蛋白质分选

》转运到基质中的前体蛋白， 其N端转运肽仅含有导向基 质的序列。 》转运到类囊体腔中的前体 蛋白，其N端转运肽分两部 分，指导转运到基质的前一 部分被切除后，暴露出指导 其进入类囊体腔中的序列。
》由ctDNA编码并在内囊体 核糖体上合成的一些蛋白质 结合于内囊体膜上。
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2.4 Vesicular transport
》导肽的特点： －多位于肽链的N端，由大约20－50个氨基酸构成， 含丰富的氨基酸带正电荷的氨基酸和羟基氨基酸，几 乎不含带负电的氨基酸； – 形成一个两性α螺旋，带正电荷的氨基酸残基和不带 电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的内外侧； – 对所牵引的蛋白质没有特异性要求。
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》线粒体内、外膜之间存在着接触点，信号肽牵引蛋白质 前体运送时，可通过内外膜的接触点进入基质。
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图 膜结合 细胞器的三 种运输机制
2.3 蛋白质分选的信号机制
2.3.1 Signal hypothesis
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》G．Blobel et al：Signal hypothesis,1975.获1999年Nobel prize(M&P). 》核心内容：分泌性蛋白质在N端具有信号肽（Signal peptide），指导它到内质网膜上合成。 》这一过程涉及： 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）； 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白docking protein，DP）； ER膜上的易位子（Translocon）等。
输入细胞核输 入过氧化物酶 体
2.3.3 蛋白质的分选
》定位于线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等的蛋白
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有多个靶向序列，分子伴侣协助解折叠和重新进行折叠。
2.3.3.1 线粒体蛋白质的转运
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》在转运前以前体蛋白（Precursor Protein）形式存在，包括： N端的导肽（leader peptide/sequence,precursor chain）+ 成熟形 式的蛋白(mature form).
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》回收信号retrieval signal：Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)。 内质网的膜蛋白（如SRP受体）在C端有一个不同的回收 信号Lys-Lys-X-X。
93 》细胞器中保留及回收 蛋白质的两种机制：
a.转运泡将应被保留的 驻留蛋白排斥在外，防 止出芽转运； b. 以COPI-包被小泡的 形式捕获逃逸蛋白。 》 ER→Golgi:顺行转运 Anterograde Transport; Golgi → ER :逆行转运， Retrograde Transport.
滞留内质网
输入线粒体
+H 3
N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-PhePhe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-SerSerArg-Tyr-Leu-Leu-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val--Ser-Lys-Leu-
》定位于线粒体基质的蛋白质的运送
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》定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送
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2.3.3.2 叶绿体蛋白质的转运
叶绿体蛋白转运运输机理与线粒体的相似。如： 》都是翻译后后转译；
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》具有接触点（contact site）；
》N端具指导信号：转运肽(transit peptide),使用后被特 异的蛋白酶切除。
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》 Dynamin ：小泡最后与膜的脱离还需要Dynamin 。当 网格蛋白衣被小泡形成时。作用是在被膜小窝的颈部聚 合,通过水解GTP调节自己收缩, 最后将小泡与质膜割开。
Dynamin,是一种单体GTP结合蛋白（有别于三聚体 GTP结合蛋白，即G蛋白），也是网格蛋白有被小泡形 成的装配反应因子(Assembly Reaction Factor,ARF)
》NSF和SNAPs：他们发现动物细胞融合需要一种可溶97 性的细胞质蛋白,叫做N-乙基顺丁烯二酰亚胺敏感的融合 蛋白(N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein,NSF)以 及其它几种可溶性的NSF附着蛋白(soluble NSF attachment protein,SNAPs)。NSF是一种四聚体，四个 亚基都相同。SNAPs 有α-、β-和γ- SNAPs等。 》SNARE hypothesis: 由于NSF/ SNAPs能够介导不同类型小泡的融合,说明它 没有特异性。据此Rothman提出:膜融合的特异性是由另 外的膜蛋白提供的，把这种蛋白称为SNAP受体蛋白 (soluble NSF attachment protein receptor，SNAREs)， 这种蛋白可以作为膜融合时SNAPs的附着点。
第八章 蛋白质分选与膜泡运输
Chapter 8 Protein Sorting and Vesicular Transport
Protein Sorting
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1 信号假说
信号肽（Signal peptide）：位于蛋白质的N端，16-26个氨 基酸残基组成，包括疏水核心区、信号肽的N端和C端。 没有蛋白专一性。 信号识别颗粒(SRP)： 是一种核糖核蛋白复合体，存在于细 胞质基质中，可与信号肽和信号识别颗粒受体结合。由α 和β 亚基组成， α 亚基与GTP结合会增加SRP+新生多肽 +ER+DP的结合牢固度 停泊蛋白(DP)：SRP的受体,结合在内质网膜上。
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1. 门控运输（gated transport）：如通过核孔复合体的 运输，具有选择性。 2.跨膜运输（transmembrane transport）：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 过线粒体上的转位因子（translocator）进入线粒体。 3.膜泡运输（vesicular transport）：被运输的物质在 内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输 到靶细胞器。 4.细胞质基质中的蛋白质运输：从胞质基质的合成部位 运输到特定的功能部位。
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（2） COPI Coated Vesicles
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》功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（ escaped proteins）返回内质网(逆行转运，Retrograde Transport); 还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。 》由多种蛋白亚基(COPαββ’γδεδ)组成，装配与去装配有赖 于ARF。 》装配反应因子(assembly reaction factor, ARF) 一种单体GTPase。当ARF同GDP结合时，游离存在于胞质 溶胶中,若同GTP结合，GTP使ARF的构型发生改变，暴露 出它的脂肪酸链，并随即插入到供体膜中。同膜结合后的 ARF-GTP可以同COPI结合，形成被膜小泡。
信号肽切除，多肽链进 入微粒体中
分泌性蛋白在ER合成过程
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Bip
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2.3.2 分选信号
①信号序列（signal sequence）：存在于蛋白质一级结 构上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，有些在完成 蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signal peptidase）切 除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求， 每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。（如分泌 蛋白的signal peptide、线粒体蛋白的leader peptide、ER 的K/HDEL序列） ②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。
2.2 蛋白质分选定位的空间障碍及运输方式
》从蛋白质定位的细胞内空间结构来看,可分三种类型: ①没有膜障碍的,如细胞质基质,包括细胞质基质中的细 胞骨架蛋白和各种酶及蛋白分子； ②有完全封闭的膜障碍,如线粒体、叶绿体、内质网、 高尔基体等； ③有膜障碍,但是膜上有孔,如细胞核。
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蛋白质分选的运输方式：
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2.1 蛋白质分选的两条基本途径
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A:后翻译百度文库移 Post-translation translocation,在细 胞质基质中完成多 肽链的合成（翻 译），再转运至膜 结合的细胞器（如， 线粒体、叶绿体、 微体、细胞核等） 或细胞质基质的特 定部位。
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B:共翻译转移 Co-translation translocation,在细 胞质基质中多肽链 的合成起始后，边 合成边转入内质网 腔中，随后经高尔 基体运至溶酶体、 质膜、分泌到细胞 外（还包括内质网 和高尔基体中的蛋 白质）。
》①小泡是怎样装配（assembly）形成的?
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共翻译转移的蛋白质进入内质网后是通过膜泡（visicle） 转运的，其机理涉及三个基本问题： 》②不同类型小泡如何识别靶膜（targeting）?
》③膜泡如何和靶膜融合（fusion）?
5.3.1 Types of Coated Vesicles，and its Assembly 在细胞分泌和内吞过程中,从膜上形成的小泡通常 由不同的蛋白质包被，因此称为有被小泡(coated vesicles), 有三种类型的有被小泡：
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信号肽和信号斑
典型的信号分选序列
功能 信号序列组成
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输入内质网
+H 3
N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-ValGly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu- Gln-LeuThr- Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln -Lys-Asp-Glu-Leu-COO——
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》大多ER数跨膜蛋白是直接结合在COP II衣被上，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。 》分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样， 有些包含双酸性基序[DE]X[DE] ，如Asp-X-Glu序列。
》装配：Sar1-GDP与与ER膜蛋白Sec12相互作用， Sar1GDP中的GDP被置换成GTP,Sar1构象发生变化并插入ER膜 ，Sar1-GTP与Sec23/Sec24结合，再与Sec13/Sec31结合，形 成COPII小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被 转运的可溶性蛋白 。GTP水解，Sar1-GDP从小泡上脱落， 引发包被去装配。内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，
非细胞系统中蛋白质的翻译过程 与SRP、DP和微粒体的关系
实验 组别 1 2 3 4 含编码信号 序列的 mRNA ＋ ＋ ＋ ＋ 微粒 体 － － － ＋
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SRP － ＋ ＋ ＋
DP － － ＋ ＋
结果
产生含信号肽的完整多 肽 合成70～100氨基酸残基 后，肽链停止延伸 产生含信号肽的完整多 肽
（3） Clathrin Coated Vesicles
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》相关运输途径：质膜→内体（选择性胞吞作用），高 尔基体→内体，高尔基体→溶酶体、植物液泡。
》结构：由3个重链和3个轻链组成，形成一个具有3个曲 臂的形状。许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起，形成 具有5边形网孔的笼子。
》衔接蛋白，又称接合素蛋白(adaptin /AP)：介于网格蛋白 与配体受体复合物之间，起连接作用。
1. 网格（笼形）蛋白 clathrin coated vesicles
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2. COPI coated vesicles
3. COPII coated vesicles
（1） COPII Coated Vesicles 》介导从内质网到高尔基体的物质运输。 》 由5蛋白质亚基构成：Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体， Sec 16、Sar1。
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网格蛋白有被小泡的装配： 高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地.
网格蛋白小泡的 形成过程
4 Mechanism of Targeting & fusion
(1)Targeting：SNARE hypothesis
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James Rothman和他的同事根据对动物细胞融合研究的发 现, 提出有关小泡寻靶的SNARE假说(SNARE hypothesis)。
跨膜蛋白的形成
内在停止转移锚定序列（STA） 和内在信号锚定序列（SA）： 一段带20-25个疏水性氨基酸 残基形成的跨膜α 螺旋。 多肽内部存在停止转移锚定序列， 膜融合蛋白。 多肽内部存在多个停止转移锚定 序列，多次跨膜蛋白。
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蛋白质分选和运输的基本原理
A:翻译后转移Post-translation translocation B:共翻译转移Co-translation translocation