细胞内蛋白质的分选和运输-细胞生物学-1-10(课堂PPT)
第八章--蛋白质分选与膜泡运输ppt课件
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一、膜泡运输概观
在细胞的膜泡运输中，糙面内质网相当于重要的物质生 产车间和供应站，而高尔基体是重要的枢纽和集散中心。 细胞内膜泡运输需要多种转运膜泡参与，根据转运膜泡表 面包被蛋白的不同，主要分3种不同类型： （1）网格蛋白/接头蛋白包被膜泡； （2）COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡； （3）COPⅠ包被膜泡。
3、线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体 膜间隙
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通过后翻译转运途径对核基因编码的线粒体 蛋白的转运
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• A：线粒体蛋白从 细胞质基质输入 到线粒体基质
• B：线粒体蛋白通 过3种途径从细胞 质基质输入到线 粒体内膜
• C：线粒体蛋白通 过2种途径从细胞 质基质输入到线 粒体膜间隙
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（二）叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入
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通过翻译后转运 途径将叶绿体蛋 白从细胞质基质 输入到类囊体腔
Toc：外膜转运体复 合物 Tic：内膜转运体复 合物
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（三）过氧化物酶体蛋白的分选
过氧化物酶体靶向信号（PTS）：常见的C端PTS1（SerLys-Leu）和少见的N端PTS2（Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/GlnLeu）。
最新课件
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在供体膜和靶膜之间膜泡的锚定与融合模式 图解
如果说Rab蛋白主要是控制转运膜泡与适当靶膜的锚定，那么，介导转运膜
泡与靶膜融合的主要机制是v-SNA最R新E课/ 件t-SNARE蛋白的配对。
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六、细胞结构体系的组装
生物大分子的组装方式：
（1）自我装配（self-assembly）； （2）协助装配（aided-assembly）； （3）直接装配（direct-assembly）； （4）细胞结构及结构体系之间的组装。
蛋白质的分选课件
• 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。
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• 4.信号假说的实验验证及rER蛋白质合成过程确定
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• 1 跨膜运输 2 门控运输 3 膜泡运输
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。
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。
• • 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
• 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。
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COP I 衣被小泡
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• 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、
蛋白质在哪里合成?
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。
细胞生物学模拟题(附答案)
细胞生物学模拟题（附答案）一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1.细胞中线粒体死亡后被消化的过程称为A、吞饮作用B、被动运输C、主动运输D、吞噬作用E、自噬作用正确答案：E2.细胞质色素积聚、空泡形成A、细胞衰老B、细胞自噬C、细胞分化D、细胞坏死E、细胞凋亡正确答案：A3.全能性最高的细胞是A、原始生殖细胞B、受精卵C、卵母细胞D、精子E、内细胞群细胞正确答案：B4.下列哪项与微管的功能无关A、支持作用B、受体作用C、细胞运动D、物质运输E、信息传递正确答案：B5.有关发育过程中三个胚层作用说法正确的是A、三个胚层的分化完成于囊胚期B、胚胎诱导发生在胚层之间而非胚层内部C、在卵裂期就已经决定了三个胚层的发育前途D、三个胚层各自独立分化互不影响E、中胚层首先独立分化正确答案：E6.以下物质跨膜转运过程中耗能的是A、胞吞B、通道蛋白介导的运输C、易化扩散D、单纯扩散E、尿素的跨膜转运正确答案：A7.指导蛋白质到内质网上合成的氨基酸序列被称为A、导肽B、新生肽C、转运肽D、信号肽E、基质导入序列正确答案：D8.膜结构功能的特殊性主要取决于A、膜中脂类的组成B、膜中脂类和糖类的关系C、膜中脂类和蛋白质的关系D、膜中糖类的组成E、膜中蛋白质的组成正确答案：E9.从网织红细胞分化成红细胞属于A、细胞的去分化B、先转分化再去分化C、正常的细胞分化过程D、先去分化再转分化E、细胞的转分化正确答案：C10.下列哪种方式把物质从生物膜的一侧运输到另一侧时,不需要能量A、吞噬作用B、胞吐作用C、简单扩散D、胞吞作用E、主动运输正确答案：C11.参与核膜崩解与组装的结构是A、核基质B、纺锤体C、核纤层D、微丝E、染色质正确答案：C12.进行脂类分子合成的是A、线粒体B、高尔基体C、过氧化物酶体D、溶酶体E、内质网正确答案：E13.体外培养的细胞在生长到高密度后按照一定比例扩大到更多容器继续培养的过程通常被称为A、原代培养B、细胞克隆化C、细胞融合D、细胞永生化E、传代培养正确答案：E14.细胞膜上的蛋白含量越多,则A、膜具备的功能越少B、膜脂分布的不对称性越小C、膜糖分布的不对称性越小D、膜蛋白分布的不对称性越小E、膜的流动性越小正确答案：E15.具NLS的亲核蛋白首先要形成转运复合物,该转运复合物的构成是①Ran-GTP;②亲核蛋白;③核输入受体α;④Ran-GDP;⑤核输入受体βA、①②③B、②③⑤C、②④⑤D、①②⑤E、②③④正确答案：B16.果蝇的母体效应基因bicoid基因的mRNA分布在卵母细胞的什么部位A、均匀分布于细胞中部的细胞质中B、靠近将来发育成背部的一侧C、靠近将来发育成腹部的一侧D、靠近将来发育成尾部的一侧E、靠近将来发育成头部的一侧正确答案：E17.为保证染色质中的DNA分子能够稳定复制,染色质DNA必须包含的DNA 功能序列是A、复制源序列、重复序列和端粒序列B、着丝粒序列、重复序列和端粒序列C、复制源序列、重复序列和着丝粒序列D、复制源序列、随体序列和端粒序列E、着丝粒序列、复制源序列和端粒序列正确答案：E18.目前发现与Caspase家族最密切的细胞生命活动是A、细胞分裂B、细胞运动C、细胞坏死D、细胞凋亡E、细胞吞噬正确答案：D19.传代培养细胞不具有的特点是A、可悬浮生长B、可贴壁生长C、原组织的分化特性改变D、繁殖需生长因子E、在培养皿中可铺展为单层正确答案：C20.细胞分化的主要特征A、新的,特异性蛋白质的合成B、细胞在生化,结构和功能方面发生变化C、细胞出现表型差异D、以上都是E、以上都不是正确答案：D21.具有MTOC作用的细胞器是A、核糖体B、溶酶体C、中心粒D、中心体E、线粒体正确答案：D22.患儿,男,10个月,8个月时出现发热,热退后出现进行性全身无力、运动发育倒退和吞咽困难。
细胞生物学题库(附答案)
细胞生物学题库（附答案）一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1.构成人类小肠细胞微绒毛的支撑骨架纤维是A、微管B、中间纤维C、微丝D、细胞膜E、内质网正确答案：C2.膜蛋白高度糖基化的是A、线粒体膜B、溶酶体膜C、内质网膜D、过氧化物酶体膜E、高尔基体膜正确答案：B3.能防止细胞膜流动性突然降低的脂类是A、鞘磷脂B、磷脂酰胆碱C、胆固醇D、磷脂酰丝氨酸E、磷脂肌醇正确答案：C4.关于肌动蛋白,下列哪些叙述是错误的A、高度保守的蛋白质B、聚合体为F-肌动蛋白C、是微丝的主要组成部分D、是粗肌丝的主要成分E、分子单体成杆状正确答案：D5.组成单核苷酸的化学物质是A、碱基、磷酸、戊糖B、维生素、核糖、碱基C、碱基、核糖D、碱基、核糖、磷酸E、碱基、脱氧核糖、磷酸正确答案：A6.生物膜中含量最高的脂类是A、磷脂B、糖脂C、卵磷脂D、鞘磷脂E、胆固醇正确答案：A7.下列可获得细胞结构三维图像的光镜技术是A、普通光学显微镜B、普通荧光显微镜C、共聚焦激光扫描显微镜D、相差显微镜E、微分干涉显微镜正确答案：C8.透射电镜的生物标本制各需进行电子染色,主要原因是A、电子穿透能力弱B、结构太复杂C、组成成分的原子序数高D、组成成分的原子序数低E、标本太厚正确答案：D9.为细胞培养箱供应二氧化碳气体的目的在于A、中和胰蛋白酶的作用B、抑制细菌生长C、作为必需的养分D、缓冲和维持细胞培养基的pH值E、降低氧气的浓度正确答案：D10.在衰老细胞中DNA的变化不包括A、DNA甲基化程度升高B、线粒体DNA特异性缺失C、DNA复制和转录受抑制D、DNA氧化E、端粒DNA丢失正确答案：A11.秋水仙素可以抑制纺锤体的形成,从而使细胞分裂停止在A、前期B、末期C、中期D、间期E、后期正确答案：C12.最早制造出第一个显微镜用聚光镜并用它观察活生物的是A、RobertB、SchleidenC、VirchowD、AntonE、Z.Janssen正确答案：D13.构成纤毛的微管排列格式是A、9×1B、9+1C、9+0D、9×2E、9+2正确答案：E14.内质网是由波特(Porter)等人1945年在电镜下观察下列哪种细胞时发现的A、淋巴细胞B、成纤维细胞C、神经细胞D、胰腺细胞E、肝细胞正确答案：B15.蛋白质的N-连接糖基化作用发生于A、高尔基体扁平囊膜上B、滑面内质网膜上C、粗面内质网膜腔内D、高而基体扁平囊腔内E、粗面内质网膜胞质面正确答案：C16.离子交换层析根据蛋白质的何种特性将其分离A、分子量B、等电点C、密度D、电荷E、构象正确答案：D17.符合细胞坏死性死亡的A、DNA在核小体连接区被降解为约200碱基对的片段B、有严格的底物特异性C、由一群细胞共同发生形态学与生物化学的改变D、由许多基因参与的调控过程E、保持正常细胞的能量代谢正确答案：C18.能通过NPC向细胞质方向实现跨核膜运输的物质是A、核质蛋白B、RNA聚合酶C、组蛋白D、核糖体大小亚基E、核糖体蛋白正确答案：D19.荧光漂白恢复技术可以证明膜的流动性,下列属于该技术正确操作的是A、用紫外光淬灭膜蛋白和膜脂的荧光素B、用紫外光淬灭膜蛋白或膜脂的荧光素C、用激光照射细胞的整个表面,使荧光淬灭D、用激光束激活质膜上一部分膜受体的荧光素E、用激光束淬灭质膜上一部分膜受体的荧光素20.在细胞核膜的外膜的外表面常附着有A、线粒体B、高尔基体C、溶酶体D、粗面内质网E、核糖体正确答案：E21.能够保持DNA复制时染色体末端完整性的酶是A、DNA聚合酶ⅠB、端粒酶C、DNA连接酶D、DNA解螺旋酶E、核酸外切酶正确答案：B22.最早提出染色体骨架-放射环结构模型的科学家是A、U.B、G.MendelC、K.D、W.E、W.正确答案：A23.患儿,男,1岁,因“面色苍白半年余”入院。
细胞内蛋白质的分选和运输-细胞生物学-课件2-10
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）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。
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？
向线粒体膜间腔和内膜输入蛋白质示意图
back
Hsp：热休克蛋白
Hsp70在蛋白质向线粒体中输入的作用示意图
内质网
核糖体 过氧化物酶体 细胞质基质 线粒体
进入过氧化物酶体的蛋白的 分选运输
这是一种翻译后的穿膜运输，但在蛋白折叠成 成熟构型后进行穿膜运输 输入信号多为SKL序列（Ser-Lys-Leu） 可溶性受体蛋白PTSIR识别信号，并通过与转 运子蛋白的结合介导蛋白的输入
物等的蛋白是如何来的？
溶酶体 内质网 高尔基体 细胞膜 细胞外 核糖体
游离核糖体合成的蛋白？
内质网
核糖体 过氧化物酶体 细胞质基质 线粒体
细胞核
这些蛋白如何进入由膜包围起来的细胞器的呢？ 它们和蛋白质进入内质网的方式有何异同？
这些蛋白也可含有自己的分选定位信号
进入细胞核的蛋白的 分选运输
运输通过核孔复合体进行，称为门控运输(gated transport)。
细胞连接的类型
•封闭连接 •锚定连接 •通讯连接
问题： 细胞膜上的蛋白是哪里合成的？怎么来 到细胞膜上的？
和其他的蛋白在哪里分道扬镳的？是如
何分的？
Transcellular transport
细胞生物学习题库(含参考答案)
细胞生物学习题库（含参考答案）一、单选题（共100题，每题1分，共100分）1.以下哪种细胞没有核结构（）。
（实验）A、人血细胞B、神经细胞C、平滑肌细胞D、脂肪细胞正确答案：A2.高尔基复合体的扁平膜囊内物质通常主要来自（）A、过氧化物酶体B、粗面内质网C、高尔基复合体D、线粒体E、滑面内质网正确答案：B3.机体衰老时，细胞核（）A、多倍体减少B、核质比例缩小C、折光率增加D、体积增大正确答案：B4.主动运输与入胞作用的共同点是A、都是逆浓度梯度运送B、都是转运大分子物质C、都形成吞噬泡D、都需要载体和通导蛋白帮助E、都需要消耗能量正确答案：E5.由H1参与形成染色体的（）A、一级结构B、二级结构C、四级结构D、组蛋白核心E、三级结构正确答案：A6.以下可用于外源蛋白质分子导入细胞的方法是（）A、Western blotB、膜泡介导法C、琼脂糖电泳D、分子筛层析正确答案：B7.自噬作用中，溶酶体消化水解的对象是（）A、吞饮体B、残质体C、多囊体D、自噬体E、吞噬体正确答案：D8.微管的踏车运动发生在( )A、微管既不聚合也不解聚，处于稳定状态B、正端的聚合率大于负端的解聚率C、正端的聚合率等于负端的解聚率D、正端的聚合率小于负端的解聚率正确答案：C9.下列具有较高保守性的蛋白是（）A、核基质蛋白B、核纤层蛋白C、核小体组蛋白D、中间纤维正确答案：C10.不能够被核孔复合体主动运输的分子是（）A、核糖体亚基B、mRNAC、胰岛素D、结合有NLS的胶体金正确答案：C11.微电极技术测量离子浓度时只能对（）进行操作A、局部组织B、单个细胞C、群体细胞D、细胞外基质正确答案：B12.初级溶酶体的蛋白分选在哪个细胞器中进行（）A、滑面内质网B、高尔基复合体C、过氧化物酶体D、粗面内质网E、线粒体正确答案：B13.所有膜蛋白都具有方向性，其方向性在什么部位中确定？A、内质网B、质膜C、细胞质基质D、高尔基体正确答案：D14.在胚胎发育中，一部分细胞对临近的细胞产生影响，并诱导这些细胞向特定方向分化的现象称为（）A、转分化B、去分化C、胚胎诱导D、细胞决定E、细胞分化正确答案：C15.血液中胆固醇含量过高，会过早患动脉粥样硬化症。
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
翟中和细胞生物学课件 第5章物质的跨膜运输
2021/10/10
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2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别因对细胞膜水通道， 离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。
2021/10/10
Peter Agre
Roderick MacKinnon
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2. 水孔蛋白：水分子的跨膜通道 (2003诺奖)
• 调节细胞渗透压以及生理与病理作用
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（一）Na+-K+ 泵（Na+-K+ ATPase）
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Figure 11-14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
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1. Na+-K+ 泵结构与转运机制 • 由2 个α 和2 个β 亚基组成四聚体
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水孔蛋白
2021/10/10
离子通道
Mycobacterium smegmatis (MSPA)
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离子通道的类型及其 3 个显著特征
• 具有极高的转运速率 • 没有饱和值 • 离子通道非连续性开放而是门控的
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A. 电压门通道 B. 配体门通道（胞外配体） C. 配体门通道（胞内配体） D. 应力激活通道
协助扩散 • 转运方向取决于葡萄糖浓度
梯度
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2. 水孔蛋白：水分子的跨膜通道 (2003诺奖) • 水分子借助质膜上的水孔蛋白实现快速跨膜转运
Fig. Xenopus oocytes microinjected with AQP1 mRNA swell rapidly when placed in a hypo-osmotic medium, in contrast to noninjected oocytes.
细胞内蛋白质的分选和运输-细胞生物学-课件1-10
02
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。
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。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999
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。
信号斑
信号肽
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、细胞内蛋白质运输的途径
2.共翻译转运的蛋白质运输途径
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。
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
01
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。
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。
细胞生物学_10真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输结果
在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与 P、DP和微粒体的关系
细胞类至少存在两类蛋白质分选的信号：
①信号序列：存在于蛋白质一级结上的线性序列，通常1560个氨基酸残基，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移 后被信号肽酶切除。 ②信号斑：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号 序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。 ③每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。
由内质网到高尔基体的蛋白转运中，大多数跨膜蛋白是直 接结合在COP II衣被上，但是少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋 白通过受体与COP II衣被结合，这些受体在完成转运后，通 过COP I衣被小泡返回内质网。
COP II衣被所识别的分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构 域，形式多样。
COPⅡ小泡的装配需要一种称为Sar1的G蛋白的参与。 当Sar1中GDP与GTP进行了交换，诱导Sec23和Sec24蛋 白的结合，接着是Sec13和Sec31蛋白的结合，最后由一 种结合在ER表面的大蛋白质，Sec16与Sec23/Sec24复 合物、Sec13/Sec31复合物相互作用，装配成一个完整的 小泡。
四、细胞结构体系的组装
目前机理尚不清楚。 组装方式：自我组装、协助组装、直接组装。 组装具有重要的生物学意义： ⒈减少和校正蛋白质合成中出现的错误。 ⒉可大大减少所需的遗传物质信息量。 ⒊通过组装与去组装更容易调节与控制多种生物学过程。
分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成 的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位结合，从 而帮助这些多肽转运、折叠或组装，这一类分子本身并 不参与最终产物的形成。
每种转运小泡都有特异的v-SNARE，能识 别并与靶膜上t-SNARE相互作用。通过vSNARE与t-SNARE两类蛋白间的互补性和相 互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚定与融合。
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
第8章蛋白质分选与膜泡运输ppt课件
获奖科学家简历
James E. Rothman，1950年出生于 美国马萨诸塞州Haverhill，他于1976年在 哈佛大学医学院获得博士学位，随后在麻 省理工学院做博士后研究工作。1978年 Rothman前往加州的斯坦福大学，并在那 里开始进行针对细胞囊泡的研究工作。 Rothman还曾经在普林斯顿大学以及纪念 斯隆-凯特林癌症研究所和哥伦比亚大学工 作过。2008年，他开始在耶鲁大学任职， 目前是耶鲁大学细胞生物学系系主任和教 授。
• 途径
（1）后翻译转运途径 （2）共翻译转运途径
• 类型
（1）蛋白质的跨膜转运 （2）膜泡运输 （3）选择性的门控转运 （4）细胞质基质中蛋白质
信号肽似乎没有严格的专一性
信号肽与信号斑
信号斑（signal patch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信 号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选 的信号。
一些典型的分选信号
功能 输入细胞核 输出细胞核 输入线粒体
输入质体
输入过氧化物酶体 输入内质网 返回内质网 由质膜到内体
信号肽的一级结构序列
蛋白质N-端的信号肽
旦赖--------色 缬 苏笨异丝丝亮亮笨亮笨---- 丝丝丙络丝------
信号肽（signal peptide）：引导新合成的肽链转移到内质 网上合成的信号序列称为信号肽，位于新合成肽链的N端，一 般16-26个氨基酸残基，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极 性氨基酸，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端三部分。由于 信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移 序列（start transfer sequence）；信号肽没有严格的专一性， 目前尚未发现共同的信号序列。
• 蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分： ①信号肽（signal peptide），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 ，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer sequence）。 ②信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），属于 一种核糖核蛋白，位于细胞质基质中。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 ③ 停泊蛋白（docking protein，DP），是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与SRP 特异结合。 ④停止转移序列（stop transfer sequence），肽链上的一段特殊序列， 与内质网膜的系合力很高，能阻止肽链续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。 ⑤转位 因子（translocator），由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似于油炸圈的结构，每 个Sec61蛋白由三条肽链组成。
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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。
合成中 蛋白质
细胞外 蛋白质
细胞质基质
线粒体
过氧化物酶体
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
细胞核
叶绿体
内
线粒体
质
网 过氧化物酶体
溶酶体内体
高尔基体
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
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。
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。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999
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
COPII有被小泡前向运输
COPI有被小泡逆向运输
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
固有分泌途径： 膜蛋白、膜脂、 细胞外基质
三种类型的有被小泡介导不同的运输途径
跨膜蛋白snare 帮助运输小泡与 靶膜识别并融合
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，释放所携带的蛋白质。
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。
提出“蛋白质上的信号序列 Günter Blobel 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 1.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。
信号肽
信号斑
分选信号引导蛋白质到达正确的地点
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。
运输通过核孔复合体进行，称为门控运输(transport àtravers es pores nucléaires)，该过程需要消耗能量。
带核定位 信号的 蛋白质
蛋白质的核输入与核输出
核输入受体
核输出受体
带核输出 信号的 蛋白质
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
一、信号假说（Hypothesis de signal）和分选信号
分选信号和识别 转运子 翻译后转运（成熟构型） 能量（ATP水解）
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。
在糙面内质网上合成的蛋白质有两种形式，
1.膜蛋白
细胞器驻留蛋白
2.可溶性蛋白 分泌蛋白
细胞膜
内质网
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
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？
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
一、蛋白从细胞质基质到线粒体的运输
分选信号和识别 转运子 翻译后转运（线性） 转运途径：基质腔、膜间腔和内膜 能量（ATP水解， H+跨膜电化学梯度）
二、蛋白从细胞质基质到过氧化物酶体的运输
作
用
有被小泡
细胞摄入胆固醇的方法 （LDL颗粒）-受体介导的胞吞
受体缺陷：不能形成有被小泡
遗传性高胆固醇血症原因之一
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
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
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。
神经细胞 肌肉细胞
乙酰胆碱 乙酰胆碱受体
二、胞吞途径 （voies d‘endocytose）
从细胞表面到细胞内
的蛋白质分选和运输
吞 噬
作
1.吞噬作用（phagocytose）
用
2.吞饮作用（pinocytose）
3.受体介导的内吞作用
吞 饮
（receptor-mediated endocytosis）
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
一、运输小泡的形成
• 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
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。 网格蛋白有被小泡：质膜-溶酶体，高尔基体-晚期内体 COPI有被小泡：高尔基体膜囊间，高尔基体-内质网 COPII有被小泡：内质网-高尔基体
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。
受调分泌途径： 激素、消化酶、 神经递质
蛋白质的小泡运输途径
生物合成－分泌途径
胞吞途径 回输途径
膜结构的流动性 膜蛋白的形成和运输
细胞内蛋白质的分选和运输-细 细胞根据蛋白胞是否生携有物分学选信-号课，及件分选1-信1号0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。
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
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。
信号肽
信号斑
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、细胞内蛋白质运输的途径
1.翻译后转运的蛋白质运输途径 Nhomakorabea已合成 蛋白质
上合成？
为什么 只有内质网 上才有 核糖体
附着？
看它们 的分选 信号 而定 ！
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 vésiculaire)，该过程需要消耗能量。