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1、Chapter 8 Protein Sorting I,8.1 蛋白质分选简介8.2 信号假说8.3 蛋白质跨内质网膜运输 8.3.1 蛋白质跨膜运输 8.3.2 跨膜蛋白质的形成 8.3.3蛋白质如何正确折叠8.4 分选基本路径和具体形式 8.4.1 蛋白质分选类型 8.4.2 膜泡运输8.5 膜泡运输机理,细胞内蛋白质众多，需要定向运输如何保证有条不紊,8.1 Introduction of protein sorting,secretory pathway,Secretory Pathway,8.2 Signal hypothesis,Translocation of Secretory
2、 Proteins across the ER Membrane,.,8.2.1 Signal hypothesis,分泌型蛋白N端带有特定的信号序列，指导蛋白质到粗面内质网上合成，在成熟时候信号序列被切除。,signal peptide,信号肽的一级序列(16-26个氨基酸)（h）、C端（c）和N端（n）没有专一性,8.3 Protein transport across ER membrane,GTP,GTP,GDP,signal-recognition particle,SRPSRP receptor(DP)Detail process,8.3.1 Protein transport a
3、cross ER membrane,信号识别颗粒(signal-recognition particle,SRP),由6个多肽的亚单位加上小的RNA分子构成的复合物在信号肽序列被翻译后，SRP的一端结合的新生多肽链的信号肽，另一端结合到核蛋白体并停止翻译从SRP结合到核蛋白体直到SRP-核蛋白体复合物结合到内质网膜上SRP受体的时间内，翻译是停止的，只有在SRP-核蛋白体复合物结合到膜上的SRP受体后，翻译才重新开始,SRP receptor=DP,SRP 受体就是停泊蛋白,一端与新生蛋白质相连，另外一端结合核糖体翻译停止(SRP+ribosome)+DP,与内质网上的异位子结合,SRP 和D
4、P 分离,翻译继续。,Energy is required for insertion of the signal sequence into the translocon,Polypeptides Move through the Translocon into the ER,Energy is required for insertion,GTP,Soluble Proteins,8.3.2 Protein transport across ER membrane,Modified from Figure 14-15,Page 461 from:Essential Cell Biology
5、 by Alberts et al.1998,Garland Publishing Inc.New York,NY,ER Import of Transmembrane Proteins,Multipass transmembrane proteins,Stop-transfer peptide Start-transfer peptide,通称为结合蛋白(bindin protein,BiP)。在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、折叠或组装，但其本身并不参与最终产物的形成，只是陪伴而已，故得名例如Hsp60以上的热休克蛋白,8.3
6、.3 How do Proteins fold correctly?,Overview of chaperone families,8.4.1 Protein sorting,Sequence,Transport way,8.4 Basic pathway and type of protein sorting,Sorting pathway,CotranaslocationSynthesis and transport occurred at the same time,Post translocation 蛋白质完全合成后开始转运。,8.4.2 Vesicular transport,A
7、Clathrin coat vesicle Trans-golgi surface B COPII Rough ER Cis-golgiC COPI Cis-Golgi ER,Modified from Figure 14-18 and 14-19,Page 464 and 645 from:Essential Cell Biology by Alberts et al.1998,Garland Publishing Inc.New York,NY,网格蛋白有被小泡,Clathrin Coated Pits,Depolymerization of Clathrin Coats,COP II m
8、ediates transfer of vesicles from the rough ER to the cis-Golgi/cis-Golgi network;In some cases COP II-coated vesicles fuse with each other to form larger ER-to-Golgi intermediate partments that are transported along a microtubule and eventually fuse to form the cis-Golgi.,B COP II coated vesicles,介
9、导从内质网到高尔基体的物质运输。衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit sites），该处没有核糖体。大多数跨膜蛋白是直接结合在COP II衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COP II衣被结合。分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些 包含双酸性基序DEXDE，如Asp-X-Glu序列。,COPII can select and condense material,Selective,COPII recognize signal in cytosol of transmembrne ER protein,Cytosol face of transmembrne E
10、R protein act as receptor to bind with soluble protein in ER lumen,COPII,跨内质网蛋白,内质网腔内可溶性蛋白,识别,识别,Sar protein(a small bined GTP protein)，can act as molecular switch,regulate vesicular coat Sar+GDP=inactive，Sar+GTP=active，Sar protein bine with membrane of ER，form COP coated vesicles,C COP coated vesic
11、les,功能1：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网，由7种蛋白组成。在C端有一个不同的回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。顺面高尔基网上有KDEL的受体，识别C端驻留信号，以COPI有被小泡的形式捕获逃跑蛋白。逆向转运，内质网是开放的监狱,COPI功能2,:顺向转运在非选择性的批量运输中行使功能，负责粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面的运输过程。从高尔基顺面到反面的运输也可能涉及COPI。,Retrive escaped protein back to ER,COPvesicle coat regulation,ARF+GDP=inact
12、ive，ARF+GTP=activeARF+GDP GNRP ARF+GTP GAPARF change depend on GNRP(鸟嘌呤核苷酸释放蛋白)and GAP(GTP酶激活蛋白)GNRP let ARF release GDP and bine with GTP，ARF bee active，regulated formation of COPvesicle coatGAP trigger ARF hydrolyze GTP into GDP，ARF beed inactive,COPvesicle coat disaggregation，vesicle fused with t
13、arget membrane,Formation of COP I Vesicles,Specific fusion of intracellular vesicles Involves a conserved set of fusion proteins,V-SNARE and T-SNAREV-SNARE,which is incorporated into a transport vesicle as it buds from the donor organelle;The specific V-SNARE on each type of transport vesicle target
14、s the vesicle to its correct membrane fusion partner.T-SNAREs,which act cooperatively to specifically bind a particular type of V-SNARE.Yeast cells,like all eukaryotes,express several related V-SNARE and T-SNARE proteins,thereby permitting each type of transport vesicle to be targeted correctly.,8.5
15、 Vesicular transport mechanism,NSF：N乙基顺丁烯二亚胺 敏感融合蛋白 SNAREs:soluble NSF attachment protein receptorSNAP(可溶性NSF附着蛋白,soluble NSF attachment protein,SNAP)V-SNARE,located on the transport vesicular membrane(eg:VAMP:Vesicle-associated membrane protein)T-SNARE,located on target membrane(eg:syntaxin),Dockin
16、g uses SNARES,Vesicle Fusion,定向运输机制1：膜泡的定向融合机理,定向运输机制二：膜泡沿极性微管的极性运输,分泌蛋白分选特例:溶酶体的分选,溶酶体的形成是一个相当复杂的过程,涉及的细胞器有内质网、高尔基体和内体等。比较清楚的是甘露糖-6-磷酸途径(mannose 6-phosphate sorting pathway)：溶酶体的酶类在内质网上合成,跨膜进入内质网的腔.在顺面高尔基体带上甘露糖6-磷酸标记后在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌小泡.分泌小泡.与次级内体结合,最后通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体.,内体(endosome),内体有初级内体(early endos
17、ome)和次级内体(late endosome)之分,内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体酶的小囊泡。初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器。次级内体中的pH呈酸性,且具有分拣作用。内体膜上具有ATPase-H+质子泵，利用H+质子的浓度，保证了内部pH的酸性。,溶酶体酶蛋白的M6P标记 溶酶体酶蛋白在膜旁核糖体上合成，进入内质网后进行N-连接糖基化,经加工后形成带有8个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体。溶酶体的酶上都有一个特殊的标记6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate,M6P)。这一标记是溶酶体酶合成后在粗面内质网和高尔基体
18、通过糖基化和磷酸化添加上去的。,信号斑(signal patch)信号斑是溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构,它是由三段信号序列构成的,可被磷酸转移酶特异性识别。,溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用,M6P受体蛋白,M6P受体蛋白是反面高尔基网络上的膜整合蛋白,能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合,从而将溶酶体的酶蛋白分选出来。M6P受体蛋白主要存在于高尔基体的反面网络，但在一些动物细胞的质膜中发现有很多M6P受体蛋白的存在,这是细胞的一种保护机制,可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。,溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体,并进行甘露糖残基的磷酸化。在反面高尔基网络,磷酸化的酶同M6P受体结合,通过该受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中,然后网格蛋白外被很快解体。无包被的运输小泡很快与次级内体融合,由于次级内体中pH呈酸性,致使磷酸化的酶与M6P受体脱离,接着脱磷酸。通过次级内体的分选作用.溶酶体的酶进入从次级内体出芽形成的运输小泡,接着同溶酶体融合完成溶酶体酶的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。,内体(endosome)的重要作用,溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合及次级内体的分选作用,
