细胞生物学翟中和编蛋白质分选和膜泡运输省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

翟中和 王喜忠 丁明孝 主编 细胞生物学细胞生物学第第8 8章章 蛋白质分选与膜泡运输蛋白质分选与膜泡运输Protein Sorting and Membrane Trafficking第1页本章主要内容本章主要内容l细胞内蛋白质分选细胞内蛋白质分选信号假说与蛋白质分选信号信号假说与蛋白质分选信号蛋白质分选转运基本路径与类型蛋白质分选转运基本路径与类型l细胞内膜泡运输细胞内膜泡运输COPCOP包被膜泡装配与运输包被膜泡装配与运输COPCOP包被膜泡装配与运输包被膜泡装配与运输网格蛋白网格蛋白/接头蛋白装配与运输接头蛋白装配与运输转运膜泡与靶膜锚定和融合转运膜泡与靶膜锚定和融合第2页Protein Sorting第3页一、信号假说与蛋白质分选信号一、信号假说与蛋白质分选信号第一节 细胞内蛋白质分选第4页信号假说（Signal hypothesis）第5页位于蛋白质位于蛋白质N N端，普通由端，普通由16-2616-26个残基组成个残基组成包含包含疏水关键区疏水关键区、C C端端和和N N端端3 3部分部分Signal peptides第6页信号肽与信号斑信号肽与信号斑第7页信号肽似乎没有严格专一性第8页信号识别颗粒（SRP）第9页 分泌性蛋白向分泌性蛋白向rER腔内转运是同蛋白质翻译过程腔内转运是同蛋白质翻译过程偶联进行，这种分泌性蛋白在信号肽引导下偶联进行，这种分泌性蛋白在信号肽引导下边翻边翻译边跨膜转运译边跨膜转运过程称为过程称为共翻译转运共翻译转运（cotranslational translocation）。）。共翻译转运共翻译转运第10页分泌性蛋白合成与其跨膜内质网共翻译转运分泌性蛋白合成与其跨膜内质网共翻译转运第11页蛋白质转入内质网合成过程：蛋白质转入内质网合成过程：信号肽与信号肽与SRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRP与与受体受体(DP)结合结合SRP脱离信号肽脱离信号肽肽链在内质网肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔腔信号肽被切除信号肽被切除肽链延伸至终止肽链延伸至终止翻译体系解翻译体系解散。散。第12页第13页第14页蛋白质在细胞质基质中合成以后再在某种信号蛋白质在细胞质基质中合成以后再在某种信号序列（序列（导肽导肽）指导下进入一些细胞器中，称）指导下进入一些细胞器中，称后后翻译转运翻译转运（post translocation）。）。蛋白质跨膜转移过程需要蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，使多肽去折叠，还需要一些蛋白质帮助使其能够正确地折叠成还需要一些蛋白质帮助使其能够正确地折叠成有功效蛋白。有功效蛋白。例：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体蛋白例：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体蛋白后翻译转运后翻译转运第15页膜整合蛋白信号序列膜整合蛋白信号序列开始转移序列开始转移序列（starttransfersequence）内在停顿转移锚定序列内在停顿转移锚定序列（internalstop-transferanchorsequence,STA）内在信号锚定序列内在信号锚定序列（internalsignalanchorsequence,SA）第16页多肽跨膜次数确定第17页内质网膜整合蛋白拓扑学类型内质网膜整合蛋白拓扑学类型 第18页蛋白质转入内质网合成包括蛋白质转入内质网合成包括5种蛋白成份：种蛋白成份：信号肽信号肽:又称开始转移序列又称开始转移序列信号识别颗粒（信号识别颗粒（SRP）SRP受体（受体（DP）停顿转移序列停顿转移序列移位子移位子第19页二、蛋白质分选转运基本路径与类型 第20页路径路径（1）后翻译转运路径）后翻译转运路径（2）共翻译转运路径）共翻译转运路径类型类型（1）蛋白质跨膜转运）蛋白质跨膜转运（2）膜泡运输）膜泡运输（3）选择性门控转运）选择性门控转运（4）细胞质基质中蛋白质转运）细胞质基质中蛋白质转运二、蛋白质分选转运基本路径与类型 第21页转运类型1.门控运输（门控运输（gated transport）：）：如核孔能够选择性主动运输大分子物质和如核孔能够选择性主动运输大分子物质和RNP复合复合体，而且允许小分子物质自由进出细胞核。体，而且允许小分子物质自由进出细胞核。2.跨膜运输（跨膜运输（transmembrane transport）：）：蛋白质经过跨膜通道进入目标地。蛋白质经过跨膜通道进入目标地。3.膜泡运输（膜泡运输（vesicular transport）：）：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体物质运输、高尔基体细胞器。如内质网向高尔基体物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入一些营养物质或激素，分泌形成溶酶体、细胞摄入一些营养物质或激素，都属于这种运输方式。都属于这种运输方式。4.细胞质基质中蛋白转运细胞质基质中蛋白转运:与细胞骨架亲密相关与细胞骨架亲密相关第22页蛋白质分选信号序列第23页（一）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体蛋白质从细胞质基质蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质输入到线粒体基质蛋白质从细胞质基质蛋白质从细胞质基质输入到线粒体内膜输入到线粒体内膜蛋白质从细胞质基质蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙输入到线粒体膜间隙第24页靶向线粒体基质跨膜运输靶向线粒体基质跨膜运输第25页靶向线粒体内膜跨膜运输靶向线粒体内膜跨膜运输TOM:translocon of the outer membraneTim:translocon of the inner membrane第26页靶向线粒体膜间隙跨膜运输靶向线粒体膜间隙跨膜运输路径路径A A是主要是主要注注意意与与内内膜膜蛋蛋白白路径路径A A不一样点不一样点第27页导肽转运线粒体蛋白质特点需要受体需要受体从接触点进入从接触点进入蛋白质要蛋白质要解折叠与重新折叠解折叠与重新折叠需要蛋白水解酶需要蛋白水解酶需要能量需要能量需要分子伴侣帮助需要分子伴侣帮助第28页（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白靶向输入外膜蛋白外膜蛋白内膜蛋白内膜蛋白叶绿体基质蛋白叶绿体基质蛋白类囊体膜蛋白类囊体膜蛋白类囊体腔蛋白类囊体腔蛋白第29页叶绿体蛋白质运输及组装叶绿体蛋白质运输及组装第30页（三）过氧化物酶体蛋白分选C端端SKL(Ser-Lys-Leu)靶向序列靶向序列可溶性细胞质受体可溶性细胞质受体过氧化物酶体膜受体过氧化物酶体膜受体信号序列不被切除信号序列不被切除ATP水解水解第31页第二节 细胞内膜泡运输 细胞内部内膜系统各个部分之间物质传递经常经过细胞内部内膜系统各个部分之间物质传递经常经过膜泡运输方式进行。膜泡运输方式进行。膜泡运输是一个高度有组织定向运输膜泡运输是一个高度有组织定向运输，各类运输泡，各类运输泡之所以能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细之所以能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器胞质面含有特殊胞器胞质面含有特殊膜标志蛋白膜标志蛋白。不一样膜标志蛋白组合，决定膜表面识别特征。不一样膜标志蛋白组合，决定膜表面识别特征。第32页第二节 细胞内膜泡运输 第33页一、膜泡运输概观一、膜泡运输概观1.1.蛋白质在蛋白质在rERrER合成，经过共翻译转合成，经过共翻译转运路径跨膜运输运路径跨膜运输2.2.内质网出芽，形成转运膜泡并与内质网出芽，形成转运膜泡并与高尔基体融合高尔基体融合3.3.从高尔基体顺面膜囊和高尔基体从高尔基体顺面膜囊和高尔基体顺面网状结构到顺面网状结构到rERrER逆向运输逆向运输4.4.高尔基体膜囊从顺面高尔基体膜囊从顺面反面成熟反面成熟递进（非膜泡过程）递进（非膜泡过程）5.5.从高尔基体后期膜囊从高尔基体后期膜囊早期膜囊早期膜囊逆向运输逆向运输6.6.组成型分泌组成型分泌7.7.调整型分泌调整型分泌8.8.分选到溶酶体分选到溶酶体9.9.胞吞路径胞吞路径蛋白质分泌与胞吞路径概观蛋白质分泌与胞吞路径概观第34页COP（coat protein）包被膜泡包被膜泡COP（coat protein）包被膜泡包被膜泡网格蛋白网格蛋白/接头蛋白接头蛋白（clathrin/adaptor protein）包被膜泡包被膜泡三种膜泡运输方式三种膜泡运输方式三种膜泡运输方式三种膜泡运输方式 第35页三种膜泡运输方式三种膜泡运输方式三种膜泡运输方式三种膜泡运输方式 第36页第37页二、二、COP COP 包被膜泡装配与运输包被膜泡装配与运输COP包被蛋白组分包被蛋白组分小分子小分子GTP结合蛋白结合蛋白Sar1Sec23/Sec24复合物复合物Sec13/Sec31复合物复合物大纤维蛋白大纤维蛋白Sec16第38页 二、COPII包被膜泡装配与运输负责从负责从内质网内质网高尔基体高尔基体物质运输；物质运输；COPII包被蛋白由包被蛋白由5种蛋白亚基组成：种蛋白亚基组成：Sar1、Sec12、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31、Sec16包被蛋白装配是受控；包被蛋白装配是受控；COPII包被膜泡含有对转运物质选择性并使之浓缩。包被膜泡含有对转运物质选择性并使之浓缩。COPII蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白胞质面一端信号序蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白胞质面一端信号序列（列（Asp-X-Glu）内质网腔面受体能与内质网腔面受体能与ER腔中可溶性蛋白（如分泌蛋白）结腔中可溶性蛋白（如分泌蛋白）结合。合。第39页1.Sar1与膜结合与膜结合GTP交换交换2.COP包被装配包被装配3.GTP水解水解4.COP包被去装配包被去装配Sar1 蛋白在蛋白在COP包被膜泡装配与去装配包被膜泡装配与去装配第40页三、COP包被膜泡装配与运输运输方向运输方向：高尔基体：高尔基体TGN面面CGN面，高面，高尔基体基体CGN面面ER运输对象运输对象：负责回收、转运：负责回收、转运ER逃逸蛋白逃逸蛋白(escapedproteins），膜脂双层），膜脂双层COP包被蛋白组成：包被蛋白组成：7种蛋白质亚基，种蛋白质亚基，ARF第41页在内质网与高尔基体之间，分别由在内质网与高尔基体之间，分别由COP和和COP膜泡介导蛋白质顺向和逆向转运膜泡介导蛋白质顺向和逆向转运不一样类型膜泡运输不一样类型膜泡运输第42页KDEL受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中作用受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中作用不一样类型膜泡运输不一样类型膜泡运输第43页细胞器中保留及回收蛋白质两种机制：细胞器中保留及回收蛋白质两种机制：转运泡将驻留蛋白排斥在外，预防出芽转运；转运泡将驻留蛋白排斥在外，预防出芽转运；经过识别驻留蛋白经过识别驻留蛋白C-端端回收信号回收信号(lys-asp-glu-leu，KDEL)特异性受体，以特异性受体，以COPI包被膜泡形式包被膜泡形式捕捕捉逃逸蛋白。捉逃逸蛋白。例例:分子伴侣、分子伴侣、SRP受体受体第44页四、网格蛋白四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡装配与运输接头蛋白包被膜泡装配与运输运输途径：质膜内体，高尔基体TGN内体，高尔基体TGN溶酶体、植物液泡。结构组成：网格蛋白、接头蛋白、受体膜蛋白、发动蛋白AP一方面将网格蛋白网格包被连接到质膜上；其次特异性地促使膜结合蛋白富集到形成包被膜区。第45页网格蛋白包被膜泡网格蛋白包被膜泡（clathrin-coatedvesicle）发动蛋白发动蛋白衔接蛋白衔接蛋白第46页Selective transport by clathrin coated vesicles第47页第48页五、转运膜泡与靶膜锚定与融合五、转运膜泡与靶膜锚定与融合膜泡融合是特异性膜泡融合是特异性选择性融合选择性融合，从而指导，从而指导细胞内膜流方向。细胞内膜流方向。选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白特异性相互作用特异性相互作用。第49页膜泡运输定向机制膜泡运输定向机制（一）（一）SNAREs功效功效：介导运输小泡与靶膜融合。：介导运输小泡与靶膜融合。类型类型：v-SNAREs和和t-SNAREs。结结构构：含含有有一一个个螺螺旋旋结结构构域域，相相互互缠缠绕绕形形成成跨跨SNAREs复合体，将小泡与靶膜拉在一起。复合体，将小泡与靶膜拉在一起。第50页SNAREs in vesicle transport第51页（二）（二）Rabs也也叫叫targeting GTPase，属属于于G蛋蛋白白，起起分分子子开开关关作作用用。已已知知30余余种种，不不一一样样膜膜上上含含有有不不一一样样Rabs。Rabs促进和调整运输小泡停泊和融合促进和调整运输小泡停泊和融合。第52页第53页蛋白质分选两条基本路径：蛋白质分选两条基本路径：翻译后转移；共翻译转移翻译后转移；共翻译转移蛋白质分选运输方式：蛋白质分选运输方式：1.门控运输；门控运输；2.跨膜运输；跨膜运输；3.膜泡运输；膜泡运输；4.细胞细胞质基质中蛋白质运输。质基质中蛋白质运输。蛋白质分选信号机制蛋白质分选信号机制 信号肽；信号识别颗粒；信号识别颗粒受体；信号肽；信号识别颗粒；信号识别颗粒受体；ER膜上易位子等。膜上易位子等。3种类型有被小泡：种类型有被小泡：1.网格蛋白网格蛋白/接头蛋白小泡接头蛋白小泡；2.COPI小泡；小泡；3.COPII小泡小泡本章小结本章小结第54页