(推荐)蛋白质合成分选定位
蛋白质合成与分选-《细胞生物学》笔记
蛋白质合成与分选-《细胞生物学》笔记●第一节核糖体●一.核糖体的基本类型与化学组成●（一）定义●核糖体(ribosome)是一种核糖核蛋白颗粒(ribonuncleoprotein particle)，几乎存在于一切原核与真核细胞内(除极少数高度分化的细胞外)，是细胞内合成蛋白质的没有膜包被的细胞器，其功能是依照mRNA上携带的遗传信息，高效精确地将氨基酸合成为蛋白质多肽链。
●（二）类型●1.原核细胞核糖体（70S的核糖体）●2.真核细胞核糖体（80S的核糖体）●3.真核与原核核糖体成分比较●（三）化学组成●1.大小●（1）原核生物：直径为20~25 nm。
●（2）真核生物：直径为25~30 nm。
●2.特征●（1）不规则颗粒状结构；●（2）无膜包被；●（3）由大小两个亚基(subunit)构成，但大小亚基常常游离于细胞质中，只有当以mRNA为模板合成蛋白质时，大小亚基才结合在一起，肽链合成终止后，大小亚基解离。
●3.主要成分●①蛋白质(r蛋白),存在于核糖体表面,约占 40%;●②RNA(rRNA)：存三于核糖体内部,约占 60％。
●二.核糖体的结构●对核糖体高分辨率的X射线衍射图谱分析表明：●(1）每个核糖体含有4 个 RNA分子的结合位点：其中 1 个mRNA 结合位点，3个 tRNA 结合位点（ A位点（aminoacyl site)、P 位点（peptidylsite）和 E 位点（exit site）)。
这些位点横跨核糖体大小亚基结合面。
●(2)在核糖体大小亚基结合面，特别是 mRNA 和tRNA 结合处，无蛋白质分布。
这也意味着在核糖体起源之初可能仅由 RNA 组成。
●(3)催化肽键形成的活性位点由 RNA 组成。
●(4）大多数核糖体蛋白有一个球形结构域和伸展的尾部，球形结构域分布于核糖体表面，而其伸展的多肽链尾部则伸入核糖体内折叠的 rRNA 分子中。
●三.核糖体蛋白与rRNA的功能●（一）与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：●(1)与 mRNA 的结合位点:原核生物,16S rRNA 的 3'端与 mRNA 的 Shine-Dalgarno序列(SD 序列)结合；真核生物,识别 mRNA 5'端的甲基化帽子的翻译起始因子。
细胞生物学 蛋白质分选
②穿膜运输 ：是指通过结合 在膜上的蛋白质运转体进 行的蛋白质运输。
③小泡运输：是由不同膜性 运输小泡承载的一种蛋白 质运输形式。
蛋白质定向转运取决于两个方面
分选信号：信号序列和信号斑 细胞器上特定的信号识别装置
翻译后转运：在细胞质基质游离核糖体上 完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的 细胞器。
共翻译转运：通过定位信号,一边翻翻译,一 边进入内质网, 然后再进行进一步的加工和 转移。
蛋白质分选的四种基本类型
蛋白质的跨膜转运：主要指在细胞质基质 合成的蛋白质转运至内质网、线粒体、叶 绿体和过氧化物酶体等细胞器。
蛋白质分选
蛋白质分选(protein sorting)主要是指膜结合 核糖体上合成的蛋白质, 通过信号肽,在翻译 的同时进入内质网, 然后经过各种加工和修 饰,使不同去向的蛋白质带上不同的标记, 最 后经过高尔基体反面网络进行分选,包装到 不同类型的小泡,并运送到目的地。也包括 在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。
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不同的部位。
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。
细胞质基质中的蛋白质的转运
蛋白质分选运输的途径
①门孔运输：是指由特定的
分拣信号介导，并通过核
提高细胞对蛋白质的合成和利用效率 使蛋白质分子能准确定位到功能部位，使
其能准确行使其生物学功能 分选过程中伴随着对蛋白质分子的加工和
修饰，使真核细胞蛋白质分子的结构和功 能更加多样化
Thank you！
第5讲 细胞内蛋白质的合成与分选
蛋白质的运输定位信号有3种：导肽、信号肽和信号 斑。
1.1线粒体蛋白的定位
前体蛋白N端的导肽被线粒体外膜上的受体蛋白识 别，然后在受体的内外膜接触点，先有电话学梯度驱 动，然后由ATP水解酶产生的能量驱动穿过内膜，进 入线粒体基质。在基质中，由信号肽切酶切除导肽， 被切除的导肽很快被水解。 线粒体内膜和膜间隙蛋白由两个导肽，进入基质中的 蛋白质第一个导肽被切除后，第二个肽引导插入到内 膜中；或第一个导肽跨过内膜后，第二导肽停止并结 合在内膜上，然后再将肽链转移穿过外膜，进入线粒 体间隙。 同内膜蛋白的定位相似，不同的是在第二个导肽同内 膜结合并转移到膜间隙后，由信号肽酶水解导肽，将 水溶性的膜间隙蛋白释放到间隙。 运送到外膜的蛋白质没有导肽，它的氨基酸末端延伸 部分就有识别功能，直接插入到外膜。膜上还有丰富 的孔蛋白，很容易渗透到膜，无需酶解过程，也不需 要能量。
蛋白质合成也就是基因表达
决定合成什么样的蛋白质的遗传信 息，贮存在细胞内的DNA大分子中， 体现为DNA大分子中核苷酸排列次 序，最终表达为蛋白质大分子中的 氨基酸序列。
蛋白质合成的第一步，由DNA 指 导 mRNA （ 信 使 RNA ） 的 合 成 。 DNA中的遗传信息通过转录体现在 mRNA 分子中核苷酸排列次序中。
总反应式：
酶
（NTP）n＋DNA mRNA＋DNA
• mRNA 的合成在细胞核内进行；
然后，mRNA 从核内移至细胞质中。
遗传密码和转运RNA
mRNA 分子中每三个核苷酸序列决定一个氨 基酸，这就是通常所说的三联密码子。 与 遗 传 密 码 子 相 对 应 的 反 密 码 子 在 转 运 RNA （tRNA）分子中。
第八章 蛋白质定位
第八章蛋白质定位根据蛋白质的定位可以将其大致分为两类：膜结合型和非膜结合型蛋白质。
每一类都能继续划分，这取决于蛋白质是否与细胞中特定的结构或特定类型的膜结合。
图8.1将一个新合成的蛋白质的可能去向及转运系统在细胞中绘出：•胞质(或可溶的)蛋白质不定位在特定的细胞器中。
它们在胞质中合成，并留在原处以独立的活性中心形式作用于胞质中的代谢物。
•大分子的结构可能定位在胞质中的特定位点；例如，中心粒结合的部位最终成为有丝分裂纺锤体的极。
•核蛋白必须由合成位点穿过核膜转运到核内。
•胞质细胞器含有在胞质中合成并专一转运到(和穿过)细胞器膜的蛋白质，例如，到线粒体或(在植物细胞中)到叶绿体(一些线粒体和叶绿体蛋白质在细胞器内合成)。
•胞质中含有一系列的膜结构，包括内质网，高尔基体，内吞体和溶酶体。
这就是“网状内皮系统(Reticuloendothelial system)”。
定位在这些部位的蛋白质插入到ER膜上，然后被高尔基体中的转运系统转运到它们特定的位点。
•细胞分泌的蛋白质转运到质膜再穿过它到达外部胞间。
它们合成起始与结合在网状内皮系统的蛋白质相同，但穿过了整个系统而不是停在系统中的特定位点。
图8.1 蛋白质在细胞中的定位总览：1. 翻译后转运的蛋白质在核糖体上合成后被释放到胞质中去，具有信号序列的被定位到各个细胞器(如细胞核、线粒体等)中。
2. 翻译和转运同时进行的蛋白(共转运蛋白)在合成过程中与内质网相连，其核糖体是“膜结合型”的。
膜结合型蛋白穿过内质网，经过高尔基体，接着跨过细胞膜。
如果这些蛋白有驻留信号，则会在此旁路的各个环节中停留，或被定位于各种细胞器(如溶酶体、核内体等)。
非膜结合型蛋白质在核糖体中合成后被释放到胞质中。
一些蛋白质以准可溶的形式游离于胞质中；另一些蛋白质与胞质中的大分子结构结合，例如微丝(Filament)、微管(Microtubule)和中心粒(Centriole)等。
这种类型也包括核蛋白(通过核孔进入核内)，合成这种蛋白质的核糖体有时被称为“游离(Free)核糖体”，因为它们与膜分离。
蛋白质合成
（二）信号假说的要点如下: （分泌蛋白为例）
① ER 转运蛋白质合成的起始。
蛋白合成仍然起始于胞质溶胶中的游离核糖体。 ②信号序列与 SRP 结合。
SRP 的信号识别位点识别新生肽的信号序列并与 之结合;同时,暂时停止核糖体的蛋白质合成。
③核糖体附着到内质网上。
结合有信号序列的 SRP 通过它的结合位点与内质网 膜中受体 (停靠蛋白) 结合,将核糖体附着到内质网的 易位子上。
（二） 结合核糖体进行蛋白质合成
信号假说
（一）、信号假说提出与相关概念 1975 年 G.Blobel,D.Sabatini 提出——
1,蛋白质 N 端的信号肽 信号肽：存在于蛋白质一级结构的线性序
列，长度为 16～26 个氨基酸残 基，N端含有1个或数个带正电荷 的氨基酸，其后是6～12个连续 的疏水残基；在蛋白质合成中将 核糖体引导到内质网，进入内质 网后通常被切除。
(2)rRNA的基因转录呈“圣诞树”样的结构;
转录时，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由 基因头端向末端移动，转录好的rRNA分子从聚 合酶处伸出，愈近末端愈长，并且从左右两侧均 可伸出，呈羽毛状。rRNA首先出现在纤维部， 而后转向颗粒部。
核仁基因编码5S的rDNA 序列。
（ 6 ）蛋白质合成结束，信号肽酶切除信号序列； 释放出可溶性的成熟蛋白。
（7）蛋白质合成结束 易位子通道关闭，核糖体与内质网脱离，进入细胞质开始 新的蛋白质合成。
共转移：指肽链边合成边转移至内质网腔 中的方式。
（三）、跨膜蛋白的合成：
信号序列类型：
起始转移序列：N端信号序列可被SRP识别，还 具有起始穿膜转移的作用，其附近有信号肽酶 作用的位点，可被切除，一般与分泌蛋白有关。
第三章蛋白质合成和定位
81-86个氨基酸
21个氨基酸
高尔基体
30个氨基酸
细胞外空间
顶端质膜
分 泌 到 细 胞 外
核
转运小泡
高尔基复合体
转运小泡
结合在ER膜上 的多核糖体
基底部质膜
细胞质基质
细胞质基质
粗面内质网 高尔基复合体
细 胞 质 基 质
叶 线 绿 粒 体 体 和
细 胞 核
过 氧 化 物 酶 体
内 质 网
质 膜
溶 酶 体
就这样，我漂洋过海，在“基质洋”中漂流着， 遇到了以前的大小亚基姐妹，她们在基质中生活 地很自在，现在也会定期去帮助新的蛋白质。终 于到了细胞膜，对我来说，这就有如到了世界的 边缘，一切都是那么新奇。在这里，我还遇到了 小明，我们一见钟情，马上结婚，形成了B筒结 构。婚后我来到了线粒体有限公司工作。这里效 益很不错，我负责运输一些分子进出，平时构象 也不会经常改变，没事的时候可以去度假，但由 于我们地位重要，也不能象冰上那样随便飘逸， 好在生活还算进入了小康水平。
分 泌 泡
停止转移序列介导膜蛋白停留在质膜上
细胞质基质
细胞质基质
粗面内质网 高尔基复合体
细 胞 质 基 质
叶 线 绿 粒 体 体 和
细 胞 核
过 氧 化 物 酶 体
内 质 网
质 膜
溶 酶 体
分 泌 泡
游离核糖体合成蛋白质的去向
1）成为胞质蛋白 缺少信号肽 2）输入核成为亲核蛋白质 核质蛋白(nucleoplasmin) 核定位信号(NLS)
从真核细胞蛋白质合成和定位过程中
你得到了哪些启示？
你如何看待蛋白酶体的功效？
4、Ca2+贮存及调节
例谈细胞内蛋白质的合成与分选
１５４
这道题目能充分反映蛋白质共翻译 转 运 途 径,图 中 ① 表
与内质网膜有很强的亲和力从而使之结 合 在 脂 双 层 中,成 为
跨膜蛋白,随着囊泡一起输送,囊泡膜 会 成 为 细 胞 膜 一 部 分,
该蛋白也成为细胞膜的跨膜蛋白.
(１)共 翻 译 转 运 途 径 :
示的是 SRP 颗粒,SRP 颗 粒 识 别 核 糖 体 先 合 成 的 一 段 信 号
肽序列并与之结合,随后引导核糖体 附 着 到 内 质 网. ② 表 示
是移位子,核糖体的结合位点,在信号 肽 的 诱 导 下,移 位 子 打
开,肽链从移位子继续延伸.因为信号 肽 并 不 是 未 来 蛋 白 质
的 组 成 成 分 ,所 以 信 号 肽 会 被 信 号 肽 酶 进 一 步 伸 入 到 线 粒 体 腔,其 他 的
mHsp７０分子也会结合到肽链 不 同 部 位,在 这 些 mHsp７０ 分 子的协助下,蛋白质 进 行 折 叠 装 配,而 导 肽 会 被 线 粒 体 基 质
中的线粒体导肽水解酶水解.
三 、两 种 转 运 途 径 蛋 白 质 分 配 方 向
共 翻 译 转 运 途 径 的 蛋 白 质,信 号 序 列 常 称 为 信 号 肽,蛋
白质经内质网和高尔基体加工、修饰后将 分 别 成 为 溶 酶 体 蛋
白质、细胞 膜 的 跨 膜 蛋 白 或 分 泌 蛋 白. 其 中 要 成 为 跨 膜 蛋
蛋白质分选
细菌的蛋白质转运
细菌的蛋白质分泌机制同真核细胞极为相似。 转运从细菌的胞质穿过内膜到达周质空间， 接着(有时)穿过外膜到达外界的环境。共转运 在E. coli中很普遍，但并不是通用的。一些 蛋白质既可用共转运的方式转运又可用翻译 后转运的方式转运。在通过膜的分泌过程中， 转运的相对动力学决定了这个平衡。
ห้องสมุดไป่ตู้ 游离核糖体上合成的蛋白质
定位于胞质溶胶中的蛋白质：合成后留在 胞质溶胶中，就地成为不同催化中心，参 加胞质溶胶中的各种代谢活动。 核定位蛋白：由游离核糖体合成，通过核 孔运送到核中。 半自主性细胞器组分蛋白：半自主性细胞 器线粒体和叶绿体所需蛋白质大部分由核 基因编码，在细胞质中。合成，然后运入 细胞器
线粒体和叶绿体蛋白质的运转与装配
1）线粒体蛋白质的转运与装配 ） 导肽（ ）：N端引导蛋白质转运的一 导肽（leader peptide）： 端引导蛋白质转运的一 ）： 段氨基酸序列。 个氨基酸序列。 段氨基酸序列。20~80个氨基酸序列。特点： 个氨基酸序列 特点： (1)含有丰富的碱性氨基酸，特别是 含有丰富的碱性氨基酸， 含有丰富的碱性氨基酸 特别是Arg; (2)羟基氨基酸如 的含量很高； 羟基氨基酸如ser的含量很高 羟基氨基酸如 的含量很高； (3)几乎不含酸性氨基酸； 几乎不含酸性氨基酸； 几乎不含酸性氨基酸 (4)可形成亲水性和疏水性的 螺旋结构； 可形成亲水性和疏水性的α螺旋结构 可形成亲水性和疏水性的 螺旋结构；
肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成， 蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，易位 子关闭。
信号肽跨膜的能量来源
研究证明SRP受体和SRP都是G 研究证明SRP受体和SRP都是G蛋白， 它们不仅将合成蛋白质的核糖体引导到内 质网， 而且通过GTP-GDP的交换， 将内 而且通过GTP-GDP的交换， 质网膜中的易位子（translocon）通道打 质网膜中的易位子（translocon）通道打 开， 让信号序列与之结合（图9-20）。 让信号序列与之结合（图9 20）。 GTP 水解作为信号序列转运的能量来源
蛋白质合成
靶细胞器：内质网腔 在蛋白质中位置：N端 信号序列性质：四肽非常保守。
3、高尔基体滞留信号： 靶细胞器：高尔基体 在蛋白质中位置：高尔基体膜上特有的α跨膜区 信号序列性质：糖基转移酶。
4导肽的特征
蛋白质N端的一段氨基酸序列引导蛋白质 进入线粒体叫导肽。由20～80种氨基酸组 成。 结构特征： （1）富含带正电荷的碱性氨基酸。 （2）羟基氨基酸如丝基酸含量高 （3）几乎不含带负电荷的酸性氨基酸 （4）可形成既亲水有疏水的α 螺旋结构
1、信号斑与6-磷酸甘露糖（M6P) 信号斑： 靶细胞器：溶酶体
在蛋白质中位置：中间
信号序列性质：与酶反应中心特异结合。
6-磷酸甘露糖（M6P)
靶细胞器：溶酶体
位置：溶酶体酶甘露糖6位碳原子磷酸化 信号序列性质：糖链。
2 内质网滞留信号(ER retention signal) 内质网的结构和功能蛋白羧基端的一个四肽序 列: Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即KDEL信号序 列。这段序列在内质网膜及高尔基体的膜有相应 的受体, 一旦进入高尔基体就会被高尔基体上 的受体结合, 形成回流小泡被运回内质网, 所 以将该序列称为内质网滞留信号。
列，长度为 16～26 个氨基酸残 基，N端含有1个或数个带正电荷 的氨基酸，其后是6～12个连续 的疏水残基；在蛋白质合成中将 核糖体引导到内质网，进入内质 网后通常被切除。
2,信号识别颗粒（ SRP ）
与核糖体结合部位
信号肽结合部位
RNA
翻译停止区域
SRP受体的结合部位
25nm
信号识别颗粒的组成： 6 个蛋白亚单位和一分子 RNA
入核信号是蛋白质的永久性部分,在引导入 核过程中,并不被切除, 可以反复使用, 有 利于细胞分裂后核蛋白重新入核。
6.1.4蛋白质分选
Protein Sorting
网格蛋白有被小泡的组装与运输
Ô 介导蛋白质从TGN向质膜、胞内体、溶酶体、植 物液泡的运输；
Ô 在受体介导的胞吞途径中负责：
物质从质膜运往细胞质 从胞内体运往溶酶体
Rab的作用
Protein Sorting
p210图7-26
6
思考题
Protein Sorting
伴侣素家族（chaperonin, Cpn）
GroEL(Hsp60) 家族和 TriC 家族
热休克蛋白70 家族 （Hsp70） 热休克蛋白90 家族（Hsp90）
Ô 功能：
与胞内蛋白的折叠与组装密切相关，影响到蛋白质的转 运、定位或分泌；
与信号转导中的信号分子的活性状态与活性行为相关连。
Protein Sorting
三种有被小泡的比较
衣被类型 GTP酶 组成与衔接蛋白
clathrin
ARF Clathrin重链与轻链，AP2
运输方向
质膜→胞内体（胞吞）
Clathrin重链与轻链，AP1 高尔基体→胞内体
COP I COP II
ARF Sar 1
Clathrin重链与轻链，AP3
Protein Sorting
COP I and COPII Vesicles
Protein Sorting
网格蛋白有被小泡的组装与运输
Clathrin coated pit on the cytosolic face of a cell
p121
5
Protein Sorting
Protein Sorting
6.1.4 蛋白质分选
Protein Sorting
蛋白质寻靶和蛋白质分选［细胞生物学］
导向信号与线粒体蛋⽩定位 线粒体中的蛋⽩质绝⼤多数都是核基因编码，在细胞质的游离核糖体上合成后运输到线粒体的（表7-3）。
表7-3 细胞质中合成的某些线粒体蛋⽩质线粒体定位蛋⽩质线粒体基质 F1ATPase:α亚基（植物除外）、β，γ亚基、δ亚基（某些真菌）RNA聚合酶、DNA聚合酶、核糖体蛋⽩、柠檬酸合成酶、TCA酶系、⼄醇脱氢酶（酵母）、鸟氨酸氨基转移酶（哺乳动物）内膜 DP-ATP逆向运输蛋⽩、磷酸-OH-逆向运输蛋⽩、细胞⾊素c氧化酶亚基4，5，6，7、F0 ATPase的蛋⽩质、CoQH2-细胞⾊素c 还原酶复合物亚基1，2，5（Fe-S），6，7，8膜间隙细胞⾊素c、细胞⾊素c过氧化物酶、细胞⾊素b2、CoQH2-细胞⾊素c还原酶复合物亚基4（细胞⾊素c1）外膜线粒体孔蛋⽩ 蛋⽩质寻靶（protein targeting）和蛋⽩质分选（protein sorting） ■蛋⽩质的两种转运⽅式 细胞质中的核糖体在合成蛋⽩质时有两种可能的存在状态，⼀种是在蛋⽩质合成的全过程⼀直保持游离状态（实际上是与细胞⾻架结合在⼀起的），这种核糖体称为游离核糖体（free ribosomes）。
另⼀种情况是核糖体在合成蛋⽩质的初始阶段处于⾃由状态，但是随着肽链的合成，核糖体被引导到内质上与内质结合在⼀起，这种核糖体称为膜结合核糖体（membrane-bound ribosomes）。
这两种核糖体上合成的蛋⽩质不仅在细胞内的去向不同，它们的转运⽅式也是不同的。
［医学教育搜集整理］ ●翻译后转运（post-translational translocation）与蛋⽩质寻靶 游离核糖体上合成的蛋⽩质释放到胞质溶胶后被运送到不同的部位，即先合成，后运输。
由于在游离核糖体上合成的蛋⽩质在合成释放之后需要⾃⼰寻找⽬的地，因此⼜称为蛋⽩质寻靶。
定位在线粒体、叶绿体、细胞核、细胞质、过氧化物酶体的蛋⽩质在游离核糖体上合成后释放到胞质溶胶中，进⼊细胞核的蛋⽩质通过核孔运输，与定位到其他翻译后转运的细胞器蛋⽩的运输机制不同。
蛋白质分选
四川师范大学生命科学学院学科：细胞生物学题目：蛋白质分选班级：09级3班姓名：王强学号：2009090344综述：蛋白质的分选哺乳动物细胞含有上万种蛋白质，除线粒体和植物细胞叶绿体能合成少量蛋白外，绝大多数的蛋白质或者在细胞基质游离的核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。
由于蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分，因此必然存在不同的机制进行蛋白质的分选，将蛋白质转运到细胞特定的部位发挥其功能。
只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体，才能参与细胞的各种生命活动。
这一过程称为蛋白质的定向转运或称为蛋白质的分选。
蛋白质的分选是一个涉及多种信号调控的复杂而重要的细胞生物学问题。
信号假说是1975年，G.Blobel和D.Sabatini等根据实验依据提出的，即分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，然后在信号肽的指导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束后信号肽被切除。
蛋白质分选主要是指膜结合核糖体上合成的蛋白质, 通过信号肽,在翻译的同时进入内质网, 然后经过各种加工和修饰,使不同去向的蛋白质带上不同的标记, 最后经过高尔基体反面网络进行分选,包装到不同类型的小泡,并运送到目的地, 包括内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外和核膜等。
广义的蛋白质分选也包括在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。
蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位，此过程称为蛋白质的分选。
（一）蛋白质分选途径大体可分为两种：1）翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白，通过该途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质，必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态，这有利于通过膜上的输入装置。
最近在酵母细胞也发现有些蛋白质在细胞质基质的游离核糖体上合成，然后再转运至内质网中，可见蛋白质的分选对细胞的生活有多么重要的意义啊。
细胞生物学(第五版)-第6章-蛋白质分选与膜泡运输(2024版)
⑤ 信号肽被信号肽酶切除; ⑥ 肽链开始延伸并不断向内腔运输（共转运）； ⑦ 核糖体大小亚基解离，肽链延伸终止; ⑧ 释放合成的蛋白到内质网的腔，并完成蛋白折叠。
分泌性蛋白的合成与跨越内质网膜的共翻译转运图解
引导新生肽链穿过内质网膜移位子的信号肽可视为开始转移序列。肽链中还可 能存在某些内在序列与内质网膜有很强的亲和力使之结合在脂双层中，这段序 列不再转入内质网中。 内在信号锚定序列：位于新生肽链内部的疏水序列，既是信号序列，又是肽链 跨膜锚定在脂双层中的序列。 内在停止转移锚定序列：位于新生肽链内部的疏水序列，既是肽段终止转移， 又是肽链跨膜锚定在脂双层中的序列。 多次跨膜蛋白：含有多个SA和多个STA的肽链将成为多次跨膜蛋白。 跨内质网膜肽段的取向：一般而言，带正电荷氨基酸残基多的一端，或带正电 荷氨基酸残基多的一侧，朝向细胞质基质一侧（外侧）。
信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白），与SRP特异结合，存在 于内质网膜上，为异二聚体。
体外非细胞系统蛋白质合成的实验证实，在分泌性蛋白合成 过程中信号肽、信号识别颗粒和停泊蛋白之间的关系如下表 所示：
信号肽酶 内质网腔面上蛋白水解酶，负责切除并快速降解新生 多肽的N端信号肽序列。 移位子 由3-4个Sec61蛋白构成的通道，每个Sec61由3条肽链组 成。 内在停止转移锚定序列 和内在信号锚定序列 与内质网膜的亲 合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。
（2）膜泡运输：蛋白质被不同类型的转运膜泡从糙面内质网合成部 位转运至高尔基体进而再分选转移至细胞的不同部位，其中涉及供体 膜出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输和转运膜泡与靶膜的融合等过 程。
（3）选择性门控转运：在游离核糖体上合成的蛋白质通过 核孔复合体在核-质间双向选择性地完成核输入或核输出。 （4）细胞质基质中蛋白质的转运：蛋白质在细胞质基质中 的转运与细胞骨架系统密切相关，其它不明。
蛋白质的分选
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
COOH
COOH
NH2
H2 N
信号肽
H2 N 构成信号斑的区域
COOH
H2 N
信号斑
COOH
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。
vesicles
0.2µm
三种衣被小泡的功能
衣被类型 GTP结合蛋白
组成与衔接蛋白 Clathrin重链与轻链， AP2
运输方向 质膜→内体 高尔基体→内体
clathrin
ARF
Clathrin重链与轻链， AP1
Clathrin重链与轻链， 高尔基体→溶酶体， AP3 植物液泡 COP I ARF COPαββ’γδεδ 高尔基体→内质网
蛋白质分选的基本途径和类型
途径2、3、4：基质中完成蛋白质合成通过跨膜转运至线粒体、叶 绿体、过氧化物酶体。
途径5：基质中完成蛋白质合成通过门控运输转运至细胞核。
三、蛋白质分选的转运机制
1．门控运输：基质中合成的蛋 白质通过核孔复合完成核输入或 核输出。 2．跨膜运输：基质中合成的蛋 白质转运至特定的细胞器，但进 入不同细胞器的机制有所不同。 3．膜泡运输：蛋白质通过不同类 型的转运小泡从rER合成部位转 运至高尔基体，进而分选转运至 细胞的不同部位。
四、蛋白质分选的两条途径
❖ 1. 翻译后转运途径：
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，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶 绿体、过氧化物酶体、细胞核，或者成为细胞质基质的可溶 性驻留蛋白和支架蛋白。
❖ 2. 共翻译转运途径：
蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转 移至糙面内质网中，再经高尔基体加工包装转运至溶酶体、 细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质 分选也是通过这一途径完成的。
❖ 蛋白质合成的场所：细胞质基质 和 内质网。
蛋白质合成 (磷酸转移酶)
溶酶体糖磷酸化
溶酶体
rER
顺面高尔基网 高
顺面囊 高 尔
中间囊
尔 基
基 复
反面囊 垛
合 体
反面高尔基网
一、信号假说与蛋白质分选信号
❖ 信号假说：
1975年，G.Blobel和D.Sabatini等提出的。 1999年，获得诺贝尔医学和生理奖。
返回内质网
-Lys-Asp-Glu-LeTyr-X-X-Φ
细胞质基质 Cytosol
4
3
1
2 5
细胞内蛋白质的合成以及分选
细胞内蛋白质的合成以及分选贵州瓮安二中张泰军邹光萍550400摘要：蛋白质是生命活动的承担者，生物体绝大部分的生理功能的实现都依赖于蛋白质，蛋白质是生物功能的载体，具有催化、调节、转运、贮存、运动、结构成分、支架作用、防御与进攻等多种功能。
因此蛋白质在细胞内的合成成为高中教学的重点内容，在北师大版的高中课程标准实验教科书必修一——分子与细胞中增加了细胞内物质的合成与转运两节的内容，重点讲述了分泌蛋白的形成，实际在生物体中，细胞内合成的蛋白质是多种多样的，为了丰富教学的内容和学生的课外知识，培养学生的逻辑思维和对生物学的兴趣，特把蛋白质的在细胞内的合成作了如下整理。
关键字：蛋白质；合成；加工；分选前言核糖体是蛋白质合成的机器，但核糖体在细胞内并不是单独地执行功能，而是由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效的进行肽链的合成。
这种具有特殊功能的与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体，在细胞的超薄切片中，不论是附着的核糖体还是游离的核糖体，经常可以看到排列成簇状、环状、串珠状，甚至雪花状等，每种多聚核糖体所包含的核糖体数量是由mRNA的长度决定的，也就是说，mRNA越长，合成的多肽分子量越大，核糖体的数目越多。
图1 多聚核糖体现象1在粗面内质网上合成加工的蛋白质1.1 蛋白质的合成以这种方式合成的蛋白质主要包括（1）向细胞外分泌的蛋白质：如胰腺细胞分泌的酶、浆细胞分泌的抗体、小肠杯状细胞分泌的粘蛋白、内分泌腺分泌的多肽类激素以及胞外基质成分等。
（2）膜的整合蛋白：如细胞膜上的膜蛋白以及内质网、高尔基体和溶酶体上的膜蛋白等。
. （3）构成细胞器中的可溶性驻留蛋白：如溶酶体与植物液泡中的酸性水解酶类；内质网、高尔基体中的固有蛋白等。
蛋白质首先在细胞质基质游离的核糖体上合成，指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽，信号肽位于蛋白质的N端，一般有16~26个氨基酸残基，其中包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三个部分。
蛋白质合成分选定位
细胞中蛋白质合成分选、定位的机制一．蛋白质合成定义：在核糖体的作用下，mRNA携带的遗传信息翻译成蛋白质。
蛋白质合成（多肽链合成）的基本过程：1.氨基酸激活。
a.将氨基酸的羧基激活成易于形成肽键的形式。
b.每一个新氨基酸与mRNA编码信息之间建立联系。
从而使氨基酸与特定tRNA结合。
2.起始。
mRNA+核糖体小亚基+起始氨酰基-tRNA +核糖体大亚单位=起始复合物3.肽链延长。
tRNA与mRNA对应的密码子配对携带有一个氨基酸的tRNA被安放到核糖体上此氨基酸和前一个氨基酸共价键合，肽链延长。
该阶段的核心是形成肽键，将单个氨基酸连接成多肽链。
4.合成终止，肽链释放。
mRNA上的终止密码子即是终止信号，当携带新生肽链的核糖体抵达终止密码子，多肽链合成终止，核糖体大小亚基分离，多肽链从核糖体上释放出来。
5.折叠和翻译后加工。
包括多肽链的折叠剪接、化学修饰、空间组装。
二．蛋白质分选定位定义：蛋白质从起始合成部位转运到其发挥功能发挥部位的过程。
绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。
但是蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各个区间或组分，所以需要不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特定部位。
1.核基因编码的蛋白质的分选途径：①.后翻译转运途径在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。
②.共翻译转运途径蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运至高尔基加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。
指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质N 端的信号肽、信号识别颗粒SRP 、内质网膜上信号识别颗粒的受体等因子协助完成的。
- 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)。
细胞中蛋白质合成分选、定位的机制
一．蛋白质合成
定义：在核糖体的作用下，mRNA携带的遗传信息翻译成蛋白质。
蛋白质合成（多肽链合成）的基本过程：
1.氨基酸激活。
a.将氨基酸的羧基激活成易于形成肽键的形式。
b.每一个新氨基酸与
mRNA编码信息之间建立联系。
从而使氨基酸与特定tRNA结合。
2.起始。
mRNA+核糖体小亚基+起始氨酰基-tRNA +核糖体大亚单位=起始
复合物
3.肽链延长。
tRNA与mRNA对应的密码子配对携带有一个氨基酸的
tRNA被安放到核糖体上此氨基酸和前一个氨基酸共价键合，肽链延长。
该阶段的核心是形成肽键，将单个氨基酸连接成多肽链。
4.合成终止，肽链释放。
mRNA上的终止密码子即是终止信号，当携带新生肽链的
核糖体抵达终止密码子，多肽链合成终止，核糖体大小亚基分离，多肽链从核糖体上释放出来。
5.折叠和翻译后加工。
包括多肽链的折叠剪接、化学修饰、空间组装。
二．蛋白质分选定位
定义：蛋白质从起始合成部位转运到其发挥功能发挥部位的过程。
绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。
但是蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各个区间或组分，所以需要不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特定部位。
1.核基因编码的蛋白质的分选途径：
①.后翻译转运途径
在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。
②.共翻译转运途径
蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运至高尔基加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。
指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽、信号识别颗粒SRP、内质网膜上信号识别颗粒的受体等因子协助完成的。
蛋白质合成暂停
信号序列被SRP 识别并结合 位于
内质网上的SRP 特异受体与SRP 结合,信号肽和易位子结
合，孔道打开 SRP 脱离信号 信号肽引导新生肽链进入内质网腔 信号肽切除 肽链延伸至终止，蛋白质合成完成
2.蛋白质的运转
①.蛋白质的跨膜运转
蛋白质被不同类型的转运膜泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选转运
至细胞的不同部位，其中涉及供体膜出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输以及膜泡
与靶膜的融合过程等。
内质网膜 高尔基体 细胞外
③.选择性的门控转运
在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体在核-质间双向选择性地完成核输入
或核输出。
④.细胞质基质中蛋白质的运转
3.蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选
后翻译转运途径中转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器蛋白质分选是一
个多步过程，需要多个不同的靶向序列。
定位到叶绿体的前体蛋白N 端具有40~50个
蛋白质（肽链）合成继续
膜泡 膜泡
氨基酸组成的转运肽，用以指引多肽定位到叶绿体并进一步穿过叶绿体被膜进入基质或类囊体中。
定位至线粒体的蛋白质靠的是蛋白质N端的导肽。
定位至过氧化物酶体的蛋白质靠的是C端的内在靶向序列。
其他的空间定位信号序列决定蛋白质最终定位在不同的膜上还是不同的基质空间；分子伴侣帮助蛋白质解折叠或维持非折叠状态。
1.蛋白质向线粒体的分选
核基因编码的线粒体蛋白质合成和输入大体上涉及到的4个步骤：
在细胞质基质中合成多肽前体物，前体物和细胞器表面的受体结合，穿过并移进细胞器膜，前体物被加工成为成熟多肽。
①.线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质：两性的N端靶向信号序列（形成α螺旋构象）对于指导蛋白质输入线粒体基质是至关重要的；需要分子伴侣胞质蛋白Hsc70和线粒体基质蛋白Hsc70协助；需要从内外膜接触点的Tom（外膜移位子）和Tim（内膜移位子）处输入。
②. 线粒体蛋白以3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜：途径A：具有N端基质靶向序列和内部停止转移序列；途径B：具有N端基质靶向序列和内部疏水的Oxa1靶向序列（内膜蛋白Oxa1所识别）；途径C：没有N端基质靶向序列，含有多个内部靶向序列；倆种膜间隙蛋白（Tim9/10）为外膜与内膜之间转运的分子伴侣。
③. 线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙：途径A：具有N 端基质靶向序列和内部间隙靶向序列（其过程类似内膜蛋白途径A，需要内膜上蛋白酶于膜间隙一侧切割释放。
）；途径B：通过外膜Tom40孔直接进入膜间隙。
2.蛋白质向叶绿体的分选
①.
体蛋白非折叠，依赖于基质Hsc70水解ATP提供能量。
但与线粒体不同的是：不产生跨内膜的电化学梯度。
因此ATP水解供能几乎是唯一动力来源。
②.进入基质后不同蛋白的转运途径不同：一个是叶绿体SRP依赖途
径（与蛋白质进入内质网过程相似）；另一种是pH依赖途径（蛋白质与其辅因子结合，在类囊体靶向序列N端的2个Arg残基和跨线粒体内膜的pH 梯度是折叠蛋白输入到类囊体腔所必需的。
）
3.蛋白质向过氧化物酶体的分选
过氧化物酶体是真核细胞中唯一利用分子氧氧化底物形成小分子用于合成途径的细胞器，它不含自身的DNA及核糖体，因此所有蛋白质都是由核基因编码，在细胞质基质中合成的，然后输入到预存或新增值产生的过氧化物酶体中。
含有过氧化物酶体靶向序列PTS1的基质蛋白的C端信号序列为3肽SKL，其与胞质中可溶性Pex5受体蛋白结合，受体再与过氧化物酶体上的Pex14结合，之后，基质蛋白质-Pex5受体复合物通过
Pex10/Pex12/Pex2转运至基质中。
4.蛋白质转运至细胞核
需要核定位信号NLS来引导蛋白质进入核，核输出信号来引导核蛋白出核。
蛋白质分选途径比较
第二问：假设一个mRNA，其编码的蛋白有如下特点：N端具有信号序列，C端具有PTS1信号，内部含有核定位信号NLS。
请判断这个蛋白在细胞内合成后的最终去向，并说明原因。
该蛋白质最终去向过氧化物酶体，核定位信号NLS只是亲核蛋白入核的一个必要不充分条件，所以该蛋白不一定去向细胞核，又有PTS1序列，将会分选至过氧化物酶体。
多肽链编码的蛋白质带有PTS1序列，此序列能与细胞质溶质中的载体蛋白（Pex5）结合，之后再与过氧化物酶体膜中的受体Pex14结合。
基质蛋白质-Pex5受体复合物再通过Pex10/Pex12/Pex2转运至过氧化物酶体基质中。
（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。
可复制、编制，期待你的好评与关注）。