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信号肽与起始跨膜序列
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内部信号序列
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内部信号序列
不位于N-末端，但具信号序列的作用 可作为蛋白质共翻译转移的信号被SRP识别，同时它也 是起始转移信号。 是不可切除的，又是疏水性， 是膜蛋白的一部分，如 果共翻译转运蛋白质中只有一个内含信号序列，那么合 成的蛋白就是单次跨膜蛋白
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单次跨膜蛋白的定向I
在内质网合成的蛋白和 脂通过分泌活动进入分泌小 泡运送到工作部位(包括细胞 外);细胞通过内吞途径将细 胞外的物质送到溶酶体降解。
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内膜系统的进化
◆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
◆对策:细胞内部结构区域化 ◆途径：
●内共生途径 ●细胞质膜内陷途径。
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◆细胞中蛋白质的运输有两种方式: ●共翻译运输和翻译后运输
◆内膜系统参与共翻译运输，是分泌 蛋白质分选的主要系统。
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细胞质中蛋白质合成和空间定位
细胞中各部位(包括细胞质)中 的蛋白质都是来自胞质溶胶，
内质网以上的细胞器，包括 细胞核、线粒体、过氧化物酶 体和质体所需蛋白是由胞质溶 胶直接运送的。
将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基体。
●有两个面
内质网的外表面称为胞质溶胶面(cytosolic space)， 内表面称为潴泡面(cisternal space)
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内质网与核膜的关系
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◆特殊类型的内质网
●微粒体(microsome)
在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内 质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构，
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● 膜结合细胞器的功能
• 细胞核 基因组存在场所，DNA和RNA的合成地 • 内质网 大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地 • 高尔基体 蛋白质和脂的修饰、分选和包装 • 溶酶体 细胞内的降解作用 • 内体 内吞物质的分选 • 线粒体 通过氧化磷酸化合成ATP • 叶绿体 进行光合作用 • 过氧化物酶体 毒性分子的氧化
• 多呈大的扁平膜囊状， 在电镜下观察排列整齐。 • 是核糖体和内质网共同构成 • 主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶
蛋白
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●光面内质网 (smooth endoplasmic reticulum， SER)
• 无核糖体附着的内质网， • 通常为小的膜管和小的膜囊状， • 是脂类合成的重要场所， 往往作为出芽的位点，
(c)细胞接触同位素3分钟后，置于无同位素的培养基中“跟踪”117分钟，
标记物主要出现在分泌泡中。
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■ 差速离心分离与功能分析 ● 微粒体(microsomes)分离
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突变体使用
通过对酵母突变体的研究， 揭示了小泡运输的过程
野生型是分泌正常的酵母，A、B、C、D、E是五类不同 的sec基因(secretory genes)突变，代表了蛋白质分泌的 五个过程。A:分泌蛋白不能进入内质网，B: 内质网出芽 缺陷，C:分泌小泡不能与高尔基体融合:D:高尔基体不能 形成分泌泡;E:分泌泡不能与质膜融合
成熟蛋白，切下的信号序列将被降解。
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SRP-DP识别的GDP-GTP交换循环
● 信号肽跨膜的能量来源
研究证明SRP受体和SRP都是G蛋白，它们不仅将合成蛋白质的核糖体引导 到内质网， 而且通过GTP-GDP的交换， 将内质网膜中的易位子(translocon) 通道打开， 让信号序列与之结合。GTP 水解作为信号序列转运的能量来源。
● 小泡运输： 蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从 高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞 外等则是由小泡介导的，这种小泡称为运输小泡。
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蛋白质分选定位的三种途径
核定位信号 信号肽或导肽
小泡介导
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信号序列
◆信号序列的作用：决定蛋白质的运输方向。 ◆信号序列特性：通常为15-60个氨基酸长度，位于新生肽的
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内膜结构特点与动态性质 ◆独立性
●内膜封闭的区室 ●执行独立的功能
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◆动态性质
● 合成途径 分泌性蛋白与脂的合成和加工 内质网 高尔基 体 ● 分泌途径 内质网上合成的蛋白质和脂 出芽小泡向外运输 ● 内吞途径 细胞外的物质吞进内体和溶酶体
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内膜系统的动态特性
内膜系统将细胞中的生 化合成、分泌和内吞作用连 接成动态的、相互作用的网 络。
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9.2.3 粗面内质网的功能
--信号肽与蛋白质运输
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蛋白质进入核糖体实验
RER微粒体 置于加有放射性标记氨基酸的蛋白 质合成体系中进行短暂温育， 然后加入嘌呤霉素，使蛋白质合成 提前中止并从核糖体中释放出不完全 的多肽。 从破裂的RER小泡中释放出来的物 质中有放射性标记的新合成的多肽
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道(protein-translocating channel) 。
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④ SRP释放与蛋白质转运通道的打开。
当SRP-信号序列-核糖体-mRNA复合物锚定到内质网膜后，SRP 受体将其结合的GTP水解同时将SRP释放出来，此时蛋白转运 通道打开，核糖体与通道结合，新生的肽插进通道。释放的 SRP又回到胞质溶胶中循环使用。
◆信号肽的证实
G.Blobel等用离体实验证实了信号肽的存在:
●RER对产物的影响 ●蛋白水解酶实验 ●多聚核糖体的离体翻译
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体外合成实验
加与不加RER小泡，产物不同 40
蛋白水解酶水解实验
• 体外翻译的无细胞系统中(含有RER小泡)合 成分泌蛋白，加入蛋白水解酶，并不能使新 生肽水解。
• 同时加入去垢剂，则能将蛋白质水解，
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细胞核、内质网、线粒体的进化
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9.1.2 蛋白质分选
蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地 运送到细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋白形 成了一个明确的地址签(address target)， 细胞通过 对蛋白质地址签的识别进行运送， 这就是蛋白质的 分选(protein sorting)。
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■ 膜蛋白的共翻译转运机理
在粗面内质网上合成的蛋白质有两类: 1. 分泌蛋白 2. 膜蛋白(较为复杂)
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蛋白质N端的信号序列
•作为信号被SRP识别外， 起始穿膜转移的作用。 • 在蛋白质共翻译转运过程中，信号序列的N-端始终 朝向内质网的外侧，插入蛋白质转运通道后与通道 内的信号序列结合位点(受体)结合，其后的肽序列是 以袢环的形式通过运输通道。
N端。对运输的蛋白质没有特异性，但不同的膜结合细胞器 具有不同的蛋白质定位信号序列。
◆信号序列的类型 ●核定位信号(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：指导内膜系统的蛋白质运输。 .
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信号序列 在蛋白质定位中的作用
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9.1.3 内膜系统的研究方法
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9.2 内质网
9.2.1 形态结构和化学组成 ◆形态结构
●由一层单位膜所形成的囊状、泡状和管状结构， 并形成一个连续的网膜系统;
●由于它靠近细胞质的内侧，故称为内质网 ; ●通常占细胞膜系统的一半。
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内 质 网 的 形 态 结 构
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●根据内质网上是否附有核糖体，将内质网分为 两类:粗面内质网和光面内质网。 粗面内质网(rough endoplasmic reticulum， RER)
内质网以下的各种细胞器， 包括内质网、高尔基体、溶酶 体、内体、分泌泡、细胞质膜 以及细胞外基质等所需的蛋白 质虽然起始于胞质溶胶，但要 经过内质网和高尔基体的中转。
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◆蛋白质定位的细胞内空间部位
●没有膜障碍的，如胞质溶胶，包括胞质溶胶 中的细胞骨架蛋白和各种酶及蛋白分子；
●有完全封闭的膜障碍，如线粒体、叶绿体、 内质网、高尔基体等；
●有膜障碍，但是膜上有孔，如细胞核。
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◆蛋白质分选定位的三种机制
● 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： 胞质溶胶中合成的蛋白质进入到内质网、 线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器，需要膜 上运输蛋白的帮助，被运输的蛋白要有信号肽或导 肽。
信号识别颗粒与停靠蛋白
◆信号识别颗粒(signal recognition partical， SRP)
◆三个功能域:
●信号肽识别结合位点 ●翻译暂停结构域 ●SRP受体蛋白结合位点
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◆停靠蛋白 (Docking protein， DP )
●是SRP在内质网膜上的受体蛋白 使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。 45
在体外实验中，具有蛋白质合成、蛋白质糖基化 和脂类合成等内质网的基本功能。
●肌质网(sarcoplasmic reticulum)
心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网，其功 能是参与肌肉收缩活动。
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◆内质网的化学组成
● 蛋白质与脂
磷 脂占50%-60%， 蛋白质约占20% ，与线粒体外 膜很相似 。
Chapter 9
内膜系统与蛋白质分选和膜运输
1
纲要
9.1 内膜系统概述 9.2 内质网 9.3 高尔基体 9.4 溶酶体 9.5 分泌与内吞 9.6 小泡运输的分子机制
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内膜系统
3
9.1 内膜系统概述
9.1.1 内膜系统与膜结合细胞器
◆膜结合细胞器 p340 (membrane-bounded organelles) ◆内膜系统
⑤信号序列与通道中受体结合。
蛋白质继续合成，随着SRP的释放，核糖体上的多肽插入到内质 网的蛋白通道之后，信号序列与通道中的受体(或称信号结合 蛋白)结合，蛋白质的合成重新开始，并向内质网腔转运， 不 需要能量驱动。