第七章细胞质基质与内膜系统课件.ppt

1、第七章细胞质基质与内膜系统游离核糖体与附着核糖体在结构游离核糖体与附着核糖体在结构和功能上是相同的，为何附着核和功能上是相同的，为何附着核糖体要与内质网膜结合？而游离糖体要与内质网膜结合？而游离核糖体不能与内质网结合？核糖体不能与内质网结合？信号序列的发现与证实信号序列的发现与证实二十世纪六十年代，二十世纪六十年代，Colvin和和David用分离用分离的的RER小泡研究附着核糖体合成的蛋白质的小泡研究附着核糖体合成的蛋白质的去向去向实验结果表明附着核糖体合成的蛋白质实验结果表明附着核糖体合成的蛋白质能够跨过内质网的膜进入内质网腔能够跨过内质网的膜进入内质网腔是什么原因指导新生肽跨过内质网的膜

2、？是什么原因指导新生肽跨过内质网的膜？又是什么原因决定核糖体在合成蛋白时是游又是什么原因决定核糖体在合成蛋白时是游离存在还是附着到内质网上？离存在还是附着到内质网上？1971年美国洛克菲勒大学年美国洛克菲勒大学Blobel、David等推测：蛋白质合成的地点是由多肽等推测：蛋白质合成的地点是由多肽N末末端一段氨基酸序列决定的，这一段氨基酸序端一段氨基酸序列决定的，这一段氨基酸序列在蛋白质合成时最先出现在核糖体上。列在蛋白质合成时最先出现在核糖体上。提出提出分泌蛋白的分泌蛋白的N-端含有一段特别的信号序端含有一段特别的信号序列，可将正在合成的多肽引导到列，可将正在合成的多肽引导到ER膜上。膜上。

3、多肽通过多肽通过ER膜上的转运通道进入膜上的转运通道进入ER腔腔中，并推测多肽是在合成的同时转移的中，并推测多肽是在合成的同时转移的1972年，年，Milstein和他的同事用无细胞蛋白质和他的同事用无细胞蛋白质合成系统研究免疫球蛋白合成系统研究免疫球蛋白(IgG)轻链合成时获轻链合成时获得了信号序列存在的直接证据：得了信号序列存在的直接证据：用分离纯化的核糖体在无细胞体系中用编码用分离纯化的核糖体在无细胞体系中用编码免疫球蛋白轻链的免疫球蛋白轻链的mRNA指导合成多肽，发现指导合成多肽，发现合成的多肽比分泌到细胞外的成熟的免疫球蛋合成的多肽比分泌到细胞外的成熟的免疫球蛋白在白在N端有一段多出

4、的肽链，有端有一段多出的肽链，有20个氨基酸。个氨基酸。加与不加加与不加RER小泡，产物不同小泡，产物不同 将分泌将分泌蛋白的蛋白的mRNA在无细胞体系中进行翻译时，在无细胞体系中进行翻译时，如果不加微粒体，得到的翻译产物比从细胞如果不加微粒体，得到的翻译产物比从细胞中分泌出来的蛋白质要长，但添加中分泌出来的蛋白质要长，但添加RER小小泡后，翻译的产物与从活细胞分泌的蛋白质泡后，翻译的产物与从活细胞分泌的蛋白质相同。相同。其他实验其他实验推测：信号序列在引导蛋白进入内质网后被推测：信号序列在引导蛋白进入内质网后被 切除切除信号肽的共同特征：信号肽的共同特征：长度为长度为1626个氨基酸残基，个

5、氨基酸残基，N-末端含有一末端含有一个或多个带正电荷的氨基酸，其后是个或多个带正电荷的氨基酸，其后是612个个连续的疏水残基；在蛋白质合成中将核糖体连续的疏水残基；在蛋白质合成中将核糖体引导到内质网，进入内质网后通常被切除；引导到内质网，进入内质网后通常被切除；无严格的特异性无严格的特异性。带正电荷的N-末端疏水区切割信号N定位信号序列定位信号序列核定位信号核定位信号引导肽引导肽信号肽信号肽信号序列的种类信号序列的种类与生俱来的三种信号序列与生俱来的三种信号序列 寿命信号寿命信号 加工信号加工信号 定位信号定位信号19751975年年BlobleBloble提出信号假说，认为附着核糖体提出信号

6、假说，认为附着核糖体与内质网结合与核糖体本身无关，而与跟核糖与内质网结合与核糖体本身无关，而与跟核糖体结合的体结合的mRNAmRNA，也就是要合成的蛋白质的种，也就是要合成的蛋白质的种类有关，分泌蛋白等的类有关，分泌蛋白等的mRNAmRNA起始密码子起始密码子AUGAUG之后含有信号密码，蛋白质合成时，先在游离之后含有信号密码，蛋白质合成时，先在游离的核糖体上由信号密码翻译一段的核糖体上由信号密码翻译一段16162626个氨基个氨基酸组成的肽链，称信号肽。酸组成的肽链，称信号肽。信号假说信号假说（signal hypothesis）信号假说的要点信号假说的要点 分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离

7、核糖体分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体合成的合成的N端信号序列露出核糖体后，靠端信号序列露出核糖体后，靠自由碰自由碰撞撞与内质网接触，然后靠与内质网接触，然后靠N端信号序列的疏水性端信号序列的疏水性氨基酸插入内质网的膜氨基酸插入内质网的膜蛋白继续合成，并以蛋白继续合成，并以绊环形式绊环形式穿过内质网的膜穿过内质网的膜信号肽酶在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图共转移:肽链在粗面内质网膜上边合成边转移到内质网腔中定位信号破伤风毒素和肉毒素能选择性地降解SNARE，阻断神经传导。选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用停止转移序列(stop transfer signa

8、l)SNARE in vesicle transport信号假说（signal hypothesis）复合物与细胞结构体系的组装 COPI包被含有7种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF(GTPbinding protein)；长度为1626个氨基酸残基，N-末端含有一个或多个带正电荷的氨基酸，其后是612个连续的疏水残基；几种典型的蛋白质分选信号序列在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的停泊蛋白（docking protein，DP)其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。寿命信号实验结果表明附着核糖体合成的蛋白质能够跨过内质网的膜进入内质网腔膜整合蛋白的

9、共翻译转运机制膜整合蛋白的共翻译转运机制(3)核糖体与内质网膜结合信号假说的证明实验停泊蛋白停泊蛋白（docking protein，DP)是是SRPSRP在内质网膜上的受体蛋白，能够与在内质网膜上的受体蛋白，能够与结合有信号序列的结合有信号序列的SRPSRP结合，使正在合成结合，使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质蛋白质的核糖体停靠到内质网上。是一种网上。是一种G蛋白。蛋白。信号序列与SPR引导核糖体附着到ER膜补充修改后的信号肽假说补充修改后的信号肽假说(1)ER(1)ER蛋白质合成的起始蛋白质合成的起始 始于胞质溶胶中的始于胞质溶胶中的游离核糖体，蛋白质合成地点由其游离核糖体，蛋白质合成地

10、点由其mRNAmRNA决决定定.(2)SRP-(2)SRP-核糖体复合体的形成核糖体复合体的形成 SRPSRP的信号识别的信号识别位点识别新生肽的信号肽并与之结合位点识别新生肽的信号肽并与之结合 ,蛋白质合蛋白质合成暂时停止。（成暂时停止。（SRP为为G蛋白）蛋白）(3)(3)核糖体与内质网膜结合核糖体与内质网膜结合结合有信号肽的结合有信号肽的SRP-SRP-核糖体复合体与核糖体复合体与SRPSRP受受体（停泊蛋白体（停泊蛋白DPDP）结合，）结合，DP也为也为G蛋白蛋白（5）信号肽酶切除信号肽，肽链继续延伸信号肽酶切除信号肽，肽链继续延伸（6）蛋白质合成结束）蛋白质合成结束 蛋白转运通道关闭

11、，蛋白转运通道关闭，核糖体与内质网脱离进入胞质溶胶开始新的核糖体与内质网脱离进入胞质溶胶开始新的蛋白质的合成。蛋白质的合成。(4)SRP(4)SRP释放与蛋白质转运通道（易位子）的释放与蛋白质转运通道（易位子）的打开，新生肽插入通道，信号肽与通道中受打开，新生肽插入通道，信号肽与通道中受体结合，引导肽链以绊环形式进入内质网腔体结合，引导肽链以绊环形式进入内质网腔分泌性蛋白合成的信号肽学说分泌性蛋白合成的信号肽学说信号肽信号肽转运通道转运通道易位子易位子分子分子伴侣伴侣胞质溶胶胞质溶胶内质网腔内质网腔起始转移序列起始转移序列(start transfer signal)停止转移序列停止转移序列(

12、stop transfer signal)内信号序列内信号序列(internal signal peptide)：不位于：不位于N-N-末端，不被切除，也是起始转移信号序列末端，不被切除，也是起始转移信号序列膜整合蛋白的共翻译转运机制膜整合蛋白的共翻译转运机制在在RER合成的蛋白质有两类：分泌蛋白和膜蛋合成的蛋白质有两类：分泌蛋白和膜蛋白，分泌蛋白合成后通过对信号肽切除，就可白，分泌蛋白合成后通过对信号肽切除，就可释放到内质网腔中成为可溶蛋白，再进行下游释放到内质网腔中成为可溶蛋白，再进行下游的运输。而膜蛋白需要保持在内质网膜上，其的运输。而膜蛋白需要保持在内质网膜上，其共翻译转运较为复杂。涉

13、及以下几种信号序列共翻译转运较为复杂。涉及以下几种信号序列分泌蛋白的共转移单次跨膜蛋白的共转移机制二次跨膜蛋白的共转移机制二次跨膜蛋白的共转移机制内信号序列其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。蛋白继续合成，并以绊环形式穿过内质网的膜负责蛋白质从高尔基体TGN 质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输膜整合蛋白的共翻译转运机制 COP包被小泡信号序列的发现与证实翻译暂停结构域装配具有重要的生物学意义功能引导信号肽到内质网腔；需要ATP使多肽去折叠；装配具有重要的生物学意义介导细胞内膜泡逆向运输，负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins）ER。Rabs促进和调节运

14、输小泡的停泊和融合。信号识别颗粒（SRP）核糖核酸蛋白复合体，6条多肽+7S RNA，有三个功能位点膜整合蛋白的共翻译转运机制COPII包被小泡介导从内质网高尔基体的运输；共转移:肽链在粗面内质网膜上边合成边转移到内质网腔中在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图需要一些蛋白质（如热休克蛋白Hsp70）帮助其正确地折叠成有功能的蛋白.信号肽识别结合位点COPII包被小泡的装配蛋白质转移的方式蛋白质转移的方式共转移共转移:肽链在粗面内质网膜上边合成边肽链在粗面内质网膜上边合成边转移到内质网腔中转移到内质网腔中后转移后转移:蛋白质在细胞质基质中合成以后蛋白质在细胞质基质中合成以后在某种信号指

15、导下再转移到线粒体、叶绿在某种信号指导下再转移到线粒体、叶绿体、过氧化氢体等细胞器中的转移方式体、过氧化氢体等细胞器中的转移方式.这类信号序列称导肽这类信号序列称导肽.需要需要ATP使多肽去折叠；需要一些蛋白质使多肽去折叠；需要一些蛋白质（如热休克蛋白（如热休克蛋白Hsp70）帮助其正确地折）帮助其正确地折叠成有功能的蛋白叠成有功能的蛋白.内质网内质网高尔基体高尔基体细胞表面细胞表面溶酶体溶酶体分泌颗粒分泌颗粒核糖体核糖体 线粒体线粒体过氧化物酶体过氧化物酶体 细胞核细胞核胞质溶胶胞质溶胶叶绿体叶绿体游离核糖体游离核糖体附着核糖体附着核糖体两条途径：两条途径：翻翻译译后后转转运运途途径径共翻译

16、途径共翻译途径蛋白质分选基本途径蛋白质分选基本途径共转移共转移后转移后转移蛋白质分选的类型蛋白质分选的类型3、选择性门控转运：细胞质基质中合成的蛋白、选择性门控转运：细胞质基质中合成的蛋白质选择性穿过核孔复合体进入细胞核或从细胞核质选择性穿过核孔复合体进入细胞核或从细胞核返回细胞质。返回细胞质。1、跨膜转运：胞质溶胶中合成的蛋白质进入内质、跨膜转运：胞质溶胶中合成的蛋白质进入内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等是通过跨膜网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等是通过跨膜进行运输的，需要膜上运输蛋白的帮助进行运输的，需要膜上运输蛋白的帮助2、膜泡运输：蛋白质从内质网转运到高尔基体及、膜泡运输：蛋白质

17、从内质网转运到高尔基体及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外是由小泡介导的。细胞外是由小泡介导的。4 4、蛋白质在细胞基质中的运输（细胞骨架体系）。、蛋白质在细胞基质中的运输（细胞骨架体系）。成纤维细胞质面的网格蛋白衣被电子显微镜照片成纤维细胞质面的网格蛋白衣被电子显微镜照片 通过网格蛋白网格蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图这类信号序列称导肽.在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-

18、Phe-Gln-在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜整合蛋白的共翻译转运机制两种膜蛋白相互接触;需要一些蛋白质（如热休克蛋白Hsp70）帮助其正确地折叠成有功能的蛋白.(2)SRP-核糖体复合体的形成 SRP的信号识别位点识别新生肽的信号肽并与之结合,蛋白质合成暂时停止。细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制膜整合蛋白的共翻译转运机制复合物与细胞结构体系的组装第七章细胞质基质与内膜系统装配具有重要的生物学意义介导细胞内膜泡逆向运输，负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins）ER。成纤维细胞质面的网格蛋白衣被电子显微镜照片这类信号序列称导肽.细胞中的某些蛋白质分子可

19、以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。分泌性蛋白合成的信号肽学说研究发现：内质网的结构和功能蛋白的羧基研究发现：内质网的结构和功能蛋白的羧基端有内质网滞留信号：端有内质网滞留信号：Lys-Asp-Glu-Leu-coo-(KDEL信号）信号）KDEL信号在高尔基体各个部分的膜上都有信号在高尔基体各个部分的膜上都有相应的受体。如果相应的受体。如果ER滞留蛋白质在出芽时被滞留蛋白质在出芽时被错误地包进分泌泡离开了错误地包进分泌泡离开了ER，高尔基体膜上，高尔基体膜上的的KDEL信号

20、受体就会与之结合将其遣送回信号受体就会与之结合将其遣送回ER。内质网驻留蛋白的回收图解内质网驻留蛋白的回收图解SNARE in vesicle transport两种膜蛋白相互接触两种膜蛋白相互接触;两种膜之间形成一个封闭两种膜之间形成一个封闭的孔的孔,并逐渐扩大并逐渐扩大;由于膜脂的扩散由于膜脂的扩散,两种膜的两种膜的脂双层融合成一体脂双层融合成一体 在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式膜泡运输方式:1.笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞质膜和胞内体及溶酶体的运输；内体及溶酶体的运输；

21、2.COPII包被小泡介导从内质网包被小泡介导从内质网高尔基体的运输；高尔基体的运输；3.COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体包被小泡负责将蛋白从高尔基体 内质网。内质网。在从内质网在从内质网高尔基体和高尔基体和/或从高尔基体的或从高尔基体的cis面面trans面的物质转运中也可能涉及到面的物质转运中也可能涉及到COPI包被小泡包被小泡 (物质沿内吞途径的转运未表示在图中物质沿内吞途径的转运未表示在图中)。在高尔基体在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图区笼形蛋白有被小泡的形成示意图 COPII包被小泡的装配包被小泡的装配Sar-GTP与内质网膜的结合起始与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白集被转运的可溶性蛋白 转运膜泡与靶膜的选择性融合模型转运膜泡与靶膜的选择性融合模型