蛋白质的分选和定向运输
第8章蛋白质分选和膜泡运输
蛋白牢固地结合在膜上。 • 当小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。
COPII Coated vesicle
三、膜泡运输的定向机制
• 衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，马达蛋白 水解ATP提供运输的动力。
• 各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运 输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别，其中涉及 识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs（soluble NSF attachment protein receptor）和Rabs（targeting GTPase）。 其中SNARE介导运输小泡特异性停泊和融合，Rab的作用 是使运输小泡靠近靶膜。
COP II Sar 1 Sec23/Sec24复合体，Sec 内质网→高尔基体 13/31复合体，Sec 16
（一）笼形蛋白衣被小泡
• 运输途径：质膜→内体；高尔基体→内体；高尔 基体→溶酶体、植物液泡。
• 衣被结构：3重链、3轻链，形如triskelion。clathrin 的曲臂交织在一起，形成5边形网孔的笼子。
• 当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一 圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近 （小于1.5nm），导致膜融合，pinch off衣被小泡。
（二）COP I衣被小泡
• 功 能 ： 回 收 、 转 运 内 质 网 逃 逸 蛋 白 （ escaped proteins）返回内质网；也可介导高尔基体不同区 域间的蛋白质运输。
谢谢大家！
• Rabs促进和调节运输小泡的停泊和融合。 • Rabs还有许多效应因子，帮助运输小泡聚集和靠
近靶膜，触发SNAREs释放它的效应因子。许多运 输小泡只有在包含了特定的Rabs和SNAREs之后才 能形成。
细胞内蛋白质的分选和转运机制
细胞内蛋白质的分选和转运机制作者：陈建坤来源：《中学生物学》2018年第03期蛋白质作为生命活动的执行者和体现者，与生物的遗传、疾病等都有着重要关联。
在细胞内，有些蛋白质是先合成再进行分选转运，如线粒体、叶绿体、细胞核等结构中的蛋白质；而有些是边合成边分选转运，如分泌蛋白、膜蛋白等。
细胞根据蛋白质是否携有分选信号（信号序列）以及分选信号的性质，有选择地将蛋白质运送到细胞的不同部位。
1分选信号的种类分选信号有两类：①信号肽：蛋白质多肽链上一段连续的特定氨基酸序列，一般位于新肽链的N端，属于一级结构。
完成分选任务后常被切除。
②信号斑：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，是一种三维结构。
完成分选任务后，仍然存在。
2原核细胞中蛋白质分选转运途径原核细胞（如细菌）没有复杂的生物膜系统。
但是为了维持生命，原核细胞需要合成一些蛋白质分泌到细胞质或者转运到细胞外发挥作用。
原核生物中蛋白质的转运分泌途径主要包括3种：①一般分泌途径，即SEC途径；②双精氨酸移位酶途径，即TAT途径；③信号颗粒识别途径，即SRP途径。
除此之外，还有V型分泌途径、TPS分泌途径和分子伴侣引导分泌途径等。
①一般分泌途径，即SEC途径：SEC分泌途径是原核生物中蛋白质主要的跨膜运输机制，主要由SEC移位酶作为介导。
SEC途径可以转运多种蛋白质，包括毒性因子、菌毛、黏附素和蛋白酶等。
SEC途径主要功能是把尚未折叠完成的蛋白质转运到质膜外，在质膜外折叠成有活性的蛋白质。
SEC途径大致可分为3个过程：信号序列的识别与定位、跨膜转运和多肽的释放。
②双精氨酸移位酶途径，即TAT途径：TAT途径识别的肽链N端信号序列通常含有两个连续的精氨酸残基。
TAT途径主要转运已经折叠完成的蛋白质，而尚未折叠完成的蛋白质通常不能通过该系统分泌，从而避免未完成折叠蛋白在胞外被降解的命运，保证了分泌产物的结构和功能的准确性。
此外，TAT途径还可以将少数蛋白质整合到质膜中。
细胞内蛋白质分选转运与细胞结构体系装配要求
共转移（信号肽）
主要是在粗面内质网 上合成的蛋白；
特点：蛋白质边合成 边转移
内质网腔
后转移（post translocation） 1 分子伴侣结合
线粒体，叶绿体等的蛋 胞质中多肽
白;
2 导肽结合线粒体
基本特征：
上的受体
蛋白完全在细胞质基质 中合成，然后再转移到 某些细胞器中。
3 当多肽转移时， 伴随ATP水解,胞 质中的分子伴侣 脱离
②膜泡运输(vesicular transport)：蛋白由不同类 型转运小泡从其ER合成部位转运至高尔基体进 而分选运至细胞的不同部位。
③孔门运输(gated transport)：细胞质基质中合成 的蛋白质通过核孔复合体到核内或相反。
④细胞质基质中蛋白质的转运：和细胞骨架相关。
二 膜泡运输
普遍存在于真核细胞中，是蛋白运输的一种 特有方式。在转运过程中涉及蛋白本身的修 饰、加工和组装，及不同膜泡定向运输和复 杂的调控过程。 ＞10种运输小泡参与完成胞内的膜泡运输， 其上有特殊标志，可以保证转运物质到达特 定部位。
蛋白质跨膜转移需
4 线粒体中的分子
ATP使多肽去折叠，及一 伴侣结合转运中的
些蛋白的帮助（如Hsp70） 多肽
使其正确折叠。
5随ATP水解
而释放,多肽在
线粒体中折叠
2.蛋白质分选的四种基本类型：
①跨膜转运(transmembrane transport)： 在细胞 质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、 质体(包括叶绿体)和过氧化物酶体等细胞器。 蛋白以非折叠态跨膜。
组成： COPI包被含有8种蛋白亚基， 其依赖ARF（GTP 酶）调节包被的装配与去装配；
功能： ① 负 责 回 收 、 转 运 内 质 网 逃 逸 蛋 白 （ escaped proteins）返回内质网（Golgi →ER，逆行转运）; ②行使从Golgi →ER-Golgi中间组分→ ER的物质 运输。 ③在组成性分泌过程中，其在非选择性的批量运 输中行使功能。
细胞生物学题库答案 - 湖北大学
《细胞生物学》题库参考答案第八章 蛋白质的分选一、名词解释1.信号肽--是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分，称信号肽（signal peptide）或信号序列（signal sequence）。
2.共转运--肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。
3.后转运--蛋白质在细胞基质中合成以后再转移到某些细胞器中的转移方式。
4.开始转移序列--引导肽链穿过内质网腔的信号肽，称为开始转移序列（start transfer sequence）。
5.停止转移序列--肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。
6.分子伴侣--通称为结合蛋白，在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、正确折叠或组装，但其本身并不参与最终的形成。
7.导肽--又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。
8.NLS序列--亲核蛋白上带有的一段特殊的氨基酸序列，这些特殊短肽保证了亲核蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内，这段具有"定向"、"定位"作同的序列被称为核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。
9.内体--酸性的不含溶酶体的小囊泡。
10.信号假说--即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白导内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。
11.蛋白质跨膜运输--主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有不同。
细胞生物学模拟试题答案
细胞生物学模拟试题一、填空题1、细胞周期的调控主要依赖两类蛋白，分别为细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶。
2、染色质 DNA 的三种功能元件自主复制DNA序列、着丝粒DNA序列、端粒DNA序列3、核孔复合体是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，对物质的运输具有双功能性和双向性的特性。
4、生物体内的化学信号分子一般可以分为两类，一是_亲脂性的信号分子 _，一是_亲水性的信号分子_。
5、具有跨膜信号传递功能的受体可以分为__离子通道偶联的受体、 G蛋白偶联的受体和与酶偶联的受体（催化性受体）__。
6、一般将细胞外的信号分子称为__第一信使_，将细胞内最早产生的信号分子称为_第二信使_。
7、受体一般至少包括两个结构域_结构结构域（与配体结合的区域）和催化结构域（产生效应的区域）_。
8、由 G 蛋白介导的信号通路主要包括：_cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。
9、线粒体在超微结构上可分为__内膜、外膜、膜间隙、基质__。
10、线粒体中，氧化和磷酸化密切偶联在一起，但却由两个不同的系统实现的，氧化过程主要由_电子传递链（呼吸链）_ 实现，磷酸化主要由_ ATP合成酶_完成。
11、细胞内膜上的呼吸链主要可以分为两类，__NADH呼吸链和FADH2__呼吸链。
12、植物细胞中具有特异的质体细胞器，主要分为叶绿体、有色体、白色体。
13、叶绿体在显微结构上主要分为_叶绿体膜、基质、类囊体_。
14、在自然界中含量最丰富，并且在光合作用中起重要作用的酶_核酮糖－1 ,5－二磷酸羧化酶_。
15、光合作用的过程主要可分为三步：原初反应、电子传递和光合磷酸化和碳同化。
16、光合作用根据是否需要光可分为__光反应和暗反应__。
17、真核细胞中由双层膜包裹形成的细胞器是线粒体和叶绿体。
18、含有核外 DNA 的细胞器有线粒体和叶绿体。
19、引导蛋白到线粒体中去的具有定向信息的特异氨基酸序列被称为_导肽_。
20、叶绿体中每 3 个 H+穿过叶绿体 ATP 合成酶，生成1个 ATP 分子，线粒体中每2 个 H+ 穿过 ATP 合成酶，生成_1_个 ATP 分子。
蛋白质分选与膜泡运输
第一节 细胞内的蛋白质分选
一、信号假说与蛋白质分选信号
信号序列的发现和证实
1972年Milstein等发现骨髓瘤细胞中 提取的免疫球蛋白分子的N端要比分 泌到细胞外的免疫球蛋白分子N端的 氨基酸序列多出一截。
途径1 表示核基因编码的mRNA在 细胞质基质游离核糖体上完成多 肽链的合成。
途径2 表示合成的蛋白质不含信号 序列，并留在细胞质基质中。
途径3.4.5 分别表示通过跨膜转运 方式转运至线粒体、叶绿体和过 氧化物酶体。
途径6 .表示通过门控转运方式转 运至细胞核。
途径7 表示核基因编码的mRNA 在细胞质基质游离核糖体上起始 合成，然后在信号肽引导下与内 质网膜结合并完成蛋白质合成 （途径8）。
1. COPⅡ有被小泡的组装与运输
功能 – 解折叠后与暴露疏水面结合，防止互作凝聚、错误折叠或被细胞内蛋白酶
水解，对跨膜运送和复合物组装起重要作用。无专一性，需水解ATP获能。
分子伴侣
– 转运发动机 Simon 布朗棘轮模型主要观点： 棘轮原理：把无规则运动过滤成单向动力。 蛋白在转运孔道内，多肽链做布朗运动摇摆不定，一旦前体蛋白进入线粒体 腔，立即有mHsp70（内膜热休克蛋白）高能构象结合导肽，和内膜Tim44 锚定，防止肽链退回细胞基质中。随着肽链的进一步延伸，有更多的 mHsp70结合。 mHsp70转变为松弛低能构象促使导肽进入内膜。
强的亲合力从而使之结合在脂双层中，这段序列不再转入 内质网腔中。 开始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数。
三、线粒体和叶绿体蛋白质的转运
(一)线粒体蛋白质的转运因子
蛋白质的分选
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。
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。
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
细胞学第八章答案
《细胞生物学》题库参考答案第八章蛋白质的分选一、名词解释1.信号肽——是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分，称信号肽（signal peptide）或信号序列（signal sequence）。
2.共转运——肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。
3.后转运——蛋白质在细胞基质中合成以后再转移到某些细胞器中的转移方式。
4.开始转移序列——引导肽链穿过内质网腔的信号肽，称为开始转移序列（start transfer sequence）。
5.停止转移序列——肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。
6.分子伴侣——通称为结合蛋白，在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、正确折叠或组装，但其本身并不参与最终的形成。
7.导肽——又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。
8.N LS序列——亲核蛋白上带有的一段特殊的氨基酸序列，这些特殊短肽保证了亲核蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内，这段具有“定向”、“定位”作同的序列被称为核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。
9.内体——酸性的不含溶酶体的小囊泡。
10.信号假说——即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白导内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。
11.蛋白质跨膜运输——主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有不同。
12.膜泡运输——蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。
细胞内蛋白质分选和运输-细胞生物学-讲义1-10
信号识别颗粒（SRP）：细胞质基质中的核蛋白复合体，
内质网与蛋白合成
识别信号肽、核糖体。
2.跨膜蛋白到内质网膜的运输 内质网与蛋白合成
信号肽
SRP SRP受体
跨膜蛋白
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。
蛋白质在 游离核糖体 上合成 还是在 附着核糖体
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
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 àtravers la membrane )，靶细胞器膜上存在蛋白质转运子，识别 分选信号。
"for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell"
USA Rockefeller University New York, NY, USA; Howard Hughes Medical Institute
细胞质基质
线粒体
பைடு நூலகம்
过氧化物酶体
合成中 蛋白质
细胞外 蛋白质
细胞核
2.共翻译转运的蛋白质运输途径
内体
溶酶体
内质网
高尔基体
细胞表面
3.蛋白质的胞吞途径 分泌颗粒
生物合成 -分泌途径
细胞外
内体
溶酶体
三、细胞内蛋白质的运输方式
详解分泌蛋白的合成和运输
详解分泌蛋⽩的合成和运输在⽣物体内，蛋⽩质的合成位点和功能位点常常被⼀层或多层⽣物膜所隔开，这样就产⽣了蛋⽩质运转的问题。
核糖体是真核⽣物细胞内合成蛋⽩质的场所，⼏乎在任何时候，都有数以百计或千计的蛋⽩质离开核糖体并被输送到细胞质、细胞核、线粒体、内质⽹和溶酶体、叶绿体等各个部分，补充和更新细胞功能。
那么这些蛋⽩质是怎样准确⽆误的被送到特定部位的？我们都知道蛋⽩质由内质⽹向⾼尔基体再向细胞膜转运时是由囊泡膜包裹着的，⽽从核糖体向内质⽹中转运时是怎样转运的呢？为什么说分泌蛋⽩的转运穿越了“0层膜”呢？分泌蛋⽩在内质⽹和⾼尔基体⼜上分别进⾏什么样的加⼯？加⼯过程中如何保证肽链折叠即空间结构的准确性，如果有折叠错误的畸形肽链怎么办？这些都是⼗分有趣的问题，在此做⼀简要的阐述。
⼀、蛋⽩质在核糖体上的合成及转运核糖体是蛋⽩质的合成场所毫⽆异议，核糖体在细胞中有两种存在形式游离核糖体和附着核糖体，之前我们认为参与细胞组成的结构蛋⽩在游离核糖体上合成，⽽分泌蛋⽩在附着核糖体上合成。
通过查阅资料发现其实⽆论是结构蛋⽩还是分泌蛋⽩在开始合成时都是在游离核糖体上的，只是当分泌蛋⽩合成起始后便逐渐转移⾄粗⾯内质⽹上，并且肽链边合成边转⼊粗⾯内质⽹腔中（即边翻译边转运），随后经⾼尔基体分泌到细胞外，以这种⽅式进⾏合成和转运的除分泌蛋⽩外还包括溶酶体、细胞膜蛋⽩以及内质⽹和⾼尔基体本⾝的蛋⽩成分。
其他结构蛋⽩在游离核糖体上合成后直接转运⾄功能部位，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的蛋⽩质，最近发现有些还可转运⾄内质⽹中，但与分泌蛋⽩不同的是在游离核糖体上合成多肽链以后再转运⾄内质⽹中（即翻译完成后在转运）。
那么多肽链是以什么⽅式进⼊内质⽹腔中的呢？⼀般认为蛋⽩质跨膜运转信号也是由mRNA 编码的。
在起始密码⼦后，有⼀段编码疏⽔性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列被称为信号肽（即有些练习题上出现的“P肽段”）。
蛋白质分选的基本途径与类型
23
NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，在指导 完成核输入后并不被切除；
NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分 条件 。
整理课件
16
整理课件
17
整理课件
18ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
转录产物RNA的核输出
真核细胞中转录后的RNA通常需加工、修饰成为 成熟的RNA分子后才能被转运出核。 （1）RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形 式离开细胞核，需要能量； （2）RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核 输出由蛋白质介导；
整理课件
5
分子伴侣（molecular chaperones）：细胞中的一 类蛋白质，可以识别正在合成的多肽或部分折叠 的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这 些多肽转运、折叠或装配，但是其本身并不参与 最终产物的形成。
大部分属于热休克蛋白（hsp）进化上很保 守，无专一性。
整理课件
6
跨膜蛋白运输机制 布朗棘轮模型（Brownian rachet model）：Simon 线粒体基质Hsp70（mHsp70）：转运发动机
蛋白质分选的基本途径与类型
刘媛媛
整理课件
1
蛋白质的分选大体可分为两条途径： （1）后转运：游离核糖体上合成的蛋白质如用于
催化代谢的酶类、核蛋白、线粒体和叶绿体蛋白
质等。 （2）共转运：在粗面内质网（ER）合成的蛋白质
如膜的整合蛋白、胞外分泌蛋白、构成细胞器中
的可溶性驻留蛋白等。
整理课件
2
蛋白质分选的类型或机制的角度，可以分为四类：
整理课件
7
整理课件
8
2）叶绿体蛋白质的运送及装配
转运肽（transit peptides）：细胞质中合成的叶 绿体前体蛋白，在N端也含有一个额外的氨基酸 序列。
8.第八章 蛋白质的分选与膜泡运输
一、膜泡运输概观
➢内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及 胞内体也都具有各自特异的成分，这是 行使复杂的膜泡运输功能的物质基础。
➢在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间 隔本身成分特别是膜成分的相对恒定。
2021/5/15
2021/5/15
蛋白质的分泌与胞吞途径概观
二、 三种不同类型的包被膜泡具有不 同的物质运输作用
叶绿体蛋白质的运送及组装
2021/5/15
3、过氧化物酶体蛋白的分选
2021/5/15
第二节 细胞内膜泡运输
一、膜泡运输概观 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方
式，普遍存在于真核细胞中。在转运过 程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和 组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输 及其复杂的调控过程。
2021/5/15
2021/5/15
2021/5/15
图8-3分泌性蛋白的合成与其跨内质网膜的共翻译转运图解
2021/5/15
图8-3分泌性蛋白的合成与其跨内质网膜的共翻译转运图解
（2）跨膜蛋白的合成与转运过程
转运特点： ①信号肽（开始转移序列）分 N端信号肽和内部信号肽（信
号序列位于肽链内部）两种。 ②停止转移序列，即肽链上一段与内质网膜结合力很高的序
2021/5/15
（二）蛋白质转运四种基本类型
蛋白质的跨膜转运（transmembrane transport） 是指细胞基质中合成的蛋白质转运到内质网，线粒体、叶绿
体、过氧化物酶体等细胞器。 蛋白质的膜泡转运（vesicular transport）
是指从内质网到高尔基体进而分选至细胞的不同部位。
COPII包被膜泡 COPI包被膜泡 网格蛋白包被膜泡
2021/5/15
细胞内蛋白质的分选和运输细胞生物学
胞外
胞内
细胞膜
高尔基体
内质网
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
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 protéines 和蛋白质靶向运输l’adressage des protéines
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 以及运输途径和方式
吞噬作用
吞饮作用
二、胞吞途径 voies d‘endocytose
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：不能形成有被小泡
溶酶体的形成与胞吞密切相关
早期内体
晚期内体
溶酶体
高尔基体
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
细胞不同部位的蛋白质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
高尔基体到细胞表面的蛋白质分选运输
蛋白质分选的基本途径与类型
NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分 条件 。
转录产物RNA的核输出
真核细胞中转录后的RNA通常需加工、修饰成为 成熟的RNA分子后才能被转运出核。 （1）RNA聚合酶I转录的rRNA分子：以RNP的形 式离开细胞核，需要能量； （2）RNA聚合酶III转录的5s rRNA与 tRNA的核 输出由蛋白质介导；
（3）RNA 聚合酶II转录的hn RNA，在核内进行 5′端加帽和3′端附加多聚A序列以及剪接等加工 过 程 ， 然 后 形 成 成 熟 的 mRNA 出 核 ， 5′ 端 的 m7GpppG“帽子”结构对mRNA的出核转运是 必要的；
细胞核中既有正调控信号保证mRNA的出核转运， 也有负调控信号防止mRNA的前体被错误地运输， 后者与剪接体(spliceosome)有关。
2）叶绿体蛋白质的运送及装配
转运肽（transit peptides）：细胞质中合成的叶 绿体前体蛋白，在N端也含有一个额外的氨基酸 序列。
目前研究的较多的是类囊体膜和内囊体腔中蛋 白质的运送过程。如补光色素蛋白或称叶绿素 a/b结合蛋白前体，其转运肽含有35个氨基酸残 基，引导其穿过叶绿体进入基质，在基质中由特 异的蛋白酶加工切去转运肽成为成熟的蛋白质。
分子伴侣（molecular chaperones）：细胞中的一 类蛋白质，可以识别正在合成的多肽或部分折叠 的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这 些多肽转运、折叠或装配，但是其本身并不参与 最终产物的形成。
大部分属于热休克蛋白（hsp）进化上很保 守，无专一性。
跨膜蛋白运输机制 布朗棘轮模型（Brownian rachet model）：Simon 线粒体基质Hsp70（mHsp70）：转运发动机
细胞生物学 第六章蛋白质分选与膜泡运输
一、信号假说与蛋白质分选信号
②信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）：
• 由6种蛋白质和1个由300个核 苷酸组成的7S RNA结合形成的 一种核糖核蛋白复合体；
• 位于细胞质基质中；既能与信 号肽和核糖体大亚基结合，又 可与SRP受体结合。
③信号识别颗粒受体（SRP受体） 或称停泊蛋白（docking protein， DP）：
• 而缺少信号肽的多肽，只能在 细胞质基质中完成蛋白质的合 成，再根据自身的信号如导肽 转移到细胞的相应部位。
一、信号假说与蛋白质分选信号
• 多肽合成以后，还要进行折叠、 装配成为有功能的蛋白质。
• 新生多肽的折叠、转运或装配 要依靠分子伴侣的帮助。
• 分子伴侣（molecular chaperone）：能识别正在合成 的多肽或部分折叠的多肽、并 与多肽的某些部位相结合，从 而帮助这些多肽折叠、转运或 装配，而本身并不参与最终产 物的形成，这类蛋白质分子称 为分子伴侣。
• 肽链中还可能存在某些序 列与内质网膜有很强的亲 和力而结合在脂双层中， 这段序列就不再转入到内 质网腔中，称之为内在停 止转移锚定序列和内在信 号锚定序列。
一、信号假说与蛋白质分选信号
①如果一种多肽只有N端 的起始转移序列而没有 停止转移锚定序列，那 么这种多肽合成后一般 进入内质网的腔内，如 各种分泌蛋白；
白控制膜泡与靶膜的锚定； v-SNARE/t-SNARE蛋白的 配对介导膜泡与靶膜的融合。
第六章 蛋白质分选与膜泡运输 - 回顾
§1 细胞内蛋白质的分选 一、信号假说与蛋白质分选信号★
信号假说：3个决定因素；分泌性蛋白质在内质网合成的过程； 起始转移序列，内在停止转移锚定序列；共翻译转运，翻译后 转运；分子伴侣 二、蛋白质分选转运的基本途径和类型 蛋白质分选的基本途径★：翻译后转运途径，共翻译转运途径 蛋白质分选转运的类型：4种 §2 细胞内膜泡运输 一、膜泡运输概述 二、COPⅡ包被膜泡的装配与运输★ 三、COPⅠ包被膜泡的装配与运输★ 四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输★ 五、转运膜泡与靶膜的锚定与融合
细胞内蛋白质的分选和运输课件
如何实现膜泡在细胞器之间的靶向运输？
小泡如何形成？小泡内的货物如何分 选和装运？小泡如何实现靶向运输？
小泡的靶向运输
Paired sets of SNARE proteins mediate fusion of vesicles with target membranes.
Rab proteins and SNAREs help direct transport vesicles to their target membranes
Inner Membrane Intermembrane space
Outer Membrane
Additional targeting sequences specify other locations
Example: ATP Synthase subunit on inner membrane
Yeast cells expressing mutant Rab protein accumulate secretory vesicles that are unable to fuse with the plasma membrane.
Figure 15-21 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
non-insulin dependent, normal insulin production,
lack of response to insulin
膜蛋白的上膜也可以是受调的
Hydropathy profiles of integral membrane proteins
All have hydrophobic domains
细胞学第八章答案
《细胞生物学》题库参考答案第八章蛋白质的分选一、名词解释1.信号肽——是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分，称信号肽（signal peptide）或信号序列（signal sequence）。
2.共转运——肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。
3.后转运——蛋白质在细胞基质中合成以后再转移到某些细胞器中的转移方式。
4.开始转移序列——引导肽链穿过内质网腔的信号肽，称为开始转移序列（start transfer sequence）。
5.停止转移序列——肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。
6.分子伴侣——通称为结合蛋白，在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、正确折叠或组装，但其本身并不参与最终的形成。
7.导肽——又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。
8.N LS序列——亲核蛋白上带有的一段特殊的氨基酸序列，这些特殊短肽保证了亲核蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内，这段具有“定向”、“定位”作同的序列被称为核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。
9.内体——酸性的不含溶酶体的小囊泡。
10.信号假说——即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白导内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。
11.蛋白质跨膜运输——主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有不同。
12.膜泡运输——蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。
细胞内蛋白质分选的两条途径
细胞内蛋白质分选的两条途径细胞是生命的基本单位，其中蛋白质是细胞最重要的组成部分之一。
在细胞内，蛋白质需要在不同的位置发挥不同的功能，因此需要进行分选。
目前已知有两种主要的细胞内蛋白质分选途径：囊泡转运和直接转运。
一、囊泡转运1. 什么是囊泡转运？囊泡转运是指通过形成、移动和融合小型液滴（即囊泡）来实现蛋白质分选的过程。
这些囊泡可由内质网、高尔基体、溶酶体等细胞器形成。
2. 囊泡转运的过程（1）合成：在内质网上合成的蛋白质被包裹在一个小型液滴中，形成一个囊泡。
（2）移动：这些囊泡随后通过微管道系统向高尔基体或其他目标位置移动。
（3）融合：到达目标位置后，这些囊泡与目标部位上的膜进行融合，并释放出其所携带的蛋白质。
3. 囊泡转运的特点（1）速度快：相对于直接转运，囊泡转运速度更快。
（2）可控性高：囊泡转运可以通过调节囊泡合成、移动和融合等过程来实现对蛋白质分选的精确控制。
（3）适用范围广：囊泡转运可以用于多种类型的细胞内蛋白质分选，例如从内质网到高尔基体、从高尔基体到溶酶体等。
二、直接转运1. 什么是直接转运？直接转运是指蛋白质在没有形成液滴的情况下，通过与其他蛋白质或分子相互作用实现分选的过程。
这些相互作用可能包括靶标蛋白识别、信号传递等。
2. 直接转运的过程（1）靶标识别：特定类型的蛋白质通过与目标位置上的特定靶标结合来实现定向传输。
（2）信号传递：一些蛋白质需要特定信号才能在细胞内进行分选。
例如，磷酸化可以作为一种信号来调节蛋白质在细胞内的分布。
3. 直接转运的特点（1）精确度高：直接转运可以通过靶标识别和信号传递等机制来实现对蛋白质分选的精确控制。
（2）适用范围窄：相对于囊泡转运，直接转运的适用范围较窄，只适用于特定类型的蛋白质分选。
结论：细胞内蛋白质分选是细胞内复杂的过程之一，目前已知有两种主要的分选途径：囊泡转运和直接转运。
这两种途径在速度、可控性、适用范围等方面存在差异，但都可以通过不同机制来实现对蛋白质分选的精确控制。
细胞内蛋白质的分选和运输
细胞内蛋白质的分选和运输蛋白质在细胞质基质中合成后，按其氨基酸序列中分选信号(sorting signal)的有无和分选信号的性质被选择性地送到细胞的不同部位，这一进程称为蛋白质分选(protein sorting)和蛋白质靶向运输(protein targeting)。
另外，细胞外的蛋白质经胞吞作用进入细胞内部，也经历分选和靶向运输进程。
细胞中每一种蛋白质只有抵达正确的位置才能行使其功能，如 RNA和DNA聚合酶必需送到细胞核中才能参与核酸的合成；酸性水解酶必需送到溶酶体才能进行大分子的降解作用。
因此，细胞内蛋白质的分选和运输关于维持细胞的结构与功能、完成各类细胞生命活动都是超级重要的。
细胞内蛋白质的分选信号和运输途径和方式号肽通常引导蛋白质从细胞质基质进入内质网、线粒体和细胞核，同时也引导蛋白质从细胞核送回到细胞质基质和从高尔基体送回到内质网；信号斑那么引导一些其他分选进程，如在内质网合成的溶酶体酶蛋白上存在一种信号斑，在高尔基体的CGN中可被N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶所识别，从而使溶酶体酶蛋白上形成新的分选信号M-6-P，进一步在TGN 中被M-6-P受体识别,并分选进入运输小泡最终送到溶酶体（详见第十章）。
每一种信号序列引导蛋白质抵达细胞内一个特定的目的地（表10-1）。
要输送到内质网的蛋白质，在其N-结尾有一段信号肽，其中间部份有5-10个疏水氨基酸。
带有这种信号肽的蛋白质，都会被输送到内质网，并进一步被输送到高尔基体，其中一部份蛋白质在C-结尾还带有一个由4个氨基酸组成的信号肽，它们在高尔基体的CGN部位被识别并被送回内质网，是内质网驻留蛋白质；要输送到线粒体的蛋白质，在其N-结尾带有一种信号肽，其信号序列中带阳电荷的氨基酸和疏水氨基酸呈交替排列；要输送到过氧化物酶体的蛋白质，在其C-结尾有一种由三个特点性氨基酸组成的信号肽；要输送到细胞核的蛋白质，其信号肽中有一串带阳电荷的氨基酸，这一信号序列可位于蛋白质的任何部位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
蛋白质分选的基本途径与类型
• 蛋白质的分选大体可分为两条途径：
1、在细胞质中完成多肽链的合成，然后转运 至膜围绕的细胞器，如线粒体、过氧化物 酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位， 最近发现有些还可转运至内质网中。
2、蛋白质合成起始后转移至糙面内质网，新 生肽边合成边转入糙面内质网腔中，随后 经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到 细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白成 分的分选也是通过这一途径完成的。
蛋白质的分选和运输
• 除线粒体和植物叶绿体中能合成少量蛋白
质外，绝大多数的蛋白质均在细胞质基质 中的核糖体上开始合成然后运至细胞的特 定部位。这已过程称蛋白质的定向转运或 分选。
信号假说与蛋白质分选信号
• 1975年，G.Blobel和D.Sabatini等提出了信
号假说，即分泌蛋白N端序列作为信号肽， 知道分泌蛋白到内质网上合成，在蛋白合 成结束之前信号肽被切除。现已确认，知 道分泌性蛋白在糙面内质网上合成的 决定 因素是蛋白质N端的信号肽。
• 有证据表明，COP I有被小泡行使高尔基体
到内质网逆行转运外，也可行使从内质网 到高尔基体的顺行转运，以至通过高尔基 体的不同分区。
在细胞的膜泡运输中，糙面内质网相当于 重要的物质供应站，而高尔基体是重要集 散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回收 信号，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留 或回收回来，所以有人将内质网比喻成 “开放的监狱” 。
• 3、选择性的门控转运
指在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔 复合体选择性地完成核输入或从细胞核返 回细胞质。
• 4、细胞质基质中的蛋白质的转运
上述几种分选类型均涉及蛋白质在细胞基 质中的转运，这一过程显然与细胞骨架系 统密切相关。当由于细胞质基质的结构尚 不清楚，因此蛋白质转运特别是信号转导 途径中的蛋白分子的转运及信号传递方式 了解很少。
膜泡运输
• 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，
普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不 仅涉及蛋白本身的修饰、加工和装配，还 涉及导多种不同膜泡定向运输及其复杂的 调控过程。
• 完成细胞内的膜泡运输至少需要10种以上
的运输小泡，目前发现三种不同类型的有 被小泡具有运输不同的物质运输作用。
• 1、网络蛋白有被小泡
• 如果从蛋白质分选的类型或机制的角度看，
可分为四种基本类型：
1、蛋白质的跨膜转运
主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转 运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶 体等细胞器，当进入内质网与进入线粒体、 叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又 有不同。
• 2、膜泡运输
蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内 质网合成部位转运至高尔基体进而分选运 至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的 运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融 合的过程。
负责蛋白质从高尔基体TNT向质膜、胞内体 或溶酶体和植物液泡运输。另外，在受体 介导的细胞内吞吐途径中也负责将物质从 质膜运往细胞质，以及从胞内体到溶酶体 的运输。
• 2、COP II有被小泡
负责从内质网到高尔基体的物质运输。
COP II包被蛋白由5种蛋白亚基组成，这些 亚基首先在酵母细胞突变体中被鉴定，这 些突变体不能完成从内质网到高尔基体的 物质转运。COP II有被小泡具有选择性的确定，一是因为COP II蛋白能识别
并结合跨膜内质网蛋白胞质面一端的信号 序列，二是跨膜内质网蛋白的腔面一端作 为受体ER腔中的可溶性蛋白结合。
• 3、 COP I有被小泡
负责收回、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。
早期研究表明，在糙面内质网中合成的蛋白质， 除了某些有特殊标志的蛋白驻留在内质网或高尔 基体或选择性地进入溶酶体和调节性分泌泡外， 其余的蛋白主要是通过一种称为default pathway 方式来完成蛋白质的转运过程。在这种组成型分 泌过程中，COP I有被小泡在非选择性的批量运输 中行使功能。