细胞生物学细胞基因表达和蛋白质的生物合成

（四）进入内质腔内的蛋白质的命运
1、内质网驻留蛋白（ER resident protein） （1）特点：C端有由4个氨基酸组成的驻留信号序列，
动 物 KDEL（Lys-Asp-Glu-Leu)， 酵 母 HDEL， 植 物 不确定。 （2）驻留蛋白的功能：催化剂的作用和分子伴侣的作 用。协助进入ER腔的蛋白质正确折叠和组装。 2、途径ER腔，经修饰加工后被运到其它部位的蛋白质
• 使两膜靠近的物质：ATP，GTP，乙酰CoA和 几种蛋白质，其中两种主要的蛋白—NSF和 SNAP，Rab蛋白。NSF是可溶性的ATP酶， SNAP与v-SNARE和t-SNARE均能结合， Rab蛋白是GTP结合蛋白，水解GTP后将CO 泡锁定在靶膜上。
（三）细胞骨架与摩托蛋白在膜泡运 输中的作用（前已述）
Hsp90 等(heat shock protein)，为主要的分子伴侣 类的蛋白；热休克蛋白的功能。p474 2、钙连接蛋白：即钙结合蛋白。
（二）分子伴侣的基本结构和作用机制
1．Hsp70分子伴侣系统： 功能结构域:2个 N端：ATPase功能域
C端：底物结合域、可变动功能域 Hsp70的两种状态：ATP结合态，能与底物结合
二、蛋白质运输的信号理论
（一）信号学说
• 1971年Blobel等提出有关分泌蛋白合成机制的信号假 说
• 1975年破译了第一个信号肽序列 • 20世纪80年代初发现了信号识别颗粒及其受体
• 信号学说的主要内容：
（1）信号序列、信号肽(signal peptide)，10-30个疏水 氨基酸（mRNA带信号序列）；
3. 分子伴侣在蛋白质跨膜运转中的作用
例子，Hsp70在蛋白质向线粒体中输入的作用。图14-75
尚未正确折叠的
14-74: Hsp70 和Hsp60相互配合对新生蛋白质进行正确加工折 叠
图14-75：Hsp70在蛋白质向线粒体中输入的作用
四、内质网途径的蛋白合成及其命运
（一）内质网上核糖体合成的蛋白质及其特点 • 跨膜蛋白和水溶性蛋白，后者进入内置网腔 • 共同特点：信号肽；翻译和转移同步进行（共翻译
（二）指导蛋白质定位转运的信号序列（分拣信
号）：
信号序列（分拣信号）：15-60氨基酸的序列，也称前 导序列(signal sequence or leader sequence)，蛋 白被运到目的地后，分拣信号被酶切除。
信号序列具有指导一种蛋白质定位到细胞内特定部位所 需要的全部信息。
（运输时前导序列决定去向。运到后切除）
总在胞质中
总在ER腔中
2．两次穿膜的跨膜蛋白质的转移和定位
内部信号序列启动转移，停止转移序列使多肽 释放，内部信号性起始 转移序列 （内部）
两次跨膜
都在胞质中
不被信号 肽酶切去
3. 多次穿膜蛋白的定位 重复两次跨膜转移和定位的过程。 钙泵
视紫红质嵌入ER膜示意图
第十四章 细胞基因表达 和蛋白质的生物合成
第六节 蛋白质的细胞定位
一、蛋白质合成后的去向和命运
（一）蛋白质合成后的去向
蛋白质的转运据核糖体位置分两大类：
• 翻译后转运（post-translational translocation):胞质
内游离核糖体合成的蛋白质，合成后释放出来，再转 运。
• 共翻译转运 (Co-translation translocation)：粗面内
转移方式） （二）可溶性蛋白的合成与转移
分泌到细胞外的蛋白质 图14-76、14-77
14-77：可溶性蛋白跨膜 转移进入内质网腔
（三）膜整合蛋白的定位机制
1．具有单一跨膜片段的跨膜蛋白质定位 • 信号肽启动转移，停止转移序列使多肽释放。 • 信号肽序列被切除。
信号肽
疏水性停止 转移序列
一次跨膜
COP 衣 被 蛋 白 ， 7 个 COP 蛋 白 形 成 一 个 衣 被 单 元 (coatomer)，许多衣被单元围成的膜小泡称为衣被 单元包被小泡(coatomer-coated vesicle, CO)，简 称CO小泡。
1．衣被的装配—CO泡的形成
• 依赖于ARF蛋白，ARF蛋白是一种起调节性作用的 GTP结合蛋白，是带有脂肪酸尾巴的GTP酶。
分4个步骤：
（1）胞质中合成多肽前体物 （2）多肽前体物和细胞器表面受体结合 （3）穿过并移进细胞器膜 （4）前体物被加工成成熟多肽
1．线粒体蛋白的跨膜运送
（1）线粒体蛋白的前导序列及其受体
前导序列为两性α螺旋； 其受体在线粒体外膜上； 通过蛋白质转移器进入基质，信号肽酶切除前导肽， 形成成熟蛋白。
鸟嘌呤核苷酸释放蛋白
• ARF-GDP
ARF-GTP
GTP酶激活蛋白
即有两种蛋白协助ARF的两种状态的转变。
鸟嘌呤核苷酸释放蛋白
8个衣被体 7个COP蛋白
2．对靶膜的识别与停靠
识别与停靠的分子基础：v-SNARE（在小泡膜上）与 t-SNARE（在靶细胞器膜上）的互补结合。
3．CO泡与靶膜融合
（2）信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP）， 6条多肽+1条7S的RNA 11S的核糖核蛋白复合物，其 上有信号肽和SRP受体结合部位。
（3）SRP受体是插入在内质网膜上的一种停泊蛋白， 对7SRNA有识别能力。
（合成时信号肽决定入ER腔）
SRP结构图解
引导进入内囊体腔中。
叶绿体信号肽 内囊体信号肽
（三）过氧化物酶体中的蛋白质输入
过氧化物酶体中的蛋白在近羧基端处具有一特 异性的3个氨基酸序列的输入信号，此信号与过 氧化物酶体膜表面的受体结合，使蛋白进入。
六、原核生物中分泌蛋白的合成
原核细胞与真核细胞中分泌蛋白的合成和穿膜的比较： 共同点：N端均有信号序列，
三 、分子伴侣在蛋白折叠和转运中作用
• 分子伴侣（molecular chaperone) ：在蛋白质折
叠和组装过程中，分子伴侣能够防止多肽链链内和 链间的错误折叠或聚集作用，并且还可以破坏多肽 链中已形成的错误结构，但其自身并不参加最终产 物的组成。
（一）分子伴侣的类别 1、热休克蛋白家族的几种蛋白：Hsp70，Hsp60 ，
一般糖基化，前已讲
五 、游离核糖体上合成的蛋白的归宿
• 部分驻留胞质中，多数运到靶细胞器中，运输要有
肽链信号序列的引导。
（一）核定位蛋白的入核转运
亲核蛋白的核定位信号序列—4-8个氨基酸组 成，入核后不被切除；核输入受体起协助作 用，解离后返回细胞质，重新利用。
（二）线粒体和叶绿体蛋白的跨膜运送
5、将要被清除的蛋白的识别：“清除标签”—泛素分 子；泛素结合酶识别特定的降解信号（在蛋白上）， 并将泛素挂到该靶蛋白上；泛素化的蛋白可被蛋白酶 体盖中的一种蛋白识别，进入蛋白酶体后被降解。
6、降解信号的类别：4种类别。
7、真核细胞中降解蛋白的装置或场所：
（1）溶酶体；（2）蛋白酶体。
膜。
（二）蛋白运送的机制 • 分拣信号（sorting signal）、蛋白质分拣 • 具分拣信号的蛋白有3种不同的基本转运途径： （1）孔门运输（穿核孔运输） （2）跨膜运输：通过膜上的蛋白转移器，被运
蛋白必须是非折叠状态的蛋白。 （3）膜泡运输：可溶性的分泌蛋白 上述三种运输均需消耗能量。
蛋白质合成后的进入膜围细胞器的三条途径
质网上的核糖体合成的蛋白质，边合成边转运。
1、游离核糖体上合成的蛋白质：
（1）非定位性的细胞质溶质蛋白； （2）定位性的细胞质溶质蛋白； （3）核定位蛋白； （4）半自主性细胞器的组成蛋白。
2、粗面内质网上核糖体合成的蛋白：
（1）向细胞外的分泌蛋白； （2）溶酶体酶； （3）插入到内质网膜中的蛋白，进入内膜系统和质
八、蛋白酶体在蛋白质降解中的作用机制
1、细胞内各种蛋白质数量的控制途径：（1）新生蛋白 的合成速率；（2）蛋白质的降解。
2、蛋白质寿命的差异：各种蛋白的寿命极不相同。
3、蛋白酶解途径的功能：（1）快速降解短寿命的蛋白； （2）识别或清除已被破坏、老化或错误折叠的蛋白。
4、蛋白酶体的结构：由多种酶组成的筒状体，各酶的作 用位点面向筒内腔，两端有盖，其中有些蛋白具有ATP 酶活性，送入蛋白酶体的蛋白被降解为短肽。
需分子伴侣帮助 有信号识别颗粒
不同点：核糖体不直接与膜结合，通过新合成的分泌 蛋白多肽链结合到膜上。
无内质网，多肽链结合的是质膜，合成的蛋白穿 过质膜分泌到胞外。
七、粗面内质网核糖体上合成蛋白的 外运方式—膜泡运输
（一）选择性膜泡运输
（第四章已述，专一性受体、衔接蛋白、成笼蛋白参
与）。
（二）非选择性的膜泡运输：
（2）线粒体跨膜蛋白的分拣定位
跨过线粒体双层膜的蛋白需要进一步分拣定位到内、 外膜和膜间隙，前导肽中的导向信息完成此任务。
（3）线粒体蛋白的其它运送方式
无前导序列的特殊蛋白的运送，如细胞色素C。
2．叶绿体蛋白跨膜运送的特点
叶绿体前导序列，引导进入基质中 类囊体信号序列（即还有第二个前导序列），
ADP结合态 Hsp70的功能：防止蛋白质聚集，协助折叠错误的蛋
白质重新折叠。 2．Hsp60分子伴侣系统（自修）
（三）分子伴侣在蛋白定位和跨膜运转中的作用 1．游离核糖体上合成的蛋白去向
留在细胞质、运到其它细胞器。未折叠或部分折叠构象
2．Hsp70 和Hsp60相互配合对新生蛋白质进行正确加 工折叠 图14-74