第三章 内膜系统2

receptor
Endocytic pathway for LDL
LDL通过网格蛋白参与的受体介导途径进入细胞 • 胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低 密脂蛋白（low-density lipoproteins，LDL），释放到血液
中。 • 当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成LDL跨膜受 体蛋白，并将其嵌插到质膜中。
3 heavy chain 3 light chain
Clathrin triskelions
网格蛋白小泡结构图
Scanning electron micrograph showing the formation of clathrin-coated vesicles on the cytosolic face of the plasma membrane.
2 翻译后转移合成的蛋白质：胞质溶胶cytosol中
完成，然后转运至特定部位
跨膜转运(transmembrane transport)
蛋白质由胞质溶胶 线粒体、叶绿体、过氧化物 酶体等细胞器 Mit, Chl, Peroxisomes: Leader sequence;
protein by Single and Unfold form; Helped by molecular chaperons
一、 Types of Vesicle Transport and Their Functions
（小泡运输的3种小泡类型及其功能） 转运小泡携带可溶性蛋白和膜来往于内膜系统各细
胞器区室之间。 小泡出芽由一种蛋白质外被(Clathrin. COPI. COPII) 的装配所驱动。在出芽完成之后，这些小泡的外被脱 掉，可使小泡的膜直接与它要融合的靶膜相互作用。 在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物 质供应站，而高尔基体是重要的集散发送中心－膜流 中枢纽作用。
膜泡运输(vesicular transport) 网格蛋白(Clathrin)有被小泡运输 COPII有被小泡运输 COPI有被小泡运输 Assembly coated proteins on the vesicles (Clathrin网 格蛋白, COPII and COPI); Only Properly folded and assembled proteins; Budding transportingdocking and at last fusion with target membrane;

高尔基体TGN跨膜受体胞质面尾部结合

跨膜受体TGN腔面与待运蛋白“cargo‖(配体)结合 小分子GTP结合蛋白-ARF 水解GTP, 出芽形成转运小泡 网格蛋白包被脱落(Clathrin/adapter protein) 无被小泡转运至相应靶膜(细胞膜、溶酶体/植物液泡)
(ii)网格蛋白参与受体介导的内吞作用(receptor-mediated
The assembly of a COPII-coated vesicles
膜泡运输3: COPI有被小泡(COPI-coated vesicle)
—负责回收、转运ER的逃逸蛋白返回ER
COPI-coated vesicles transporting escaped ER resident Proteins Back to the ER.
COPII包被蛋白中，Sar蛋白
是小的GTP结合蛋白(Sar— GTP binding protein) ，调节膜 泡包被的装配/去装配
Sar-GTP binds to the ER; GTP 激发sar构型变化， 诱导COPII 蛋白亚单位 (Sec23/ Sec24、 Sec13/Sec31等)装配，使 出芽,包含被分选的蛋白 质，形成 COPII小泡。 Sar-GDP dissociates from the ER
核孔运输(transport through nuclear pore)
合成蛋白通过核孔复合体选择性地细胞核输入/ 从核返回细胞质 Through gated pores—Nuclear pores（核孔）; Nuclear localization signal (NLS); Folded and assembly form to transport.
Yolk protein

clathrin
The steps in the uptake of yolk lipoprotein by the hen oocyte (鸡卵母细胞摄取卵黄脂蛋白的步骤 )
胞吞作用中，小GTP蛋白 dynamin与网格蛋白介导的 膜泡运输的关系(提供能量， 引起环收缩，从而将小泡 从膜上掐下来)
• 受体与LDL颗粒结合后，形成网格蛋白包被小泡 (clathrin)。
• 进入细胞质的包被小泡随即脱掉网格蛋白衣被，成为平滑 小泡，同早期胞内体(endosome)融合。 • 胞内体中pH值低(酸性)，使受体与LDL颗粒分离；再经 晚期内体将LDL送人溶酶体。
• 在溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆 固醇而被利用(膜装配或合成类固醇激素)。
在内膜系统中膜被区室间的小泡转运是高度有 组织的。 向外分泌途径从ER蛋白质生物合成开始， 通过Golgi到细胞表面或溶酶体； 向内的胞吞途径负责摄入和降解胞外分子， 从质膜经胞内体到溶酶体。－Clathrin
The biosynthetic-secretory pathway (red arrows) The endocytic pathway (green arrows)
4. Release of Sar1-GDP from the vesicle membrane causes disassembly of the coat.
Sar-GDPSar-GTP
激活Sar蛋白，使Sar-GTP与内质网膜结合 起始COPII有被小泡的装配: COPII 蛋白Sec23,24&Sec13,31/Sar-GTP 识别并结合ER膜上跨膜受体的信号序列 跨膜受体另一端选择结合ER腔中的转运物质(分泌蛋 白), 并使之浓缩 出芽形成COPII 有被小泡 GTP水解, Sar-GDP释放到细胞质基质中; COPII 去包被. 膜泡融到相应靶膜上(高尔基体Golgi CGN)
endocytosis):
细胞外特殊的生物大分子物质(约50种不同蛋白) ( 信号物质－胰岛素等肽类激素；
免疫物质－免疫球蛋白、抗原等； 营养物质－转铁蛋白、LDL等)
与质膜表面特异受体结合后产生的胞吞作用。
细胞内
细胞外部
Receptor –mediated endocytosis
cytoplasm
clathrin-coated vesicles.
网格蛋白介导的 胞吞作用
网格蛋白clathrin 衔接蛋白(adaptor protein, AP)－中介接头作用 发动蛋白Dynamin-小G蛋白
LDL和胆固醇(cholesterol)代谢 动物细胞中，胆固醇是质膜的重要组成 成分，并作为类固醇激素的前体分子。
胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白 质形成低密度脂蛋白(low-density lipoprotein, LDL) 释放到血液中。血液中以大型脂蛋白复
合体的形式运输。
主要将肝脏的胆固醇运向身体其他部位
磷脂
胆固醇脂(1500)
LDL胆固醇
Deliver to
lysosome
核心部分：Each LDL particle contains a central core of about 1500 cholesterol molecules(胆固醇酯) esterified to long-chain fatty acids. The core is surrounded by a single layer of phospholipids(磷脂 单层) that contains a single copy of a large protein, apolipoprotein B-100, which binds specifically to LDL receptor on the surfaces of cells.
网格蛋白本身并不在挑选特 定转运分子中起作用。
衔接蛋白
膜泡运输1:
网格蛋白有被小泡 (Clathrin-coated vesicle): (i) Golgi TGN腔内的蛋白分子被浓缩入小泡内向外运输 网格蛋白(Clathrin)构成蜂巢状的外围结构框架
衔接源自文库白(adaptor protein, AP)介导两部分的连接
膜泡运输2：COPII 有被小泡 (ERGolgi) COPII-coated vesicles move materials from the ER to the Golgi. COP II为多亚基蛋白复合 物，其亚基有Sec23/24复 合物，Sec13/31复合物等。
When purified COPII coat components are incubated with isolated ER vesicles, polymerization of the coat proteins on the vesicle surface induces emergence of highly curved buds.
Gold-tagged antidynamin antibody, reveals that buds can form in the absence of GTP dydrolysis, but vesicles can not pinch off.
GTP hydrolysis by dynamin is required for pinching off of
三种不同包被蛋白包裹小泡的电镜照片
膜泡运输1:
网格蛋白有被小泡 (Clathrin -coated vesicle)
负责蛋白 Golgi TGN质膜、溶酶体/植物液泡; 小G蛋白ARF参与 内吞途径中，质膜胞内体溶酶体; 小G蛋白dynamin参与 The TGN is the Sourse of Clathrin-coated vesicle. ―Clathrin-coats‖ contain: protein clathrin----which forms a structural scaffold, adaptors----multisubunit, which forms an inner shell.
1. GTP-Sar1 anchors to the ER membrane
2. Cargo proteins are recruited to forming vesicle bud, the COPII coat is assembled.
3. After the vesicle coat is complete, GTP hydrolysis by Sar1.
The three different types of coated vesicles (Clathrin、COPI、COPII)：
Different coat proteins select different cargo and shape the transport vesicles that mediate the various steps in the biosynthetic-secretory and endocytic pathways.
Part II 蛋白质分选及运输途径
蛋白质通过3种途径输入细胞器内:
1 囊泡运输：内膜系统中，其细胞器内部的相 互交流及和细胞外部联系都靠小泡运输来完成。
2 跨膜运输：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体
3 核孔运输转运入细胞核
1 共翻译转移：蛋白质起始合成后共转移至粗面
内质网, 蛋白通过不同类型的转运小泡从rER Golgi 胞内体、溶酶体、液泡、质膜、分泌到胞外; ER & Golgi 本身的蛋白。