《蛋白质的分选》PPT课件.ppt

均起始于细胞质基质，一些核糖体起始蛋白质合成不久，便转移至内质网膜上，再进行合成。,蛋白质在哪里合成?,细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,蛋白质的定向转运（protein targeting）或分选（protein sorting）：结构与功能各异的蛋白质，在细胞质基质或糙面内质网的核糖体上合成，然后转运到正确的部位，并组装成结构与功能的复合体，参于生命活动的过程。广义的过程包括：蛋白质从合成直到降解或分泌胞外。,细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器，取决于两个方面。,信号序列（signal sequeence）,蛋白质中包含特殊的信号序列。,识别装置（分选受体）（sorting receptor）,细胞器上具特定的信号识别装置。,一.信号假说与蛋白质分选信号二.蛋白质分选基本途径与类型三.膜泡运输,细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,一.信号假说与蛋白质分选信号,1.信号肽的发现与信号假说的提出2.信号肽的序列特点3.信号识别相关因子：信号识别颗粒、停泊蛋白和移位子4.信号假说的实验验证及rER蛋白质合成过程确定,信号肽(signal peptide)的发现：1972年Milstein等用骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白较分泌到胞外的成熟免疫球蛋白在N端多出一段肽链，推测起信号作用。信号假说（Signal hypothesis）：分泌蛋白合成与定位 1975年美国G.Blobel和D.Sabatini正式提出。分泌蛋白N端序列作为信号肽(signal peptide)，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成；在信号肽引导下，蛋白质边合成边通过移位子蛋白复合体进入内质网腔；在蛋白合成结束之前信号肽被切除。G.Blobel因此获得1999年诺贝尔医学和生理学奖。,信号肽(signal peptide)：又称开始转移序列（start transfer sequence），位于新合成肽链N端，引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列。信号肽一级序列：16-26Aa，包括疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三个区域。特点：无严格的专一性，可将引导不同蛋白序列。,信号识别颗粒(SRP)：6种不同多肽和1个7S RNA(约300bp)组成的复合物。含2个结构域：信号肽识别结构域，核糖体结合结构域 含3个主要功能部位：信号肽识别结合位点(P54，多Met，具GTP酶活)、翻译暂停位点(P9/P14)、SRP受体蛋白结合位点(P68/P72)。,SRP受体(SPR receptor)：又称停泊蛋白(docking protein,DP)，72KD，异二聚体蛋白，属内质网膜整合蛋白，与SRP特异结合。一个亚基（640个Aa）暴露于细胞质，亲水；另一亚基（300个Aa）嵌入膜内，疏水。,4.信号假说的实验验证及rER蛋白质合成过程确定 Blobel、Dobberstein和Walter用分离微粒体和非细胞体系(cell-free system)实验证实：信号序列的存在，和分泌蛋白合成过程。实验方法：放射性氨基酸脉冲标记孵育、密度梯度离心获得微粒体、去垢剂处理对照、蛋白酶降解等。RER合成蛋白与信号肽、SRP与DP间的关系实验,非细胞系统中（cell-free system）蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系,“+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。,内质网内的可溶性蛋白质合成,信号识别颗粒,信号识别颗粒受体,易位子,信号肽酶,信号序列,可溶性蛋白质,内质网膜上的移位子（translocon）为蛋白复合体，直径约8.5nm，中心有一个直径为2nm的“通道”，其功能与新合成的多肽进入内质网有关。主要成分：由3-4个Sec61蛋白复合体构成(哺乳动物)，每个Sec61蛋白由三条肽链组成。,二.蛋白质分选的基本途径与类型1.蛋白质分选的基本途径：根据蛋白转运与翻译的时空关系分类。内质网内蛋白质合成过程：共翻译转运 细胞质基质合成蛋白质的转运方式：翻译后转运2.蛋白质的转运类型：根据蛋白的转运方式或机制分四类3.细胞内合成蛋白质定向转运主要取决于两个方面：其一蛋白质中包含特殊的信号序列 其二细胞器上特定的信号识别装置与分选受体,1.蛋白质分选的两条基本途径：共翻译转运（Cotranslational translocation），在细胞质基质，蛋白质合成起始后，转移至粗面内质网，至高尔基体，溶酶体，分泌泡，细胞膜乃至胞外。翻译后转运（post-translational translocation），在细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至细胞质基质特定部位或膜围绕的细胞器。包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、内质网及细胞核，细胞质基质驻留蛋白、骨架蛋白等。,共翻译转运（cotranslocation）决定蛋白定位和构象的氨基酸序列：开始转移序列(start transfer sequence)：引导肽链穿过内质网膜的信号肽。停止转移序列(stop transfer sequence)：有些序列与内质网膜有很强的亲和力，而结合在脂双层之中，不再转入内质网腔，形成跨膜蛋白。各类型跨膜蛋白,4.细胞质基质起始和粗内质网合成的蛋白质主要包括：（1）胞外分泌蛋白常以分泌泡的形式通过细胞的外排作用输送到细胞外。（2）膜整合蛋白细胞质膜、内质网、高尔基体和溶酶体膜上的膜蛋白等都具有方向性，其方向性在内质网上合成时就已确定。（3）构成细胞器的可溶性驻留蛋白有些驻留蛋白需要与其它细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中的酸性水解酶类；内质网、高尔基体和胞内体（endosome）中固有的蛋白以及其它有重要生物活性的蛋白。,共翻译转运（Cotranslational translocation）蛋白质类型：（1）胞外分泌蛋白：分泌泡形式胞吐到胞外。（2）膜整合蛋白：细胞质膜、内质网、高尔基体和溶酶体的膜蛋白等，具有方向性。（3）内膜系统细胞器内的可溶性驻留蛋白：需要与其它细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中酸性水解酶等。,翻译后转运（post translocation）：线粒体、叶绿体多数蛋白质及过氧化物酶体的蛋白质由细胞质基质合成，再由导肽(前导肽)或转运肽(leader peptide，transit peptides/sequences)转移到细胞器中。转移过程，需ATP使多肽去折叠，需其他蛋白质（如热休克蛋白Hsp70，分子伴侣）使其能够正确折叠为有功能的蛋白。,信号因子：信号序列(signal sequence)：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常由15-60个氨基酸残基组成，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶(signal peptidase)切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求。信号斑(signal patch)：在完成折叠的蛋白质中，折叠在一起构成蛋白质分选的三维结构信号，指导蛋白转运至细胞特定部位。构成信号斑的信号序列之间可以不相邻。,几种典型的蛋白分选信号序列,（肉豆蔻酸，形成脂蛋白）,2.蛋白质分选途径分四种基本类型(据转运方式或机制)：1）蛋白质的跨膜转运（transmembrane transport）：细胞质基质中合成，再转运至线粒体、质体、过氧化物酶体等。涉及到信号序列（寻靶序列targetting sequence，空间定位序列）、分子伴侣（Hsp热激蛋白）、ATP、受体等。2）选择性的门控转运（gated transport）：涉及到核孔复合体和胞间连丝。3）膜泡运输（vesicular transport）：涉及到内膜系统，包括rER，高尔基体，运输小泡的出芽和融合。4）细胞质基质中的蛋白质的转运(研究较少)：可能涉及到细胞质骨架。,1 跨膜运输,蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过内质网或线粒体上的转位因子（translocator），以解折叠的线性分子进入内质网腔或线粒体。,2 门控运输,如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。,3 膜泡运输,是在细胞器间转运蛋白质的一种形式，被运输的物质在内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。,“Road map”of protein traffic,1.Gated2.TransmembraneVesicular基质中蛋白转运,三.膜泡运输（常称为分泌途径）,膜泡运输为细胞内膜系统进行物质转运的主要方式，定向运输取决于膜和膜泡(至少十数种)的表面识别特征。转运膜泡类型（按功能分类）：1.COPII有被小泡 2.COPI有被小泡 3.网格蛋白有被小泡内膜系统细胞器保持其特异性蛋白组成的两种机制有被小泡与靶膜的融合：选择性融合内膜系统各结构保持形态与膜成分相对稳定的方法,1.COPII有被小泡功能：介导胞内顺向运输(anterograde transport)，负责从内质网到高尔基体的物质运输。COPII包被蛋白构成：5种蛋白质亚基，属可溶性蛋白。Sec23p/Sec24p复合体，Sec13p/Sec31p复合体；Sar1p（GTP结合蛋白，分子开关）。COPII有被小泡组装、出芽调控,2.COPI有被小泡功能：介导细胞内逆向运输(retrograde transport)，负责从高尔基体膜泡间、CGN到内质网的物质运输。回收再循环的膜脂双层、v-SNAREs(vesicle membrane SNAP receptor)和内质网逃逸蛋白(escaped proteins)，返回内质网。COPI包被的构成：含7种蛋白亚基和1种ARF蛋白。其中，ARF蛋白：GTP结合蛋白，类似Sar1p，调控COPI包被蛋白复合物和网格蛋白有被小泡组装与去组装。,COP I 衣被小泡,3.网格蛋白有被小泡介导多条转运途径：高尔基体TGN(网格蛋白有被小泡发源地)胞内体、质膜、溶酶体、植物液泡；质膜细胞质、胞内体(胞吞)；胞内体溶酶体。,ARF1亚基,0.2m,Clathrin coatedvesicles,笼形蛋白衣被小泡,三种衣被小泡的功能,内膜系统细胞器保持其特异性蛋白组成的两种机制（保留和回收）：（1）膜泡将驻留蛋白(大复合物)排斥在外，防止出芽转运。（2）识别驻留蛋白逃逸的回收机制。例，内质网腔驻留蛋白(蛋白二硫键异构酶、ER腔内分子伴侣)典型C端回收信号(retrieval signals)：Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)，以COPI有被小泡捕获逃逸蛋白返回。KDEL序列特异性受体定位：TGN、COPII和COPI膜。KDEL序列受体特点：pH敏感，保证了KDEL蛋白在高尔基体结合，内质网分离。内质网膜蛋白(如SRP受体)C端回收信号：Lys-Lys-X-X（KKXX）。,供体膜与靶膜之间膜泡的转运、锚定与融合模式：膜泡形成、转运及与靶膜融合为特异性过程，有高度选择性，涉及多种蛋白识别、组装、去组装复杂调控。,内膜系统各结构保持形态与膜成分相对稳定的方法:内质网驻留蛋白具有回收信号，会将其保留或回收，被比喻成“开放的监狱”(open prison)。高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)附近，并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使其靠近MTOC，并维持其极性。同样，溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体等，也都具有各自特异的成分，都可通过特异性的膜泡出芽、转运和融合保证流动与稳定的平衡。,