第七章细胞质基质与内膜系统07汇编课件.ppt

1、第七章第七章 真核细胞内膜系统、蛋白真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输质分选与膜泡运输游离核糖体游离核糖体与与附着核糖体附着核糖体在结构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小泡研究小泡研究附着核糖体附着核糖体合成的蛋白质的合成的蛋白质的去向去向实验结果表明附着核糖体实验结果表明附着核糖体合成的蛋白质合成的蛋白质能够跨过内质网的膜能够跨过内质

2、网的膜进入内质网腔进入内质网腔是什么原因指导新生肽跨过内质网的膜？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末末端端一段一段氨基酸序列氨基酸序列决定的，这一段氨基酸序决定的，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-端端含有一段特别的含有一段特别的信号序信号序列列，可

3、将正在合成的，可将正在合成的多肽引导到多肽引导到ER膜膜上。上。多肽通过多肽通过ER膜上的膜上的转运通道转运通道进入进入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和他的同事用和他的同事用无细胞蛋白质无细胞蛋白质合成系统合成系统研究研究免疫球蛋白免疫球蛋白(IgG)轻链合成时获轻链合成时获得了信号序列存在的得了信号序列存在的直接证据：直接证据：用分离纯化的核糖体在用分离纯化的核糖体在无细胞体系无细胞体系中用中用编码编码免疫球蛋白免疫球蛋白轻链的轻链的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

4、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端有一段端有一段多出的肽链多出的肽链，有，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，如果如果不加微粒体不加微粒体，得到的翻译产物比从细胞，得到的翻译产物比从细胞中分泌出来的蛋白质要长，但中分泌出来的蛋白质要长，但添加添加RER小小泡泡后，翻译的产物与从活细胞分泌的蛋白质后，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：推测：信号序列在引导蛋白进入内质网后被信号序列在引导蛋白进入内质网后被 切除切除信号肽的

5、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，个氨基酸残基，N-末端含有一末端含有一个或多个带个或多个带正电荷正电荷的氨基酸，其后是的氨基酸，其后是612个个连续的连续的疏水残基疏水残基；在蛋白质合成中将核糖体；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

6、年年BlobleBloble提出提出信号假说信号假说，认为附着核糖体，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之后含有之后含有信号密码信号密码，蛋白质合成时，先在游离，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，称酸组成的肽链，称信号肽信号肽。信号假说信号假说（signal hypothesis）

7、信号假说的要点信号假说的要点 分泌蛋白的合成分泌蛋白的合成始于始于细胞质中的细胞质中的游离核糖体游离核糖体合成的合成的N端信号序列端信号序列露出核糖体后，靠露出核糖体后，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在内质网膜上的在内质网膜上的受体蛋白受体蛋白，能够与，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

8、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膜补充修改后的补充修改后的信号肽假说信号肽假说(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位点识别新生肽的信号肽信号肽并与之结合并与之结合 ,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)(

9、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（体（停泊蛋白停泊蛋白DPDP）结合，）结合，DP也为也为G蛋白蛋白（5）信号肽酶信号肽酶切除信号肽，切除信号肽，肽链继续延伸肽链继续延伸（6）蛋白质合成结束）蛋白质合成结束 蛋白转运通道关闭，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释放与蛋白质释放与蛋白质转运通道转运通道（易位子易位子）的）的打开，新生肽插入通道，打开，新生肽插入通道，信号肽与通道中受信号

10、肽与通道中受体结合，引导肽链以体结合，引导肽链以绊环形式绊环形式进入进入内质网腔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(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，也是末端，不被切除，也是起始转移信号序列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

11、白质有两类：合成的蛋白质有两类：分泌蛋白和膜蛋分泌蛋白和膜蛋白白，分泌蛋白合成后通过对信号肽切除，就可，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。而的运输。而膜蛋白膜蛋白需要保持在内质网膜上，其需要保持在内质网膜上，其共翻译转运较为复杂。涉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

12、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.这类信号序列称这类信号序列称导肽导肽.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.信号功能信号功能蛋白进入蛋白进入ERER滞留在滞留在ERER中中蛋白进入线粒体蛋白进入线粒体进入细胞核进入细胞核进入过氧化进入过氧化 物酶体物酶体-Ser-Lys-

13、Leu-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、选择性门控转运：细胞质基质中合成的蛋白：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、跨膜转运：胞质溶胶中合成

14、的蛋白质进入内质：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、膜泡运输：蛋白质从内质网转运到高尔基体及蛋白质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、蛋白质在细胞基质中的运输（细胞骨架体系）。（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

15、网格蛋白网格蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图研究发现：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端有内质网滞留信号内质网滞留信号：Lys-Asp-Glu-Leu-coo-(KDEL信号）信号）KDEL信号信号在高尔基体各个部分的膜上都有在高尔基体各个部分的膜上都有相应的相应的受体受体。如果。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信号受体信号受体就会与之结合将其遣送回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 vesic

16、le 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;由于由于膜脂膜脂的扩散的扩散,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笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体高尔基体TGN质膜和胞质膜和胞内体及溶酶体内体及溶酶体的运输；的运输；2.COPII包被小泡介导从包被小泡介导从内质网内质网高尔基体高尔基体的运输；的运输；3.COPI包被小泡负责将蛋白从包被小泡负责将蛋白从

17、高尔基体高尔基体 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，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体跨膜受体在腔面捕获并富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的的上上靶膜上靶膜上名词解释：名词解释：信号肽信号肽、内质网、内质网、内膜系统、内膜系统、O-连接糖基化连接糖基化 、N-连接糖基化连接糖基化、溶酶体、溶酶体、蛋白质分选蛋白质分选、分子伴分子伴侣、侣、信号识别颗粒信号识别颗粒