细胞生物学第六章

细胞生物学第六章蛋白质的分选与膜泡运输，讲述了膜泡运输、细胞结构体系的组装、蛋白质分选的基本途径与类型等。

第六章 蛋白质的分选与膜泡运输

• 信号假说与蛋白分选信号
  • 信号假说
    • 信号识别颗粒的受体（SRP Receptor, 又称停泊蛋白
  • 信号肽与共转移
    • 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
    • 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
    • 跨膜蛋白的拓扑学等价性（Topologically equivalent）的维持
  • 导肽与后转移
    • 线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的蛋白也是通过信号序列指导进入相应的细胞器中。这些信号序列称为导肽
    • 特征
      • 蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移
    • 典型的蛋白分选信号序列
      • 蛋白进入ER
        • +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-
      • 滞留在ER中
        • -Lys-Asp-Glu-Leu-COO-
      • 蛋白进入线粒体
        • +H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-
      • 进入细胞核
        • -Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-
      • 进入过氧化 物酶体
        • -Ser-Lys-Leu-
    • 信号斑(signal patch)是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号
• 蛋白质分选的基本途径与类型
  • 分选途径
  • 四种类型
    • 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
    • 细胞质基质中的蛋白质的转运
      • 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。
• 细胞结构体系的组装
  • 生物大分子的组装方式
    • 自我装配（self-assembly）
    • 协助装配（aided-assembly）
    • 直接装配（direct-assembly）
    • 复合物与细胞结构体系的组装
  • 有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或对装配亚基的修饰
  • 自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境
  • 生物学意义
    • 减少和校正蛋白质合成中出现的错误
    • 减少所需的遗传物质信息量
    • 通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程
• 膜泡运输
  • 三种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用
    •  COPII有被小泡
      • COPII包被膜泡介导顺向运输,即从ER到高尔基体顺面网状结构
    • COPI有被小泡
      • COPI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
    •  网格蛋白有被小泡
      • 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
  • 膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控
    • 膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向
    • 选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用
    • 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。