细胞蛋白分选机制整理

题目：1.用自己的语言复述课堂列出的四组关于信号肽的实验，分析其产物为何有所不同；根据这些实验结果构建的信号肽学说要点有哪些？2.请整理线粒体、质体、内膜系统、膜泡系统、细胞核等章节有关蛋白分选内容，详细描述细胞内蛋白分选机制。

1.共四组实验，在第一组（对照组）中加入含编码信号序列的mRNA，第二组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，第三组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，第四组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，微粒体。

实验结果：第一组产生含信号肽的完整多肽，第二组合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸，第三组产生含信号肽的完整多肽，第四组信号肽切除，多肽链进入微粒体中。

产物不同的原因：组2：SRP 有Alu和S 两个结构域，它们同RNA 相互连接。

其中Alu结构域由SRP9 和SRP14 组成，结合到7S RNA的5'端和3'端序列。

SRP 能识别并结合在游离核糖体上新合成蛋白质的信号肽。

当它与信号肽结合后，多肽合成就暂时中止，所以会只形成70~100氨基酸残基。

组3：DP与SRP结合后，解除了SRP 对核糖体肽链合成的抑制，新生链继续合成延长。

组3：微粒体中含有内质网和核糖体，加入之后，多肽链会进入其中被加工，信号肽则被信号肽酶水解。

信号肽学说要点：分泌蛋白先在游离核糖体上开始合成-----当其N端的信号肽延伸出核糖体后，被胞质中的SRP识别并结合-----rER膜上的SR识别并结合SRP----信号肽的疏水核心与膜结合-----新形成的多肽链进入内质网----信号肽被信号肽酶水解-------新生肽链通过蛋白转运子进入内质网腔中--------核糖体移到mRNA的终止密码子，蛋白质合成结束，核糖体重新处于游离状态。

2．线粒体：线粒体中有1000 多种蛋白质，它本身的DNA 及核糖体只能合成其中少数蛋白质，其余的线粒体蛋白质都是由核DNA编码的，在胞质游离核糖体上合成后运输到线粒体中由线粒体的核糖体合成的蛋白，以共翻译运输（co-translational transport）的方式插入到线粒体内膜，在细胞质核糖体上合成的蛋白，以翻译后运输（post-translational transport）的方式转运到线粒体中。

（1）在胞质核糖体上合成的蛋白质，大都以前体形式存在。

多由N端的一段导肽和成熟形式的蛋白质组成。

（2）蛋白质通过膜时，在外膜上有专一性不很强的受体参与作用。

（3）蛋白质通过膜需要水解ATP和利用质子动势的能量过程。

（4）导肽引导蛋白质前体，在受体及转运子的作用下，通过内、外膜的接触点，运输到线粒体的基质中。

（5）导肽对所牵引的蛋白质无特异性。

（6）蛋白质运送时需要一些分子伴侣使蛋白进行折叠状态与解折叠状态的转变。

（7）前体蛋白运入线粒体后，需要蛋白酶切除导肽，再折叠成成熟蛋白。

线粒体膜上存在前体蛋白转运子，外膜上的TOM、SAM，内膜上TIM23、TIM22、OXA转运子。

TOM 转运子（translocase of the outer mitochondrial membrane）介导几乎所有线粒体蛋白通过外膜。

它能识别细胞质中的前体蛋白，并使之与胞质中的分子伴侣分离，以未折叠的构象通过TOM 的转运孔运入。

同时它还可以介导一些外膜蛋白插入外膜。

TIM转运子（translocase of the inner mitochondrial membrane）其中最主要的一个为TIM23。

TIM23 能够转运所有的线粒体基质前体蛋白，大多数内膜蛋白，以及许多膜间隙蛋白。

组成TIM23 的亚基分两类：膜组分和输入马达（import motor）。

膜组分包括Tim21、Tim50、Tim23和Tim17。

SAM 复合物位于外膜上，当线粒体外膜上的β桶状结构的前体蛋白（如孔蛋白），经TOM 转运进入膜间隙后，SAM复合物可以将它们正确折叠并插入到外膜上。

TIM22复合物位于内膜上，结构与TIM23类似，由伸入膜间隙的受体亚基和嵌入内膜的孔道亚基组成。

它负责介导部分定位于内膜的转运蛋白的插入。

包括运输ATP、ADP、磷酸进出线粒体的转运蛋白，以及其他转运蛋白。

OXA复合物位于内膜上，负责介导由线粒体自身合成的内膜蛋白的插入，以及一些运入基质的内膜蛋白的插入。

蛋白质运进线粒体的路线主要有以下4个途径：1、外膜蛋白的运输途径定位于外膜的蛋白质一般没有导肽，其末端的氨基酸序列就有识别受体的能力。

在胞质中它们与分子伴侣Hsp70 结合，呈伸展状态，到达线粒体外膜后，Hsp70 与之脱离。

接着，蛋白质通过TOM复合物进入外膜。

对于外膜上丰富的膜孔蛋白，首先由TOM 运入膜间隙，与其中的分子伴侣结合防止凝聚，然后由SAM 插入到外膜。

2、内膜的蛋白质的运输途径这类蛋白质的运输途径有３种。

第一类内膜蛋白，无导肽，但存在内部信号序列。

第二类内膜蛋白，有导肽和疏水（停止）序列。

第三类内膜蛋白，有导肽，停止序列被第二段信号序列取代。

3、膜间隙蛋白的运输途径这类蛋白质的运输途径有两种：一类蛋白质含有导肽和疏水序列，它们由TOM 和TIM23运入膜间隙，同时导肽穿入基质，被基质中的蛋白酶水解，后面的疏水序列停留在内膜，并被膜间隙的蛋白酶水解，释放成熟蛋白到膜间隙中；另一类蛋白质含有导肽和第二段信号序列，它们先经TOM、TIM23 进入基质，并切掉导肽，随后，蛋白又经OXA运送到内膜和膜间隙，其第二段信号序列最后被膜间隙的蛋白酶水解，使得成熟蛋白留在膜间隙4、基质蛋白的运输途径基质蛋白都带有导肽。

在内外膜的接触点处，与Hsp70结合的前体蛋白在ATP作用下解离，并在导肽引导下经TOM复合物进入膜间隙。

随后通过TIM23 复合物进入内膜。

最后，导肽被基质中的线粒体多肽酶水解，在基质Hsp60的帮助下最终折叠成为成熟蛋白。

质体：叶绿体蛋白的转运主要是向基质和类囊体的转运，叶绿体蛋白的转运依赖于叶绿体内外膜上的转运复合体TOC和TIC（translocase of the outer and inner chloroplast）。

定位于叶绿体基质的蛋白质，N端有基质信号序列，定位于类囊体的蛋白质，N端有两个信号序列：基质信号序列和类囊体信号序列。

蛋白质进入类囊体。

至少包括4种途径：①cpSec途径。

②cpTat途径（twin argininetranslocase，TAT），即双精氨酸转运酶途径。

③cpSRP途径。

④自发插入途径。

内膜系统：跨膜运输：蛋白运入内质网、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体；膜泡运输：内质网、高尔基体、质膜、溶酶体、胞内体之间的蛋白运输；膜泡系统：网格蛋白包被小泡：介导蛋白质从高尔基体TGN向胞内体、溶酶体、质膜及液泡运输COPII包被小泡：内质网到高尔基体COPI包被小泡：高尔基体向内质网COPⅡ衣被小泡介导内质网到高尔基体的物质运输。

形成于内质网无核糖体处的出芽位点。

主要亚基：Sar1-GTP、Sec23、Sec24（双酸信号受体）、Sec13、Sec31。

多数跨膜蛋白直接与COPⅡ结合，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COP Ⅱ结合。

分选信号：位于跨膜蛋白胞质面，形式多样，常包含双酸性基序Asp-X-Glu。

COPⅠ包被膜泡•在哺乳动物细胞中，抑制从内质网出芽的抗体对高尔基体膜囊之间膜泡运输没有抑制效应，说明介导两种运输的蛋白不同。

•COPI有被小泡是第一个被分离鉴定的运输小泡，GTP类似物可以促使细胞积累COPI有被小泡并可通过离心分离。

•COPI包被膜泡介导由高尔基体膜囊间及至内质网的反向运输。

•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。

•组成：由7种蛋白组成，αβ（KKXX膜蛋白回收信号受体）β’γδεδ。

•回收信号：膜蛋白Lys-Lys-X-X（KKXX），可溶性蛋白Lys/His-Asp-GluLeu（KDEL或HDEL）。

•KDEL信号序列受体存在于高尔基体反面管网区、COPI 、COPII 有被小泡膜上。

而KKXX信号可被COPI的包被αβ亚基识别。

•COPI包被的组装和解聚由一种GTP结合蛋白ADP核糖基化因子(ADPribosylation factor，ARF) 调控。

•内质网驻留蛋白回收模式：•KDEL受体捕获可溶性内质网蛋白，内质网跨膜蛋白KKXX被COPI包被α、β亚基识别，通过COPI有被小泡运回内质网。

•正常pH：从KDEL序列上解离；•低pH：受体结合KDEL序列。

网格蛋白有被小泡•网格蛋白包被膜泡介导高尔基体管网区向胞内体、溶酶体、液泡运送物质。

也通过胞吞从质膜向胞内体运送物质。

•高尔基体反面管网区是网格蛋白有被小泡来源。

•网格蛋白有被小泡组成：•网格蛋白----形成外层结构网架。

•结合素蛋白（AP）---- 形成内壳，待转运膜蛋白受体。

•G蛋白ARF调控网格蛋白有被小泡的组装及解离。

·当衣被小泡形成时，可溶性GTP结合蛋白dynamin（发动蛋白）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，使网格蛋白有被小泡缢缩下来。

其他两种有被小泡缢缩还没发现由发动蛋白参与。

•发动蛋白突变可能导致不能产生网格蛋白有被小泡，只产生与膜连接的长颈部结合发动蛋白的芽体。

细胞核：门控通道运输：通过核孔运输；亲核蛋白的核输入信号：核定位信号(NLS) ；10 个氨基酸的短肽，指导亲核蛋白完成核输入后并不切除（NLS 、NES、信号肽和信号斑) （importinα/β、nucleoporin、Ran—GTP/GDP）亲核蛋白的入核转运：①核蛋白通过NLS识别importinα，与可溶性NLS受体importinα/β异二聚体结合，形成转运复合物；②importinβ的介导下，转运复合物与核孔复合体的胞质纤维结合；③转运复合物通过改变构象的核孔复合体从胞质面被转移到核质面；④转运复合物在核质面与Ran-GTP 结合，并导致复合物解离，亲核蛋白释放；⑤受体的亚基与结合的Ran 并与importinβ解离，Ran-GDP 返回核内再转换成Ran-GTP 状态。

mRNA 、tRNA和核糖体亚基的核输出：核输出信号nuclear export signal （NES）。