第六章 ?蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸【重點(diǎn)】

第一節(jié) 細(xì)胞中蛋白質(zhì)的分選

一、信號(hào)假說與蛋白質(zhì)分選信號(hào)

指導(dǎo)分泌性蛋白在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的決定性因素是由蛋白質(zhì)N端的信號(hào)肽、信號(hào)識(shí)別顆粒（SRP）和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上信號(hào)識(shí)別顆粒受體（停泊蛋白，DP）共同協(xié)助完成的

信號(hào)肽位于蛋白質(zhì)N端，包括疏水核心區(qū)、信號(hào)肽C端和N端三個(gè)部分構(gòu)成。信號(hào)肽沒有嚴(yán)格的專一性。

信號(hào)識(shí)別顆粒是一種核糖核蛋白復(fù)合體，通常存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中等待信號(hào)肽從多核糖體上延伸暴露出來。SRP既可以與新生肽信號(hào)和核糖體大亞基結(jié)合，又可以和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體結(jié)合

信號(hào)識(shí)別顆粒受體是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的整合蛋白，分為α和β亞基兩個(gè)部分。可特異性地和信號(hào)識(shí)別顆粒結(jié)合，當(dāng)α亞基被激活時(shí)，這將會(huì)增進(jìn)SRP/新生肽/核糖體復(fù)合物與SRP受體結(jié)合程度

蛋白質(zhì)首先在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離的核糖體上起始合成，之后，N端的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)肽序列暴露出核糖體并與信號(hào)識(shí)別顆粒結(jié)合，導(dǎo)致肽鏈的合成暫時(shí)停止【防止新生肽N端損傷和成熟前折疊】，直至信號(hào)識(shí)別顆粒與內(nèi)置網(wǎng)上SRP受體相結(jié)合。核糖體-新生肽復(fù)合物與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的移位子結(jié)合，信號(hào)識(shí)別顆粒脫離了信號(hào)序列和核糖體，返回細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)重復(fù)使用，肽鏈又開始延伸。以環(huán)化構(gòu)象存在的信號(hào)肽與移位子組分結(jié)合并使孔道打開，信號(hào)肽穿入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并以袢環(huán)的形式進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中。與此同時(shí)，腔面上的信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽并快速的使之降解。肽鏈繼續(xù)延伸，直至完成整個(gè)多肽鏈的合成

引導(dǎo)新生肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜移位子的信號(hào)肽可以視為開始轉(zhuǎn)移序列。肽鏈中還可能存在某些內(nèi)在序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強(qiáng)的親和力從而使之結(jié)合在脂雙層中，這段序列不再轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，稱之為內(nèi)在停止轉(zhuǎn)移錨定序列（STA）和內(nèi)在信號(hào)錨定序列（SA）

線粒體、葉綠體中絕大多數(shù)蛋白以及過氧化物酶體中的蛋白也是在某種信號(hào)序列的指導(dǎo)下進(jìn)入這些細(xì)胞器中的，稱之為導(dǎo)肽。這種轉(zhuǎn)運(yùn)方式的特征是蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成之后在轉(zhuǎn)移到這些細(xì)胞器中，即后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)，這種轉(zhuǎn)運(yùn)方式除了要消耗能量在折疊上面，還需要一些分子伴侶的幫助以幫助蛋白正確折疊

二、蛋白質(zhì)分選轉(zhuǎn)運(yùn)的基本途徑和類型

核基因編碼的蛋白質(zhì)分選途徑大體可以分為2條：

（1）后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上完成多肽鏈的合成再轉(zhuǎn)運(yùn)到膜圍繞的細(xì)胞器，如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體及細(xì)胞核，或者成為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的可溶性駐留蛋白和骨架蛋白。【還有一些后翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑是由結(jié)合ATP的分子伴侶Bip蛋白與魔怔和蛋白Sec63復(fù)合物相互作用，以水解ATP提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)后翻譯轉(zhuǎn)錄途徑】

（2）共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：蛋白質(zhì)在游離的核糖體上起始之后，由信號(hào)肽及與其結(jié)合的SRP引導(dǎo)轉(zhuǎn)移至糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后新生肽邊合成邊轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或者是定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，經(jīng)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體加工包裝再進(jìn)行分選

根據(jù)蛋白質(zhì)分選的轉(zhuǎn)運(yùn)方式或機(jī)制不同，又可以將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)分為4類

（1）蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：主要指的是共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑中，在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中起始合成的蛋白質(zhì)，在信號(hào)肽-SRP介導(dǎo)下轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后邊合成邊轉(zhuǎn)運(yùn)或進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔或插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜

（2）膜泡運(yùn)輸

（3）選擇性門控轉(zhuǎn)運(yùn)：通過核孔復(fù)合體在核-質(zhì)之間選擇性地完成核輸入或輸出

（4）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)：與細(xì)胞骨架有關(guān)

三、蛋白質(zhì)向線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的分選

（一）蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體

（1）蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)：在游離核糖體上合成前體蛋白，與胞質(zhì)蛋白分子伴侶Hsp70結(jié)合，并使之保持未折疊或者是部分折疊的狀態(tài)，其N端有基質(zhì)靶向序列，前體蛋白與內(nèi)外膜接觸點(diǎn)附近的輸入受體（Tom20/22）結(jié)合，被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入輸入孔，輸入蛋白進(jìn)而通過內(nèi)外膜接觸點(diǎn)的輸入通道（外膜為Tom40，內(nèi)膜為Tim23/17）線粒體基質(zhì)分子伴侶Hsp70與輸入蛋白結(jié)合并水解ATP以驅(qū)動(dòng)基質(zhì)蛋白的輸入。輸入的基質(zhì)蛋白的基質(zhì)靶向序列在基質(zhì)蛋白酶的作用下被切除，同時(shí)Hsp70也從新輸入的基質(zhì)蛋白上釋放出來

（2）蛋白質(zhì)以三種途徑從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜：第一種和第二種輸入線粒體蛋白其N端都有機(jī)制靶向序列，在線粒體外膜都有利用Tom40為輸入孔道，外膜上Tom20/22作為識(shí)別N端基質(zhì)靶向序列的輸入受體，內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都是Tim23/17。但通過第二種途徑輸入的內(nèi)膜蛋白不但N端具有基質(zhì)靶向序列，還具有內(nèi)在的疏水結(jié)構(gòu)域，前者引導(dǎo)前體蛋白進(jìn)入線粒體基質(zhì)，后者可被內(nèi)膜蛋白Oxa1所識(shí)別，Oxa1是一種與細(xì)菌中涉及內(nèi)膜蛋白插入的相關(guān)蛋白，由線粒體基因組編碼，在線粒體基質(zhì)的核糖體中合成，所以在第二種途徑中，蛋白被切割之后將會(huì)裝配到線粒體內(nèi)膜上。第三種途徑，輸入的內(nèi)膜蛋白是多次跨膜蛋白，缺少N端基質(zhì)靶向序列，含有Tom20/22輸入受體識(shí)別的多個(gè)內(nèi)在靶向序列。此外Tim9/10在途徑三中起分子伴侶的作用，協(xié)助輸入蛋白在外膜與內(nèi)膜通道之間的轉(zhuǎn)運(yùn)

（3）線粒體蛋白通過兩條途徑從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體內(nèi)膜間隙：第一種途徑是從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)輸入到線粒體基質(zhì)的主要途徑，轉(zhuǎn)運(yùn)過程和內(nèi)膜蛋白的第一種途徑類似，但不同的主要是蛋白質(zhì)內(nèi)在靶向序列定位在膜間隙，并且在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中被內(nèi)膜上蛋白酶于膜間隙一側(cè)切割，然后釋放的蛋白質(zhì)折疊。第二種途徑轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白通過外膜Tom40輸入孔直接進(jìn)入膜間隙

（二）葉綠體基質(zhì)蛋白于類囊體蛋白的靶向輸入【略】

（三）過氧化物酶體蛋白的分選【略】

第二節(jié) 細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸

一、膜泡運(yùn)輸概觀

高爾基體起中樞作用（高爾基體聚集在微觀組織中心（MTOC）

細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸需要多種轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡參與，目前發(fā)現(xiàn)有三種：COPⅠ包被膜泡、COPⅡ包被膜泡和網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡

二、COPⅡ包被膜泡的裝配和運(yùn)輸

COPⅡ包被膜泡介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的順向轉(zhuǎn)運(yùn)，即從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸

三、COPⅠ包被膜泡的裝配和運(yùn)輸

COPⅠ包被膜泡介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)，即從高爾基體到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的物質(zhì)運(yùn)輸，是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收錯(cuò)誤分選的逃逸蛋白的重要途徑

四、網(wǎng)格蛋白/接頭蛋白包被膜泡的裝配與運(yùn)輸【略】

五、轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡與靶膜的錨定和融合

有一種GTP結(jié)合蛋白的參與，即Rab蛋白，被激活后，與Rab效應(yīng)器相互作用，從而使轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡固定在適當(dāng)?shù)陌心ど?/p>

六、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝【略】