(新)细胞生物学课件(翟中和第四版2).dps资料文档下载
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分泌蛋白可能携带N端短信号序列,一旦该序列从核糖体翻译合成,结合因子和蛋白结合,指导其转移到内质网膜,后续翻译过程将在内质网膜上进行。
现在已知,信号假说是解释分泌性蛋白在糙面内质网上合成的重要理论,该过程是包括蛋白质N端的信号肽、信号识别颗粒和内质网膜上信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白)等因子共同协助完成的。
信号肽(信号肽(signalpeptide):
信号肽位于蛋白质的N端,一般由1626个氨基酸残基组成,其中包括信号肽疏水核心区、N端和C端等3部分;
原核细胞某些分泌性蛋白的N端也具有信号序列。
值得注意的是,信号肽似乎没有严格的专一性(好利用!
)。
信号肽的一级结构序列(图8-1)信号识别颗粒(信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP):
信号识别颗粒是由6种不同蛋白质和一个7S小RNA分子构成的RNP颗粒。
SRP含有2种结构域,即信号肽识别结构域和核糖体结合结构域,其中信号肽识别结构域中的p54蛋白是一种包含成簇Met残基的GTP酶,Met侧链与信号肽的疏水核心结合;
当SRP与信号肽结合后,核糖体结合结构域中的p9和p14蛋白复合体阻断新生肽链的翻译。
SRP通常存在于细胞质基质中,等待信号肽从多核糖体上延伸暴露出来,SRP既可与新生信号肽序列和核糖体大亚基结合,又可与内质网膜上SRP受体结合,指导新生多肽及核糖体和mRNA附着到内质网膜上。
信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白,信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白,dockingprotein,DP):
DP是内质网膜的整合蛋白,由和亚基组成,可特异地与SRP结合。
亚基可结合GTP。
信号肽酶(信号肽酶(signalpeptidase):
内质网腔面上蛋白水解酶,负责切除并快速降解新生多肽的N端信号肽序列。
信号识别颗粒(SRP)的结构示意图(图8-2)在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系(表8-1)分泌性蛋白的合成与跨越内质网膜的共翻译转运图解(图8-3)共翻译转运(共翻译转运(cotranslationaltranslocation):
分泌蛋白向rER腔内的转运是同蛋白质翻译过程偶联进行的,这种蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程称为共翻译转运。
膜蛋白的共翻译转运机理膜蛋白的共翻译转运机理膜蛋白的共翻译转运涉及几个问题:
膜蛋白的共翻译转运涉及几个问题:
(1)靠疏水区滞留在内质网膜上;
(2)单次跨膜和多次跨膜;
(3)跨膜段的定向。
开始转移序列(开始转移序列(starttransfersequence):
位于新生肽链N端的信号序列(信号肽)(最终不保留),既可被SRP识别,又可引导新生肽链开始穿膜转移。
内部信号锚定序列(内部信号锚定序列(internalsignal-anchorsequence,SA):
位于新生肽链内部的疏水序列,既是信号序列,又是肽链跨膜锚定在脂双层中的序列。
内部停止转移锚定序列(内部停止转移锚定序列(internalstop-transferanchorsequence,STA):
位于新生肽链内部的疏水序列,既是肽段终止转移,又是肽链跨膜锚定在脂双层中的序列。
多次跨膜蛋白:
含有多个SA和多个STA的肽链将成为多次跨膜蛋白。
跨内质网膜肽段的取向:
一般而言,带正电荷氨基酸残基多的一端,或带正电荷氨基酸残基多的一侧,朝向细胞质基质一侧(外侧)。
内质网膜整合蛋白的拓扑学类型(图8-4)STA:
内部停止转移锚定序列SA:
内部信号锚定序列线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白质的信号序列特称为导肽(导肽(leaderpeptide),其基本的特征是蛋白质在细胞质基质中的游离核糖体上合成以后再转移到这些细胞器中,因此称这种翻译后再转运的方式为翻译后转运(翻译后转运(post-translationaltranslocation)。
这种转运方式在蛋白质跨膜过程中不仅需要消耗ATP使多肽去折叠,而且还需要跨膜后由分子伴侣分子伴侣帮助蛋白质再正确折叠形成有功能的蛋白。
继信号假说提出与确证后,人们又发现一系列蛋白质分选信号序列,统称信号序列(信号序列(signalsequence),而且有些信号序列还可形成三维结构的信号斑(信号斑(signalpatch),指导蛋白的靶向转运和定位。
指导蛋白质从细胞基质转运到细胞器的靶向序列的主要特征(表8-2)二、蛋白质分选转运的基本途径与类型二、蛋白质分选转运的基本途径与类型核基因编码的蛋白质的分选大体可分核基因编码的蛋白质的分选大体可分2条途径:
条途径:
(1)共翻译转运(共翻译转运(cotranslationaltranslocation)途径)途径:
即蛋白质合成在游离核糖体上起始之后,由信号肽和与之结合的SRP引导转移至糙面内质网,然后新生肽边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上,经转运膜泡运到高尔基体加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。
这种蛋白在信号肽引导下边翻译边跨膜转运的过程称为共翻译转运。
注意:
内质网和高尔基体本身的蛋白质分选也按此途径来完成。
(2)翻译后转运(翻译后转运(post-translationaltranslocation)途)途径:
径:
即蛋白质在细胞质基质游离核糖体上合成以后,再转移到膜围绕的细胞器,如细胞核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体,或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。
酵母中有些分泌蛋白由结合ATP的分子Bip蛋白(Bip-ATP)与膜整合蛋白Sec63复合物相互作用,水解ATP提供动力驱动翻译后转运途径,即分泌蛋白在细胞质基质游离核糖体上合成后,再转运至内质网中。
真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型(图8-5)左:
共翻译转运右:
翻译后转运根据蛋白质分选的机制或转运方式不同,又可将根据蛋白质分选的机制或转运方式不同,又可将蛋白质转运分为蛋白质转运分为4类:
类:
(1)跨膜转运()跨膜转运(transmembranetransport):
指共翻译转运途径中蛋白质边合成边转运进入内质网腔或插入内质网膜;
另指翻译后转运途径中蛋白质在合成后依不同机制转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。
(2)膜泡运输()膜泡运输(vesiculartransport):
蛋白质被不同类型的转运膜泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而再分选转移至细胞的不同部位,其中涉及供体膜出芽形成不同的转运膜泡、膜泡运输和转运膜泡与靶膜的融合等过程。
(3)选择性门控转运()选择性门控转运(gatedtransport):
在游离核糖体上合成的蛋白质通过核孔复合体在核-质间双向选择性地完成核输入或核输出。
(4)细胞质基质中蛋白质的转运:
)细胞质基质中蛋白质的转运:
蛋白质在细胞质基质中的转运显然与细胞骨架系统密切相关,其它不明。
三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化酶体的分选氧化酶体的分选转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质分选是一个多步过程多步过程,需要多个不同的靶向序列(靶向序列(targetingsequence)。
定位到叶绿体的前体蛋白N端端具有4050个氨基酸组成的转运肽(转运肽(transitpeptide),用以指引多肽定位到叶绿体并进一步穿过叶绿体被膜进入基质或类囊体中。
转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋白质靠的是线粒体蛋白N端的导肽(端的导肽(leaderpeptide)或过氧化物酶体蛋白C端的端的靶向序列(靶向序列(targetingsequence)。
蛋白质最终的定位还需要其它空间定位信号;
蛋白质必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态,以利于通过膜;
蛋白质输入通常需要能量。
(一)蛋白质从细胞质基质输入到
(一)蛋白质从细胞质基质输入到线粒体线粒体1.线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质:
线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质:
两性的N端靶向信号序列(形成螺旋构象)对于指导蛋白质输入线粒体基质是至关重要的;
需要分子伴侣胞质蛋白Hsc70和线粒体基质蛋白Hsc70协助;
需要从内外膜接触点的Tom(外膜移位子)和Tim(内膜移位子)处输入。
2.线粒体蛋白以线粒体蛋白以3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜:
种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜:
途径A:
具有N端基质靶向序列和内部停止转移序列;
途径B:
具有N端基质靶向序列和内部疏水的Oxa1靶向序列(内膜蛋白Oxa1所识别);
途径C:
没有N端基质靶向序列,含有多个内部靶向序列;
倆种膜间隙蛋白(Tim9/10)为外膜与内膜之间转运的分子伴侣。
3.线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙:
线粒体蛋白质从细胞质基质输入到线粒体膜间隙:
具有N端基质靶向序列和内部间隙靶向序列(其过程类似内膜蛋白途径A,需要内膜上蛋白酶于膜间隙一侧切割释放。
);
通过外膜Tom40孔直接进入膜间隙。
通过后翻译转运途径对核基因编码的线粒体蛋白的转运(图8-6)A:
线粒体蛋白从细胞质基质输入到线粒体基质B:
线粒体蛋白通过3种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜C:
线粒体蛋白通过2种途径从细胞质基质输入到线粒体膜间隙
(二)叶绿体基质蛋白与类囊体蛋
(二)叶绿体基质蛋白与类囊体蛋白的靶向输入白的靶向输入进入基质与线粒体的相似:
进入基质与线粒体的相似:
叶绿体前体蛋白具有N端叶绿体(基质)靶向序列和类囊体靶向序列,进入基质与线粒体的相似:
如前体蛋白非折叠,依赖于基质Hsc70水解ATP提供能量。
但与线粒体不同的是:
不产生跨内膜的电化学梯度。
进入基质后不同蛋白的转运途径不同:
一个是叶绿体SRP依赖途径(与蛋白质进入内质网过程相似);
另一种是pH依赖途径(蛋白质与其辅因子结合,在类囊体靶向序列N端的2个Arg残基和跨线
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- 细胞生物学 课件 中和 第四