细胞生物学【4】
第六章 蛋白质分选与膜泡运输【重点】
第一节 细胞中蛋白质的分选
一、信号假说与蛋白质分选信号
指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成的决定性因素是由蛋白质N端的信号肽、信号识别颗粒（SRP）和内质网膜上信号识别颗粒受体（停泊蛋白，DP）共同协助完成的
信号肽位于蛋白质N端，包括疏水核心区、信号肽C端和N端三个部分构成。信号肽没有严格的专一性。
信号识别颗粒是一种核糖核蛋白复合体，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既可以与新生肽信号和核糖体大亚基结合，又可以和内质网膜上的SRP受体结合
信号识别颗粒受体是内质网膜上的整合蛋白，分为α和β亚基两个部分。可特异性地和信号识别颗粒结合，当α亚基被激活时，这将会增进SRP/新生肽/核糖体复合物与SRP受体结合程度
蛋白质首先在细胞质基质游离的核糖体上起始合成，之后，N端的内质网信号肽序列暴露出核糖体并与信号识别颗粒结合，导致肽链的合成暂时停止【防止新生肽N端损伤和成熟前折叠】，直至信号识别颗粒与内置网上SRP受体相结合。核糖体-新生肽复合物与内质网膜的移位子结合，信号识别颗粒脱离了信号序列和核糖体，返回细胞质基质重复使用，肽链又开始延伸。以环化构象存在的信号肽与移位子组分结合并使孔道打开，信号肽穿入内质网膜并以袢环的形式进入内质网腔中。与此同时，腔面上的信号肽酶切除信号肽并快速的使之降解。肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成
引导新生肽链穿过内质网膜移位子的信号肽可以视为开始转移序列。肽链中还可能存在某些内在序列与内质网膜有很强的亲和力从而使之结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中，称之为内在停止转移锚定序列（STA）和内在信号锚定序列（SA）
线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白以及过氧化物酶体中的蛋白也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中的，称之为导肽。这种转运方式的特征是蛋白质在细胞质基质中合成之后在转移到这些细胞器中，即后翻译转运，这种转运方式除了要消耗能量在折叠上面，还需要一些分子伴侣的帮助以帮助蛋白正确折叠
二、蛋白质分选转运的基本途径和类型
核基因编码的蛋白质分选途径大体可以分为2条：
（1）后翻译转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成再转运到膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。【还有一些后翻译转运途径是由结合ATP的分子伴侣Bip蛋白与魔怔和蛋白Sec63复合物相互作用，以水解ATP提供动力驱动后翻译转录途径】
（2）共翻译转运途径：蛋白质在游离的核糖体上起始之后，由信号肽及与其结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入内质网腔或者是定位在内质网上，经膜泡转运至高尔基体加工包装再进行分选
根据蛋白质分选的转运方式或机制不同，又可以将蛋白质转运分为4类
（1）蛋白质的跨膜转运：主要指的是共翻译转运途径中，在细胞质基质中起始合成的蛋白质，在信号肽-SRP介导下转移到内质网，然后边合成边转运或进入内质网腔或插入内质网膜
（2）膜泡运输
（3）选择性门控转运：通过核孔复合体在核-质之间选择性地完成核输入或输出
（4）细胞质基质中蛋白质的转运：与细胞骨架有关
三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的分选
（一）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体
（1）蛋白质从细胞质基质输入到线粒体基质：在游离核糖体上合成前体蛋白，与胞质蛋白分子伴侣Hsp70结合，并使之保持未折叠或者是部分折叠的状态，其N端有基质靶向序列，前体蛋白与内外膜接触点附近的输入受体（Tom20/22）结合，被转运进入输入孔，输入蛋白进而通过内外膜接触点的输入通道（外膜为Tom40，内膜为Tim23/17）线粒体基质分子伴侣Hsp70与输入蛋白结合并水解ATP以驱动基质蛋白的输入。输入的基质蛋白的基质靶向序列在基质蛋白酶的作用下被切除，同时Hsp70也从新输入的基质蛋白上释放出来
（2）蛋白质以三种途径从细胞质基质输入到线粒体内膜：第一种和第二种输入线粒体蛋白其N端都有机制靶向序列，在线粒体外膜都有利用Tom40为输入孔道，外膜上Tom20/22作为识别N端基质靶向序列的输入受体，内膜转运蛋白都是Tim23/17。但通过第二种途径输入的内膜蛋白不但N端具有基质靶向序列，还具有内在的疏水结构域，前者引导前体蛋白进入线粒体基质，后者可被内膜蛋白Oxa1所识别，Oxa1是一种与细菌中涉及内膜蛋白插入的相关蛋白，由线粒体基因组编码，在线粒体基质的核糖体中合成，所以在第二种途径中，蛋白被切割之后将会装配到线粒体内膜上。第三种途径，输入的内膜蛋白是多次跨膜蛋白，缺少N端基质靶向序列，含有Tom20/22输入受体识别的多个内在靶向序列。此外Tim9/10在途径三中起分子伴侣的作用，协助输入蛋白在外膜与内膜通道之间的转运
（3）线粒体蛋白通过两条途径从细胞质基质输入到线粒体内膜间隙：第一种途径是从细胞质基质输入到线粒体基质的主要途径，转运过程和内膜蛋白的第一种途径类似，但不同的主要是蛋白质内在靶向序列定位在膜间隙，并且在转运过程中被内膜上蛋白酶于膜间隙一侧切割，然后释放的蛋白质折叠。第二种途径转运的蛋白通过外膜Tom40输入孔直接进入膜间隙
（二）叶绿体基质蛋白于类囊体蛋白的靶向输入【略】
（三）过氧化物酶体蛋白的分选【略】
第二节 细胞内膜泡运输
一、膜泡运输概观
高尔基体起中枢作用（高尔基体聚集在微观组织中心（MTOC）
细胞内膜泡运输需要多种转运膜泡参与，目前发现有三种：COPⅠ包被膜泡、COPⅡ包被膜泡和网格蛋白/接头蛋白包被膜泡
二、COPⅡ包被膜泡的装配和运输
COPⅡ包被膜泡介导细胞内的顺向转运，即从内质网到高尔基体的物质运输
三、COPⅠ包被膜泡的装配和运输
COPⅠ包被膜泡介导细胞内的逆向转运，即从高尔基体到内质网的物质运输，是内质网回收错误分选的逃逸蛋白的重要途径
四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输【略】
五、转运膜泡与靶膜的锚定和融合
有一种GTP结合蛋白的参与，即Rab蛋白，被激活后，与Rab效应器相互作用，从而使转运膜泡固定在适当的靶膜上
六、细胞结构体系的组装【略】
