细胞内蛋白质的分选和运输-细胞生物学-课件1-10.ppt

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1、膜结合核糖体,游离核糖体,细胞质基质,细胞核,溶酶体,高尔基体,内质网,线粒体,过氧化物酶体,分泌颗粒,内体,细胞表面,核糖体,游离核糖体,膜结合核糖体,不同部位的蛋白质如何准确地到达目的地？,第十章 细胞内蛋白质的分选和运输 Tri et transport des protines ntracellulaires,细胞根据蛋白质是否携有分选信号，以及分选信号的性质，选择性地将其送到细胞不同的部位，这一过程称为蛋白质分选(Tri des protines)和蛋白质靶向运输（ladressage des protines）。,大多数蛋白质带有分选信号,第一节 细胞内蛋白质的分选信号 以及运输途

2、径和方式,一、信号假说（Hypothesis de signal）和分选信号,1975年提出的假说内容：新合成蛋白质的N-末端有一段信号序列，叫信号肽，其作用是将肽链在合成过程中引导至内质网膜上，并在内质网中完成蛋白质合成，信号序列本身则在蛋白质合成完成前在内质网中被切除。,for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell,Gnter Blobel,USA Rockefeller University New York,N

3、Y,USA;Howard Hughes Medical Institute,提出“蛋白质上的信号序列决定其所在的位置”的理论,分选信号引导蛋白质到达正确的地点,分选信号有两类 信号肽peptide signal：蛋白质多肽链上的一段 连续的特定氨基酸序列，具有分选信号的功能。可位于多肽链的任何部位，完成分选任务后常被 切除。,分选信号引导蛋白质到达正确的地点,2.信号斑plaque signal：位于多肽链不同 部位的几个特定氨基酸序列经折叠后 形成的斑块区，具有分选信号的功能。信号斑是一种三维结构。完成分选任务后 仍然存在。,不同的氨基酸序列作为分选信号决定蛋白质运输的方向,二、细胞内蛋白质

4、运输的途径,2.共翻译转运的蛋白质运输途径,1.翻译后转运的蛋白质运输途径,3.蛋白质的胞吞途径,已合成蛋白质,合成中蛋白质,细胞外蛋白质,生物合成-分泌途径,三、细胞内蛋白质的运输方式,1.门控运输：细胞质基质-细胞核分选信号-核孔复合体上相应受体2.穿膜运输：细胞质基质-细胞器分选信号-细胞器膜上相应转运子3.小泡运输：细胞器-细胞器（细胞膜）分选信号-运输小泡膜上相应受体,第二节 细胞内蛋白质的门控运输,一、门控运输的蛋白质分选信号及其受体二、门控运输的能量来源（略）三、门控运输中大分子转运的调节（略）,第二节 细胞内蛋白质的门控运输,运输通过核孔复合体进行，称为门控运输(transpo

5、rt travers es pores nuclaires)，该过程需要消耗能量。,小分子自由通过/大分子门控运输。,核孔复合体似可调控的门，介导选择性的双向运输。,蛋白质的核输入与核输出,进出细胞核的蛋白质分别含有核定位信号和核输出信号，可为信号肽，也可为信号斑；不被切除，可反复使用。核输入受体识别核定位信号，核输出受体识别核输出信号。,第三节 细胞内蛋白质的穿膜运输,一、蛋白质从细胞质基质到线粒体的运输（略）二、蛋白质从细胞质基质到过氧化物酶体的运输（略）三、蛋白质从细胞质基质到内质网的运输,蛋白质穿过细胞器的膜从细胞质基质进入细胞器内的运输方式称为穿膜运输(transport trave

6、rs la membrane)，靶细胞器膜上存在蛋白质转运子，识别分选信号。,一、蛋白从细胞质基质到线粒体的运输,分选信号和识别,翻译后转运（成熟构型）,二、蛋白从细胞质基质到过氧化物酶体的运输,转运途径：基质腔、膜间腔和内膜,翻译后转运（线性）,分选信号和识别,能量（ATP水解）,转运子,转运子,能量（ATP水解，H+跨膜电化学梯度）,在糙面内质网上合成的蛋白质有两种形式，,三、蛋白质从细胞质基质到内质网的运输,蛋白质进行的是一种穿膜运输，转运在蛋白质合成的过程中进行，即共翻译转运，此运输过程不需要直接能量。,1.可溶性蛋白质到内质网腔的运输,转运子的中央孔与核糖体大亚基的中央通道对齐，供多

7、肽链穿入。,信号肽引导多肽链通过内质网膜上蛋白质转运子进入内质网,蛋白质转运子,1.可溶性蛋白质到内质网腔的运输,内质网与蛋白合成,信号肽、信号识别颗粒、信号识别颗粒受体等的相互作用使核糖体附着。,信号识别颗粒（SRP）：,细胞质基质中的核蛋白复合体，识别信号肽、核糖体。,SRP,SRP受体,信号肽,转运子,信号肽酶,2.跨膜蛋白到内质网膜的运输,内质网与蛋白合成,跨膜蛋白有多种插入内质网膜的方式，决定了转移到细胞器膜上以及质膜上后膜蛋白分布的不对称性。,SRP受体,信号肽,SRP,跨膜蛋白,蛋白质在游离核糖体上合成还是在附着核糖体上合成？,看它们的分选信号而定！,为什么只有内质网上才有核糖体

8、附着？,经过内质网的蛋白质都是共翻译转运方式！,第四节 细胞内蛋白质的小泡运输,细胞器之间通过运输小泡进行的蛋白质运输称为小泡运输(transport vsiculaire)，该过程需要消耗能量。,小泡运输的途径：1.生物合成-分泌途径 2.胞吞途径,伴随膜的运动 耗能 能运输膜蛋白、膜脂、可溶性蛋白,要运输的蛋白质,衣被蛋白,一、运输小泡的形成,三种类型的有被小泡介导不同的运输途径,大多数运输小泡为有被小泡（vesicles recouverts），已知的有被小泡根据衣被蛋白不同分三种类型。,运输小泡从供膜出芽形成，按其特殊的表面标志定向运输至靶膜表面，被膜上受体识别，小泡膜与靶膜融合，释放

9、所携带的蛋白质。,跨膜蛋白snare帮助运输小泡与靶膜识别并融合,神经细胞,肌肉细胞,乙酰胆碱,乙酰胆碱受体,神经细胞中含神经递质的运输小泡由snare 介导与神经末梢细胞膜融合，从而释放出神经递质，传导神经冲动。,从细胞表面到细胞内的蛋白质分选和运输,1.吞噬作用（phagocytose）,2.吞饮作用（pinocytose）,（receptor-mediated endocytosis）,3.受体介导的内吞作用,吞噬作用,吞饮作用,二、胞吞途径（voies dendocytose）,细胞摄入胆固醇的方法（LDL颗粒）-受体介导的胞吞,有被小泡,遗传性高胆固醇血症原因之一,受体缺陷：不能形成

10、有被小泡,溶酶体的形成与胞吞密切相关,三、生物合成-分泌途径从细胞内到细胞表面的蛋白质分选和运输,1.内质网与高尔基体之间 前向小泡运输、逆向小泡运输,2.高尔基体膜囊间,3.高尔基体到细胞表面 固有分泌途径、受调分泌途径,内质网与高尔基体之间的小泡运输,COPI有被小泡逆向运输,COPII有被小泡前向运输,高尔基体通过受体识别内质网驻留蛋白的信号序列，用COPI运输小泡收集这些蛋白并回输到内质网。,高尔基体到细胞表面的蛋白质分选运输,受调分泌途径：激素、消化酶、神经递质,固有分泌途径：膜蛋白、膜脂、细胞外基质,蛋白质的小泡运输途径,膜蛋白的形成和运输,膜结构的流动性,本章小结,细胞根据蛋白是

11、否携有分选信号，及分选信号的性质，选择性地将其送到细胞不同的部位，称为胞内蛋白的分选和靶向运输。,分选信号多为特定的氨基酸序列，形成信号肽或信号斑。如核输入输出信号、内质网的定位和驻留信号、线粒体、过氧化物酶体的定位信号等。同时，分选信号也可以经加工修饰而成，如溶酶体酶携带的M-6-P分选信号。,细胞内蛋白质有多种运输途径，如到核、线粒体、过氧化物酶体的运输在翻译后进行，称翻译后转运途径；到内质网的运输是在翻译的过程中进行，称共翻译转运途径，此途径还包括蛋白从内质网经高尔基体到细胞外（生物合成分泌途径）和溶酶体的运输；细胞对胞外蛋白的摄取则是通过胞吞作用完成，称胞吞途径。,细胞不同部位的蛋白质

12、存在不同的运输方式，如通过核孔复合体进出核的运输为门控运输；到内质网、线粒体、过氧化物酶体的运输为穿膜运输；而从内质网到高尔基体，高尔基体的各个区室之间，以及由高尔基体到溶酶体、细胞膜或重新运回内质网的运输是由运输小泡介导的。,门控运输为通过核孔复合体进出核的运输，是一个信号识别（核输入、输出受体分别识别核输入、输出信号）和载体介导的主动运输过程。具有选择性、双向性、耗能的特点。蛋白在核质间的转运受严格的控制。,线粒体、内质网、过氧化物酶体三种细胞器的蛋白质输入皆为穿膜运输。需要定位信号、信号识别的受体、蛋白质转运子等多种结构的协同完成。,胞吞途径和生物合成分泌途径是通过小泡运输完成的。已知运

13、输小泡的类型有三类：网格蛋白有被小泡；COPI有被小泡；COPII有被小泡。分别介导不同部位的小泡运输。,小胞运输的基本过程包括1.供膜上的小泡芽生；2.运输成分（膜和可溶性蛋白）的装入;3.小泡的运输和靶位的识别(SNARE分子的作用)；4.小泡的停靠和膜融合,完成运输。,胞吞途径是指细胞通过胞吞作用（吞噬、吞饮、受体介导的胞吞）将胞外大分子装入胞吞小泡，经内体到达溶酶体，并在那里被消化降解。,生物合成分泌途径是指从内质网到高尔基体，高尔基体各区室间，以及从高尔基体到细胞表面或溶酶体的蛋白运输过程。其中既包括前向小泡运输，也有逆向小泡运输。,思考题,一、解释名词,门控运输 穿膜运输 小泡运输 翻译后转运共翻译转运 信号肽（斑）靶向运输 生物合成分泌途径 胞吞途径 受调分泌 固有分泌 吞噬作用 受体介导的内吞,三、同样是穿膜运输，试比较线粒体、内质网、过氧化物酶体三种细胞器的蛋白质输入有何异同点。,二、请描绘出细胞运输蛋白质的路线图，并结合路线图说明运输所采用的方式。,四、小泡运输如何完成分选和定向运输的？,五、请说明细胞是如何通过小泡运输，来保证各种膜结构成分的稳定分布的？,