【四川大學】-《細胞生物學》（國家級精品課） P34 - 34. 34-8-1第8章第1節 細胞內蛋白質分選 教學錄像（2）

剛纔我講到在細胞裏面蛋白質轉運或者它的分選 能不能夠儘量的不發生錯誤 這個在細胞裏面有一種機制 這個機制就取決於蛋白質分選 它要有一定的標籤 它最終在什麼地方落戶 發揮功能 這就涉及到直導蛋白質 從細胞質基質到細胞器 或者是到內質網上變成分泌性的蛋白 它有一個特定的核杆 那個氨基酸序列作爲一種信號序列 這種信號序列 或者說叫靶向序列 Targeting Sequence 這個大家可以想得到 就像寄信一樣 你寫上郵編地址 某某人收 這個就是一個靶向序列 那麼到了Sorting 分選的時候 人家郵局就按照你的郵編 按照你的地址 給你分選出來 跟哪一趟航班 或者跟哪一個火車走 實際上在細胞裏邊 這個蛋白質分選也如此 也如此 你比如說 這個靶向的細胞器如果是內質網 那麼它彈端一定要有一個信號序列 決定它在內質網膜 那個核糖體上去合成 這個它的核心區是6到12個輸水性的氨基酸 輸水性的氨基酸 另外還涉及到一個和多個鹼性氨基酸 就是精氨酸 耐氨酸 那麼如果說這個蛋白質 它是通過後翻譯轉運途徑 那麼比如說到線粒體的機制裏邊 它的彈端也有一個序列 只不過這個序列 人們習慣於給了它另外一個名字 不叫Signal Sequence 叫做Leader Sequence 這個它主要是有20到50個氨基酸長期的一段 這一段氨基酸它是兩性氨基酸 這是第二個 第三個到液律體裏邊去的 比如說進入液律體裏邊的機制裏邊 那麼它有它的相應序列 在彈端也有一段序列 到過氧化物媒體機制裏邊 到細胞核裏邊 它都有一些個相應的序列 來決定它究竟是到哪一種細胞器 只不過它沒有一個信號序列 被切除的那樣一個過程 進入過氧化物媒體的 進入細胞核的 你比如進入細胞核的 它有一個信號叫做覈定位信號 它就要進入細胞核 但是它這個覈定位信號進入細胞核以後 它不被切除 大家可以想一下爲什麼不被切除 因爲它是一個雙向運輸 它還得出來 所以說這個不同的蛋白質 向不同的把位點去轉移的時候 它是蛋白質氨基酸一級結構裏邊的 某一段氨基酸序列的信號 來決定了它的走向 決定了它的落腳點 下面我就分頭的介紹一下 這個蛋白質分選 向各個細胞器分選 它的一些的基本情況 這個蛋白質從細胞質基質裏邊 完成蛋白質合成以後 比如說輸入到線粒體裏邊的 那些個蛋白 大家看這是一個線粒體的 一個基本結構的一個圖 它有外膜有內膜 外膜內膜之間呢 是一個內外膜之間的空間間隙 內膜裏面 由於內膜的摺疊 它產生一些個這種基 基的結構 那麼這些個內膜裏邊包括的空間 實際上是線粒體的基質 線粒體的基質 大家知道它的氧化 線粒體氧化底物產生ATP 這樣一個功能 它主要是內膜上有電子傳遞鏈 另外有ATP合成酶那樣一個複合體 蛋白質從細胞質基質裏 輸入到線粒體的基質裏邊去 這是一個走向 蛋白質從細胞質基質 輸入到線粒體內膜上 裝配那些個呼吸鏈 那個附喉 這也是另外一個走向 第三個走向呢 就是蛋白質它分選 落腳到線粒體的內膜 與外膜之間的那個空間間隙裏 所以說到線粒體裏邊去的蛋白 至少有三種不同的走向 三種不同的落腳點 同樣跟我剛纔講的那個情況一樣 一個蛋白質決定它的分選的把目標 是它的一級結構蛋白質一級結構 氨基酸這個組成的態鏈裏邊 有不同的信號來決定 這個是代表了一個蛋白質 向線粒體輸入那些不同的信號 用不同的顏色來表示 比如說這個是線粒體 它基質裏邊的蛋白 從細胞質基質裏邊 輸入到線粒體的基質裏邊 這個蛋白它的轉運的一個圖 這個圖呢我們大家看到 蛋白質的合成啊 是在基質裏完成的 完成以後形成的一條態鏈 那麼這條態鏈呢 它要轉入到跨雙層膜 外膜內膜進入基質裏邊 的一個基本過程 它先是進入這個 線粒體外膜和內膜的時候 它有一個變化 這個變化呢就是說 線粒體的外膜和內膜之間 要產生一個接觸點 產生一個接觸點 就是外膜和內膜要靠得鼻子很近 鼻子很近 這是這個接觸點的位置 那麼先是前邊 基質導向的一個序列 基質導向的序列 先是跟膜上 它相應的一個受體 這個叫TOM20和R2 形成的一個複合物 先是跟它識別 先是識別結合 那麼結合以後 它往裏鑽之前呢 這個態鏈 它有一個解摺疊的過程 因爲基質 在細胞質基質合成這個線粒體蛋白呀 它也要經過包裝和摺疊 但是它在進入兩個膜的時候 往裏轉運的時候 它要消耗ATP 在分子伴侶 HSC70這個蛋白的協助下 要解摺疊 它不能讓它捲成一團亂麻進去 它要解摺疊 解摺疊以後被它的受體所識別 就是R這個步驟 然後呢 它打開膜上的一個轉運通道 打開膜上的一個轉運通道 這個叫TOM40 TOM40 打開這個通道以後 它以解摺疊的形式 跨過外膜 然後再跨過內膜 內膜是TIM44 那除了這個以外 還有一個就是TIM2317 形成的這個複合物 就是說外膜的複合物 和內膜的複合物 它要鑽進去 鑽進去以後 在線粒體基質裏邊 同樣是由於線粒體基質的 一個分子伴侶蛋白吧 HSC70 然後呢再幫助它 進一步完成摺疊 形成有功能的蛋白 存在於線粒體的基質裏邊 大家知道 這個線粒體基質裏邊 它要完成一個非常重要的反應 叫卡爾文循環 它就把三碳化合物 變成一個六碳化合物 就是二氧化碳 不斷地固定 然後變成糖 二氧化碳被固定變成糖 它的第一步要產生一個三碳的糖 三磷酸甘油泉 然後呢三磷酸甘油泉再轉化 形成六碳糖 那麼這個卡爾文循環 是一個環式反應系列 那麼這個環式反應系列裏邊的酶 特別是植物細胞裏邊 含量最高的蛋白 就是E5二磷酸合同糖 縮基齊化酶 那個酶它的小亞基部分 它的亞基啊 各種亞基的組成裏邊 這個很重要的一個 有一部分要從細胞質基質裏運進 其他的那個卡爾文循環的相關酶系 也是大部分是核基因編碼的 然後轉運到線粒體基質裏邊 來指導這個三磷酸循環 對二氧化碳的固定變成糖 所以說這是一個基質當中 合成的蛋白最終轉運到 跨過雙層膜的線粒體膜 外膜和內膜的這樣一個結構 然後進入線粒體的基質裏邊 完成這樣一個作用 完成它相應的三磋酸循環 或者其他的一些功能 另外一個呢就是 大家知道線粒體 它作爲一個產能 我剛纔說錯了 剛纔我講的那個是 三磋酸循環那個是液粒體啊 那是液粒體 我再更正一下 這個液粒體那個實際情況 跟線粒體基質這個情況是很類似 是很類似 它要跨過膜以後 進入內囊體的那個空間裏邊去 這個到線粒體膜上 它分外膜內膜 其中線粒體的內膜 是產生ATP最關鍵的一個部位 線粒體內膜 因爲它有各種各樣的這個 呼吸鏈的那個組分 另外呢它還有合成ATP 所需要的某些蛋白質壓劑 所以說它要細胞直裏合成 然後再進入線粒體 所以說到線粒體內膜上 完成它那個佈局 來解決一個氧化磷酸化的問題 氧化磷酸化的問題 它這個有三個途徑 一個是Path A 一個是Path B 一個是Path C 有三個途徑 這個在教材裏邊呢 有相應的圖 這個其中這個很重要的一個轉運過程 涉及到一個態鏈上 它要有不同的定位信號 不同的定位信號 也就是它的靶向信號 那麼比如說A 這個這條途徑 它的外膜上轉運的複合體 是TOM40 TOM40 另外呢就是還有像TOM22 TOM20 這些都是跟這個轉運相關的一些輔助性蛋白 它進來以後呢 跨過兩個膜之間的 外膜內膜之間的空間 然後再進入內膜的轉運複合物 這個就TOM23 TOM17 TOM44 形成的這個複合物 它進去以後 這個時候呢 進去之前要解摺疊 進去以後 它要重新摺疊 還涉及到一個分子伴侶 HSC70的協助 那它進去了 那麼它這個進去以後啊 第二條途徑 也有類似的 外膜的複合物 跟內膜的複合物 負責它進去 它進去以後呢 它先是到機制裏邊 這是先到機制裏邊 到機制以後 它把它前邊的導態序列切掉 然後呢 它在 這個態鏈中間的插入序列 作爲它在內膜上定位的一個信號 再重新併入內膜 就插入內膜 插入內膜 一直到這個插入內膜的次數 比如說它是一個六次跨膜的 那麼它就 形成一個六次跨膜的 線粒體內膜上的蛋白 也就是說 它這個轉運呢 在哪兒安家落戶 一步一步的 靠它信號引導 先進入機制 從機制裏邊再重新 插入到內膜上去 這是一個 基本的方法 一個基本方法 這就取決於 它這個一級結構裏邊 有幾次 那個內在的錨定序列 內在的錨定序列 還有一個就是說 在膜間空間 蛋白質轉運 它進入兩個 內膜和外膜之間的空間 它也涉及到 鈦鏈的 內在的序列裏邊 負責 它的靶向的位點 負責它的靶向位點 這個我就不一個一個解釋了 這個也有一個 Pathway A Pathway B 這個後邊講的是 這個到葉綠體裏邊去 大家知道這個是一個 葉綠體的一個 簡單的一個示意圖 它跟那個 線粒體不一樣 它的外膜 是光滑的 內膜也是光滑的 然後兩個中間 形成一個內外膜之間的空間 那麼在內膜裏邊 實際上是由內膜的 特化摺疊 形成一個一個的扁平囊 這個扁平囊我們叫 類囊體 這個類囊體呢 它可以堆疊在一起 形成肌粒 這就是肌粒類囊體 兩個肌粒類囊體之間 那個聯繫的扁平囊 叫肌脂類囊體 因此 光合作用 主要是類囊體膜上的功能 類囊體膜上的功能 另外就是在它的肌脂裏邊 這個 內膜 那個內膜裏邊 類囊體外面 那個空間 叫做 葉綠體的肌脂 那個是剛纔我講的 那個三 那個 卡爾文循環 固定二氧化碳 變成糖的 那樣一個位置 因此 進入這樣一個細胞器 同樣一個蛋白 要求有不同的信號來借導 到特定的位點 難家若戶 它也涉及到這一個問題 那麼這個是 講線力 那個 肌脂裏 細胞脂裏邊合成的蛋白 它轉運到線力體的類囊體 這樣一個示意圖 這個 它有兩個途徑 有兩個途徑 一個途徑呢 是 SRP 依賴的 這樣一個途徑 就是說一個蛋白合成以後 它的蛋端 有一段序列 這段序列呢 是一個 進入 類囊體的一個 序列 這個是兩 實際上是兩段 後邊這一段呢 這是類囊體裏邊的 序列 前邊這一段呢 是到 類囊 到這個 液律體 機制裏邊的一段序列 這兩個 多 多態都是這樣 都是這樣 前邊這個是 直體藍束 這個是在 光合作用裏面 很重要的一個 電子傳遞載體 這個直體藍束 它的原蛋白 合成以後 它要跨過 外膜 內膜的 這個 複合物 這樣一個結構 進去 進去以後呢 先是把前邊 進入 機制裏邊的 這個 序列切掉 切掉以後 這是機制裏邊 有一種蛋白酶 可以把它切掉 然後呢 留下後邊 的一段序列 這一段 信號序列 是決定它進入 類囊體 空間的 那麼 這個 進入 類囊體 的時候 這個是要 通過 SRP 信號識別蛋白顆粒 和 信號識別顆粒的 受體 識別 決定它進入 類囊體的 這是 第一個 途徑 叫做SRP 依賴性的 Pathway 這個 SRP依賴的呢 它必然涉及到 一個 SRP 依賴的 一個 相應的 信號序列 這個 信號序列 要跟 這個 SRP顆粒 是在 類囊 那個 液律體 機制裏邊 的一個 可容性蛋白 它先識別 這個序列 識別 結合以後 再和 這個 SRP的 受體 結合 然後呢 打開 這個 類囊體 裏膜上的 這個通道 它進到 內囊體裏邊去 進去以後 這個 類囊體 空間的 這個 類囊體 機制當中 那個槍內的 這個定位信號 也被切掉 然後 它再摺疊 第二個途徑 是 Path 變化 所依賴的途徑 它這個 第二個途徑裏邊呢 不涉及到 SRP 和 SRP受體的 特異性識別 它是靠 液濾體 內膜與外膜之間 這個空間 液濾體 機制 這個空間 類囊體 槍的 這個空間 它的 PH值 是不一樣 PH值 因爲有膜隔着的 所以說 膜兩側 離 質子的濃度 不一樣 因此 PH值 有一個差 它是靠這個 差異 來驅動它 轉運 來驅動它轉運 這個旁邊的這個解釋呢 是講 這個 組成這個 Translocan 就是 類囊體膜上 這個 這個通道 它至少有四種蛋白 形成的一個符號 這個 詳細的情況 我們這兒不介紹 這是到 線裏提 這個到 過氧化物 媒體 大家 過氧化物媒體 它膜上有蛋白 另外 機制裏邊 這個細胞器的 機制 那槍裏邊 可溶性蛋白 也有 那麼 像 過氧化物媒體 機制裏邊 轉運蛋白 它要求要有一個信號 叫PTS1 PTS1 這個 PTS1的 縮極端 有三個 氨基酸 四氨酸 賴氨酸 鏈氨酸 這個三個 氨基酸的 序列 SKL 是它的一個 重要的 把相序列 這個是一個 重要的把相序列 另外呢 除了這個以外 有了這個 SKL 這個把相序列 以後呢 它在細胞質裏邊 還有一種 叫可溶性的 細胞質受體 細胞質裏邊的受體 這個受體 專門識別 SKL 像前面的 第一步 PEX5 這個 Protein 就是一個 受體 這個受體 專門要識別 那個PTS1 那個信號 它識別 結合以後 它再把它 轉運到 這個 過氧化物媒體的 膜上去 轉運到過氧化物的 媒體的膜上 那麼轉運過去以後 它也要跟膜上 這個 PEX5 這個受體 找到它的 結合位點 然後在中間 那個槍的 打開 然後它轉進去 它轉進去以後呢 它那個信號態 那個部分 不被切割 保留 保留住 這是 一種情況 那麼轉運進去以後 它的那個 胞值裏邊的 那個PEX5 這個受體 它還可以被 從 通過其他的 轉運通道 可以重新出去 再重新利用 所以說這個 目前對這個問題的研究 上次我介紹了一下 它就是通過 不同類型蛋白缺失 或者突變的 突變體 來研究的 看缺哪一個蛋白 哪一步要停止 不能夠 行使功能 那麼就知道 這個蛋白 跟什麼相關 它是靠這個辦法 研究出來的 目前這個研究 應該講 還並沒有 真正徹底 把這個過程 搞清楚 並沒有完全搞清楚 但是這個事情呢 已經有了 很大的進展 已經有了 很大的進展 這關於 灌耗媒體