第六章蛋白质分选与膜泡运输

蛋白质的分选：蛋白质在游离核糖体上合成后再转运到部分细胞器中、不仅消耗ATP是多肽去折叠，跨膜后需要分子伴侣引导蛋白质正确折叠。

第六章 蛋白质分选与膜泡运输

• 蛋白质的分选
  • 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功能发挥部位
  • 信号假说
    • 分泌蛋白可能携带N端端信号序列
    • N端端序列从核糖体合成后，知道蛋白转移到内质网摸
    • 信号肽
      • 位于蛋白质N端一般由16-26个氨基酸残基
      • 包括信号肽疏水核心区、N端、C端，无严格的专一性
    • 信号识别颗粒（SRP)
      • 包括信号肽识别结构域和核糖体结合结构域
      • 通常存在于细胞质基质，信号肽暴露后，既能和新生信号肽序列和核糖体大亚基结合，又能与内质网上SRP受体结合
    • 信号识别颗粒的受体（停泊蛋白，DP）
      • 内质网膜上的整合蛋白，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
      • 内质网腔面上酶，负责切除并快速降解N端信号肽序列
    • 共翻译转运
      • 分泌蛋白向rER腔内的转运是和蛋白质的翻译过程偶联进行的
      • 开始转移序列
        • 信号肽上，引导新生肽链开始穿膜转移
      • 内部信号锚定序列（SA）和内部停止转移锚定序列（STA）
        • 与内质网膜有很强的结合作用使序列不再转入内质网中
        • 含多个SA和STA的肽链为多次跨膜蛋白
        • 若无SA和STA，蛋白一般进入内质网腔中
        • 若SA和STA位于多肽的内部，则该多肽最终成为内质网的膜蛋白
      • 跨内质网膜太短的取向
        • 在正电荷氨基酸多的一侧朝向细胞质基质的一侧
      • 过程
        • 蛋白质首先在游离核糖体上起始合成
        • 到合成至约80个氨基酸残基时，信号肽系列暴露并与SRP结合，肽链延伸终止，防止新生肽N端损伤或提前折叠
        • SRP与DP结合后，2分子GTP与SRPα亚基和p54亚基结合加强结合作用，肽链继续延伸
        • 信号肽与位移子结合并使口袋打开
        • 信号肽被信号肽酶切除
        • 整个多肽链合成完成，核糖体释放，位移子关闭
    • 翻译后转运
      • 蛋白质在游离核糖体上合成后再转运到部分细胞器中
      • 不仅消耗ATP是多肽去折叠，跨膜后需要分子伴侣引导蛋白质正确折叠
      • 导肽
        • 引导进入线粒体、叶绿体、过氧化物酶体的信号序列
  • 分选机制
    • 跨膜转运
      • 共翻译转运途径中蛋白质合成并计入内质网腔或插入内质网膜口
      • 或指翻译后转运途径中蛋白质合成后转运到细胞器内
    • 膜泡运输
      • 蛋白质从糙面内质网经过分选后辈不同的转运膜泡转运到不同部位
    • 选择性门控转运
      • 在游离核糖体上合成的蛋白质通过核孔复合物选择性的完成输入或输出
    • 细胞质基质中蛋白质的转运
      • 与细胞骨架密切相关
  • 蛋白质从细胞质基质输入到线粒体
    • 输入到线粒体基质
      • N端靶向序列的基序
        • 由20-50个氨基酸残基组成
        • 富含疏水氨基酸，有利于靶向信号序列形成两亲性的α螺旋
      • Tom
        • 外膜移位子
      • Tim
        • 内膜移位子
      • 需要分子伴侣：胞质蛋白Hsp70和线粒体基质Hsp70协助
      • 合成的蛋白质先与Hsp70结合，保持未折叠状态
      • 在靶向序列的引导下与外膜Tom20/22结合，被引导进孔Tom40
      • 线粒体基质Hsp70结合并水解ATP驱动肽链输入
      • 靶向序列切除，Hsp70释放，蛋白质折叠
    • 输入到线粒体内膜
      • 有N端基质靶向序列和内部停止转移序列
      • 有N段基质靶向序列和内部疏水的Oxa1靶向序列
      • 没有N端基质靶向序列，有多个内部靶向序列
• 细胞内膜泡运输
  • 指从细胞内膜系统出芽形成的囊泡，或是由细胞内陷形成的内吞泡在分子马达介导下沿微管微丝转运到目的地
  • 糙面内质网相当于重要的物质生产车间和供应站，而高尔基体是重要的枢纽和集散中心
  • 高尔基体聚集在微管组织中心（MTOC）附近
    • 不同的膜囊具有各自不同的成分
    • 受体蛋白会返回原来的膜结构
  • 类型
    • 网格蛋白/接头蛋白包被膜泡
      • 介导蛋白质从高尔基体TGN向胞内体、溶酶体、分泌泡和植物细胞液泡的运输，也参与质膜受体介导的胞吞作用中从细胞表面运往胞内体转而到溶酶体的运输
      • TGN
        • 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
      • 发动蛋白
        • 具有GTPase活性，介导网格蛋白/接头 蛋白包被膜泡的缢缩并与供体膜断裂
    • COPII包被膜泡（细胞内顺向运输）
      • Sar1
        • 调节膜泡转运的小G蛋白，有一个共价结合的疏水N端脂基团，帮助其插入ER膜
        • 同膜结合的Sar1 对包被蛋白的进一步装配起募集者作用
      • 细胞质内Sar1-GTP复合物与ER膜上蛋白Sec12相互作用，GTP置换掉GDP
      • Sar1构象改变插入ER膜上，募集包被蛋白Sec23/24结合，随后Sec13/31（自组装形成网格结构）也结合
      • 最后大的Sec16结合在ER膜表面，与形成的复合物作用，增加包被蛋白的聚合效率
      • 包被完成，Sec23促进GTP被Sar1水解，包被去装配
    • COPI包被膜泡（逆向运输）
      • 负责从高尔基体反面膜囊到顺面膜囊以及从高尔基体顺面管网状区到内质网的膜泡转运，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返回内质网的重要途径
      • ARF（装配反应因子）
        • 调节膜泡转运的小G蛋白
        • 有一个共价结合的疏水N端脂基团，帮助其插入ER膜
        • 包被蛋白的进一步装配起募集者作用
      • 细胞器中的蛋白质的保留及回收
        • 转运膜泡将驻留蛋白有效排斥在外
        • 对逃逸蛋白的回收机制