细胞生物学小泡运输的分子机理

9.6小泡运输的分子机理(mo l e c u l a r me c h a n i s m o f v e s i c u l a r t r a f f i c)

膜结合核糖体合成的蛋白质进入内质网后的运输是通过小泡转运实现的,其机理涉及三个基本问题:①小泡是怎样形成的?②不同类型小泡如何准确到达作用部位?③小泡与细胞质膜、小泡与小泡之间是怎样融合的?

9.6.1运输小泡的类型和分选信号

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，因此称为被膜小泡(c o a t e d v e s i c l e s),有三种类型的被膜小泡(图9-63)。

图9-63在细胞分泌和内吞途径中三种类型的被膜小泡及运输途径

■分泌小泡的类型

●披网格蛋白小泡(c l a t h r i n-c o a t e d v e s i c l e)

由网格蛋白形成的被膜小泡,介导从反面高尔基体网络到细胞质膜、从细胞质膜到反面高尔基网络的运输。

从高尔基体反面网络形成的披网格蛋白小泡与从细胞质膜形成的披网格蛋白小泡所用的衔接蛋白(a d a p t i n)是不同的。

在披网格蛋白小泡形成过程中,网格蛋白同膜受体结合,形成被膜小窝,并

逐渐使被膜小窝下陷,最后同膜脱离形成一个包有网格蛋白外被的小泡。据估计,在培养的成纤维细胞中,每分钟大约有2500个披网格蛋白小泡从质膜上脱离下来。

●C OPⅡ被膜小泡(C OPⅡc o a t e d v e s i c l e)

这种类型的小泡是介导非选择性运输的小泡,它参与从E R到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。这种小泡的外被是外被蛋白C O PⅡ(c o a t p r o t e i nⅡ,C O PⅡ)，外被蛋白是一个大的复合体，称为外被体(c o a t o m e r)，

●C OPⅠ被膜小泡(C OPⅠc o a t e d v e s i c l e),主要介导蛋白质从高尔基体运回内质网,包括从反面高尔基体运向顺面高尔基体,以及将蛋白质从反面高尔基体运回到内质网。

虽然已经发现了三种类型的运输小泡介导不同途径的运输,但还不清楚组成型运输小泡是如何包被的。

三种不同小泡虽然有很多差异,但在小泡形成的方式和所需的成份基本一致(图9-64)。

图9-64参与被膜小泡出芽形成的一些组分

出芽形成被膜小泡时需要小G T P结合蛋白、外被体和衔接蛋白、膜受体蛋白等。

●三种类型小泡间的差异

三种类型小泡不仅外被蛋白不同,小泡形成时所需的小G T P结合蛋白和衔接蛋白也不相同(表9-10)。

表9-10三种不同类型小泡的外被蛋白、衔接蛋白及运输路线

■小泡运输的分选信号

三种不同类型运输小泡的形成和定向运输都是由信号指导的。如K D E L信号是内质网蛋白的滞留信号,因此K D E L是C O PⅠ型小泡形成的信号。小泡形成不仅需要信号,同时也需要衔接蛋白和信号受体,表9-11综合了三种类型运输小泡的一些信号、受体和衔接分子。

表9-11分泌蛋白与膜蛋白经小泡运输的分选信号

KDEL受体

(ERD2蛋白) Lys-Lys-X-X(KKXX) 膜蛋白Golgi→ER COPI COPα和β亚基二酸性(如Asp-X-Glu) 膜蛋白ER→Golgi COPⅡ未知

M6P分泌蛋白反面高尔基体

和质膜向次级

内体网格蛋

白

反面高尔基体和

质膜中M6P受

体,AP1和AP2

衔接蛋白

Tyr-X-X-φ(YXXφ) 膜蛋白质膜→内体网格蛋

白

AP2衔接蛋白Leu-Leu(LL) 膜蛋白质膜→内体网格蛋白AP2衔接蛋白注:X=任何氨基酸,Φ=各种疏水氨基酸;括号中单字母表示氨基酸的单字母缩写,而非括号中的单字母不仅表示氨基酸缩写,也表示是膜蛋白的细胞质结构域。

9.6.2披网格蛋白小泡形成的机理

在大量进行内吞活动的细胞(如肝细胞、成纤维细胞)中,细胞质膜有许多网格蛋白小窝(图9-65)。这些小窝的形成需要很多衔接子(a d a p t e r)和网格蛋白,小泡最后与质膜的脱离还需要一种称作发动蛋白(d yn a mi n)的GT P结合蛋白。

图9-65成纤维细胞质面的网格蛋白被膜小窝的电子显微镜照片

■网格蛋白(c l a t h r i n)及包被亚基(c o a t s u b u n i t s)

典型的披网格蛋白小泡的直径为50～100n m。网格蛋白由相对分子质量为180k D a的重链和相对分子质量为35～40k D a的轻链组成二聚体,三个二聚体形成包被的基本结构单位--三联体骨架(t r i s k e l i o n),称为三腿蛋白(t h r e e-l e g g e d

p r o t e i n)。许多三腿复合物再组装成六边形或五边形网格结构,即包被亚基,然后由这些网格蛋白亚基组装成披网格蛋白小泡(图9-66)。

图9-66网格蛋白的结构

(a)网格蛋白的三腿复合物;(b)网格蛋白包被亚基;(c)披网格蛋白小泡。

■衔接蛋白(a d a p t i n,A P)和发动蛋白(d y n a mi n)

●衔接蛋白

在网格蛋白被膜小窝形成时,网格蛋白和膜之间有一种蛋白质起衔接作用,这就是衔接蛋白。所以衔接蛋白是一种在披网格蛋白小泡形成中起中介作用的蛋白质(图9-67)。

图9-67衔接蛋白与膜受体细胞质结构域中的信号序列相互作用目前已知有三种衔接蛋白:AP1、AP2和AP3。

AP1:衔接蛋白AP1参与反面高尔基体的披网格蛋白小泡的出芽。由于M6P 受体蛋白既存在于反面高尔基体又存在于细胞质膜,所以这种受体既能同AP1作用又能与AP2相互作用。

AP2:衔接蛋白AP2是由α衔接蛋白(α链)和β衔接蛋白(β链)两种衔接蛋白组成的异二聚体。参与反面高尔基体网络的披网格蛋白小泡的组装。

AP3:最近在酵母和鼠的研究中又鉴定了一种衔接蛋白,AP3，具有AP3突变的酵母,反面高尔基体的某些蛋白就不能被运输到液泡、溶酶体。

什么是衔接蛋白?在小泡装配中起什么作用?

●发动蛋白

发动蛋白是一种胞质溶胶蛋白,有900个氨基酸,能够同GT P结合并将GT P水解。发动蛋白的作用是在被膜小窝的颈部聚合,通过水解G T P调节自己收缩,最后将小泡与质膜割开。