第8章--蛋白质分选与膜泡运输
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细胞生物学膜泡运输与蛋白质分选
高尔基复合体与细胞内的膜泡运输高尔基符合体在分泌蛋白和细胞质膜蛋白的形成过程中不仅起着加工的作用，同时还有形成囊泡，进行包装和运输的作用。
分泌型蛋白、多数细胞质膜的膜蛋白都是在糙面内质网上合成后，经高尔基体的加工与分装通过膜泡运输的方式输送到细胞表面；而细胞质外的大分子和颗粒性物质及细胞质膜的膜蛋白也会通过胞饮或吞噬作用，以膜泡运输的方式进入细胞内。
高尔基复合体不论在向外运输的膜泡转移中，还是在内吞形成的膜泡转移中都起着重要的作用，且高尔基复合体中的G蛋白对高尔基复合体膜泡运输具有调控作用。
在细胞内的膜泡运输中，至少有10种以上的运输小泡参与膜泡运输过程，有三类。
C0PI 有被小泡、C0PI I又被小泡、成笼蛋白有被小泡，前二者主要起始于内质网和高尔基复合体的运输，而后者主要调节起始于高尔基复合体和质膜的运输。
膜泡运输的类型1. 成笼蛋白有被小泡起源于高尔基复合体的反面网状结构，其衣被主要成分为成笼蛋白和衔接蛋白。
结构上外层为由成笼蛋白构成的蜂巢样网络结构，内壳则由衔接蛋白构成，覆盖在细胞质基质侧的膜泡表面。
成笼有被小泡主要是负责蛋白质从高尔基体反面网状姑构向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。
此外，也参与胞内体到溶酶体的运输以及受体介导的内吞途径。
2. C0PI I有被小泡C0PI I有被小泡主要参与从内质网到高尔基复合体的物质运输，由五种蛋白亚基构成。
C0PI I蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白质膜一段的信号序列；而跨膜内质网蛋白的腔面一端作为受体与内质网腔中的可溶性蛋白结合。
C0PI I有被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。
3. C0PI有被小泡主要负责回收与转运内质网逃逸蛋白返回内质网，而且在“糙面内质网-高尔基复合体- 分泌泡-细胞表面”的蛋白质转运过程中，还行使非选择性批量运输的功能。
以上三种小泡介导的膜泡运输，需依赖于多种GTP结合蛋白对膜交换的时空变化进行调控。
膜泡运输的定向为了确保膜运输的有序进行，运输小泡在正确识别其将要与之融合的靶膜是必须具有高度选择性。
第8章蛋白质分选和膜泡运输
进衣被蛋白的组装。 • SAR1可激活磷脂酶D，将一些磷脂水解，使衣被
蛋白牢固地结合在膜上。 • 当小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。
COPII Coated vesicle
三、膜泡运输的定向机制
• 衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，马达蛋白 水解ATP提供运输的动力。
• 各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运 输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别，其中涉及 识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs（soluble NSF attachment protein receptor）和Rabs（targeting GTPase）。 其中SNARE介导运输小泡特异性停泊和融合，Rab的作用 是使运输小泡靠近靶膜。
COP II Sar 1 Sec23/Sec24复合体，Sec 内质网→高尔基体 13/31复合体，Sec 16
（一）笼形蛋白衣被小泡
• 运输途径：质膜→内体；高尔基体→内体；高尔 基体→溶酶体、植物液泡。
• 衣被结构：3重链、3轻链，形如triskelion。clathrin 的曲臂交织在一起，形成5边形网孔的笼子。
• 当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一 圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近 （小于1.5nm），导致膜融合，pinch off衣被小泡。
（二）COP I衣被小泡
• 功 能 ： 回 收 、 转 运 内 质 网 逃 逸 蛋 白 （ escaped proteins）返回内质网；也可介导高尔基体不同区 域间的蛋白质运输。
谢谢大家！
• Rabs促进和调节运输小泡的停泊和融合。 • Rabs还有许多效应因子，帮助运输小泡聚集和靠
近靶膜，触发SNAREs释放它的效应因子。许多运 输小泡只有在包含了特定的Rabs和SNAREs之后才 能形成。
蛋白牢固地结合在膜上。 • 当小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。
COPII Coated vesicle
三、膜泡运输的定向机制
• 衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，马达蛋白 水解ATP提供运输的动力。
• 各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运 输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别，其中涉及 识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs（soluble NSF attachment protein receptor）和Rabs（targeting GTPase）。 其中SNARE介导运输小泡特异性停泊和融合，Rab的作用 是使运输小泡靠近靶膜。
COP II Sar 1 Sec23/Sec24复合体，Sec 内质网→高尔基体 13/31复合体，Sec 16
（一）笼形蛋白衣被小泡
• 运输途径：质膜→内体；高尔基体→内体；高尔 基体→溶酶体、植物液泡。
• 衣被结构：3重链、3轻链，形如triskelion。clathrin 的曲臂交织在一起，形成5边形网孔的笼子。
• 当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一 圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近 （小于1.5nm），导致膜融合，pinch off衣被小泡。
（二）COP I衣被小泡
• 功 能 ： 回 收 、 转 运 内 质 网 逃 逸 蛋 白 （ escaped proteins）返回内质网；也可介导高尔基体不同区 域间的蛋白质运输。
谢谢大家！
• Rabs促进和调节运输小泡的停泊和融合。 • Rabs还有许多效应因子，帮助运输小泡聚集和靠
近靶膜，触发SNAREs释放它的效应因子。许多运 输小泡只有在包含了特定的Rabs和SNAREs之后才 能形成。
第八章--蛋白质分选与膜泡运输
蛋白质的分泌与胞吞途径概观
在细胞合成-分 泌与内吞途径 中3种不同的膜
泡运输方式
① COP（包被蛋白）Ⅱ包 被膜泡介导顺向运输；
② COPⅠ包被膜泡介导逆 向运输。
③ 网格蛋白/接头蛋白包 被膜泡从TGN出芽和从 质膜内化形成，脱包被 后与晚期胞内体融合
蛋白质转运中涉及的3种包被膜泡的特征比较
• 定位到叶绿体的前体蛋白N端具有40~50个氨基酸组成的转 运肽（transit peptide），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（leader peptide）或过氧化物酶体蛋白C端的靶向 序列（targeting sequence）。
• 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白的靶向输入
通过翻译后转运 途径将叶绿体蛋 白从细胞质基质 输入到类囊体腔
Toc：外膜转运体复 合物 Tic：内膜转运体复 合物
（三）过氧化物酶体蛋白的分选
过氧化物酶体靶向信号（PTS）：常见的C端PTS1（Ser-
不同类型的膜泡运输
• A：COPⅡ 包被膜泡介 导顺向运输 和COPⅠ 包被膜泡介 导逆向运输
• B：驻留蛋 白的回收
• C：出芽与 膜泡包装
三、 COPⅠ包被膜泡的装配与运输
COPⅠ包被膜泡介导的细胞内膜泡逆向运输，负责从高尔 基体反面膜囊到顺面膜囊以及从高尔基体顺面管网状区到 内质网的膜泡转运;
网格蛋白/接头蛋白包被膜泡介导蛋白质从高尔基体 TGN向胞内体、溶酶体、分泌泡和植物细胞液泡的 运输，也参与质膜受体介导的胞吞作用中从细胞表 面运往胞内体转而到溶酶体的运输。
蛋白质分选与膜泡运输
COPⅠ有被小泡的形成 Ⅰ
LOGO
① 一种胞质溶胶中的 小分子GTP结合蛋白, GTP结合蛋白 小分子GTP结合蛋白,即 ARF,释放 释放GDP, GTP结 ARF,释放GDP, 同GTP结 形成ARF GTP复合物 ARF复合物, 合,形成ARF-GTP复合物, 并整合在高尔基体膜中。 并整合在高尔基体膜中。 COPⅠ同ARF以及高 ② COPⅠ同ARF以及高 尔基体膜蛋白的细胞质 部分结合； 部分结合； ③在脂酰CoA的帮助下 在脂酰CoA的帮助下 CoA 形成COPⅠ被膜小泡, COPⅠ被膜小泡 形成COPⅠ被膜小泡, 一旦COPⅠ COPⅠ小泡形成就 一旦COPⅠ小泡形成就 立即从供体膜释放出来， 立即从供体膜释放出来， COPⅠ包被去聚合 包被去聚合, COPⅠ包被去聚合, 并 与膜脱离, 与膜脱离, 这一过程是 由与ARF结合的GTP ARF结合的GTP水解 由与ARF结合的GTP水解 所触发。 所触发。
COPII有被小泡的组装与运输 COPII有被小泡的组装与运输
过程：
LOGO
• ER腔中可溶性货物蛋白 可溶性货物蛋白通过与选择性跨膜蛋白腔面一端 可溶性货物蛋白 结合而被募集 • 选择性跨膜蛋白胞质面一端的信号序列以及ER膜上整合 蛋白v-SNARE被COPII蛋白识别，形成有货物蛋白和 货物蛋白和v货物蛋白和 SNARE的有被小泡。 • 小分子GTP结合蛋白（Sar1蛋白，对包被组装和去组装起 调控作用）参与下脱被并定位到高尔基体的cis面。 • 暴露的v-SNARE与高尔基体cis面膜上的同类蛋白 t-SNARE配对，介导膜泡与靶膜融合，内含物进入高尔 基体。 • 被脱去的包被蛋白再循环利用。 11
网格蛋白有被小泡的形成 网格蛋白有被小泡的形成
a.配体同膜表面特异 受体结合, 网格蛋白 装配的亚基结合上去, 使膜凹陷成小窝状。 。 b.通过出芽的 方式形成小泡, 在发动蛋白 发动蛋白的 发动蛋白 作用下与质膜 割离。
蛋白质分选与膜泡运输
1.信号假说 （3）SRP 受体（Signal Recognition Particle Receptor）
• 内质网膜上的整合蛋白，由α 和β 亚基组成，可特异地与SRP 结合 • SRP 的p54 亚基和SRP 受体的α 亚基与GTP 结合时，会增进SRP/ 新生肽/ 核糖
体复合物与SRP 受体结合的强度。
• 位于蛋白质的N 端，一般由16～26 个残基组成；似乎没有严格的专一性 • 包括疏水核心区、信号肽的C-端和N-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
图6-1 信号肽的一级结构序列
以血清白蛋白和HIV-1 型病毒的糖蛋白gp160 信号肽为例，显示出两者信号肽一级序列分别由疏水核心、C- 端和N- 端三个区域构成
2.分泌性蛋白的合成与其共翻译转运 （2）内质网膜整合蛋白的信号序列
图6-4 内质网膜整合蛋白的拓扑学类型
STA：内在停止转移锚定序列；SA：内在信号锚定序列。这样的 序列在多次跨膜蛋白中会有变化。TypeⅠ、Ⅱ、Ⅲ均为一次α- 螺 旋跨膜，TypeⅠ蛋白含有一个被切割的N- 端内质网信号序列，通 过STA锚定在膜上，N- 端亲水区位于内质网腔面，C- 端亲水区位 于细胞质基质面，如LDL 受体、流感HA、胰岛素受体、生长素受 体； TypeⅡ不含有可切割的内质网信号序列，N- 端亲水区位于 细胞质基质侧，C- 端亲水区位于内质网腔面，如无唾液酸糖蛋白 受体、转铁蛋白受体、高尔基半乳糖苷转移酶、高尔基唾液酸转 移酶；TypeⅢ蛋白含有一个疏水的跨膜片段，邻近N- 端亲水区， 与TypeⅠ蛋白有相同方向但不含可切割的信号序列，如细胞色素 P450；Type Ⅳ蛋白含有2 个或多个跨膜片段，又称多次跨膜蛋白， 例如G-蛋白耦联受体、葡萄糖转运蛋白、电压门Ca2+ 通道、 ABC 小分子泵、CFTR（Cl-）通道、Sec61 蛋白等
• 内质网膜上的整合蛋白，由α 和β 亚基组成，可特异地与SRP 结合 • SRP 的p54 亚基和SRP 受体的α 亚基与GTP 结合时，会增进SRP/ 新生肽/ 核糖
体复合物与SRP 受体结合的强度。
• 位于蛋白质的N 端，一般由16～26 个残基组成；似乎没有严格的专一性 • 包括疏水核心区、信号肽的C-端和N-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
图6-1 信号肽的一级结构序列
以血清白蛋白和HIV-1 型病毒的糖蛋白gp160 信号肽为例，显示出两者信号肽一级序列分别由疏水核心、C- 端和N- 端三个区域构成
2.分泌性蛋白的合成与其共翻译转运 （2）内质网膜整合蛋白的信号序列
图6-4 内质网膜整合蛋白的拓扑学类型
STA：内在停止转移锚定序列；SA：内在信号锚定序列。这样的 序列在多次跨膜蛋白中会有变化。TypeⅠ、Ⅱ、Ⅲ均为一次α- 螺 旋跨膜，TypeⅠ蛋白含有一个被切割的N- 端内质网信号序列，通 过STA锚定在膜上，N- 端亲水区位于内质网腔面，C- 端亲水区位 于细胞质基质面，如LDL 受体、流感HA、胰岛素受体、生长素受 体； TypeⅡ不含有可切割的内质网信号序列，N- 端亲水区位于 细胞质基质侧，C- 端亲水区位于内质网腔面，如无唾液酸糖蛋白 受体、转铁蛋白受体、高尔基半乳糖苷转移酶、高尔基唾液酸转 移酶；TypeⅢ蛋白含有一个疏水的跨膜片段，邻近N- 端亲水区， 与TypeⅠ蛋白有相同方向但不含可切割的信号序列，如细胞色素 P450；Type Ⅳ蛋白含有2 个或多个跨膜片段，又称多次跨膜蛋白， 例如G-蛋白耦联受体、葡萄糖转运蛋白、电压门Ca2+ 通道、 ABC 小分子泵、CFTR（Cl-）通道、Sec61 蛋白等
8 蛋白质分选与膜泡运输PPT课件
19
3 装配和运输过程
20
三、COPⅠ包被膜泡的装配与运输
• 1 组成：COPI包被含有8种蛋白亚基，其依赖ARF（GTP酶）调节包 被的装配与去装配；
• 2 功能： • 负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）、内质网膜
脂以及膜上蛋白返回内质网。 • 3 内质网中保留及回收蛋白质的两种机制 • 1)运输泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运。 • 2)以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。 • 4 内质网蛋白的回收信号： • 网腔的蛋白：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）； • 膜蛋白（如SRP受体）：Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸）。
2.核糖体与内质网膜结合，成为附着核糖体，SRP从 核糖体上解离，参加下一次循环。
5
(4)．蛋白质在粗面内质网上 继续合成
核糖体与内质网膜结合之后： 1. 处于暂停状态的蛋白质合成重新开始。 2. 信号肽便经易位器插入内质网腔内。 3. 进入内质网腔的信号肽，被腔面的信号肽酶切掉。 4. 肽链进入内质网腔，直至合成完整多肽链。 5. 核糖体脱离内质网，重新加入新的蛋白质合成。
27
膜泡运输的方向
• 顺向 • 逆向
28
(二) 衣被的功能
1. 有选择性地将特定的蛋白质聚集在一起, 形 成有被小泡.
2. 决定运输小泡的外部特征及其去向.
29
(三) 参与膜泡运输的马达蛋白
1. 动力蛋白( 胞质动力蛋白)( Dynein), 趋向微 管负极。
2. 驱动蛋白(Kinesin), 趋向微管正极。 3. 肌球蛋白(Myosin), 趋向微丝正极。
第一节 细胞内的蛋白质分选
一、信号假说与蛋白质分选信号 G．Blobel和 D．Sabatini等(1975)提出，
3 装配和运输过程
20
三、COPⅠ包被膜泡的装配与运输
• 1 组成：COPI包被含有8种蛋白亚基，其依赖ARF（GTP酶）调节包 被的装配与去装配；
• 2 功能： • 负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）、内质网膜
脂以及膜上蛋白返回内质网。 • 3 内质网中保留及回收蛋白质的两种机制 • 1)运输泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运。 • 2)以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。 • 4 内质网蛋白的回收信号： • 网腔的蛋白：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）； • 膜蛋白（如SRP受体）：Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸）。
2.核糖体与内质网膜结合，成为附着核糖体，SRP从 核糖体上解离，参加下一次循环。
5
(4)．蛋白质在粗面内质网上 继续合成
核糖体与内质网膜结合之后： 1. 处于暂停状态的蛋白质合成重新开始。 2. 信号肽便经易位器插入内质网腔内。 3. 进入内质网腔的信号肽，被腔面的信号肽酶切掉。 4. 肽链进入内质网腔，直至合成完整多肽链。 5. 核糖体脱离内质网，重新加入新的蛋白质合成。
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膜泡运输的方向
• 顺向 • 逆向
28
(二) 衣被的功能
1. 有选择性地将特定的蛋白质聚集在一起, 形 成有被小泡.
2. 决定运输小泡的外部特征及其去向.
29
(三) 参与膜泡运输的马达蛋白
1. 动力蛋白( 胞质动力蛋白)( Dynein), 趋向微 管负极。
2. 驱动蛋白(Kinesin), 趋向微管正极。 3. 肌球蛋白(Myosin), 趋向微丝正极。
第一节 细胞内的蛋白质分选
一、信号假说与蛋白质分选信号 G．Blobel和 D．Sabatini等(1975)提出，
第八章 蛋白质分选与膜泡运输
2、膜泡运输（vesicular transport）：蛋白质被不同类型
的转运膜泡从糙面内质网 转运到高尔基体，进而分选至细胞 的不同部位。
3、门控转运（gated transport）：基质中合成的蛋白通
过核孔复合体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
与细胞骨架体系相关
第二节 膜泡运输
信号肽 / 核糖体－信号识别颗粒－SRP受体
③ 信号识别颗粒的受体
停泊蛋白, docking protein, DP l 为内质网膜上的整合蛋白，由α、β 亚基组成 l 特异性结合信号识别颗粒 l 当SRP的p54亚基和SRP受体的α亚基与GTP结合时，
增进SRP/新生肽/核糖体与SRP受体结合的强度。
内质网腔中的可溶性驻留蛋白（蛋白二硫键异 构酶、协助折叠的分子伴侣）在出芽过程中可能掺 入到 COP II 包被膜泡并转运到高尔基体。这类蛋 白带有分选信号KDEL (LysAspGluLeu)序列，其 受体位于高尔基体顺面管网区、ER、COPⅡ和 COP I有被小泡膜上，它们能识别并结合KDEL分 选信号。
一、膜泡运输概观
细胞的内膜系统各个部分之间的物质传递常通过 “膜泡运输”方式进行。
以膜泡运输方式介导蛋白质分选途径形成细胞内 形成复杂的“膜流”，膜流具有高度组织性、方向性、 并维持动态平衡。
转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和 组装，还涉及多种膜泡靶向运输及其复杂的调控过程
膜流
膜泡类型：三类表面包被蛋白 特征性比较
① 蛋白质N端信号肽（signal sequence or sequence peptide)：1626aa.，包括疏水核心区、信号肽的C端 和N端。未发现共同的信号序列
细胞生物学课件第八章蛋白质分选与泡膜运输
障碍, 定位到膜结合的细胞器中,但就其定位的准确性来说, 无论何种运输机制都是通过信号引导实现的, 即：信号序列 决定蛋白质的正确运输方向。
● 信号序列特性 通常15-30个氨基酸长，位于新生肽的N端。 信号序列指导的蛋白质运输和定位对蛋白质没有明显特异性,
但不同的膜结合细胞器具有不同的蛋白质定位的信号序列 ● 信号序列的类型 根据运输方向的不同分三种，即入核信号、引导肽和信号肽。 入核信号指导核蛋白的运输，引导肽指导线粒体、叶绿体和过
氧化物酶体蛋白的运输，信号肽则指导内膜系统的蛋白质运 输。
膜蛋白 共翻译 转运机理
• ● 翻译后跨ER膜运输
• 某些蛋白质也可通过翻译后跨ER膜运输,由 于这些蛋白的信号序列太短而无法与SRP 相互作用。
• 靠分子伴侣维持非折叠状态进行跨膜转运。 关于翻译后跨ER膜运输的详细机理还不太 清楚。
二、 膜泡运输
●COPⅡ被膜小泡介导非选择性运输小泡, 参与ER到高尔基体、顺面高尔 基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。外被蛋 白COPⅡ
●披网格蛋白小泡 由网格蛋白形成的被膜小泡, 介导反面高尔基体网络到细胞质膜、从细胞
质膜到反面高尔基网络的运输。 在披网格蛋白小泡形成过程中, 网格蛋白同膜受体结合, 形成被膜小窝, 逐
第8章
蛋白质分选 与泡膜运输
一、蛋白质分选的基本途径和类型 根据三种不同的空间障碍, 合成的蛋白质通过三
种不同方式进行运输定位 ● 核孔运输 胞质溶胶中合成的蛋白质穿过细
胞核内外膜形成的核孔进入细胞核，被运输的 蛋白需要有核定位信号。 ● 跨膜运输
信号假说 虽然蛋白质可通过不同的方式和机制克服空间
二、细胞结构体系的装配
大分子逐级装配 • 自我装配：信息存在于装配亚基 • 协助装配：还需要其他成分的介入 • 直接装配：亚基直接装配到已形成的结构上。
● 信号序列特性 通常15-30个氨基酸长，位于新生肽的N端。 信号序列指导的蛋白质运输和定位对蛋白质没有明显特异性,
但不同的膜结合细胞器具有不同的蛋白质定位的信号序列 ● 信号序列的类型 根据运输方向的不同分三种，即入核信号、引导肽和信号肽。 入核信号指导核蛋白的运输，引导肽指导线粒体、叶绿体和过
氧化物酶体蛋白的运输，信号肽则指导内膜系统的蛋白质运 输。
膜蛋白 共翻译 转运机理
• ● 翻译后跨ER膜运输
• 某些蛋白质也可通过翻译后跨ER膜运输,由 于这些蛋白的信号序列太短而无法与SRP 相互作用。
• 靠分子伴侣维持非折叠状态进行跨膜转运。 关于翻译后跨ER膜运输的详细机理还不太 清楚。
二、 膜泡运输
●COPⅡ被膜小泡介导非选择性运输小泡, 参与ER到高尔基体、顺面高尔 基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。外被蛋 白COPⅡ
●披网格蛋白小泡 由网格蛋白形成的被膜小泡, 介导反面高尔基体网络到细胞质膜、从细胞
质膜到反面高尔基网络的运输。 在披网格蛋白小泡形成过程中, 网格蛋白同膜受体结合, 形成被膜小窝, 逐
第8章
蛋白质分选 与泡膜运输
一、蛋白质分选的基本途径和类型 根据三种不同的空间障碍, 合成的蛋白质通过三
种不同方式进行运输定位 ● 核孔运输 胞质溶胶中合成的蛋白质穿过细
胞核内外膜形成的核孔进入细胞核，被运输的 蛋白需要有核定位信号。 ● 跨膜运输
信号假说 虽然蛋白质可通过不同的方式和机制克服空间
二、细胞结构体系的装配
大分子逐级装配 • 自我装配：信息存在于装配亚基 • 协助装配：还需要其他成分的介入 • 直接装配：亚基直接装配到已形成的结构上。
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• 途径
（1）后翻译转运途径 （2）共翻译转运途径
• 类型
（1）蛋白质的跨膜转运 （2）膜泡运输 （3）选择性的门控转运 （4）细胞质基质中蛋白质
的转运
（一）细胞内蛋白质分选的基本途径
• 1．后翻译转运途径：蛋白质在核糖体上合成后释放 到细胞质中，带分选信号的被分别运送到细胞核、线 粒体和过氧化物酶体中，大多数蛋白没有分选信号， 留在胞质中。
内膜系统与膜流
膜流(membrane flow):是指细胞的膜成分在质膜 与内膜之间，以及在内膜系统各种结构之间流动的 现象。又称为小泡流(vesicle flow)。
Randy W. Schekman Thomas C. Südhof
Prize motivation: "for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells"
2. 内质网出芽，形成转运膜泡并与 高尔基体融合
3. 从高尔基体顺面膜囊和高尔基体 顺面网状结构到rER的逆向运输
4. 高尔基体膜囊从顺面→反面成熟 递进（非膜泡过程）
5. 从高尔基体后期膜囊→早期膜囊 的逆向运输
6. 组成型分泌 7. 调节型分泌 8. 分选到溶酶体 9. 胞吞途径
蛋白质的分泌与胞吞途径概观
• 蛋白质转入内质网合成的过程： 信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→SRP脱离信号肽→肽链在内
质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终 止→翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation。
导肽与后翻译转运
导肽：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体蛋白带有某 种信号序列，引导其进入各自细胞器。
信号序列
-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 脯-脯-赖-赖-赖-精-赖-缬
-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-
+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-PheLys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-LeuLeu-
信号分子物质是如何能做到受控释放。
囊泡输运机制与疾病过程
3位诺奖科学家的工作揭示了细胞内部和外部的输运 体系是如何达成时间与位置上的精确性的。在细胞中，不 管是酵母菌还是人类，不管高等生物还是低等生物，它们 体内的囊泡输运以及细胞膜融合机制都遵循相同的基本原 理。这一体系对于一系列的生理过程而言都至关重要，从 大脑信号的传递，到荷尔蒙的释放，再到免疫细胞活素。 但当发生疾病时，细胞内的囊泡输运机制会出现问题，这 当中包括一些神经系统和免疫系统疾病。离开这一堪称完 美的控制机制，细胞将陷于混乱。
• 蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分： ①信号肽（signal peptide），是引导新合 成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基 ，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer sequence）。 ②信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），属于 一种核糖核蛋白，位于细胞质基质中。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 ③ 停泊蛋白（docking protein，DP），是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与SRP 特异结合。 ④停止转移序列（stop transfer sequence），肽链上的一段特殊序列， 与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。 ⑤转位 因子（translocator），由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似于油炸圈的结构，每 个Sec61蛋白由三条肽链组成。
/nobel_prizes/medicine/laureates/2013/
细胞内囊泡交通的运行与调节机制
• 生物体内每一个细胞都是一个生产和运输分 子的工厂。比如，胰岛素在这里被制造出来 并释放进入血液当中，以及神经传递素从一 个神经细胞传导至另一个细胞。这些分子在 细胞内都是以“小包”的形式传递的，即细 胞囊泡。这三位获奖科学家发现了这些“小 包”是如何被在正确的时间输运至正确地点 的分子机制。
信号肽（signal peptide） 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP） 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白，docking protein，DP）
（1）信号肽（signal peptide） • 位于蛋白质的N 端，一般由16～26 个残基组成 • 包括疏水核心区、信号肽的C 端和N 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
James E. Rothman发现一种蛋白质化合物（图中橘 色表示）可以让囊泡实现与目标细胞膜的融合。囊泡上的 蛋白质物质会与目标细胞膜上的特定蛋白质之间发生结合 ，从而让囊泡可以在正确的位置上释放其所运载的特殊“ 分子货物”。
Thomas C. Südhof研究了大脑中神经细胞之间是如 何互相传递信号的，以及钙离子在这一过程中所起的作用 。他识别出一种分子机制（图中用紫色表示），其可以对 进入的钙离子发生反应并触发囊泡融合，从而解释了囊泡 输运机制中时间的精确性是如何达成的，以及其所携带的
Tyr-X-X-Φ
（2）信号识别颗粒（SRP）
• 由6 种不同的蛋白质和一个由300 个核苷酸组成 的 7S RNA 结合组成的一种核糖核蛋白复合体
信号识别颗粒的受体
信号识别颗粒
分泌性蛋白N端序列为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，在蛋白合 成结束之前信号肽被切除。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒 的受体（停泊蛋白）等因子协助完成这一过程。
第一节 细胞内蛋白质的分选
真核细胞中绝大多数蛋白质都是由核基 因编码，在游离核糖体上起始合成
一、信号假说与蛋白质分选信号
1999 年诺贝尔生理 学或医学奖
发现蛋白质由内部信号决定 其在细胞内的转移和定位
1. 信号假说
1975年Blobel和sabatini等提出了信号假说（signal hypothesis）， 即分泌性蛋白N端作为序列信号肽（signal sequence或signal peptide），指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白合成结束 前信号肽被切除。信号识别颗粒(SRP)和内质网膜上的信号识别 颗粒的受体（停泊蛋白,DP）等因子协助完成这一过程。
-Ser-Lys-Leu-COO-
+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-IleLeu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-CysGlu-Val-Phe-Gln-
-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）
蛋白质翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系
• 体外非细胞系统（cell free system）进行蛋白质合成实验，证实 分泌性蛋白向rER（微粒体）腔内的转运是同蛋白质翻译过程偶 联进行的，这种分泌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 （cotranslational translocation）
研究背景
生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子 在合适的时间抵达合适的位置。一部分分子，如胰 岛素，需要被转运出细胞之外，而其他分子则需要 在细胞内部进行运输。细胞内部产生的分子被包裹 于囊泡之中（图中蓝色表示），但是这些囊泡具体 是如何达成这种精准的运输的？这一点一直没有被 理解。
具体发现
Randy W. Schekman发现基因控制下的蛋白质在这种囊 泡运输机制中起到重要作用。正如这里的图上所展示的那 样，通过对比正常母菌细胞（左）和转运机制缺陷的细 胞（右），他成功识别出操控这一转运过程的基因。
信号肽的一级结构序列
蛋白质N-端的信号肽
信号肽（signal peptide）：引导新合成的肽链转移到内质 网上合成的信号序列称为信号肽，位于新合成肽链的N端，一 般16-26个氨基酸残基，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极 性氨基酸，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端三部分。由于 信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移 序列（start transfer sequence）；信号肽没有严格的专一性。
• 2．共翻译转运途径：蛋白质在核糖体上开始合成后 不久，N-端的信号肽使核糖体附着于粗面内质网上继 续合成，多肽链穿过内质网膜。
插入内质网膜成为跨膜蛋白
游离于内质网腔 成为可溶性蛋白
留存内质网
再次运送到其它部位 如高尔基复合体
真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型
二、蛋白质分选转运的类型
• 1.蛋白质跨膜运输（transmembrane transport）： – 蛋白质通过跨膜通道进入目的地。
（3）分泌性蛋白的合成与其共翻译转运
分泌性蛋白的合成与其跨越内质网膜的共翻译转运图解 图示信号肽、SRP、DP 及移位子之间的相互作用
mRNA
AP
A
核糖体 信号肽
信号识别颗粒 (SRP)
tRNA
SRP受体
移位子
细胞质
内质网腔
27
信号假说
• 蛋白质的合成都是起始于细胞质基质中的核糖体，但是向细胞外分泌的蛋白等在合成开 始不久后便转在内质网上合成。G. Blobel和D. Sabatini等提出了信号假说（Signal hypothesis），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。
• 4.细胞质基质中蛋白的转运 – 与细胞骨架密切相关
第二节 细胞内膜泡运输
（1）后翻译转运途径 （2）共翻译转运途径
• 类型
（1）蛋白质的跨膜转运 （2）膜泡运输 （3）选择性的门控转运 （4）细胞质基质中蛋白质
的转运
（一）细胞内蛋白质分选的基本途径
• 1．后翻译转运途径：蛋白质在核糖体上合成后释放 到细胞质中，带分选信号的被分别运送到细胞核、线 粒体和过氧化物酶体中，大多数蛋白没有分选信号， 留在胞质中。
内膜系统与膜流
膜流(membrane flow):是指细胞的膜成分在质膜 与内膜之间，以及在内膜系统各种结构之间流动的 现象。又称为小泡流(vesicle flow)。
Randy W. Schekman Thomas C. Südhof
Prize motivation: "for their discoveries of machinery regulating vesicle traffic, a major transport system in our cells"
2. 内质网出芽，形成转运膜泡并与 高尔基体融合
3. 从高尔基体顺面膜囊和高尔基体 顺面网状结构到rER的逆向运输
4. 高尔基体膜囊从顺面→反面成熟 递进（非膜泡过程）
5. 从高尔基体后期膜囊→早期膜囊 的逆向运输
6. 组成型分泌 7. 调节型分泌 8. 分选到溶酶体 9. 胞吞途径
蛋白质的分泌与胞吞途径概观
• 蛋白质转入内质网合成的过程： 信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→SRP脱离信号肽→肽链在内
质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终 止→翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation。
导肽与后翻译转运
导肽：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体蛋白带有某 种信号序列，引导其进入各自细胞器。
信号序列
-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 脯-脯-赖-赖-赖-精-赖-缬
-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-
+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-PheLys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-LeuLeu-
信号分子物质是如何能做到受控释放。
囊泡输运机制与疾病过程
3位诺奖科学家的工作揭示了细胞内部和外部的输运 体系是如何达成时间与位置上的精确性的。在细胞中，不 管是酵母菌还是人类，不管高等生物还是低等生物，它们 体内的囊泡输运以及细胞膜融合机制都遵循相同的基本原 理。这一体系对于一系列的生理过程而言都至关重要，从 大脑信号的传递，到荷尔蒙的释放，再到免疫细胞活素。 但当发生疾病时，细胞内的囊泡输运机制会出现问题，这 当中包括一些神经系统和免疫系统疾病。离开这一堪称完 美的控制机制，细胞将陷于混乱。
• 蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分： ①信号肽（signal peptide），是引导新合 成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基 ，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer sequence）。 ②信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），属于 一种核糖核蛋白，位于细胞质基质中。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 ③ 停泊蛋白（docking protein，DP），是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与SRP 特异结合。 ④停止转移序列（stop transfer sequence），肽链上的一段特殊序列， 与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。 ⑤转位 因子（translocator），由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似于油炸圈的结构，每 个Sec61蛋白由三条肽链组成。
/nobel_prizes/medicine/laureates/2013/
细胞内囊泡交通的运行与调节机制
• 生物体内每一个细胞都是一个生产和运输分 子的工厂。比如，胰岛素在这里被制造出来 并释放进入血液当中，以及神经传递素从一 个神经细胞传导至另一个细胞。这些分子在 细胞内都是以“小包”的形式传递的，即细 胞囊泡。这三位获奖科学家发现了这些“小 包”是如何被在正确的时间输运至正确地点 的分子机制。
信号肽（signal peptide） 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP） 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白，docking protein，DP）
（1）信号肽（signal peptide） • 位于蛋白质的N 端，一般由16～26 个残基组成 • 包括疏水核心区、信号肽的C 端和N 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
James E. Rothman发现一种蛋白质化合物（图中橘 色表示）可以让囊泡实现与目标细胞膜的融合。囊泡上的 蛋白质物质会与目标细胞膜上的特定蛋白质之间发生结合 ，从而让囊泡可以在正确的位置上释放其所运载的特殊“ 分子货物”。
Thomas C. Südhof研究了大脑中神经细胞之间是如 何互相传递信号的，以及钙离子在这一过程中所起的作用 。他识别出一种分子机制（图中用紫色表示），其可以对 进入的钙离子发生反应并触发囊泡融合，从而解释了囊泡 输运机制中时间的精确性是如何达成的，以及其所携带的
Tyr-X-X-Φ
（2）信号识别颗粒（SRP）
• 由6 种不同的蛋白质和一个由300 个核苷酸组成 的 7S RNA 结合组成的一种核糖核蛋白复合体
信号识别颗粒的受体
信号识别颗粒
分泌性蛋白N端序列为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，在蛋白合 成结束之前信号肽被切除。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒 的受体（停泊蛋白）等因子协助完成这一过程。
第一节 细胞内蛋白质的分选
真核细胞中绝大多数蛋白质都是由核基 因编码，在游离核糖体上起始合成
一、信号假说与蛋白质分选信号
1999 年诺贝尔生理 学或医学奖
发现蛋白质由内部信号决定 其在细胞内的转移和定位
1. 信号假说
1975年Blobel和sabatini等提出了信号假说（signal hypothesis）， 即分泌性蛋白N端作为序列信号肽（signal sequence或signal peptide），指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白合成结束 前信号肽被切除。信号识别颗粒(SRP)和内质网膜上的信号识别 颗粒的受体（停泊蛋白,DP）等因子协助完成这一过程。
-Ser-Lys-Leu-COO-
+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-IleLeu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-CysGlu-Val-Phe-Gln-
-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）
蛋白质翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系
• 体外非细胞系统（cell free system）进行蛋白质合成实验，证实 分泌性蛋白向rER（微粒体）腔内的转运是同蛋白质翻译过程偶 联进行的，这种分泌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 （cotranslational translocation）
研究背景
生物体内细胞的正常运转有赖于让合适的分子 在合适的时间抵达合适的位置。一部分分子，如胰 岛素，需要被转运出细胞之外，而其他分子则需要 在细胞内部进行运输。细胞内部产生的分子被包裹 于囊泡之中（图中蓝色表示），但是这些囊泡具体 是如何达成这种精准的运输的？这一点一直没有被 理解。
具体发现
Randy W. Schekman发现基因控制下的蛋白质在这种囊 泡运输机制中起到重要作用。正如这里的图上所展示的那 样，通过对比正常母菌细胞（左）和转运机制缺陷的细 胞（右），他成功识别出操控这一转运过程的基因。
信号肽的一级结构序列
蛋白质N-端的信号肽
信号肽（signal peptide）：引导新合成的肽链转移到内质 网上合成的信号序列称为信号肽，位于新合成肽链的N端，一 般16-26个氨基酸残基，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极 性氨基酸，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端三部分。由于 信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移 序列（start transfer sequence）；信号肽没有严格的专一性。
• 2．共翻译转运途径：蛋白质在核糖体上开始合成后 不久，N-端的信号肽使核糖体附着于粗面内质网上继 续合成，多肽链穿过内质网膜。
插入内质网膜成为跨膜蛋白
游离于内质网腔 成为可溶性蛋白
留存内质网
再次运送到其它部位 如高尔基复合体
真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型
二、蛋白质分选转运的类型
• 1.蛋白质跨膜运输（transmembrane transport）： – 蛋白质通过跨膜通道进入目的地。
（3）分泌性蛋白的合成与其共翻译转运
分泌性蛋白的合成与其跨越内质网膜的共翻译转运图解 图示信号肽、SRP、DP 及移位子之间的相互作用
mRNA
AP
A
核糖体 信号肽
信号识别颗粒 (SRP)
tRNA
SRP受体
移位子
细胞质
内质网腔
27
信号假说
• 蛋白质的合成都是起始于细胞质基质中的核糖体，但是向细胞外分泌的蛋白等在合成开 始不久后便转在内质网上合成。G. Blobel和D. Sabatini等提出了信号假说（Signal hypothesis），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。
• 4.细胞质基质中蛋白的转运 – 与细胞骨架密切相关
第二节 细胞内膜泡运输