25-分子生物学作业2-第25章 蛋白质的转运

25-分子生物学作业2-第25章 蛋白质的转运 第25章 蛋白质转运 很多种分子进出于细胞。大的如蛋白物理转运过程。在下一章中，我们讨论通过质，可以从细胞中分泌到胞外液体，也可以与细胞 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的相互作用而引发内部效应的++2+从细胞表面胞饮进来。小的如K，Na，Ca信号传导通路。 等离子被泵入泵出细胞。 在本章中，我们蛋白质通过共表达转移到内质网（ER）将讨论的是从内膜系统到细胞器或质膜，或膜上来进入分泌过程的通道（见图8.18）。是从细胞表面到胞内的细胞器上，蛋白质的然后它们被转移到高尔基体中，并依据它们 25.1 综述：进入内质网的蛋白质被输运到高尔基体和原生质膜。特殊信号可引起蛋白 质从高尔基体回到内质网、保留在高尔基体中、保留在原生质膜中，或者运送到内吞体 和溶酶体中。蛋白质可在原生质膜和内吞体之间输运。 生92 吴朱昊，王薇 1Page 1 of 23 第25章 蛋白质转运 25.2 膜囊泡从供体小室中出芽，被包被蛋白包围。这些包被蛋白结合到了一个目标 小室，解开包被，与目标膜融合，释放出内含物（右）。 的最终目的地进行。总结了蛋确的定位( 第一类蛋白质为N端向囊内，C白被继续转运或分流到其它细胞中的途径。端向胞质，第二类蛋白质相反)。在系统中它们的目的地是由特定的信号来标记，其形移动的过程中，其方向是一直被保留的。不 式为短的氨基酸序列或是蛋白上的共价修管蛋白最终是被定位在高尔基体上，还是溶 饰。 酶体上，还是在内质网膜上，过程都是同样 转运器由小的囊泡组成。可溶性蛋白进行的。每次蛋白质都是在膜囊泡中沿着分 质可以被装在囊泡内，而膜蛋白则被携带在泌的通路被转运，直到到达其目的地，通过 膜上。表明了囊泡的出芽和融合，识别其结构上的一些特征而被固定下来（或 通过这一过程囊泡得以在毗连的区域间移是分泌出去）。 动。囊泡从供体的表面鼓出，然后与目标的在内质网中，蛋白质经历了两个重要 表面融合。其转运的蛋白质依途径不同而被的变化：它被适当的折叠并被糖基化修饰。 转入或释放到目标区域的膜中。它们必须载蛋白质是以展开的形式进入ER内的。到新的囊泡上继续转运到下一个区域。这一在进入囊中的过程中蛋白质发生了折叠；也 过程在膜表面间的每个转运中被重复，如从许在蛋白质穿膜时，一系列区域片断便相互 ER到高尔基体的通道中, 或在高尔基体堆独立地折叠了。在不多于3到4 分钟的时间叠的囊泡池之间。 里一个50kD的蛋白质可以折叠完全，而合 一旦蛋白质进入了膜系统环境中,它成这条链大约需要1分钟。 会一直保持在其中直到到达它的目的地。进在ER中的折叠是与修饰联系在一起 入内质网的膜蛋白质在插入到膜上时有正的，而且还有辅助蛋白因子的参与。碳水化 生92 吴朱昊，王薇 2Page 2 of 23 第25章 蛋白质转运 合物的添加可能是正确的折叠所必需的;事保留着。错误折叠的蛋白质常与ER-特异性实上，这可能也是修饰的一个重要功能。蛋的分子伴侣结合。到适当的时候，它们即被 白二硫键异构酶(PDI)可能参与在二硫键的降解掉。这样，蛋白质要被转运到高尔基体 重组形成中，一些特定ER蛋白质的协助可中，它必须先在ER 中得到正确的折叠。 能是必需的。ER中的分子伴侣可能在识别跨BiP是在折叠过程中起一作用的一个 膜后出现的部分折叠的蛋白质起关键作用,蛋白质，它是Hsp70分子伴侣家族中的一员。 并能协助它们获得正确的构造。对进入ERBiP 协助ER中蛋白质的折叠以及（或是） 的蛋白质来说，这些作用可以通过一个酶的寡聚过程。 BiP有二个功能：协助新转入的 复合物部分或全部的完成；也就是说，这些蛋白质的折叠；除去错误折叠的蛋白质。这 必需的功能可以全部联合在蛋白质穿膜的些活动可以起源于一些相同的基本行动模 位置上。对于自发折叠和寡聚的计算表明这式。BiP被设想与一些在完全折叠的蛋白质 些辅助蛋白因子的活动是必要，以使得蛋白里被包埋的氨基酸序列结合。当蛋白质以必 能够在细胞中足够快地折叠。 需的一维形式进入ER囊中的时候，这些序 多亚基的糖蛋白通常在ER中聚合。事列处于暴露的状态并吸引BiP的结合。而如实上，寡聚对进一步的转运可能是必需的。果蛋白质错误的折叠或是变性后,这些序列寡聚物可以很快速的被从ER转运到高尔基可能也会暴露到表面上而不是被适当地包 体，但是未聚合或是错误聚合的蛋白质则被埋。 事实上所有通过分泌装置转运的蛋白 质都是糖基化的。糖蛋白通过在在天冬酰胺质跨过ER膜的时候，这一目标序列一旦暴酸的NH露到囊中即被被辨认出来。 基团上(N联编的糖基化)或在丝氨在ER中还发生对寡糖的一些修整，然2 酸，苏氨酸，或羟(基)赖氨酸的OH基团上后糖蛋白会被转移到高尔基体中。在从ER(O联编的 糖基化)。N联编的糖基化从内质到高尔基体的转运中形成的寡糖在结构上 网系统中开始并在高尔基体中完成；O联编可以分为二类，取决于其甘露糖残基的命 的糖基化只发生高尔基体中。N-糖基化的各运。甘露糖残基只在ER中添加，但可以在个阶段通过下面的三个图来说明。 后来被修整。 如所示，在ER中的所有N联, 是通过在ER中编的寡糖都是通过共同的途径开始的。先是对糖基修整产生的。表明了几乎在在一种特别的酯类上形成一个包含2寡糖刚刚加上之后，3个葡萄糖残基即被葡个N-甲基葡(萄)糖胺，9个甘露糖和3个葡萄糖苷酶I和葡萄糖苷酶II所降解。对留萄糖残基的寡糖。多萜醇是ER膜中的一高在ER中的蛋白质，甘露糖苷酶除去一些甘 度疏水的酯类，其活性位点基团面向着囊露糖残基以形成最后的寡糖结构。ER甘露糖内。寡糖是通过一个个添加糖的残基构成；苷酶切除第一个甘露糖残基的速度很快，剩 它通过一个焦磷酸基团连接在多萜醇上，通下三个则比较慢；被切除的甘露糖残基的总 过一个活性位点面向内质网囊内的转移酶数因不同的蛋白质而异。 以一个整体单位的形式转移到目标蛋白质, 结构是在高尔基体中通过 上。 进一步的修剪和添加形成。如所示， 受体基团是一个 天冬酰胺酸残基,位在高尔基体中的整合是通过一个固定的次 于序列Asn-X-Ser或Asn-X-Thr里(X是除了 脯氨酸以外的任何氨基酸)。当初生的蛋白 生92 吴朱昊，王薇 3Page 3 of 23 第25章 蛋白质转运 25.3 一个寡聚糖在多萜醇上形成，然25.4 内质网上的糖基以特定的顺序 后由糖基转移酶转运到目标蛋白的天门被移除，最初包括3个葡萄糖和1－4个 冬酰氨残基上。 甘露糖， 这个修剪过程产生了高甘露糖 的寡聚糖。 我们并不知道是什么决定每个蛋白质如何序进行的。第一个步骤是高尔基体中的甘露经历它的特有的处理的式样和糖基化过程。糖苷酶I对甘露糖残基作进一步修剪，然后我们认为必需的信息是在多肽链的结构中；一个单糖残基被N-甲基-葡(萄)糖胺转移酶而不会存在于寡糖中，如所有即将进行N联添加。之后高尔基体甘露糖苷酶II进一步编的糖基化途径的蛋白质都是从添加一个的切除甘露糖残基。这样便产生了一个内部相同的寡糖（预先形成的）开始。 核心结构，由NAc-Glc.NAc-Glc.Man序列组3高尔基体由一系列单独的潴泡堆叠形 成。此时，寡糖成分不再被糖苷内切酶H所成，如同一堆碟子。典型的堆叠由4～8个降解(Endo H)。因此可以用Endo H测试糖平滑的潴泡组成。表示了一个例子。 ER。 高尔基体装置的一个主要特征是它的极性。蛋白是否已转运出 对内部核心的添加产生。能顺式面边面向内质网系统；反式面边在一个被添加到复杂寡糖上的残基包括N-甲基-葡分泌细胞中面向细胞质膜。高尔基体从顺式(萄)糖胺，半乳糖和唾液酸 (N-甲基-神经面到反式面由cis,medial,trans和TGN(反式胺糖酸)。糖基化处理的过程是高度的有序面-高尔基网络)等区域组成。蛋白质从顺式的，有两种类型的反应穿杂在其中。添加一面进入高尔基体，在经过堆叠的连续潴泡间 个糖基可能是切除另一个所必需的，如在最转运的过程中被修饰。当它们到达反式面的后的甘露糖残基被切除之前必须添加N-甲时候，它们即被送向其各自的目的地。 基-葡(萄)糖胺。 在高尔基体的堆叠中膜的结构有着变 生92 吴朱昊，王薇 4Page 4 of 23 第25章 蛋白质转运 25.5复杂寡聚糖的修饰过程在高尔基 顺到反的极性。蛋白质体中发生，剪掉了最初的内核中起作用25.7一个高尔基体叠层由一系列的修饰就发生在从的单元，包括2个N－乙酰基葡萄糖胺顺式面向反式面的移动嵴组成，带有从过程中。 和3个甘露糖残基，N－乙酰葡萄糖胺 必须在最后一个甘露糖残基被移除之前 加上。然后才可以进一步加入其它糖基， 使得转移酶能够遇上（其它残基），以产 生一个包含N－乙酰葡萄糖胺，半乳糖 和唾液酸的末端区域。 化。主要的不同是从顺式面到反式面胆固醇 含量的增加。所以，高尔基体样品的分离会 产生一个梯度，其中最轻的组分代表顺式面 潴泡，最重的组分代表反式面潴泡。在密度 梯度上，用对某一酶的抗体进行原位免疫反 应，结果表明一些酶从顺式面到反式面的分 配是有差别的。在高尔基体的顺式面和反式 面之间存在着不同是显而易见的，但是各个 区域与单独的潴泡之间的概念并不清楚；可 能在潴泡中是有着一系列连续的变化。 初生的蛋白质在经过高尔基体的转运 中遇到各种修饰的酶。25.7举例说明了酶 作用的先后次序。这可能部分取决于酶间的 25.6 高尔基体是连锁反应，也可能与经过潴泡的过程中酶的 由一系列膜片堆叠成 的。图片由Alain Rambourg惠赠。 生92 吴朱昊，王薇 5Page 5 of 23 第25章 蛋白质转运 可及性部分相关。 一个可能的作用可能是促进蛋白质折叠成 复杂寡糖的添加能很大的改变蛋白质其特别的形态。 至少有一个修饰，甘露糖的属性。糖蛋白常含有很大比重的寡糖。这-6-磷酸的添加，能提供一转运目的信号。 些广泛的糖基化的重要性是什么？在某些是否其它的糖类组分也用于引导蛋白质的 情况下，糖类组分起到结构的作用，如在参分类？目前还不知道。 与细胞附着的表面蛋白质的功能中。另外的 分泌蛋白或膜蛋白在合成的时候即被 转入内质网，并开始了固定的过程。从内质参与在转运蛋白质中的囊泡的膜被一网经高尔基体到细胞质膜的转运过程是通层蛋白质围住,因而被叫做。如过囊泡进行的。蛋白质在从一个膜表面载入电镜显微照片所示。我们下面将要到一个囊泡上, 到下一个膜表面又被从囊讨论这些蛋白质包被的类型。包被有两个功泡上释放。通过整个系统的过程是需要发生能：协助囊泡的出芽和融合；使得囊泡的类一系列这样的转运活动。蛋白质的糖基化的型得以识别，从而可以导向正确的目标膜。状态在它从高尔集体它也可能与选择囊泡要转运的蛋白质有关。 顺式面到反式面的转蛋白质转运的一个最显著的特点是囊运中发生变化。 泡体系的保守性，包括囊泡的结构组成，以囊泡既参与蛋白质转运出细胞的过及出芽和融合所需要的蛋白质。很多这一类程，也参与进入细胞的。蛋白质的分泌叫做的功能已经可以通过酵母的sec基因型突变胞吐；蛋白质的内含化叫做。在来识别了，这些突变型不能通过内质网- 高中 高中语文新课程标准高中物理选修31全套教案高中英语研修观课报告高中物理学习方法和技巧高中数学说课稿范文 画出了囊泡运动的路径。每种类型的囊泡尔基体途径运出蛋白质。很多这些在酵母的的周期是相似的，不管它们是参与在蛋白质sec突变体中所识别的基因都有在动物细胞的输出还是进入中：从供体膜上发出，然后中的直接对应物。特别是在哺乳动物的脑细 胞中，与出芽、融合和定位相关的蛋白质与目标膜融合。 25.8 蛋白质是被包被囊泡所运输的。源自于内质网经过高尔基体的连续运输（物质 流动）以COP包被囊泡的形式发生。笼形蛋白包被囊泡是用来调节胞吐和胞吞的。 生92 吴朱昊，王薇 6Page 6 of 23 第25章 蛋白质转运 在酵母的分泌系统中找到同源物。 动态作用产生了一个矛盾。携带蛋白质的囊 囊泡的产生过程需要膜的双分子层先泡从内质网到高尔基体连续的运动。向这个 突出一个泡，最后收缩成一个芽泡（见图方向的运动叫做。该过程25.2）。这样的过程需要膜发生形变，如持续约20分钟可以使得一个普通的蛋白质 所示。与这个过程有关的蛋白质在出穿过系统。内质网和高尔基体膜的很大一部 芽中特别需要，并成为包被的一部分。 分都整合进了移向质膜的囊泡中。这样囊泡 在相反的反应中，融合是膜表面的一的移动将迅速的剥蚀高尔基体体系并极大 种属性，而且为了与目标膜融合，囊泡必须地扩张质膜，但事实上两者在大小上是处于 先剥离开包被的蛋白质层。一个包被囊泡通稳定状态的。每种膜中的脂类的净含量（和 过在囊泡膜上的蛋白质和目标膜上的受体类型）都必须不随囊泡运动而改变。 之间的反应来识别它的目的地。 要维持内质网膜系统结构所必需的要 因此囊泡是参与着这样一个循环：膜求说明有一个可以从高尔基体向内质网回 的包被，从供体膜释放出来，移动到下一个输膜片段的途径，这样就可以避免膜的净流 膜，解除包被，与目标膜融合。当一个囊泡动了。这个方向的运动被称为。我产生时，它将要携带的蛋白质驻留（或结合25.10当包被蛋白与膜结合，使之变在）膜的相应收缩区域。囊泡的内部有着其形，并最终包绕一个缩成一团的膜囊泡产生的细胞器的内腔的组成。当囊泡与它的的时候，囊泡就形成了。 目标膜相融合时，它的组成则成为膜的一部 分或者成为该隔室的内腔。由囊泡所转运的 蛋白质（并不是囊泡自身结构的一部分）称 为。在每个阶段蛋白质都必须被分选， 无论它们是驻留在隔室中还是装入新的囊 泡并在系统中继续转运。 通过内质网-高尔基体系统的转运的 25.9包被囊泡是从高尔基体的反式面 上释放出来的。囊泡的直径是70nm.照 片是由 Lelio Orci 提供的。 生92 吴朱昊，王薇 7Page 7 of 23 第25章 蛋白质转运 们目前还不能理解顺行和逆行流的平衡。有所引起的），它们在释放其内部的物质。这 可能有些逆行转运的泡不携带货物，只是返些现象合成在产生的特定蛋白质的细胞中。 回前一个系统的成分。另外，逆行流可能由, 从高尔基体反式面形成的作用在调节具有较大的表面积/体积比的结构产生，如途径中的囊泡可以融合成。它们也细管，以此可以返回大量的物质。 将货物转运到胞饮体中。分泌泡也可在胞饮 不同的包被囊泡群可根据它们不同的体形成，并将蛋白质转运到原生质膜。通过 转运方式来加以区别。在某些情况下，囊泡胞饮体的调节转运可能是最常见的一种。 还可以根据它们的生化组成来辨别。 , 蛋白质通过装入胞饮囊泡进入细胞。 新合成的蛋白质进入内质网，可能会胞饮囊泡从质膜上释放并向细胞内转运它 沿着内质网-高尔基体系统转运。在所有的们的内部物质。货物在胞饮囊泡与目标隔室 细胞中都存在这样的机制。这种转运由（例如胞饮体）融合时卸载。 所承担。由膜我们可以分辨出两种不同胞饮囊泡和分泌囊泡具有笼形蛋白， 类型的转运囊泡。 这是它们膜中最主要的蛋白质成分，因此被 , 最初在高尔基体的潴泡之间转运识别称为。现在已经知道笼的囊泡现在被称为（COP是形蛋白-包被囊泡结构的一些细节了。笼形 包被蛋白的词头）。它们与逆行转运有关，蛋白180Kd的链，与一个较小的35kD蛋白但还不知道它们是否与顺行转运也有关。 链连在一起，在包被囊泡的表面形成了一个 , 从内质网到高尔基体途径中的转化囊多面体的壳。这个包被的亚单元由 泡具有不同的包被，称做。它们的组成。这是一个具有3个尖端部的蛋白质复主要作用似乎应该是顺行转运。 合物，由3条轻链和3条重链组成。这些三, 一些蛋白质是的，从高尔脚蛋白复合体在包被囊泡的表面形成一个 基体网格状结构，如中电镜显微相片所 显示的那样。胞饮囊泡形成在质膜的反式面转运到质膜上。这种过程中作用 的囊泡还没有从生化角度分离出来。 25.12 笼形蛋白包被囊泡有一个两叠一些蛋白质的分泌是受到调节的。这层组成的包被，内层由处于笼形蛋白和些蛋白质被装入。这些囊泡提供了膜整合蛋白之间的转接蛋白形成。 一个储存的媒介，只有在原生质膜接受到某 2+ 些特殊信号的时候（例如，由激素或者Ca25.11包被囊泡的表面有一个由笼形 蛋白三脚复合体形成的多面体晶格。照 片由Tom Kirchhausen 惠赠。 生92 吴朱昊，王薇 8Page 8 of 23 第25章 蛋白质转运 凹陷处（被称为），并被包被。相作具有特异性的载体。 似的结构可以在高尔基体的反式面观察到，COP-I-包被的转化泡的包被由7种主该处产生定向于胞饮体和分泌囊泡的囊泡。 要的蛋白质组成，称为COPs。它们以大分子 显示了笼形蛋白-包被囊泡量复合物的形式存在（约700K），称为一些基本结构。膜的内壳是由一种叫做，是COP包被的前体。β-COP成分与一 的蛋白质构成的，这种蛋白质结合在笼些β-和β’-转接素有相似性。这表明β形蛋白和囊泡的膜整合蛋白上。与它们的不-COP在相似的结构起与β-和β’-转接素类同起源相关，存在两种不同性质的转接蛋似的作用，连接一个外部的包被蛋白质（类 白。AP2转接蛋白是在质膜的包被小窝中发似于笼形蛋白）到囊泡的膜蛋白上。 现的，是胞饮囊泡的特征。这些囊泡还含有COP-I-包被囊泡似乎在顺向和反向转 另一种转接蛋白，AP180，用于控制囊泡的运中均起作用。这些载有某些货物的囊泡在 大小。AP1转接蛋白是在高尔基体的包被小两个方向的转运中均有发现。当然一个囊泡 窝中发现的，并是定向于胞饮体的囊泡的特只能做一个方向的转运，而不能同时向两个 征。每个转接蛋白是一个异构四聚物，由称方向。在COP蛋白上的某些突变能够阻断反 为的单个亚基组成。每个转接蛋白上向运输，这说明COP-I囊泡是反向运输的唯的β亚基是结合笼形蛋白的。α和γ两个亚一（或至少是主要的）形式。我们并不知道 基与形成囊泡的膜作用；它们对在合适的膜这些移向一个方向的COP-I囊泡是如何与移上形成完整的AP复合物起决定作用，这之向另一个方向的囊泡区分开来的：似乎还有 后便会有笼形蛋白的组装。 一些更神秘的成分没有被发现。可能高尔基 形成囊泡在能量上是不利的——膜必体的不同层次的堆叠均支持两个方向的转 须变形，最后一个小球被切出。是什么提供运。 能量呢？在胞饮中形成笼形蛋白囊泡必须COP-II包被囊泡的包被由 要有一个小的GTP/GDP结合蛋白（Sec23p/Sec24p(以400 kD的四聚体的形式）参与。GDP结合式的发动蛋白与笼形蛋被发现)，Sec13p/ Sec31p(形成一个700kD白网格相连接。GTP替换GDP（在一个交换复合物)和Sar1p蛋白质复合物组成。 Sec因子的催化下）使得发动蛋白在逐渐成型的蛋白质组份和COP-I-包被囊泡的组份之间囊泡颈部形成一个环；这可能是释放囊泡反的没有同源性。 应最后基础。 另一类囊泡有着AP3的包被，其亚基 很大一部分笼形蛋白和转接蛋白被发（δ，β3，μ3，σ3）与AP1和AP2转接现在细胞的“自由分子库”中，这说明在囊蛋白复合体的相似。这种包被复合体在一些 泡先于与它们的目标膜融合包被就解离了，突触囊泡上被发现，通过胞饮体形成。这种 两个成分也都被释放。 类型的包被复合体的在从高尔基体到溶酶 笼形蛋白囊泡用于向各个目的地转运体转运蛋白质货物的囊泡中也有发现，还出 蛋白的过程中。笼形蛋白在内吞包被囊泡和现在储藏囊泡 上。 分泌包被囊泡中均很常见，所以囊泡是由包包被囊泡担负着所有的膜系统之间的 被中的其他蛋白质来区分的。转接蛋白结合转运吗？对从ER开始，经高尔基体潴泡， 在囊泡所转移的膜蛋白的胞浆面尾部上。这然后从TGN到质膜的顺行转运系统，模型和 显示其有可能是识别载入到囊泡上的正确实际情况之间还是有着冲突。 的蛋白的决定因素。 顺向转运的囊泡模型表明了高尔基潴 一个胞饮囊泡可以携带多少种类型的泡是一种固定的结构，通过囊泡的融合和出 货物蛋白？还不清楚存在多少类型的泡和芽不断得到或失去蛋白质。当COP-II-包被它们在包被和货物中所表现出来的多样性。囊泡从内质网系统出芽，转运货物到高尔基 我们不知道是否一些胞饮囊泡可以携带一体时，上面的过程即开始了。不太清楚在高 种以上的货物蛋白。总的说来，它们是被看尔基体的潴泡之间转运的囊泡是否也是 生92 吴朱昊，王薇 9Page 9 of 23 第25章 蛋白质转运 COP-II-包被的。从高尔基体到质膜的囊泡反式面。这至少说明了潴泡成熟理论似 动到的包被的性质还不是很清楚。 有道理，但是它并没有表明常规的货物蛋白 另一个关于顺向转运的模型是基于是通过囊泡来转运还是也通过潴泡的成熟。 理论。潴泡被认为不是一种固定的结考虑潴泡成熟理论模型的极端情况， 构，而是从高尔基体顺式面向反式面移动，其蛋白组顺式面通过融合从ER上发出的分发生改变而变得更COP-II-包被囊泡形成；这个过程可能也有反式面潴泡化。支持潴 大的管状系统参与。泡成熟的根据是从一种底物蛋白质的活动顺式面高尔基潴泡稳定来看，因为它太大而无法装载到囊泡上。I地向前移动直到成熟为反式面高尔基潴泡。型原胶原纤维在ER的腔中组装成约300nm在TGN中，分泌囊泡可能是通过管状系统的 长的鞭状三聚螺旋。可以发现这些螺旋会进碎片形成，而无需任何特殊类型的包被。当 入高尔基然，随着潴泡的成熟，应处于较顺式面，通过高尔基体移动到TGN顺式面潴泡中。因为它们不被改变，又大到无法装进囊的蛋白质必须被返回，这可能是通过COP-I泡内（COP-包被囊泡的直径大约为型反向转运囊泡系统来完成。 60-90nm），这只能说明包含原胶原纤维螺旋一个关键的问题便在于潴泡的成熟和 的膜系统只能自己从高尔基体的顺行转运囊泡系统的相对比重性。 顺式面移 出芽和融合是本质上的相反反应。出ARF/Sar1p结合到适当的膜上。这种受体并 芽是在膜的一块区域上进行包被蛋白的组不成为囊泡的成分。ARF/Sar1p的作用是提 装，并最终使得它以独立的囊泡形式释放出供结合位点使得其它的包被蛋白能得以组 去。当融合反应发生时，包被蛋白被除去，装。围绕着膜的包被体是出芽的前提条件， 暴露出膜表面并与目标膜融合。包被蛋白是25.13 ARF和外被体对于COP-I包被组装还是释放由一种小的GTP结合蛋白的状囊泡的出芽足够了。 态决定。 笼形蛋白-包被囊泡，COP-I-包被囊泡 和AP3囊泡的出芽是由ARF蛋白质（ADP核 糖化因子）引发的。Sar1p是在COP-II-包 被囊泡中起同样作用的相关蛋白质。ARF在 N端豆蔻酰化的，可自发的嵌入脂类双分子 层。ARF-GTP是具有活性的形式，而ARF-GDP 是非活性的。这说明ARF的活性和再循环能 力是受制于GTP的水解。有可能性是鸟嘌呤 核甘酸的类型控制着蛋白质的构像，只有结 合GTP时豆蔻酰化的N端才被暴露。 ARF/Sar1p是响应于其鸟嘌呤核甘酸状态而 引发出芽或融合过程的关键成分。 如所示，当ARF/Sar1p被转 化为GTP结合形式时，出芽过程就开始了。 它嵌入膜中并使得包被体以化学计量的形 式结合。通过与能激发其核甘酸交换（即产 生GTP结合的活性形式）的受体作用， 生92 吴朱昊，王薇 10Page 10 of 23 第25章 蛋白质转运 但是需要另一个功能来完成收缩的进程。 运动中，对囊泡的融合过程中是必需的。融 是什么控制着囊泡的载运货物的特异合需要一个20S的复合物，由NSF（一种可性？我们必须区分这些要被转运出隔室的溶的ATPase），SNAP（可溶的NSF辅助蛋白），蛋白和这些要留下的蛋白。在COP-II-包被和膜上的SNAREs（SNAP受体）组成。融合囊泡中，这可能是包被的一个功能。当脂质的微粒是囊泡体系的基本组成部分；它在融 体于与包被蛋白混合时，COP-II-包被便能合于分泌和胞内路径中的囊泡的所有表面 引发囊泡的出芽。当脂质体中包含着驻留在中起作用。它包含能识别囊泡膜表面的成 ER中蛋白和其它标志着转移向高尔基体的分，并通过ATP的水解来循环。 蛋白质时，只有后者能进入囊泡。这说明特是什么控制着囊泡定向的特异性？当 异性是通过与包被蛋白的直接作用而决定一个囊泡在一个特定的膜上发芽，它有一个 的。表明结合在ARF上的GTP的水特定的目标：离开内质网的泡的目标是顺式解引起了包被的分离。这使得ARF从囊泡膜高尔基体，离开反式高尔基体的泡与原生质上分离。在没有ARF时，COP-I包被体时不膜融合，等等。用于出芽和融合的器官是无稳定的，也将从囊泡上释放。在笼形蛋白囊处不在的，所以必须有一些补充的成分使得泡的情况下，包被是稳定的，所以需要一些泡能够识别适当的目标膜。认为其他成分，如一种类分子伴侣蛋白和一种识别来源于囊泡携带的s-SNARE膜蛋白与目ATPase，来将其移去。 与囊泡的供体膜和受体膜之间的融合25.15 停留的特异性是通过SNAREs形有关的成分通过一种叫做NSF的哺乳动物蛋成的。囊泡携带的v-SNARE与质膜上的白质来识别，基于其对巯基药剂NEM（N-乙t-SNARE结合形成SNARE别针。在融合过基马来酰亚胺）的敏感性。NSF是酵母基因程中NSF和SNAP还结合在SNARE别针的sec18的产物的同源物。sec18在转移囊泡的远端。融合后，ATP水解，NSF和SNAP 分离使得SNAREs释放。 25.14 囊泡融合需要一个融合颗粒紧 随其后的解离包被过程。 生92 吴朱昊，王薇 11Page 11 of 23 第25章 蛋白质转运 标膜上的t-SNARE膜蛋白的相互作用。 25.16一个SNARE别针结构由一个4 通过一个突触系统的例子螺旋束构成。图片由Axel Brunger惠赠。 （与神经元的胞吐相关：见下）显示了SNARE 蛋白之间的作用。v-SNARE是一种由囊泡携 带的跨膜蛋白质。t-SNARE包括两个蛋白质： 突触融合蛋白是一种跨膜蛋白质，而 SNAP-25由一个脂肪酰基连接在膜上 （SNAP-25这个名字有其单独的起源，它与 融合微粒的SNAP没有关系）。在其它系统中 也发现了突触SNAREs的类似物，包括其它 动物细胞类型和酵母细胞。 每个SNARE蛋白质的主要部分都暴露 在胞质面中，具有大量的螺旋－螺旋结构。 这些结构参与蛋白质与蛋白质之间的相互 作用。事实上，v-SNARE可以直接结合在 t-SNAREs上，甚至不需要融合微粒的其它成 分。v-SNARE与t-SNARE之间的相互作用足25.17一个SNARE别针复合体平行于以引发膜的融合。不需要其他任何组分的帮膜表面伸展。图片由James Rothman惠助，包含v-SNARE的脂质体就可以和包含赠。 t-SNARE的脂质体融合。不需要其他能量说 明反应的活化能是通过蛋白质的变构提供 的。在试管中，这个反应很慢，需要几分钟 时间。与体内的囊泡融合只需要几毫秒时间 相比，说明需要其它的组分以协助反应。但 将膜连接到一起的基本装置是由SNARE蛋白 质构成的。 在一个SNARE复合体中含有一棒状结 构（约4乘14纳米），v-SNARE与t-SNARE 在其中平行的结合在一起。它们的膜固定处 在同一端，说明棒状结构必然是处在两层膜 夹成的平面之间。这个结构称为SNARE别针。远端。ATP的水解和融合颗粒的解聚也许并 在晶体结构的基础上显示了一个不是融合所必须的，而只是为了让SNARE蛋 含4螺旋束的复合体。通过复合物白从SNARE别针结构中释放出来以能重复利的电子显微图给出了一个实体比例的SNARE用。（20S的融合颗粒最初被认为在融合前起别针模型图。 作用，但现在我们认为它更可能起融合后的 SNARE别针的形成将两层膜连到一起，作用。） 但我们并不知道这是如何与融合本身联系v-SNARE与t-SNARE之间的相互作用 在一起的。可能囊泡必须先在涉及到其他组可能也是调节的一个目标。一种叫做突触结分参与的绊结过程中被带到目标膜的附近。合蛋白的突触蛋白质能够结合在一个所有3 可能在形成SNARE别针和膜的融合之间还存种突触SNARE所组成的复合体上。这样突触在其他步骤。SNARE蛋白的组合显然是融合结合蛋白能够通过阻止融合微粒的形成来的必要条件，但它是不是充分条件还有争阻止融合过程；它的释放则可以引发胞吐作议。 用。 融合颗粒的其他组分结合在复合体的突触在融合过程的研究中十分有用， 生92 吴朱昊，王薇 12Page 12 of 23 第25章 蛋白质转运 25.18 当冲动引起胞吐时，神经递质25.20 结合的特异性是由SNARE细从供体（突触前膜）细胞释放出来。突胞提供的。由囊泡携带的v-SNARE识别触（包被）囊泡与原生质膜相融合， 内原生质膜上的t-SNARE. SNARE结合在 融合颗粒上。 容物释放进胞外液。内含物是作用在目 标（突触后膜）细胞上的神经递质。 25.19在“一吻就跑”模型中，突触 囊泡只是于质膜短暂的接触，通过孔道 释放其内含物，然后便重生了。 如果没有回收机制，胞吐作用将使得 囊泡的成分在质膜上堆积。有两种都有可能 发生的途径可以回收利用这些囊泡。 如，在“一吻就跑”的模型 中，一个囊泡并不与质膜完全融和，而只是 短暂的接触。神经递质通过某种通道释放出 去，然后囊泡又重新形成。这个途径的问题 因为它能使得大量的相同类型的囊泡在某在于囊泡是如何保持其完整性的，而又是什 一特殊刺激下与质膜融合。 么结构形成通道。 神经系统中的刺激通过一条通道从供在中表明的是融合模型，囊 体（或者突触前）细胞向受体（或者突触后）泡以常规方式与质膜融合，将其内含物释放 细胞传播。表示的是一个神经末到胞外空间。回收通过在包被点上形成笼形 梢。供体细胞受到的刺激引发了外吐的途蛋白包被囊泡，即通过胞饮途径。这可能是 径。存储的包被囊泡（叫做突触囊泡）移动在质膜上大的内陷中形成。抑制笼形蛋白包 到原生质膜上，与它融合，释放它们的神经被囊泡的形成会影响从突触囊泡释放神经 递质到细胞外液。这些神经递质作用于接受递质，这一事实强调了胞饮途径的重要性。 细胞的原生质膜上的受体上。 这一途径的问题在于胞吐囊泡和胞饮囊泡 生92 吴朱昊，王薇 13Page 13 of 23 第25章 蛋白质转运 白包被囊泡在出芽后不久都会很快失去其25.21 Rab 蛋白质影响囊泡运输的特笼形蛋白包被，具体途径还不很清楚。 定阶段。 另有一类蛋白质只能在由蛋白组 成的蛋白质运输的特殊阶段起作用。它们通 过C端的异戊二烯基和棕榈基的加入来附着 在膜上。约有30种Rab蛋白，分布在细胞 内的各个膜系统中。总结了它们的 分布情况：在从内质网到高尔基体的运输中 牵涉到的不同的Rab蛋白，在从高尔基体到 原生质膜的构成和调节路径上，和内吞体之 间的运输阶段。例如，酵母编码这些相关蛋 白的基因YPT1或者SEC4上的突变，会分别 引起运输阻断编码和高尔基体叠层内或是 高尔基体和原生质膜之间的囊泡聚集。 Rab蛋白是GTP结合蛋白质，在GTP 结合的形式下具有活性；但是GTP的水解又 使其失去活性。像其他的单价GTP结合蛋白 质一样，它们的活性将受到其它影响GTP水 解的蛋白质的作用。可能有GAP（GTP水解） 对特定的Rab蛋白有活化作用，GEP蛋白质 刺激了鸟嘌呤核苷酸的解离，GDI蛋白质阻之间的关系是怎样的。突触囊泡并不是笼形止了鸟嘌呤核苷酸的离解。 蛋白包被的。有可能笼形蛋白包被的胞饮囊至少一些在特殊运输阶段Rab蛋白质泡通过失去其笼形蛋白包被而变成突触囊的参与说明Rabs与靶向作用有关，但是它 泡，不过突触囊泡也可能是通过其它的途径们的功能还不清楚。 生成（如AP3包被囊泡）。所有类型的笼形蛋 很多信号影响着内质网-高尔基体系又有一个与转接蛋白结合的胞浆区域。这样 统的转运。没有任何特殊标记的蛋白质进入货物与包被之间直接或是间接的作用决定 囊泡的速度可能只与它在隔室中的浓度有了转载的特异性。这样的机制控制着从ER关，所以可能会顺着大批转运的流向顺向移到质膜或是其它目的地的顺行转运。 动。当然，绝大多数蛋白质都含有一些特异一个蛋白也能被阻止而不能的信号来协助或是阻碍转运。 离开隔室。这样的信号通常是在跨膜区域中 一个典型的货物蛋白质有一个用于让发现，可能是因为它们能相互聚集，形成大 其进入出芽囊泡的。表明到无法装入发芽囊泡中的结构。 一个穿膜蛋白的转运信号通常是在它胞浆我们已经有了几种类型的信号的细 面上的某一区域，并与囊泡包被的转接蛋白节：要求一种构像用于蛋白质通过胞吞作用 结合。说明一个可溶蛋白（如通过成为细胞内的一部分；一种氨基酸序列使得 囊腔转移的分泌蛋白）的转运信号是与跨膜蛋白质到达内质网；和一种修饰使得蛋白质 的货物受体囊腔区域结合的部分。货物受体到达（小的膜体，在那里蛋白质降解， 生92 吴朱昊，王薇 14Page 14 of 23 第25章 蛋白质转运 25.22跨膜的货物蛋白上的转运信号25.23腔中的货物蛋白上的转运信号 与转接蛋白相作用。 与一个跨膜的受体作用，而后者与转接 蛋白相作用。 物。这种信号的性质解释了为什么只具有很 少识别序列的蛋白质可以共享同一通路来 定位。 溶酶体蛋白质继续沿着高尔基体叠层 运输直到它们遇到甘露糖-6-磷酸的受体。见后面）。 有两类相关的蛋白质起着受体的作用：一种 通过包被凹陷的受体的内吞要求它们大的（215kD），一种小的（46kD）。甘露糖的细胞质内尾部的细节形态信息。NPXY序列-6-磷酸的识别靶向于一个运输包被囊泡到 （Asn-Pro-X-Tyr）紧靠C端。尽管这是一个溶酶体的蛋白质。分选到溶酶体的最后阶段反式面，在那里由笼型蛋白基本内吞信号，但是其它细胞质尾部序列也发生在高尔基体包被的特殊运输泡收集蛋白质。囊泡运输溶 会影响其效率。 酶体蛋白质到内吞体，在那里它们进入一条 注定要运输到溶酶体的酶是在运向内通路，运向溶酶体。单个的甘露糖-6-磷酸质网的同时被翻译的。它们作为高甘露糖糖盐受体库无论它们是新合成的还是被吞噬 基化作用的目标而被识别，在内质网中被修的可能用于指导蛋白质到达溶酶体，。实际 饰，如图25.5中所示。的残上大多数受体定位在内吞体，在那里它们可 基在高尔基体的两步中产生。首先， N-乙以识别被吞噬的蛋白质。 酰基氨基葡萄糖-1-磷酸的一半通过位于内质网内腔的蛋白质在C端有一GlcNAc-磷酸转移酶被加入到甘露糖的6位个短序列，Lys-Asp-Glu-Leu（用词头编码置上；然后一个氨基葡糖苷酶移除N-乙酰基为KDEL）。酵母则使用交替的HDEL或者DDEL葡萄糖胺(GlcNAc)。 信号。如果这个序列被删除了，或者由于其 磷酸转移酶的活动提供了标记溶酶体它氨基酸的补充而延伸了，那么这个蛋白质 运输的蛋白质的关键性的一步。这发生在内就不再保留在内腔中而是分泌到细胞中了。 质网-高尔基体修饰的初期，可能在内质网反过来，如果把这个四肽序列加入到溶菌酶 和的C端，酶就保持在内质网内腔中，而不是 顺式高尔基体的之间。酶的特异性的基础分泌到细胞中去了。这说明有一种能够识别 在于它识别常见溶酶体蛋白结构的能力，这C端四肽以及使它在内腔中定位的机制。 种结构由基本序列不同的两个短序列组成，另一种对于跨膜蛋白质在内质网中的定位 但是在三级结构形成一个共同的表面。每一有作用的信号是KKXX，它由2个赖氨酸个这种序列都有一个关键性的赖氨酸残余 生92 吴朱昊，王薇 15Page 15 of 23 第25章 蛋白质转运 高尔基体上补充而被更改。GlcNAc没有移25.24 同时含有溶酶体和内质网靶向 除，所以蛋白质不能进到足够远以穿过高尔信号的人造蛋白质显示了一条内质网定 基体叠层遇到甘露糖-6-P通路上的第二个位的途径。蛋白质被暴露给了第一个而 酶。这说明KDEL是由一个进入高尔基体后不包括第二个在高尔基体中生成甘露糖 固定的受体所识别的，但是在叠层包含第二－6－磷酸的酶，这之后KDEL序列使得 个酶之前。 它回到内质网。 酵母基因ERD1和ERD2的突变阻止了 具有HDEL信号的蛋白质在内质网中滞留； 相反的，蛋白质被细胞分泌出来。这些基因 的产物都是是整合膜蛋白。ERD1的突变引起 高尔基体的整体缺陷；这通过从高尔基体中 “营救”蛋白质而进行内质网蛋白质分选的 过程。ERD2的突变识别了HDEL序列的受体。 它的功能模型是它在高尔基体的“营救小 室”和内质网中间循环。这一点得到与哺乳 动物细胞内受体相一致的定位的证实：在高 尔基体有大量发现，但是具有KDEL序列的 蛋白质的过分表达使得它在内质网中聚集。 这样一个KDEL-蛋白质的结合引起了受体从高尔基体向内质网移动。它对于主要在高尔 基体情况下的HDEL序列具有高度的亲和力，但是在内质网情况下具有低的亲和力。这使 得ERD2通过它们在高尔基体的HDEL尾部捕 获蛋白质，和把它们带回到内质网中，在内 质网中释放。 KKXX蛋白质的双赖氨酸残基的模体残余物组成，位于细胞质面的尾部，就在C（motif）是结合在包被体的β’-和α-COP端之前。 元件上。影响β’、-α、-γ、-COP的酵母蛋白质的行为中有趣的一点是，这些的突变体在撤回高尔基体的KKXX蛋白质时蛋白质具有内质网-定位信号。这个信号是是有缺陷的。这说明具有COP-I膜的泡在来使得蛋白质滞留而不能穿过内质网呢，还是自高尔基体的蛋白质的回撤蛋白和使它们作为另一个更为活跃的定位进程的目标回到内质网的过程中是有作用的。 呢？图25.24显示的模型说明KDEL整体上讲蛋白质的运输不是一个单方 序列导向的过程：蛋白质进入内质网和运输穿过高 在途中停顿。正如前面已经提致蛋白质从早期的高尔基体叠层回到内质尔基体，除非 到的，COP-II-包被囊泡提供了从内质网到。相同的试验已经用带有KKXX的蛋白质网 高尔基体的顺行运输的主要功能。COP-I-包做过，得到了类似的结果。 被囊泡提供了沿着高尔基体叠层运输的能当蛋白质通过高尔基体时，它们的修 力。然而，COP-II-包被囊泡和COP-I-包被饰是有序的，因此我们可以使用呈现特殊形 囊泡在内质网上的发芽都可观察到，所以每式的糖类作为外吐通路上的进程标记。当一 种泡都有运输不同的蛋白质货物的可能。 个KDEL序列加入到一个蛋白质上，这个蛋 当用药剂布雷菲德菌素A（BFA）对付白质通常定标在溶酶体（因为它的寡聚糖有 细胞时发生逆行运输。药剂阻止了ARF从了6-甘露糖-P残基），序列使得蛋白质保留 GDP结合形式修饰为GTP结合形式，结果阻在内质网。但是蛋白质由于GlcNac-P仅在 生92 吴朱昊，王薇 16Page 16 of 23 第25章 蛋白质转运 止了包被囊泡的发芽，在高尔基体的囊腔之 间形成了微管网络（放弃了它们原先的独立输。一个相关的现象是可以分离出在布雷菲性），并把它们联入到内质网中。进入内质德菌素中存活的细胞。这些变异被定位在转网的运中某些特定位置上的抗性（如胞饮体或是顺式间质高尔基体的大多数膜都有再 高尔基体），但在其它的位置上还是保留有吸收过程，同时伴随着进入内质网中的高尔 敏感性。 基体蛋白质的重新分配，实现了逆行运输。 这可能说明有多种的转接子样的蛋白这一现象是因为COP-II-包被囊泡对 质表征与这些特殊运输进程有关的包被囊药物的敏感度要比COP-I-包被囊泡高很多。 泡，只有一些蛋白质可以结合布雷菲德菌素逆向转运起到一个回收膜组分以平衡顺行 （因此它们的特殊类型泡的功能受到了抑转运的作用，当然也起到从高尔基体中回收 制）。布雷菲德菌素通过与交换因子（GEFs）内质网蛋白的作用。当然也有可能是一些其 的一个保守区域（Sec7区域）结合来起作用，它的转运系统：有些通过质膜胞饮进入的毒 交换因子是对应于从ARF-GDP生成ARF-GTP素可以在ER中发现，而这种逆向转运并不 的过程的。布雷菲德菌素使得GEF与与任何已知的系统相关。 ARF-GDP的结合更稳定。这使得ARF蛋白处布雷菲德菌素在内质网-高尔基体运 于其失活状态。BFA对不同转运过程的不同输的作用是普遍的，但同时它又抑制了不同 效果表明在不同的膜表面上可能有很多种细胞中的不同运输进程。在一些细胞类型 GEF蛋白与ARF作用，所以从每种类型的膜中，它抑制胞吞转运作用（在极化细胞中从 表面组装包被囊泡的机制都是特异的。每种基底外侧表面到顶点运输）；在其它细胞中 GEF蛋白的不同感受性就决定了布雷菲德菌它抑制从 反式高尔基体网络到内吞体的运素对其特定膜上囊泡发芽的作用。 参与引入蛋白质到细胞中的系统与那囊泡组成的多相结构。至少有两种胞饮体，些输出分泌蛋白质的细胞是紧密相关的。受这一点可以从中看出。体的吸收开始于不同的路径，在每个路径上位于原生质外膜的下面并且被吞噬的蛋白受体有不同的命运。一些受体被不断的内含质可以在大约一分钟内到达。与 化，但是另一些仍旧暴露在表面，直到结合细胞核离得很紧，在5-10分钟内到达。 一个配基后使得它们易受到细胞吞噬作用。早期胞饮体提供了通过胞内路径区分触发内含化的信号对于独立于配基和配基蛋白质的主要依据。对于最近合成的蛋白质导出的细胞吞噬作用是不同的。 来说，它的作用与高尔基是相近的。胞饮体 无论怎样，受体都要从侧面滑进包被的内部是酸性的，它的PH值<6。输送给胞 小窝，这是一个被笼型蛋白包围的锯齿状原饮体的蛋白质改变它们的结构以便于适应生质外膜。现在还不清楚仅仅是简单的侧扩低PH值的情况；这个改变对于决定它们的散就能促成移动到包被小窝的运动还是有命运是很重要的。 其它的外力在起作用。包被小窝陷入到细胞被吞噬到早期胞饮体的受体表现出两质并收缩形成笼型蛋白膜的囊泡。这些囊泡种方式中的一种。它们可以返回到原生质外移动到早期胞饮体，解包被，与目标膜融合，胞（通过囊泡的传输）。或者它们可以被进释放它们含有的东西。这个过程叫做一步传输到溶酶体，在溶酶体中它们被降 。 解。默认的方式是后者，并且后者被应用于 细胞吞噬囊泡（笼型蛋白包被）的直一些不具有别处朝向它的特殊信号的一些接目的地是，一种由膜约束的小管和物质中。 生92 吴朱昊，王薇 17Page 17 of 23 第25章 蛋白质转运 25.25 内吞体分选那些内吞蛋白并提25.26 LDL受体将apo－B（和apo－E） 供一种去往溶酶体的途径。 蛋白质是由运向内吞体，受体循环回表面，apo－B 笼型蛋白包被的囊泡从原生质膜运向早（和apo－E）继续至溶酶体降解，胆固 醇释放出来（图中未表示）。 期内吞体的，可能返回原生质膜也可能 进一步流向晚期内吞体和溶酶体。新合 成的蛋白质可以从高尔基体叠层中导入 晚期内吞体（和溶酶体）。靶向溶酶体的 共同的信号是一种识别甘露糖－6－磷 酸的特定受体。 溶酶体包含水解酶的细胞式供应，这 受体和配基复合体的命运依赖于它们是与大分子的降解作用相对应的。像胞饮体 对于胞饮体内酸性环境的反应。暴露在低pH一样，溶酶体是一种酸性小室，它的PH值 值中可以改变受体外部结构域的构像，并引保持在低水平的5上。 起其配基被释放，改变配基的结构。但是受在不同类型的胞饮体和溶酶体间的关 体必须避免在酸性环境不可逆的失活；在外系现在还不是很清楚。囊泡可以沿着从一个 部结构域中的多个巯基在蛋白质得以保持预先存在的结构向下一个的路径传输蛋白 这种不寻常的稳定性方面扮演重要的角色。 质。或者早期胞饮体可以成熟为后期胞饮 在25.26-25.29中的不同过程揭示体，最终成数为溶酶体。不管怎样，路径是 了对于受体和配基的复合物的四种可能的单一方向的，并且离开早期胞饮体到后期胞 命运： 饮体的蛋白质将在溶酶体中消失。 受体循环到包被小窝表面，同时配基, 有两种方式到达溶酶体。来自原生质 显示了以高速传输配基到被降解。外膜的吞噬蛋白质可以通过早期胞饮体到 细胞的受体使用的途径。一次受体循环大约后期的胞饮体来指引。新合成的蛋白质可以 1-20分钟，受体可以在它的大约20小时的从 生命周期中承担大于100次的循环。这种途反式高尔基面通过后期的胞饮体（进入溶 径的一个经典例子是LDL受体，它的配基是酶体），正如上面描述的一样。 生92 吴朱昊，王薇 18Page 18 of 23 第25章 蛋白质转运 25.27 结合着转铁蛋白携带铁的转铁25.28 EGF受体将egf 携带至溶酶体， 在那受体和配基降解。 蛋白受体将铁释放进内吞体；结合在脱 脂转铁蛋白（缺少铁原子）的受体循环 至表面，然后受体和配基解离。 原生质低密度的脂蛋白载脂蛋白E和载脂蛋 白B（这个集合叫做LDL）。载脂蛋白B是一 种大分子蛋白（500KD），它可以携带胆固醇 和胆固醇脂。LDL从在胞饮体中的受体被释 放。到表面的受体循环被再次使用。LDL和这个不断的循环使用的频率很高；一个转铁胆固醇在胞饮体中是分离的；LDL被发送到蛋白受体大约15-20分钟循环一次，并且半溶酶体，在溶酶体中它被降解，并且细胞释衰期大于30小时。它为细胞提供了一种吞放胆固醇供使用。这就是将胆固醇移出循环入铁的途径。 的重要途径，在LDL受体中带有突变因子的受体和配基都被降解。EGF受体结合, 人积聚大量的可以引起家族性高胆固醇血了它的配基，一种小的多肽表皮生长因子，症疾病的原生质中的胆固醇。 这是内含化的前提。虽然EGF和它的受体在, 低PH值环境下是分离的，但是它们都被输受体和配基都循环。转铁蛋白受体提 送到溶酶体处，在那它们被降解，供了一个这种途径的经典例子，见。 揭示了这一点。我们不知道如何和是否这些受体的配基是转铁蛋白的离子携带形式。当 事件与EGF通过结合到受体上来改变目标细它到达胞饮体时，酸性的环境引起了转铁蛋 胞的表型的能力有关。 白释放铁。无铁的配基，又称为APO-转铁蛋 , 白，保持约束于转铁蛋白受体，并且循环到受体和配基在别处被传递。某些极化原生质膜。在原生质膜中性pH值条件下，的细胞使用揭示的途径。一个受体APO-转铁蛋白与受体解离。这导致APO-转铁和配基的结合体在一个细胞表面被吸收，被 蛋白可以再结合另一个一个铁，同时转铁蛋输送到胞饮体，然后被释放为了可以传输到 白受体可以内含另一个携带铁的转铁蛋白。更远的细胞表面。这称为 生92 吴朱昊，王薇 19Page 19 of 23 第25章 蛋白质转运 25.29 免疫球蛋白受体将免疫球蛋白25.30 内含化受体的胞质结构域与一 从一个表面转运到另一个表面。 个包被小窝的内层蛋白相互作用。 胞浆结构域，它的作用与引发胞噬作用相 的独立。如果一个重组蛋白质其胞外结构域来 自通常没有胞吞作用的流感病毒血凝素，胞 浆结构域从被细胞吞噬的受体中提供，那么 它就可以被内含化。 我们对所有这些介导胞吞噬作用的信 号还没有一个清楚的认识。但是有两个特点 是广为人知的。蛋白质的相关区域是由与靠 近原生质膜的胞浆侧尾部一段相对短片段 的组成的。同时在这个区域酪氨酸残基的存 在经常是必须的。移去酪氨酸可以阻止内含 化。反过来，对没有胞吞作用的蛋白质，例 如流行性感冒病毒的血凝素，用酪氨酸替换 相关区域可以使得内含化成为可能。 。通过这种方式，受体能穿过上皮细胞传输LDL受体的突变分析显示了短的氨基免疫球蛋白。 酸序列NPXY（ASN-PRO-X-TYR）对于内含化 一般，将配基带入细胞的受体会很快是必须的。必须的酪氨酸可以被其它的芳香 的循环，而那些触发信号传递路径的受体则族氨基酸所替代。NPXY模体可以在被内含化不发生快速的循环。因表面信号改变而被胞的几个组I的蛋白质中被发现。并且它通常饮的受体通常都会被降解。 被定位紧贴原生质膜的位置。它是一个一般 细胞胞饮的需要的蛋白质结构特征是的胞吞作用的信号。它不存在于所有已经内 什么呢？阻止内含化的突变可以用来确认含化的蛋白质中。在那些根据配基结合而被 在受体中的相关顺序。实际上，内含化缺陷内含化的蛋白质中，内含化的信号可以通过 的特性化为进入包被小窝的入口对于受体在结合的过程中带来的变构产生。 介导的LDL细胞吞噬作用是必须的提供了证内含化的受体是不是与转运它们的囊 据。在带有在LDL受体中的缺陷的患病人群泡中的蛋白质直接作用？笼型蛋白在笼型 的细胞中，受体在原生质膜上聚集成小束，蛋白包被的囊泡外形成一个多面体外层，但 并且不能像野生型细胞一样进入到包被小还有其它的蛋白质形成一个内层。结合素蛋 窝。 白能识别即将内含化的受体在的胞质结构 对应于这种缺陷的突变都会影响受体 生92 吴朱昊，王薇 20Page 20 of 23 第25章 蛋白质转运 域中特定序列（见图25.12）。显域并将其固定在小窝中。结果，当包被囊泡 示了这样一个模型，当包被小窝在其中形成从原生质膜的收缩中产生时，受体即保留在 时，一个转接蛋白将结合受体在胞质中结构其中。 驻留在内质网系统中的或是将分泌出 细胞质膜的蛋白质从核糖体中直接通过共 尔基体的顺行转运。在高尔基堆叠中转运蛋翻译转移进入ER。它们通过高尔基体以顺行 白质的囊泡还没有被确定。从高尔基体向质方向转运。特定的信号可能使它们保留在内反式高膜的组成性（主流）移动的囊泡也还没有被质网中，也可能引导它们到达其它的细胞尔基潴泡是由顺式高尔基潴泡变成的，即从确认。另一种关于顺向转运的理论说器。默认的通道是运向质膜。逆向传输还没 顺式面向反式面有一个潴泡不断成熟的过有很好的了解，但是驻留在内质网中的蛋白 程。 质是利用特定的信号将它们的高尔基体中 在受调节的蛋白质分泌的途径上，蛋回收的。C-端 KDEL就是一个很好的例子。 白质从反式高尔基体面上被分选进入笼型蛋白质通过以膜围成的包被囊泡的载 蛋白包被的囊泡中。一些囊泡可以融合成为体在不同的膜表面转运。这个囊泡形成于供 分泌小体。囊泡也可以移动到控制细胞表面体膜的出芽阶段：它们和目标膜融合时卸下 转运的胞饮体中。分泌的囊泡可以通过细胞它们的货物。当囊泡形成时，加上了蛋白质 外信号被激发在原生质膜处释放它们的货包被，而且必须在它们与目标膜融合前被移 物。相似的囊泡可以用于胞饮，通过这种途除。顺行转运并没有造成从内质网到高尔基 径蛋白质可以从细胞表面被内含化。在这些体或原生质膜的膜组分的净流动，所以随着 囊泡的外层包被中，笼型蛋白是主要的蛋白顺行转运大量移动的膜必须通过逆向转运 质。内部的包被包含结合素蛋白，它是结合返回到内质网中。 在笼型蛋白上的；在胞饮囊泡中发现了β-给蛋白质增加预制的寡聚糖的修饰是 结合素。而β’-结合素是从高尔基移动到在内质网中开始的。高甘露糖含量的寡聚糖 胞饮体的囊泡所具有的特征。 被修剪。而复杂的寡聚糖通过进一步修饰产 所有类型的囊泡的出芽和融合都是由生，这些是发生在通过高尔基体传输的时 一种小的GTP结合蛋白所控制。对笼形蛋白候，由蛋白质碰到的在高尔基体叠层上定位 和COP-I-包被囊泡，这种蛋白是ARF；对的酶的顺序而定。蛋白质在 COP-II-包被囊泡，作用的蛋白是Sar1p。当 反式高尔基体中被GTP激活后，ARF/Sar1p将插入膜中并造 依据不同的目的地被分选。溶酶体的分选信成包被蛋白的聚合。这将最终导致囊泡从收号就是甘露糖-6-磷酸的存在。 缩中形成（当然还可能需要更多的蛋白参 不同类型的囊泡用于从不同的膜系统与）。当因GTP水解为GDP而失活时，ARF 中运出或运入。囊泡通过它们蛋白包被的性即从囊泡上分离下来，包被蛋白或者自发的质加以识别。 （在COP-包被囊泡中）或是在其它的蛋白质 COP-I-膜囊泡参与在从高尔基体到内的作用下（在笼型蛋白包被囊泡中）解离。 质网系统逆行传输中。COP-I囊泡被包被单因为囊泡上的v-SNARE与目标膜上的 体所包围。一种包被单体蛋白质β-COP是与t-SNARE特异性的结合，囊泡得以识别合适笼型蛋白包被囊泡的β-adaptin相关的，说的目标膜。结对通过螺旋化螺旋相互作用产明在COP-I-膜和笼型蛋白包被的囊泡之间生，其中SNARE复合体平行于膜表面。这是的可能具有共同的结构。 融合所必需的步骤，但不知道是否还需要其 COP-II-包被囊泡进行从内质网到高 生92 吴朱昊，王薇 21Page 21 of 23 第25章 蛋白质转运 它的后继步骤。在融合复合体中与SNAREs的信号：它可以是序列NPXY的一部分信号。相连的其他蛋白质有可溶性ATP酶NSF和对当受体进入包被小窝时，笼型蛋白-包被夹应于结合NSF的SNAP。ATP的水解可能是结断形成囊泡，然后它将移入早期胞饮体。 对后的SNAREs解聚回收所必需的步骤。 胞饮体的酸性环境引起了一些受体释 受体可能被持续内含化，或者作为一放它们的配基：这些配基被转运到溶酶体， 个结合在细胞外的配基而内含化。当受体侧在那里它们被降解。受体以包被囊泡的方式 向移动到包被小窝时，受体介导的胞吞作用循环回到原生质膜。一个没有分离的配基可 开始。受体的胞浆结构域有一个蛋白质识别以和它的受体再一次循环。在某些情况下， 被认为是与包被小窝有关的信号。一个暴露受体-配基复合物被转运到溶酶体并降解。 的定位在跨膜域附近的酪氨酸是一个共同 一、概念题： 1． 出芽和融合（budding and fusion） 答：出芽是指在膜的一块区域上进行包被蛋白的组装，并最终使得它以独立的囊泡形式释放 出去。融合指包被蛋白被除去，暴露出膜表面并与目标膜融合。 2． 分类信号（sorting signal） 答：分类信号是蛋白质的一个超二级结构(短氨基酸序列或是其共价修饰)，引导其载入到达特定的目的地的囊泡。 3． 逆向转运（retrograde transport） 答：逆向转运是在细胞内膜系统中蛋白质向相反方向运输的过程，如从高尔基体到内质网系 统。 4． 受体介导的胞吞作用（receptor-mediated endocytosis） 答：在细胞表面有一些受体，在结合一个配基后它们将变得易受到细胞的吞噬作用而将结合 的配基带入细胞内。囊泡移动到早期胞饮体并与其融合，这个过程叫做受体介导的胞吞作用。 5． 转细胞作用（transcytosis） 答：一个受体和配基的结合体在一个细胞表面被吸收，被输送到胞饮体，然后被释放为了可 以传输到更远的细胞表面。这称为转细胞作用。 二、简答题： 1． 简述顺向转运的囊泡模型和潴泡成熟理论模型。 答：顺向转运的囊泡模型认为高尔基潴泡是一种固定的结构，通过囊泡的不断融合和出芽实 现蛋白质的转移和运输。潴泡成熟理论认为高尔基潴泡不是一种固定的结构，而是在不断地 从顺式面向反式面移动的，同时其蛋白组分发生改变而趋向与反式面化。 2． 简述SNARE假说 答：当一个囊泡在一个特定的膜上产生后，它也将向一个特定的目标移去。SNARE假说认为目标识别的机制来源于囊泡携带的s-SNARE膜蛋白与目标膜上的t-SNARE膜蛋白的相互作用。 3． 简述在受体介导的胞吞作用中，蛋白质的几种代谢途径。 答：胞饮体在进入细胞内与溶酶体结合，其转载的受体与配基的蛋白质复合物有四种可能的 代谢途径： ? 受体载入从溶酶体分离的囊泡，循环回到质膜表面的包被小窝，而配基留在溶酶体 生92 吴朱昊，王薇 22Page 22 of 23 第25章 蛋白质转运 中被降解。 ? 受体和配基都循环回质膜表面，这个过程转运的是配基上结合的一些小分子或是传 递信号。 ? 受体和配基都被溶酶体降解。 ? 受体和配基从溶酶体中重新载入囊泡，被传递到细胞的其它地方。 三、论述题：简述蛋白质分类、转运的过程。 答：将驻留在细胞内膜系统中的或是将分泌出细胞的蛋白质在粗糙内质网上合成，它们通过 共翻译转移从核糖体上直接进入ER。蛋白质的定向是由蛋白质本身的超二级结构所决定的， 表现为一段短氨基酸序列或是在内质网（或/和高尔基体）中对其所作的共价修饰（脂类和 糖类组分的添加）。这些特定的信号使它们保留在某一系统中或转移向其他系统。 蛋白质的转运通过囊泡进行的。囊泡是有蛋白包被的膜封闭结构，从特定的膜表面出 发，移向不同的膜表面并与其融合。囊泡也有特异性，对应于不同转运途径中的囊泡类型有 不同种类的胞被蛋白。蛋白上的特定的信号会直接或是间接的与囊泡的胞被作用，以决定是 驻留还是载入囊泡，以即将载入哪一种囊泡，这样便实现了蛋白质的分类。 囊泡包被上的v-SNARE与目标膜上的t-SNARE特异性的结合，形成了的囊泡转运的定 向识别机制。这样通过特定的囊泡，便将特定的蛋白质转运向了特定的目的地。 生92 吴朱昊，王薇 23Page 23 of 23