●1960s ,George Palade 示踪技术研究培 养细胞的蛋白合成分泌过程 ●Redman和Sabatini用分离的RER小泡 研究膜结合核糖体合成的蛋白质去向 ●1971年美国洛克菲勒大学的Blobel等提 出了信号序列(signal sequence)的概念。
同位素示踪实验
A.无微粒体
蛋白质定位细胞器的运输方式
◆核孔运输

◆跨膜运输
◆小泡运输
信号序列
◆ 决定蛋白质的正确运输方向，通
常为 15-80 个氨基酸，位于新生
肽的N端。 ◆信号序列指导蛋白质运输和定位 对蛋白质没有特异性。 ●不同细胞器具有不同的定位信号 ▲入核信号 ▲引导肽 ▲信号肽
信号序列 在蛋白质定位中的作用
◆蛋白质的两种运输方式
●翻译后转运(post-tranlational translocation)
在游离核糖体上进行蛋白质合成，完成后转运到胞质 溶胶、核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。
●共翻译转运(co-translational translocation)
在游离核糖体开始蛋白质合成，中止并转运到内质网
上形成膜旁核糖体继续合成，最终转运至内质网、
B.加微粒体
无微粒体体系合成蛋白
蛋白质入RER实验
◆信号肽的证实
G.Blobel 等用核糖体、微粒体无细胞 蛋白合成体系进行离体实验证实了 信号肽的存在:
●RER小泡对产物的影响 ●蛋白水解酶实验 ●多聚核糖体的离体翻译
R E R 小 泡 实 验
蛋 白 水 解 酶 水 解 实 验
多聚核糖体离体 翻译实验
◆对策:细胞内部结构区域化
◆途径：
●细胞质膜内陷途径
●内共生途径
真核细胞的进化
内膜系统的生物学意义
特定的功能区域和微环境 ●合理使用资源、分工明确 ●集团化管理 ●提高工作效率 动态性质 ●保证了膜结构的一致性 ●使细胞“青春常在” ●特殊酶类的安全性 表面积/体积提高 ●提高了反应效率
9.2 蛋白质分选和内质网
H2O的光解 NADP+ 类囊体/基质 CF0-CF1 ATP合酶 3个
2
信号合成？
线粒体蛋 白定位？
3
CHAPTER 9
内膜系统与蛋白质 分选和膜运输
OUTLINE
9.1 核糖体和蛋白质合成 9.2 内膜系统简介 9.2 内质网和蛋白质分选 9.3 高尔基体和蛋白质加工 9.4 溶酶体 9.5 细胞分泌与内吞作用 9.6 小泡运输的分子机制
◆蛋白质转运通道——易位子( translocon)
●易位子是分泌蛋白质的跨膜通道，高5～6 nm，
直径为 8.5 nm, 中央孔径为 2 nm
●哺乳动物细胞中有三种类型的Sec61, 即α、β和γ ●Sec61α有10个跨膜α螺旋
补 充 的 信 号 假 说
1. ER蛋白质在游离核糖体起始合成； 2. 信号肽与SRP结合，蛋白合成中止； 3. SRP和DP介导核糖体附着到ER上； 4. SRP释放，蛋白质转运通道的打开； 5. 信号肽引导蛋白质进入ER，合成重新开始； 6. 信号肽酶切除信号肽； 7. 蛋白质合成结束。
6
核糖体的化学组成
7
核糖体的装配
核糖体是一种自我组装的结构。 原核生物核糖体亚基的装配在细胞质；真核
生物核糖体亚基的装配地点在细胞核核仁部位。
rRNA和蛋白质的装配关系:
组成核糖体的蛋白质和 rRNA 在大小亚基中 均有一定的空间排布和先后顺序。
8
核糖体的合成与装配
核仁 细胞核 细胞质
9
核糖体的功能——蛋白质合成
体外实验证明SRP和DP的作用
跨膜信号与膜蛋白的定向
◆单次跨膜蛋白
●起始转移信号(start transfer signal)
可切割的信号序列 (N-端) ●内部信号序列(internal signal sequence) 不可切割 ●终止转移序列(stop transfer sequence)
具有膜结构的细胞器，细胞核、线粒体、叶绿体、
过氧化物酶体、内膜系统
◆内膜系统(endomembrane system)
指内质网、高尔基体、溶酶体、液泡和细胞核5
类膜结合细胞器，它们的膜是相互流动的，处
于动态平衡，功能上也相互协同。
内膜系统
内膜系统的种类和功能
细胞核：产生mRNA 内质网：蛋白质合成 高尔基体：蛋白质加工 溶酶体：蛋白质分解 分泌泡和内体：与质膜关联，参与分泌和内吞
高尔基体、溶酶体、分泌蛋白和膜蛋白。
26
核糖 体蛋 白质 翻译 后的 运输 方式
27
线粒体和叶绿体前导肽介导的蛋白转运
●前导肽通常长约 20-80 个氨基酸，通常带 正电荷的碱性氨基酸 (特别是精氨酸和赖氨 酸)含量较为丰富; ●有形成两性(既亲水又疏水)α螺旋的倾向。 ●需要受体、从接触点进入、解折叠、能量、 需要转运肽酶、需要分子伴侣。 ●不同的前导肽没有序列同源性。
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信号肽的特性
◆序列特征
15-35个氨基酸残基，1个或多个带正电氨
基酸，其中含有4-12个疏水残基。
◆信号序列无特异性:
◆位置: ●N-端信号肽 ●内部信号肽
早期信号假说(signal hypothesis)
1975年，Blobel等正式提出了信号假说: ◆合成始于游离核糖体;
◆N端信号序列靠自由碰撞与内质网膜接触，然 后靠N端信号序列的疏水区插入内质网的膜;
核酶
具有催化活性的
RNA。与蛋白质 酶相比，核酶的
催化效率较低，
是一种较为原始 的催化酶。
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反义RNA
◆反义RNA：是指与mRNA互补的RNA分子。 可控制mRNA的翻译，一种基因表达调控方式。
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9.2 内膜系统
内膜系统与膜结合细胞器
◆膜结合细胞器(membrane-bounded organelles)
◆二次与多次跨膜蛋白 多次跨膜有多次跨膜信号与多个终止 信号。蛋白跨膜的次数是由其内部信号 序列和终止转移信号序列的数目决定的。
多个起始与终止跨膜信号
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线粒体基质蛋白转运
（单个前导肽）
29
线粒体内/外膜蛋白的转运
（单个前导肽，停止转运序列）
与Tim（内膜转运酶）结合就成为内膜蛋白 与Tom（外膜转运酶）结合就成为外膜蛋白
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线粒体膜间隙蛋白的转运
（单个前导肽，停止转运序列）
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糙面内质网的功能 --信号肽与蛋白质运输
信号序列(signal sequence) ◆研究过程
叶绿体与线粒体结构和功能的比较
结构区室的差别 功能 氧化磷酸化和光合磷酸化
ATP合成酶
电子传递链
氧化磷酸化
光合磷酸化
细胞器部位
电子供体 电子受体 H+质子浓度差 偶联因子 产生1个ATP 需要的H+
线粒体内膜
NADH或FADH2 ½ O2 膜间间隙/基质 F0-F1 ATP合酶 2个
类囊体膜
●一条300bp的7S RNA (scRNA)。
●六条多肽
信号肽识别结合位点
◆三个功能域:
▲翻译暂停结构域 ▲信号肽识别结合位点 ▲SRP受体蛋白结合位点
SRP受体蛋白结合位点 翻译暂停结构域
◆停靠蛋白（Docking protein, DP）
●是SRP在内质网膜上的受体蛋白
●两个亚基:亲水的α亚基, 疏水的β亚基
◆蛋白质继续合成，以袢环形式穿过内质网的膜; ◆蛋白的存在方式:
？
？
●若是分泌蛋白，信号肽被信号肽酶切除， 其余完全进入腔； ●若是膜蛋白，停止转移信号锚定在膜上。
信号假说的补充 ——信号识别颗粒与停靠蛋白
◆信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP） ●SRP 核糖核蛋白复合体。
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内膜系统的动态性质
◆独立性 ●内膜封闭的区室 ●执行独立的功能 ◆动态性质(穿梭小泡)
●Biosynthetic pathway
●Secretory pathway ●Endocytic pathway
膜结合细胞器的进化
◆起因∶
●遗传信息的扩大 ●体积的增大 ●表面积与体积比值失调 ●物质代谢速度受限
9.1 核糖体和蛋白质合成
◆核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒是
细胞内合成蛋白质的细胞器。
◆核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA), 占60%,
蛋白质(r蛋白质), 占40%。
真核细胞由60S大亚基和40S小亚基组成；
原核细胞由50S大亚基和30S小亚基组成；
细胞质中的核糖体有两种存在状态∶ ●游离核糖体(free ribosome)； ●膜旁核糖体(membranous ribosomes)。
A位点：氨酰tRNA结合位点；
P位点：肽酰tRNA结合位点；
E位点：脱氨酰tRNA结合位点；
mRNA结合位点：SD序列。
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多聚核糖体
在蛋白质合成过程 中，同一条mRNA
分子能够同多个核
糖体结合，同时合 成若干条蛋白质多 肽链。
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蛋白质的寿命和蛋白质降解
N端规则 蛋白酶体对蛋白质的降解
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