第8章蛋白質(zhì)分選上

1、8.1 蛋白質(zhì)分選簡介蛋白質(zhì)分選簡介8.2 信號假說信號假說8.3 蛋白質(zhì)跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜運(yùn)輸 8.3. 1 蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)跨膜運(yùn)輸 8.3. 2 跨膜蛋白質(zhì)的形成跨膜蛋白質(zhì)的形成 8.3.3蛋白質(zhì)如何正確折疊蛋白質(zhì)如何正確折疊8.4 分選基本路徑和具體形式分選基本路徑和具體形式 8.4.1 蛋白質(zhì)分選類型蛋白質(zhì)分選類型 8.4.2 膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸8. 5 膜泡運(yùn)輸機(jī)理膜泡運(yùn)輸機(jī)理l細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)眾多，需要定向運(yùn)輸。細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)眾多，需要定向運(yùn)輸。l如何保證有條不紊？如何保證有條不紊？8.1 蛋白質(zhì)分選的介紹分選途徑分選途徑8.2信號假說. 信號肽的一級序列信號肽的一級序列

2、(16-26(16-26個氨基酸個氨基酸) )（h h）、）、C C端（端（c c）和）和N N端（端（n n）沒有專一性沒有專一性GTPGTPGDP蛋白質(zhì)分選過程 蛋白質(zhì)首先在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上起合成，當(dāng)多肽鏈延伸至80個氨基酸左右時，N端的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列暴露出核糖體并與信號識別顆粒結(jié)合，導(dǎo)致肽鏈延伸暫時停止，防止新生肽N端損傷和成熟前折疊（步驟1），直至信號識別顆粒與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的信號識別顆粒受體結(jié)合，這種結(jié)合的相互作用被GTP與SRP受體的結(jié)合所強(qiáng)化。核糖體-新生肽與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的易位子結(jié)合，信號識別顆粒脫離了信號序列和核糖體，返回細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中重復(fù)使用，肽鏈又開始延伸。以環(huán)化構(gòu)想存在的信

3、號肽與易位子組分結(jié)合并使孔道打開，信號肽穿入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并引導(dǎo)肽鏈以袢環(huán)的形式進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，這是一個耗能過程（步驟3）。與此同時，腔面上的信號肽酶切除信號肽并快速使之降解，肽鏈繼續(xù)延伸，直至完成整個多肽鏈的合成，蛋白質(zhì)進(jìn)入腔內(nèi)并折疊，核糖體釋放，易位子關(guān)閉v信號識別顆粒（信號識別顆粒（signal-recognition particle, SRP）v信號識別顆粒的受體信號識別顆粒的受體停泊蛋白（停泊蛋白（DP）v具體過程具體過程信號識別顆粒信號識別顆粒(signal-recognition particle, SRP)l由由6個多肽的亞單位加上小的個多肽的亞單位加上小的RNA分子構(gòu)成的復(fù)合分子

4、構(gòu)成的復(fù)合物物l在信號肽序列被翻譯后，在信號肽序列被翻譯后，SRP的一端結(jié)合的新生多的一端結(jié)合的新生多肽鏈的信號肽，另一端結(jié)合到核蛋白體并停止翻譯肽鏈的信號肽，另一端結(jié)合到核蛋白體并停止翻譯l從從SRP結(jié)合到核蛋白體直到結(jié)合到核蛋白體直到SRP-核蛋白體復(fù)合物結(jié)核蛋白體復(fù)合物結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上SRP受體的時間內(nèi)，翻譯是停止的，受體的時間內(nèi)，翻譯是停止的，只有在只有在SRP-核蛋白體復(fù)合物結(jié)合到膜上的核蛋白體復(fù)合物結(jié)合到膜上的SRP受體受體后，翻譯才重新開始后，翻譯才重新開始 , GTP可溶蛋白Modified from Figure 14-15, Page 461 from: Es

5、sential Cell Biology by Alberts et al. 1998, Garland Publishing Inc. New York, NY 多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白l開始轉(zhuǎn)移序列開始轉(zhuǎn)移序列引導(dǎo)肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的引導(dǎo)肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的信號肽信號肽l停止轉(zhuǎn)移序列停止轉(zhuǎn)移序列 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強(qiáng)的親和與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強(qiáng)的親和力從而使之結(jié)合在脂雙層中，這段序列不再力從而使之結(jié)合在脂雙層中，這段序列不再轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中l(wèi)若一種多肽只有若一種多肽只有N端信號序列而無端信號序列而無停止轉(zhuǎn)移停止轉(zhuǎn)移序列序列，則這種多肽合成后一般進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，則這種多肽合成后一般進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔l

6、若一種多肽的若一種多肽的停止轉(zhuǎn)移序列停止轉(zhuǎn)移序列位于多肽中部，位于多肽中部，則這種多肽最終會成為跨膜蛋白則這種多肽最終會成為跨膜蛋白l含多個起始含多個起始轉(zhuǎn)移序列轉(zhuǎn)移序列和多個停止和多個停止轉(zhuǎn)移序列轉(zhuǎn)移序列的的多肽將成為多次跨膜的膜蛋白多肽將成為多次跨膜的膜蛋白通稱為結(jié)合蛋白(bindin protein,BiP)。在細(xì)胞中這類蛋白能識別正在合成的多肽或部分折疊的多肽并與多肽的一定部位相結(jié)合，幫助這些多肽的轉(zhuǎn)運(yùn)、折疊或組裝，但其本身并不參與最終產(chǎn)物的形成，只是陪伴而已，故得名例如Hsp60以上的熱休克蛋白Overview of chaperone families蛋白質(zhì)分選翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑翻譯后

7、轉(zhuǎn)運(yùn)途徑翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑跨膜運(yùn)輸跨膜運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸選擇性的門控運(yùn)輸選擇性的門控運(yùn)輸 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)序列序列運(yùn)輸方式運(yùn)輸方式 共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（Cotranaslocation）蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生在同一時刻蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生在同一時刻 翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑（Post translocation ） 蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中完全合成后再轉(zhuǎn)移到細(xì)胞器中。A Clathrin coat vesicle Trans-golgi surface B COPII Rough ER Cis-golgiC COPI Cis- Golgi ERModif

8、ied from Figure 14-18 and 14-19, Page 464 and 645 from: Essential Cell Biology by Alberts et al. 1998, Garland Publishing Inc. New York, NY網(wǎng)格蛋白有被小泡Clathrin Coated Pits網(wǎng)格蛋白的解聚網(wǎng)格蛋白的解聚lCOP II mediates transfer of vesicles from the rough ER to the cis-Golgi/cis-Golgi network;lIn some cases COP II-coated

9、 vesicles fuse with each other to form larger ER-to-Golgi intermediate compartments that are transported along a microtubule and eventually fuse to form the cis-Golgi. COP II 有被小泡有被小泡l介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。l衣被小泡形成的部位，稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出口（exit sites），該處沒有核糖體。l大多數(shù)跨膜蛋白是直接結(jié)合在COP II衣被上，少數(shù)跨膜蛋白和多數(shù)可溶性蛋白通過受體與COP II衣被結(jié)合。l分選信號位

10、于跨膜蛋白胞質(zhì)面的結(jié)構(gòu)域，形式多樣，有些 包含雙酸性基序DEXDE ，如Asp-X-Glu序列。COPII 能選擇并且聚集物質(zhì)能選擇并且聚集物質(zhì)選擇性選擇性COPII recognize signal in cytosol of transmembrne ER protein Cytosol face of transmembrne ER protein act as receptor to bind with soluble protein in ER lumen COPII跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)可溶性蛋白識別識別lSar protein(a small combined GTP prot

11、ein) ，can act as molecular switch,regulate vesicular coat lSar+GDP=inactive， Sar+GTP=active，Sar protein combine with membrane of ER，form COP coated vesicles COP 有被小泡有被小泡功能1： 負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白（ escaped proteins）返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，由7種蛋白組成。l在C端有一個不同的回收信號：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。l順面高爾基網(wǎng)上有KDEL的受體，識別C端駐留信號，以COPI有被小泡的形式捕獲逃跑

12、蛋白。l逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是開放的監(jiān)獄COPI 功能2v順向轉(zhuǎn)運(yùn)v在非選擇性的批量運(yùn)輸中行使功能，負(fù)責(zé)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體分泌泡細(xì)胞表面的運(yùn)輸過程。v從高爾基順面到反面的運(yùn)輸也可能涉及COPI。 COPI 把逃逸的蛋白把逃逸的蛋白回收到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COPCOPvesicle coat regulationvesicle coat regulationlARF +GDP=無活性，無活性， ARF +GTP=有活性有活性lARF+GDP GNRP ARF +GTP GAPlARF change depend on GNRP(鳥嘌呤核苷酸釋放蛋鳥嘌呤核苷酸釋放蛋白白)and GAP (GTP酶激活

13、蛋白酶激活蛋白 )lGNRP let ARF release GDP and combine with GTP，ARF become active，regulated formation of COPvesicle coatlGAP trigger ARF hydrolyze GTP into GDP， ARF becomed inactive, COPvesicle coat disaggregation，vesicle fused with target membrane lSpecific fusion of intracellular vesicles Involves a conse

14、rved set of fusion proteins , V-SNARE and T-SNARElV-SNARE, which is incorporated into a transport vesicle as it buds from the donor organelle ;The specific V-SNARE on each type of transport vesicle targets the vesicle to its correct membrane fusion partner. lT-SNAREs, which act cooperatively to spec

15、ifically bind a particular type of V-SNARE. Yeast cells, like all eukaryotes, express several related V-SNARE and T-SNARE proteins, thereby permitting each type of transport vesicle to be targeted correctly.8. 5 Vesicular transport mechanismvNSF：N乙基順丁烯二亞胺 敏感融合蛋白 vSNAREs: soluble NSF attachment prote

16、in receptorvSNAP (可溶性可溶性NSF附著蛋白附著蛋白,soluble NSF attachment protein,SNAP)lV-SNARE, located on the transport vesicular membrane (eg:VAMP:Vesicle-associated membrane protein) lT-SNARE, located on target membrane(eg:syntaxin)定向運(yùn)輸機(jī)制1：膜泡的定向融合機(jī)理定向運(yùn)輸機(jī)制二：膜泡沿極性微管的極性運(yùn)輸分泌蛋白分選特例:溶酶體的分選v溶酶體的形成是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程, 涉及的細(xì)胞器有內(nèi)

17、質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和內(nèi)體等。v比較清楚的是甘露糖-6-磷酸途徑(mannose 6-phosphate sorting pathway)：溶酶體的酶類在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成, 跨膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔.在順面高爾基體帶上甘露糖6-磷酸標(biāo)記后在高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)形成溶酶體分泌小泡.分泌小泡.與次級內(nèi)體結(jié)合,最后通過脫磷酸才成為成熟的溶酶體.內(nèi)體(endosome)v內(nèi)體有初級內(nèi)體(early endosome)和次級內(nèi)體(late endosome)之分, 內(nèi)體的主要特征是酸性的、不含溶酶體酶的小囊泡。初級內(nèi)體是由于細(xì)胞的內(nèi)吞作用而形成的含有內(nèi)吞物質(zhì)的膜結(jié)合的細(xì)胞器。v次級內(nèi)體中的pH呈酸性, 且具有分揀作用。內(nèi)體

18、膜上具有ATPase-H+ 質(zhì)子泵，利用H+ 質(zhì)子的濃度，保證了內(nèi)部pH的酸性。v溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記 溶酶體酶蛋白在膜旁核糖體上合成，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后進(jìn)行N-連接糖基化, 經(jīng)加工后形成帶有8個甘露糖殘基和2個N-乙酰葡萄糖胺殘基的糖蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體。 溶酶體的酶上都有一個特殊的標(biāo)記 6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate, M6P)。這一標(biāo)記是溶酶體酶合成后在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體通過糖基化和磷酸化添加上去的。v信號斑(signal patch)v信號斑是溶酶體酶蛋白多肽形成的一個特殊的三維結(jié)構(gòu), 它是由三段信號序列構(gòu)成的, 可被磷酸轉(zhuǎn)移酶特異性識別。v溶酶體酶蛋白信號斑與磷酸化酶相互作用M6P受體蛋白vM6P受體蛋白是反面高爾基網(wǎng)絡(luò)上的膜整合蛋白, 能