蛋白质的分选

4.细胞质基质起始和粗内质网合成的蛋白质主要包括：
（1）胞外分泌蛋白 常以分泌泡的形式通过细胞的外排作用输送到细胞外。 （2）膜整合蛋白 细胞质膜、内质网、高尔基体和溶酶体膜上的膜蛋白等都具有 方向性，其方向性在内质网上合成时就已确定。 （3）构成细胞器的可溶性驻留蛋白 有些驻留蛋白需要与其它细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物 液泡中的酸性水解酶类；内质网、高尔基体和胞内体 （endosome）中固有的蛋白以及其它有重要生物活性的蛋白。


共翻译转运（Cotranslational translocation） 蛋白质类型：
（1）胞外分泌蛋白：分泌泡形式胞吐到胞外。 （2）膜整合蛋白：细胞质膜、内质网、高尔基体和溶酶 体的膜蛋白等，具有方向性。 （3）内膜系统细胞器内的可溶性驻留蛋白：需要与其它 细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中酸性水解酶等。



1.蛋白质分选的两条基本途径：
共翻译转运（Cotranslational translocation），在细 胞质基质，蛋白质合成起始后，转移至粗面内质网，至高 尔基体，溶酶体，分泌泡，细胞膜乃至胞外。
翻译后转运（post-translational translocation）， 在细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至细胞质基 质特定部位或膜围绕的细胞器。包括线粒体、叶绿体、过 氧化物酶体、内质网及细胞核，细胞质基质驻留蛋白、骨 架蛋白等。

膜泡运输为细胞内膜系统进行物质转运的主要方式， 定向运输取决于膜和膜泡(至少十数种)的表面识别特征。
转运膜泡类型（按功能分类）： 1.COPII有被小泡 2.COPI有被小泡 3.网格蛋白有被小泡 内膜系统细胞器保持其特异性蛋白组成的两种机制 有被小泡与靶膜的融合：选择性融合 内膜系统各结构保持形态与膜成分相对稳定的方法


COP I 衣被小泡


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、溶酶体、植物液泡； 质膜→细胞质、胞内体(胞吞)； 胞内体→溶酶体。
有被小泡 网格蛋白


转运泡
ARF1亚基
受体
接合素蛋白
笼形蛋白衣被小泡
Clathrin coated
4.信号假说的实验验证及rER蛋白质合成过程确定

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


翻译后转运（post translocation）：
线粒体、叶绿体多数蛋白质及过氧化物酶体的蛋白质 由细胞质基质合成，再由导肽(前导肽)或转运肽(leader peptide，transit peptides/sequences)转移到细胞器中。 转移过程，需ATP使多肽去折叠，需其他蛋白质（如 热休克蛋白Hsp70，分子伴侣）使其能够正确折叠为有功 能的蛋白。
3 膜泡运输
是在细胞器间转运蛋白质的一种形式，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。
“ROAD MAP” OF PROTEIN TRAFFIC
1. Gated
2. Transmembrane
3. Vesicular 4. 基质中蛋白转运
三.膜泡运输（常称为分泌途径）
细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的 转运到特定的细胞器，取决于两个方面。
信号序列
（signal sequeence） （sorting receptor）
蛋白质中包含特殊的信号序列。
识别装置（分选受体）细胞器上具特定的信号识别装置。
细胞内蛋白质的分选与膜泡运输
一.信号假说与蛋白质分选信号 二.蛋白质分选基本途径与类型 三.膜泡运输

非细胞系统中（CELL-FREE SYSTEM）蛋白质的翻译 过程与SRP、DP和微粒体的关系
实验 组别
1
含有编码信号 序列的mRNA
SRP DP 微粒体
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 信号肽切除，多肽链进入 微粒体中
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

共翻译转运（cotranslocation）
决定蛋白定位和构象的氨基酸序列： 开始转移序列(start transfer sequence) ：引导肽链 穿过内质网膜的信号肽。 停止转移序列(stop transfer sequence) ：有些序列 与内质网膜有很强的亲和力，而结合在脂双层之中，不再 转入内质网腔，形成跨膜蛋白。 各类型跨膜蛋白
信号肽序列结合位点
P9/P14
翻译暂停位点
含蛋氨酸侧链 结合信号肽疏水核心
P54
SRP受体（停泊蛋白,DP）结合位点


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。





2.COPI有被小泡
功能：介导细胞内逆向运输(retrograde transport)，负 责从高尔基体膜泡间、CGN到内质网的物质运输。 回收再循环的膜脂双层、v-SNAREs(vesicle membrane SNAP receptor)和内质网逃逸蛋白(escaped proteins)， 返回内质网。 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。



信号因子：
信号序列(signal sequence)：存在于蛋白质一级结构上的 线性序列，通常由15-60个氨基酸残基组成，有些信号序列 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。 信号斑(signal patch)：在完成折叠的蛋白质中， 折叠在 一起构成蛋白质分选的三维结构信号，指导蛋白转运至细胞 特定部位。构成信号斑的信号序列之间可以不相邻。 折叠蛋白 非折叠蛋白





1.COPII有被小泡
功能：介导胞内顺向运输(anterograde transport)，负 责从内质网到高尔基体的物质运输。 COPII包被蛋白构成：5种蛋白质亚基，属可溶性蛋白。 Sec23p/Sec24p复合体，Sec13p/Sec31p复合体； Sar1p（GTP结合蛋白，分子开关）。 COPII有被小泡组装、出芽调控

信号识别颗粒(SRP)：6种不同多肽和1个7S RNA(约300bp) 组成的复合物。

含2个结构域：信号肽识别结构域，核糖体结合结构域 含3个主要功能部位：信号肽识别结合位点(P54，多Met， 具GTP酶活)、翻译暂停位点(P9/P14)、SRP受体蛋白结合位 点(P68/P72)。


信号肽(signal peptide)：又称开始转移序列（start transfer sequence），位于新合成肽链N端，引导新合成的肽链转移 到内质网上合成的信号序列。 信号肽一级序列：16-26Aa，包括疏水核心（h）、C端 （c）和N端（n）三个区域。

特点：无严格的专一性，可将引导不同蛋白序列。
COOH
COOH

NH2
H2 N
信号肽
H2 N 构成信号斑的区域
COOHH2 N信号斑Fra bibliotekCOOH

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。
2
3
4
“+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。
内质网内的可溶性蛋白质合成
信号识别 颗粒
信号序列
信号 识别 颗粒 受体
易位子
信号肽酶 可溶性蛋白质


内质网膜上的移位子（translocon）为蛋白复合体， 直径约8.5nm，中心有一个直径为2nm的“通道”，其功能 与新合成的多肽进入内质网有关。 主要成分：由3-4个Sec61蛋白复合体构成(哺乳动物)，每 个Sec61蛋白由三条肽链组成。