蛋白质分选与膜泡运输

蛋白质分选与膜泡运输的思维导图，主要内容有信号假说与蛋白质分选信号、蛋白质分选转运的基本途径与类型、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选、细胞内膜泡运输。

蛋白质分选与膜泡运输

• 蛋白质分选与膜泡运输
  • 信号假说与蛋白质分选信号
    • 分泌蛋白携带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。
    • 现已知,指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是由蛋白质N端的信号肽信号识别颗粒(SRP)和内质网膜上信号识别颗粒的受体(又称停治蛋白,DP)等因子共同协助完成的。
      • 信号肽位于白的N端、一般16~26个氨基残基组成,其中包括水核心区、信号数的C端和N端等三个部分。
      • 信号识别颗粒是一种核糖核蛋白复合体,由6种不同的蛋白质和一个由300个核苷酸组成的7SRNA结合组成,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既可与新生肽信号序列和核糖体大亚基结合,又可与内质网膜上SRP受体结合。
    • 分泌蛋白在内质网上合成的共翻译转运
      • 蛋白质首先在细胞质基质游离核糖体上起始合成,当多肽链延伸至80个左右氨基酸残基时,N端的内质网信号序列暴露出核糖体并与信号识别颗粒结合,导致肽链延伸暂时停止,防止新生肽N端损伤和成熟前折叠。 直至信号识别颗粒与内质网膜上的SRP受体结合，这种结合的相互作用被GTP与SRP和SRP受体(DP)的结合所强化。 核糖体/新生肽与内质网膜的移位子结合,信号识别颗粒脱离了信号序列和核糖体,返回细胞质基质中重复使用,肽链又开始延伸。 以环化构象存在的信号肽与移位子组分结合并使孔道打开,信号肽穿入内质网膜并引导肽链以袢环的形式进入内质网腔中,这是一个耗能过程。 与此同时,腔面上的信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。 肽链继续延伸,直至完成整个多肽链的合成,蛋白质进入腔内并折叠,核糖体释放,移位子关闭。
  • 蛋白质分选转运的基本途径与类型
    • 后翻译转运
      • 在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成,然后转运至膜围绕的细胞器,如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核,或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。
    • 共翻译转运
      • 蛋白质合成在游离核糖体上起始之后,由信号肽及其与之结合的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,经转运模泡运至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,内质网 与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的
    • 蛋白质跨膜转运
      • 要是指共翻译转运途径中,在细胞质基质中起始合成的蛋白质,在信号肽-SRP介导下转移到内质网,然后边合成边转运或进人内质网腔或插入内质网膜； 此外是指后翻译转运途径中,在细胞质基质核糖体上完成合成的多肽链在不同靶向信号序列指导下,依不同的机制转运到线粒体,叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。
    • 膜泡运输
      • 蛋白质被不同类型的转运膜泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分送转运至细胞的不同部位,其中涉及供体模出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输以及膜泡与靶膜的融合等过程。
    • 选择性的门控转运
      • 在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体在核一质间双向选择性地完成核输入或核输出,见核孔复合体的选择性运输
    • 蛋白质基质中蛋白质转运
      • 与细胞骨架密切相关
  • 蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选
    • 蛋白质从细胞质基质输入到线粒体
      • 两性的N端靶向信号序列对于指导蛋白质输入线粒体基质是至关重要的。
      • 叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质分选是一个多步过程,需要多个不同的靶向序列,定位到叶绿体的前体蛋白N端具有40-50个氨基酸组成的转运肽,用以指引多肽定位到叶绿体并进一步穿过叶绿体被膜进入基质或类囊体中。
    • 叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入
      • 核基因编码的叶绿体基质蛋白包括所有 Calvin循环有关的酶和核酮糖1,5-二磷酸基歧化酶的小亚基都是在细胞质基质合成后输入到叶绿体基质的。
    • 过氧化物酶体的分选
      • 含有过氟化物酶体把向序列( Prs1)的基质蛋白,其C端信号序Pex5列为3肽SKL,它首先与胞质中可溶性受体蛋白结合,结合基质蛋白的PexS受体再与过氧化物酶体膜上的Pexl4受体相互作用,可溶性Pe5受体和膜结合的Pexl4受体似乎与SRP和SRP受体的功能有相似性。基质蛋白-Pex5受体复合物通过定位在过氧化物酶体膜上的一组蛋自质复合物( Pex10/Pexl2Pex2)以尚不清楚的机制转运到基质中在转运过程或在基质中,Pex5与Pex1012复合物解离返回细胞质基质中再利用。 值得注意的是折叠好的基质蛋白在C端PIS1指导下可以输入到过氧化物酶体基质中但其信号序列不被切除。
• 细胞内膜泡运输
  • 在细胞的膜泡运输中,糙面内质网相当于重要的物质供应站,而高尔基体是重要的枢组和集散中心。
    • 膜泡运输是蛋白质分选的一种特有的方式,普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和组装,还涉及多种不同膜泡靶向运输及其复杂的调控过程。在细胞分泌与胞吞过程中,以模泡运输方式介导蛋 白质分选途径形成细胞内复杂的膜流,这种膜流具有高度组织性、方向性并维持动态平衡。
  • 细胞内膜泡运输需要多种转运膜泡参与,根据转运膜泡表酐包被蛋白的不同,目前发现有3种不同类 型:COPII包被膜泡、COPI包被膜泡和网格蛋白接头蛋白包被膜泡,它们分别介导不同的膜泡转运途径。
    • 1.COPI包被膜泡介导顺向运输,即从ER到高尔基体顺面网状结构。 2.COP包被膜泡介导逆向运输,即在高尔基体内膜囊间和从高尔基体顺面膜和高尔基体顺面网状结构到rER。 3.网格蛋白/接头蛋白包被膜泡从高尔基体反面管网区出芽和从质膜内化形成,脱去包被后的膜泡与晩期胞内体融合,这类膜泡的包被除网格蛋白外还含有其他蛋白。分泌泡的包被蛋白尚未鉴定,这些转运膜泡携带分泌蛋白和质膜蛋白从高尔基体反面管网结构转运到细胞表面。 请注意,分泌蛋自通过高尔基体颜面膜囊到高尔基体反面膜囊的递进方式的运输并不是通过膜泡所介导的运输。
      • COPI包括再循环的膜脂双层、内质网驻留的可溶性蛋白和膜蛋白,是内质网回收错误分选的逃逸蛋白的重要途径。 细胞器中的蛋白质是通过两种机制保留及回收来维持的: 一是转运膜泡将生留蛋白有效排斥在外,例如,有些驻留蛋白参与形成大的复合物,因而不能被包装在出芽形成的转运膜泡中,结果被保留下来; 二是对逃逸蛋白的回收机制,使之返回它们正常驻留的部位。回收逃逸的内质网蛋白是通过回收信号介导的特异性受体完成的。
      • COPⅡ包被膜泡是通过胞质可溶性COPⅡ包被蛋白在供体膜(ER膜)出芽时聚合形成的,包被装配的聚合过程受小分子GTP结合蛋白SarI调控,Sarl隶属 Gtpase超家族成员;通过GDP-SarlGTP-Sarl的转换,一起分子开关调控作用
  • 转运膜泡与靶膜的锚定和融合
    • 膜泡运输的关键步骤至少涉及如下过程: ①供体膜的出芽、装配和断裂,形成不同的包被转运膜泡; ②在细胞内由马达蛋白驱动、以微管为轨道的膜泡运输; ③转运膜泡与特定靶膜的铺定和融合。
      • 在供体膜上的鸟酸交换因子识别并结合特异性Rab蛋白,诱发GTP置换GDP,鸟苷酸交换引爱Rab百构象改变并其共价结合的质基,从而帮助Rab-GTP蛋自定在供体膜上,井随膜泡转移。 在靶膜上Rab-GTP与Rab效应结,这种结合有助于膜泡锚定定和 SNARE的配对。胞质相互作用,形成稳定的卷曲 SNARE复合体,将膜泡与膜紧密束博在一起。 伴随SNAE复合物形成后,供体与两膜融合后,NSF联合a-SNAP蛋白随即与 SNARE复合体结合,然NSF催化ATP水解, SHARE合体离,游离的 SNARI蛋白再用于其他膜泡的融合。 具有 Gtpase活性的Rab蛋白水解与之合的GTP,释放可落性的Pat-GDP进入细胞质。在细胞质中Rab-GDP与GDP解离抑制物(GD结合,从而防止Rab蛋白从 RAB-GDP复合物中释放出来,直至与GEF发生相互作用。
        • 高尔基体的TGN区是网格蛋白接头蛋白包被膜泡形成的发源地,在功能上既是细胞分泌途径中物质转运的主要分选位点,又是网格蛋白包被膜泡的组装位点。典型的网格蛋白/接头蛋白包被膜泡是一类双层包被的膜沲,外层由网格蛋白组成,内层由接头蛋白复合物成。纯化的格蛋白分子呈三腿结构,每个分支含条重链和一条轻链。
  • 细胞结构体系的组装
    • 生物大分子的组装方式大体可分自我装配、协助装配和直接装配 以及更为复杂的细胞结构及结构体系之间的组装。
      • 生物学意义: 减少和校正蛋白质合成中出现的错误 可大大减少所需的遗传物质信息量 通过装配与曲轴配更容易调节与控制，多种生物学过程