成重启；
3、新生肽在信号肽的介导下插入蛋白质转运通道，以袢环的形式向内质网腔中转运。随后，信号肽酶切除信号肽，多肽链释放入内质网腔中。蛋白质合成结束，核糖体大小亚基解离返回胞质
信号假说外延
唯一的内信号肽，即内部信号序列内部信号序列不被信号肽酶切割。新生蛋白形成单次跨膜蛋白多个的内信号肽形成多次跨膜蛋白
蛋白质转运通道
转位子sec61
翻译后转运
酵母ER较为常见，这个过程也需要转位子Sec61及其辅助蛋白和一些其他蛋白的参加并消耗ATP。
举例
ER尾锚定蛋白疏水的C-末端α螺旋出现在核糖体表面后，可溶性预定向复合物会捕获它，并将其装载到Get3 ATP酶上，通过Get1-Get2复合体定向到ER膜上。Get3 水解其结合的ATP后，尾部锚定的蛋白质释放并插入ER膜。释放出 ADP 并重新与 ATP 结合后，Get3 再循环回到细胞质中。
rER对蛋白质的折叠、修饰与质量监控
分子伴侣
能特异性识别新生肽链或部分折叠的多肽并与之结合，协助其折叠成正确的高级结构，但其本身并不参与最终产物的形成。
具有内质网驻留信号(KDEL)，能够长期、稳定地停留在内质网中。
Bip；蛋白质二硫键异构酶（PDI）
分子伴侣超负荷下解决未(错)折叠蛋白
1. ER相关的降解
2. 大量未（错）折叠蛋白的ER滞留导致 未折叠蛋白反应(UPR)，即内质网应激
rER的转运输出
分泌/驻留/跨膜蛋白完成必要的折叠修饰后会以膜泡形式由内质网输出位点（ER exit sites，ERESs）转运至高尔基体
sER合成脂质补充ER的面积
1.膜泡（膜细胞器或质膜）
2.线粒体与内质网的接触点中的磷脂转 换蛋白（线粒体）
rER参与脂肪的合成：将多余脂肪酸合成 为脂肪存储于脂滴(LD)中
内质网向高尔基体的分选转运
rER的转运输出-Sec蛋白家族&COPII
衣被蛋白II（COPII）小泡承载蛋白质离开ER
货物蛋白离开ER进入小泡通常是一个脱离信号 (exit signals)介导的选择性过程
1. 膜性货物蛋白通过胞质端的脱离信号直接与COPII结合， COPII在递送货物到高尔基体后将返回ER再利用。
2. 可溶性货物蛋白的脱离信号可与穿膜货物受体结合，而受体 又通过其胞质端脱离信号与COPII结合
3. 没有脱离信号的蛋白也可通过散流(bulk flow)进入到运输小 泡。散流的存在使得ER驻留蛋白从ER缓慢漏出，被送到高尔基 体，同样也使高浓度合成的分泌蛋白不依赖脱离信号或货物受 体离开ER。
小泡管簇介导从ER-Golgi的转运
来自ER的小泡融合形成小泡管簇(也称ERGIC），沿着微管向高尔基体快速移动 移动的ERGIC通过COPI小泡将逃逸的ER驻留蛋白和参加ER出芽反应的货物受体蛋白返回ER
内质网出芽小泡的靶向与融合
小泡靶向融合步骤:移动、拴系停靠、融合
关键分子1：Rab蛋白家族属于GTPase，指引小泡到正确 靶膜的特殊位点。 关键分子2：可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因 子结合蛋白受体(SNARE)介导脂质双层的融合
高尔基体向溶酶体的分选转运
功能概述
蛋白质的糖基化加工
N链接的糖基化
内质网腔中特异性糖基转移酶将糖链从多萜醇转移到多肽链Asn-X-Thr/Ser中Asn的-NH2上，形成N-连接糖蛋白
基于内质网的N-连接糖链的基础上进行删/增
O链接的糖基化
O-连接糖基化修饰：将单糖 加到Ser/Thr的-OH上
1.糖链的精细加工体现糖蛋白的多样性 2.糖基化修饰为蛋白质转运提供分选信号
形态
由单层膜性囊泡构成的堆叠(垛)结构
按囊泡形态可分为三个部分： 1、顺面高尔基网络（小囊泡） 2、中间膜囊（扁平囊泡） 3、反面高尔基网络（大囊泡）
高尔基体维持极性的形态 和极性的化学组成
1.囊泡转运模式：通过囊泡转运实现物 质的推送及物质回收
2. 膜囊平移模式：通过膜囊移动实现物 质的推送，通过囊泡转运实现物质回收
由单层膜形成的囊泡状结构
在形态、数量、生理生化性质等方 面具有高度异质性
溶酶体也有许多共性： 1.由单层膜形成的囊泡状结构 2.含多种酸性水解酶：酸性磷酸酶(标志酶) 3.溶酶体膜蛋白通常高度糖基化 4.溶酶体膜含有较多的胆固醇，膜上常嵌有质子泵（H＋ATPase）
功能
降解物质
1. 自噬作用，包括巨自噬（通过自噬体与溶酶体发生作用）、微自噬（溶酶体直接内吞）、分子伴侣介导的自噬等
2. 异噬作用，包括受体介导的内吞作用、吞噬作用（固体）、吞饮作用（溶质）
溶酶体酶蛋白从ER-Golgi-Lysosome的分选运输
1. 溶酶体酶由游离核糖体起始合成，经N末端信号肽引导，进入内质网腔
2. 溶酶体酶于内质网正确折叠后形成信号斑；经糖基化修饰后含有甘露糖残基
3. 溶酶体酶基于自身结构信息，在顺面高尔基网络形成6-磷酸-甘露糖（M6P）
4. 在高尔基体反面网络，溶酶体酶与M6P受体结合后形成网格蛋白包被小泡
5.小泡脱衣被为无被小泡并与内体融合
6. 内体酸性环境下M6P受体解离，通过膜泡返回高尔基体反面膜囊
7. 内体逐渐成熟，形成各型溶酶体(内体性/自噬性/异噬性溶酶体.
过程
内体-多泡体(MVBs)-外泌体(Exosomes)
胞质溶胶向线粒体的分选转运
线粒体的蛋白质转位
1. 外膜的TOM和SAM复合体，所有需进入线 粒体的蛋白质都需要经过TOM复合体。
2. 内膜的TIM和OXA复合体。TIM23(至基质 或内膜)，TIM22(至内膜)，OXA将线粒体合 成的蛋白质插入内膜。
3. 转位需线粒体内外能量和分子伴侣的帮助
胞质溶胶向过氧化物酶体的分选转运
过氧化物酶体的基本结构与功能
单位膜形成的囊泡状结构，中央具有结晶状核心(尿酸氧化酶）
内含多种氧化酶，过氧化氢酶为标志酶过氧化物酶体缩短线粒体中无法降解的超长链脂肪酸链，产生活性氧（H2O2）
同时通过氧化氢酶消除活性氧以保护机体
Pex与过氧化物酶体的蛋白质转运与生物发生
所有过氧化物酶体的蛋白质都是由核基因编码， 在胞质的游离核糖体合成并完成折叠，然后在PST 信号肽的引导下输送到过氧化物酶体。至少有23 种被称为Peroxin (Pex)的蛋白参与了过氧化物酶 体的发生以及膜蛋白和基质蛋白的转运。
蛋白回收信号
1.ER驻留膜蛋白(如货物受体蛋白)含KKXX(K为赖 氨酸;X为任意氨基酸)回收信号，可直接结合COPI
2.ER驻留可溶性蛋白(如BiP)含KDEL回收信号，即驻留信号，结合KDEL受体。 KDEL受体不断在ER-GOLGI间循环往来
各个细胞器功能
遗传物质存储、复制、转录的场所
蛋白质合成场所和集散地、大多数脂类以及胆固醇的合成场所
蛋白质和脂类的修饰分选和包装
细胞内的降解作用
毒性分子的氧化
细胞内吞物质的临时存放点
