第六章 细胞内功能区隔 与蛋白质分选
2023年高中生物竞赛课件：细胞内蛋白质的分选
新生肽链跨膜取向
新生跨膜蛋白的肽链中没 有N端信号肽，只有内部 信号序列(internal signal sequence)。内部信号序列 的转位方向主要取决于其 侧翼氨基酸残基电荷的分 布。一般而言，带正电荷 的氨基酸残基一侧朝向细 胞质基质一侧
一、信号假说与蛋白质分选信号
Ⅳ型：G蛋白偶联受体、葡 萄糖转运蛋白、电压门 Ca2+通道、CFTR(Cl-)通道
图6-4 内质网膜整合蛋白的拓扑学类型
一、信号假说与蛋白质分选信号
(五)ER膜整合蛋白的信号序列
ER单次跨膜 新生跨膜蛋白肽链中既有N端信号肽，又 蛋白的合成 有停止转移信号
一、信号假说与蛋白质分选信号
(五)ER膜整合蛋白的信号序列
一、信号假说与蛋白质分选信号
（四）分泌性蛋白的合成与共翻译转运过程
1、分泌性蛋白在游离核糖体上起始合成 2、多肽链延伸至80个氨基酸残基时，N端内质网信号序列暴露，与 SRP结合，肽链延伸暂停，防止新生肽链N端损伤和成熟前折叠
一、信号假说与蛋白质分选信号
（四）分泌性蛋白的合成与共翻译转运过程
3、SRP与ER膜上SRP受体结合，核 糖体新生肽复合物附着到ER膜，两 分子GTP分别与SRP-p54亚基和SRP 受体α亚基结合，相互作用加强
5、腔面信号肽酶切除信号肽并使之快速降解 6-8、肽链继续延伸，并在ER腔内折叠，移位子关闭
一、信号假说与蛋白质分选信号
（四）分泌性蛋白的合成与共翻译转运过程
一、信号假说与蛋白质分选信号
（五）ER膜整合蛋白的信号序列
➢ 开始转移序列(start transfer sequence) 作为内质网的信号序列，指导新合成的多肽向内
《蛋白质的分选》课件
利用细胞生物学技术，如荧光标记、免疫荧光染色等，观察蛋白质在细胞内的定位和动 态变化，揭示蛋白质分选的细胞生物学过程。
蛋白质分选的潜在治疗策略
靶向治疗
针对异常表达的蛋白质或蛋白质分选相关基 因进行靶向治疗，以纠正异常的蛋白质分选 过程，治疗相关疾病。
基因治疗
通过基因工程技术，对相关基因进行修饰或敲除， 以改变蛋白质的表达和分选，达到治疗目的。
膜泡运输
01
指蛋白质在细胞质基质中形成膜泡，然后通过胞吐作用将膜泡
释放到细胞外或细胞内的其他部位。
膜泡运输的类型
02
包括内吞作用、外排作用和胞饮作用等，每种类型都有其特定
的运输途径和作用。
膜泡运输的机制
03
涉及多种蛋白质和细胞器的协同作用，如网格蛋白、细胞骨架
和溶酶体等。
蛋白质的细胞质运输途径
细胞质运输
针对蛋白质分选过程的治疗策略可能 对癌症治疗具有重要意义。
蛋白质分选与神经退行性疾病的关系
神经退行性疾病是指神经元或 神经胶质细胞逐渐退化并导致 功能障碍的一类疾病，如帕金
森病、阿尔茨海默病等。
某些神经退行性疾病可能与蛋 白质聚集物的形成有关，这些 聚集物可能干扰蛋白质的正常 分选和功能。
蛋白质分选异常可能导致神经 元死亡和神经退行性疾病的发
3
临床应用转化
将蛋白质分选的研究成果转化为临床应用，开发 新的治疗策略和方法，为疾病治疗提供更多选择 。
THANKS
THANK YOU FOR YOUR WATCHING
05
蛋白质分选的研究前景与展望
蛋白质分选的研究方法与技术
蛋白质组学技术
利用蛋白质组学技术，如质谱分析、蛋白质免疫印迹等，对蛋白质进行定性和定量分析 ，深入了解蛋白质分选的机制和过程。
细胞生物学作业题
第二章1．显微分辨率（microscopic resolution）---在必然条件下利用显微镜所能看到的精细程度。
3．双向凝胶电泳（two-dimensional electrophoresis）---依照分子质量及等电点的不同将复杂的蛋白质混合物分开。
这种高分辨率的技术能够分离同一混合物中的上千种蛋白质。
2．简述冷冻蚀刻术的原理和方式。
冷冻蚀刻（freeze－etching）技术是在冷冻断裂技术的基础上进展起来的更复杂的复型技术。
若是将冷冻断裂的样品的温度略微升高，让样品中的冰在真空中升华，而在表面上浮雕出细胞膜的超微结构。
当大量的冰升华以后，对浮雕表面进行铂一碳复型，并在侵蚀性溶液中除去生物材料，复型经重蒸水多次清洗后，捞在载网上作电镜观看。
5．比较差速离心和密度梯度离心。
都是利用离心力对细胞匀浆悬浮物中的颗粒进行分离的技术。
差速离心通经常使用于分离细胞器和较大的细胞碎片，分离的对象都比介质密度大。
密度梯度离心也可分离较大颗粒和细胞器，但更多用于分离小颗粒和大分子物质。
介质形成一个密度梯度，所分离的物质密度小于介质底物的密度。
6．在进行细胞组分的分离时，实验方案设计的一样原那么是什么？依照所分离的物质具有必然的体积和密度，通过离心力场的作用加以分离，依照这两个因素可设计速度离心、等密度离心(蔗糖CsCl)。
第三章1．模板组装（template assembly）-----指由模板指导，在一系列酶的作用下，合成新的、与模板完全相同的分子。
这是细胞内一种极为重要的组装方式，DNA和RNA的分子组装就属于此类。
2．酶效应组装（enzumatic assembly）---相同的单体分子在不同的酶系作用下，生成不同的产物。
3．自体组装（self assembly）---生物大分子借助本身的力量自行装配成高级结构，现代的概念应明白得为不需要模板和酶系的催化，以别于模板组装和酶效应组装。
4．细胞社会学（cell sociology）---细胞社会学是从系统论的观点动身，研究细胞整体个细胞群体中细胞间的社会行为（包括细胞间识别、通信、集合和彼此作用等），和整体和细胞群对细胞的生长、分化和死亡等活动的调剂操纵。
细胞质功能区隔与蛋白质分选精品课件
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The receptor-mediated endocytosis of LDL
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LDL Endocytosis
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• 受体回收途径： • ①大部分返回原来的质膜结构域，如LDL受体； • ②有些进入溶酶体被消化，如EGF的受体，称为受
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Selective transport by clathrin coated vesicles
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• 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。
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质网或高尔基体中被包装成衣被小泡，选择性地
运输到靶细胞器。
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8
第二节 胞内膜泡运输
• 内膜系统之间的物质传递常通过膜泡运输进行。
• 多数运输小泡在膜的特定区域以出芽的方式产生。 表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被
（coat）。衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合
之前解体。
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• 衣被小泡在细胞内沿微管或微丝运输。 • 与膜泡运输有关的马达蛋白有3类，在这些马达蛋
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Rabs in docking
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四、受体介导的内吞
• 批量内吞（Bulk-phase endocytosis）：非特异性的 摄入细胞外物质，穴样内陷（caveolae）是发生批 量内吞的部位。
chapter6 内膜系统
4. 肝细胞的脱毒作用 肝细胞sER上的混合功能氧化酶氧化有毒物质，使 有毒物质由脂溶性变为水溶性、容易被排除体外。细胞 色素P450是核心成员。
5. 肌肉收缩（肌质网） 肌质网是肌肉细胞内特化的sER，是肌肉细胞的钙
库。通过膜上Ca2＋- ATP泵释放和回收Ca2+ ，引起肌 肉收缩和舒张。
32
1) 蛋白质N-连接糖基化(N-Glycosylation)
N-连接糖基化是把特定组成和结构的寡聚糖加连到蛋白质 特定天冬酰胺的氨基（NH-）上。 典型的寡聚糖由2个N-乙酰葡糖胺，9个甘露糖和3个葡萄 糖组成，以第一个N-乙酰葡糖胺连在天冬酰胺的氨基上33 。
糖基化伴随着多肽合成同时进行。在内质网腔面，寡糖链 连接在膜脂的多萜醇上，当与糖基化有关的天冬氨酸出现 后，膜上的转糖酶把寡聚糖转移到天冬氨酸残基上。 34
b. 翻译后转运：在细胞质中游离的核糖体上合成完毕 后，在从胞质向目的地转运。如，线粒体、叶绿体蛋 白的合成和输入。
21
1) 分泌蛋白 rER上核糖体 2) 质膜的整合蛋白
3) 内膜系统的蛋白
22
2) 膜整合蛋白的合成
跨膜蛋白的合成涉及其自身的两种aa序列：
� 开始转移序列（start transfer signal
Note：不要与Internal membrane相混！
5
第一节 内质网 (endoplasmic reticulum, ER)
K.R.Porter等1945年 首次在培养的小鼠成纤 维细胞中发现，因总体 上呈网状结构且分布在 胞质的内质部分，所以 命名为ER。
6
内质网结构形态特征
内质网是胞质内由单层生物
细胞内蛋白质的分选
信号肽酶的作用与机制
信号肽酶的识别与
切割
信号肽酶识别信号肽并将其从蛋 白质上切割下来，使蛋白质成为 成熟形式。
信号肽酶的作用机
制
信号肽酶通过其活性中心与信号 肽结合，并进行切割。切割后， 信号肽被释放，而蛋白质则继续 在内质网中进行加工和转运。
信号肽酶的种类与
特性
不同种类的信号肽酶具有不同的 底物特异性和切割效率，从而确 保细胞内蛋白质的正确分选和转 运。
神经系统疾病
如阿尔茨海默病、帕金森病等，由于蛋白质在神 经元内的异常分选和聚集，导致神经元功能受损。
心血管疾病
如动脉粥样硬化、心肌病等，与脂蛋白代谢和分 选异常有关，导致脂质在血管壁或心肌细胞内沉 积。
肿瘤
肿瘤细胞中蛋白质分选异常可导致癌蛋白的异常 定位和激活，促进肿瘤的发生和发展。
蛋白质分选异常的ห้องสมุดไป่ตู้疗策略
发展高灵敏度、高特异性的蛋白质检测技术
提高蛋白质检测的准确性和可靠性，为疾病诊断和药物研发提供有力 支持。
探索蛋白质分选在疾病诊断和治疗中的应用
利用蛋白质分选技术，发现疾病特异的蛋白质标志物，开发新的诊断 方法和治疗策略。
推动多学科交叉融合
加强生物学、医学、化学、物理学等多学科的交叉合作，共同推动蛋 白质分选研究的发展和应用。
05
蛋白质分选的异常与疾病关系
蛋白质分选异常的原因与机制
基因突变
导致蛋白质结构异常，影响其分选信号或分选机器的 识别。
细胞内环境紊乱
如pH值改变、氧化还原状态失衡等，影响蛋白质的 分选过程。
分选机器故障
如转运蛋白、分子伴侣等的功能异常，导致蛋白质无 法正常分选。
蛋白质分选异常与疾病的关系
细胞生物学复习资料
细胞生物学复习资料某些亲水分子或离子在通道间的流动沟通信息。
8．细胞外被---也称为细胞被，是细胞质膜中糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂的寡聚糖链向外伸展，交织而成的一种绒毛状结构。
9．受体酪氨酸激酶---使酪氨酸磷酸化的膜受体类。
10．表面受体---位于细胞质膜上的受体称为表面受体。
11．细胞内受体---位于胞质溶胶、核基质中的受体称为细胞内受体。
12．表皮生长因子---表皮生长因子是一种小肽，53个氨基酸残基组成，与应答细胞表面的特异受体结合，一旦结合，变促进受体二聚化并使细胞质位点磷酸化。
13．GTP结合蛋白--- 包含两大类G蛋白，一类是与7次跨膜结构域超家族受体结合的异三聚体G蛋白，参与信号转导；另一类是小的胞质G蛋白。
二、简答题1．比较黏着斑和带连接的结构组成和功能。
粘着斑连接位于上皮细胞紧密连接的下方，依借粘着蛋白与肌动蛋白相互作用，将两个细胞连起来。
根本区别是：1）带是细胞与细胞之间的粘着连接；斑是细胞与细胞外基质进行连接。
2)参与带连接的膜整合蛋白是钙粘着蛋白，而参与斑连接的是整联蛋白，带是两细胞膜上的钙粘着蛋白之间连接。
斑是整联蛋白与胞外基质中的纤连蛋白连接。
因整联蛋白是纤连蛋白的受体，所以是受体与配体的结合所介导的。
2．比较黏着斑和半桥粒。
粘着斑和半桥粒这两种细胞粘着结构在不同的基膜上形成，粘着斑在体外将细胞结合在人工基膜上，而半桥粒在体内将细胞结合在基膜上。
结构上的差异是粘着斑与细胞内肌动蛋白纤维相关联，而半桥粒与细胞内的角蛋白纤维相关联。
3．说明间隙连接的结构特点和作用。
间隙连接存在于大多数动物组织。
在连接处相邻细胞间有2～4nm的缝隙，而且连接区域比紧密连接大得多，最大直径可达μm。
在间隙与两层质膜中有大量蛋白质颗粒，是构成间隙连接的基本单位，称连接子，6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成，直径8nm，中心形成一个直径约的孔道。
通过向细胞内注射分子量不同的染料，证明间隙连接的通道可以允许分子量小于的分子通过。
细胞内膜系统与蛋白质分选
返回内质网 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO-
蛋白质分选运输机制
门控运输（gated transport） 跨膜运输（transmembrane transport） 膜泡运输（vesicular transport）
蛋白质分选运输机制
蛋白质分选运输机制——膜泡运输——信号肽假说
G. Blobel 等 1 9 7 5 年 提 出 了 信 号 假 说 ( Signal hypothesis)，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转 至内质网上合成，因此获1999年诺贝尔生理医学奖。
输入过氧化 物酶体
-Ser-Lys-Leu-COO-
输入内质网 +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-AlaThr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-
Prelysozyme
Amino Acid Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-
Phe-Ile-Ser-Gly-Ser-Ala-Phe-Ser↓Arg．．．
Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-PheGly-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly-
蛋白质合成的区域化——膜泡运输——信号肽假说
SRP受体（SPR receptor）:内质网膜的整合蛋白，异二聚体， 可与SRP特异结合。
转位因子（translocator，translocon），由3-4个Sec 61蛋白 构成的通道，每个Sec61由3条肽链组成。
蛋白质合成的区域化——膜泡运输——信号肽假说
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输入质体
输入过氧化 物酶体 输
• 1 、门控运输（ gated transport ）：如通过核孔复 合体的运输。 • 2、跨膜运输（ transmembrane transport ）：蛋白 质通过跨膜通道进入目的细胞器。 • 3、膜泡运输（vesicular transport）：蛋白质在内 质网或高尔基体中被包装成衣被小泡，选择性地 运输到靶细胞器。
– 动力蛋白（dynein），趋向微管负端； – 驱动蛋白（kinesin），趋向微管正端； – 肌球蛋白（myosin），趋向微丝的正极。
一、衣被类型
• 已知三类：
1. 笼形蛋白（clathrin） 2. COPI 3. COPII
•
主要作用：
1. 选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡； 2. 如同模具一样决定运输小泡的外部特征。
一、蛋白质分选信号
• ①信号序列（signal sequence）：引导蛋白质定向 转移的线性序列，通常 15‐60 个氨基酸残基，对所 引导的蛋白质没有特异性要求。 • ②信号斑（signal patch）：存在于完成折叠的蛋白 质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折 叠在一起构成蛋白质分选的信号。
第二节 胞内膜泡运输
• 内膜系统之间的物质传递常通过膜泡运输进行。 • 多数运输小泡在膜的特定区域以出芽的方式产生。 表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被 （ coat ）。衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合 之前解体。
• 衣被小泡在细胞内沿微管或微丝运输。 • 与膜泡运输有关的马达蛋白有3类，在这些马达蛋 白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。
signal sequence and signal patch
一些典型的分选信号
功能 输入细胞核 输出细胞核 输入线粒体 信号序列 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-IleH3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg -Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-LeuH3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-LeuSer-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu-Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-LeuSer-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-Ser-Lys-Leu-COOH3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-AlaThr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-Lys-Asp-Glu-Leu-COO+ + +
三种衣被小泡的功能
衣被类型 GTP酶 组成与衔接蛋白 clathrin ARF Clathrin重链与轻链，AP2 Clathrin重链与轻链，AP1 Clathrin重链与轻链，AP3 COP I COP II ARF Sar 1 COPαββ’γδεζ Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16 运输方向 质膜→内体 高尔基体→内体 高尔基体→溶酶体， 植物液泡 高尔基体→内质网 内质网→高尔基体
第一节 蛋白质分选的基本原理
• 细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定 向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：
– 其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signal sequence）。 – 其 二 是 细 胞 器 上 具 特 定 的 信 号 识 别 装 置 （ 分 选 受 体 ， sorting receptor）。
COP I Vesicles
Cop I and II Vesicles
Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）
（三）COPⅡ衣被小泡
• 介导内质网到高尔基体的物质运输。形成于内质 网出口位点，该处无核糖体。 • 主要亚基：Sar1GTP、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31。 • 多数跨膜蛋白直接与COP II结合，少数跨膜蛋白和 多数可溶性蛋白通过受体与COP II结合。 • 分选信号：位于跨膜蛋白胞质面，形式多样，常 包含双酸性基序[DE]X[DE] ，如Asp‐X‐Glu。
第六章 细胞内功能区隔 与蛋白质分选
INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING
第一节 蛋白质分选的基本原理 第二节 膜泡运输 第三节 内质网 第四节 高尔基体 第五节 溶酶体与过氧化物酶体
• 定义：结构、功能和发生上相关的内膜形成的细 胞结构称为细胞内膜系统。 • 功能：区隔化；增加表面积。 • 系统发生上内膜起源于质膜的内陷和内共生。 • 个体发生上内膜来源于原有内膜系统的分裂，具 有epigenetic的特性。
Selective transport by clathrin coated vesicles
• 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。 • 组成：由7种蛋白组成。 • 回收信号：Lys‐Asp‐Glu‐Leu（KDEL）。
（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。 • 衔接蛋白：连接衣被与受体。
Clathrin coated vesicles
Deep-etch view of a typical clathrin lattice