核糖体上蛋白质的成与去向

USA Rockefeller University New York, NY, USA; Howard Hughes Medical Institute
Günter Blobel
提出“ 提出“蛋白质上的信号序列 决定其所在的位置” 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 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。 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， 可位于多肽链的任何部位，完成分选任务后常被 切除。 切除。
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） 门控运输的能量来源（ 三、门控运输中大分子转运的调节（略） 门控运输中大分子转运的调节（
第二节 细胞内蛋白质的门控运输
小分子自由通过/ 大分子门控运输。 大分子门控运输。
Hale Waihona Puke Baidu
核孔复合体似可 调控的门， 调控的门，介导 选择性的双向运输。 选择性的双向运输。
固有分泌途径、 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 有被小泡前向运输
COPI有被小泡逆向运输 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， 的信号序列，用COPI运输小泡收集这 运输小泡收集这 些蛋白并回输到内质网。 些蛋白并回输到内质网。
protéines) des prot ines)
protéines ines）。 des prot ines）。
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 信号假说（ ）
1975年提出的假说内容：新合成蛋白质的N-末端有 年提出的假说内容：新合成蛋白质的 末端有 年提出的假说内容 一段信号序列，叫信号肽， 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， 程中引导至内质网膜上， 并在内质网中完成蛋白质 合成， 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。 网中被切除。
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（ 翻译后转运（线性） 转运途径：基质腔、 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） 水解， 能量（ATP水解
二、蛋白从细胞质基质到过氧化物酶体的运输
分选信号和识别 转运子 翻译后转运（ 翻译后转运（成熟构型） 能量（ 能量（ATP水解） 水解
三种类型的有被小泡介导不同的运输途径
跨膜蛋白snare 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 运输小泡从供膜出芽形成，按其特殊的表面标志定 表面标志 向运输至靶膜表面，被膜上受体识别， 受体识别 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 携带的蛋白质。 膜融合，释放所携带的蛋白质。
1.可溶性蛋白质到内质网腔的运输 1.可溶性蛋白质到内质网腔的运输 信号肽、信号识别颗粒、 信号肽、信号识别颗粒、信号识别颗粒 受体等的相互作用使核糖体附着。 受体等的相互作用使核糖体附着。
SRP
信号肽
转运子
SRP受体 信号肽酶 受体
信号识别颗粒（ 信号识别颗粒（SRP）：细胞质基质中的核蛋白复合体， ）：细胞质基质中的核蛋白复合体， 识别信号肽、核糖体。 识别信号肽、核糖体。 内质网与蛋白合成
运输通过核孔复合体进行，称为门控运输 运输通过核孔复合体进行，称为门控运输(transport à travers es pores nucl aires)，该过程需要消耗能量。 nucléaires aires) 该过程需要消耗能量。
蛋白质的核输入与核输出
核输入受体 带核定位 信号的 蛋白质 核输出受体
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 1.翻译后转运的蛋白质运输途径 翻译后转运 已合成 蛋白质
线粒体 细胞质基质 细胞核 过氧化物酶体
2.共翻译转运的蛋白质运输途径 2.共翻译转运的蛋白质运输途径 共翻译转运 合成中 蛋白质
1.吞噬作用（phagocytose） 吞噬作用 ） 2.吞饮作用（pinocytose） 吞饮作用 ） 3.受体介导的内吞作用 受体介导的内吞作用
（receptor-mediated endocytosis） ）
吞 噬 作 用
吞 饮 作 用
有被小泡
细胞摄入胆固醇的方法 LDL颗粒 颗粒） （LDL颗粒）-受体介导的胞吞
内体 内质网 高尔基体 细胞表面 分泌颗粒 溶酶体
生物合成 -分泌途径 分泌途径
细胞外 蛋白质
3.蛋白质的胞吞途径 3.蛋白质的胞吞途径 蛋白质的
细胞外 内体 溶酶体
三、细胞内蛋白质的运输方式
细胞核
1.门控运输： 1.门控运输： 门控运输
细胞质基质细胞质基质-细胞核 分选信号分选信号-核孔复合体上相应受体
高尔基体到细胞表面的蛋白质分选运输
固有分泌途径： 固有分泌途径： 膜蛋白、膜脂、 膜蛋白、膜脂、 细胞外基质
受调分泌途径： 受调分泌途径： 激素、消化酶、 激素、消化酶、 神经递质
蛋白质的小泡运输途径
生物合成－ 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
本章小结
♦细胞根据蛋白是否携有分选信号，及分选信号的性质，选择性 细胞根据蛋白是否携有分选信号，及分选信号的性质， 细胞根据蛋白是否携有分选信号 分选和 地将其送到细胞不同的部位，称为胞内蛋白的分选 靶向运输。 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 分选信号多为特定的氨基酸序列，形成信号肽或信号斑。 分选信号多为特定的氨基酸序列 信号肽或信号斑 输入输出信号、内质网的定位和驻留信号、线粒体、 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， 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。 溶酶体酶携带的 分选信号 ♦细胞内蛋白质有多种运输途径，如到核、线粒体、过氧化物酶 细胞内蛋白质有多种运输途径 如到核、线粒体、 细胞内蛋白质有多种运输途径， 翻译后转运途径 途径； 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， 共翻译转运途径 途径， 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） 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， 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。 途径。
神经细胞中含神经递质的运输小泡由snare 介导与神经 神经细胞中含神经递质的运输小泡由 末梢细胞膜融合，从而释放出神经递质，传导神经冲动。 末梢细胞膜融合，从而释放出神经递质，传导神经冲动。
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
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！ 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 vésiculaire) 该过程需要消耗能量。 siculaire)， 小泡运输(transport v siculaire)，该过程需要消耗能量。
核 糖 体 上 蛋 白 质 的 成 与 去 向
膜结合核糖体
游离核糖体
内体 内质网
膜结合核糖体
溶酶体
高尔基体
细胞表面 分泌颗粒
核糖体 线粒体 细胞质 基质
游离核糖体
过氧化物酶体 细胞核
不同部位的蛋白质如何准确地到达目的地？ 不同部位的蛋白质如何准确地到达目的地？
第十章 细胞内蛋白质 的分选和运输
Tri et transport des protéines ntracellulaires 细胞根据蛋白质是否携有分选信号，以及分选 细胞根据蛋白质是否携有分选信号，以及分选 是否携有分选信号 信号的性质，选择性地将其送到细胞不同的 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 部位，这一过程称为蛋白质分选(Tri 蛋白质 和蛋白质靶向运输（l’adressage adressage
带核输出 信号的 蛋白质
进出细胞核的蛋白质分别含有核定位信号和核输出信号， 进出细胞核的蛋白质分别含有核定位信号和核输出信号， 核定位信号 可为信号肽，也可为信号斑；不被切除，可反复使用。 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。 核输入受体识别核定位信号，核输出受体识别核输出信号。
小泡运输的途径：1.生物合成小泡运输的途径：1.生物合成-分泌途径 生物合成 2.胞吞途径 2.胞吞途径
一、运输小泡的形成
• 伴随膜的运动 • 耗能 • 能运输膜蛋白、 能运输膜蛋白、 膜脂、 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（ 大多数运输小泡为有被小泡（vesicles recouverts ）， 有被小泡 已知的有被小泡根据衣被蛋白不同分三种类型。 有被小泡根据衣被蛋白不同分三种类型 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，高尔基体有被小泡： COPI有被小泡：高尔基体膜囊间，高尔基体-内质网 COPII有被小泡 内质网有被小泡： COPII有被小泡：内质网-高尔基体
叶绿体
2.穿膜运输： 2.穿膜运输： 穿膜运输
细胞质基质细胞质基质-细胞器 分选信号分选信号-细胞器膜上相应转运子
内 质 网
线粒体 过氧化物酶体 溶酶体 内体
3.小泡运输： 3.小泡运输： 小泡运输
细胞器-细胞器（细胞膜） 细胞器-细胞器（细胞膜） 分选信号分选信号-运输小泡膜上相应受体
高尔基体
第二节 细胞内蛋白质的门控运输
2.跨膜蛋白到内质网膜的运输 2.跨膜蛋白到内质网膜的运输
SRP
内质网与蛋白合成
跨膜蛋白
信号肽 SRP受体 受体
跨膜蛋白有多种插入内质网膜的方式， 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。 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 游离核糖体 上合成 还是在 附着核糖体 附着核糖体 上合成？ 为什么 只有内质网 上才有 核糖体 附着？
信号肽 信号斑
分选信号引导蛋白质到达正确的地点
2.信号斑 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。 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。 信号斑是一种三维结构。完成分选任务后 仍然存在。 仍然存在。
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 的运输方式称为穿膜运输(transport à travers la )，靶细胞器膜上存在蛋白质转运子， membrane )，靶细胞器膜上存在蛋白质转运子，识别 分选信号。 分选信号。 一、蛋白质从细胞质基质到线粒体的运输（略） 蛋白质从细胞质基质到线粒体的运输（ 二、蛋白质从细胞质基质到过氧化物酶体的运输（略） 蛋白质从细胞质基质到过氧化物酶体的运输（ 三、蛋白质从细胞质基质到内质网的运输
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999
"for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell"
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， 蛋白质进行的是一种穿膜运输，转运在蛋白质合成的 穿膜运输 过程中进行， 共翻译转运，此运输过程不需要直接能量。 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， 在糙面内质网上合成的蛋白质有两种形式， 1.膜蛋白 膜蛋白 细胞器驻留蛋白 细胞器驻留蛋白 驻留 2.可溶性蛋白 可溶性蛋白 分泌蛋白 分泌蛋白
受体缺陷： 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 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 内质网与高尔基体之间
前向小泡运输、 前向小泡运输、逆向小泡运输
2.高尔基体膜囊间 高尔基体膜囊间 3.高尔基体到细胞表面 高尔基体到细胞表面
细胞膜
内质网
高尔基体
胞内
胞外
1.可溶性蛋白质到内质网腔的运输 1.可溶性蛋白质到内质网腔的运输
信号肽引导多肽链通过内质网膜上蛋白质转运子进入内质网 信号肽引导多肽链通过内质网膜上蛋白质转运子进入内质网 转运子
蛋白质转运子 转运子的中央孔与核糖体大亚基的中央通道对齐， 转运子的中央孔与核糖体大亚基的中央通道对齐， 供多肽链穿入。 供多肽链穿入。