【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 這個機制就取決於你蛋白質分選 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 實際上在細胞裏面 這個蛋白質分選也如此 你比如說 這個靶向的細胞器 如果是內質網 那麼它彈端呢 一定要有一個信號序列 決定它在內質網膜 那個核彈體上去合成 這個它的核心區呢 是6到12個輸水性的氨基酸 輸水性的氨基酸 另外呢 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 只不過這個序列呢 人們習慣於 給了它另外一個名字 不叫Signal Sequence 叫做Leader Sequence 這個呢 它主要是有 20到50個氨基酸 長期的一段 這一段氨基酸呢 它是兩性氨基酸 那兩性氨基酸 這是第二個 第三個到液律體裏邊去的 比如說進入 液律體裏邊的那個機制裏邊 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 只不過呢 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 進入細胞核以後呢 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 氨基酸序列的信號 來決定了它的走向 決定了它的落腳點 下面呢我就 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 是吧 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 那個複合物 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 那個空間間隙裏邊 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 這個組成的態鏈裏邊 有不同的信號來決定 來決定 這個是代表了一個蛋白質 是吧 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 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22 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 這個鑽鏈 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這個蛋白的接觸下 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 就是二這個步驟 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 形成的這個附合物 就是說外膜的附合物和內膜的附合物 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 一個分子半鋁蛋白 HSC70 然後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 就是二氧化碳要不斷地固定 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來 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 完成它相應的三磷酸循環 或者其他的一些功能 另外一個就是 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磷酸循環 那個是液律體 那是液律體 這個液律體那個實際情況 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PASA 一個是PASB 一個是PASC 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 基本上轉運的符合體 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符合物 這個就TIM23 TIM17 TIM44 形成的這個符合物 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 外膜的符合物 跟內膜的符合物 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 這個後邊講的呢 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 然後兩個中間呢 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 這個扁平囊我們叫內囊體 這個內囊體呢 它可以堆疊在一起 形成肌粒 這就是肌粒內囊體 兩個肌粒內囊體之間 那個聯繫的扁平囊 叫肌脂內囊體 因此光合作用 主要是內囊體膜上的功能 內囊體膜上的功能 另外就是在它的肌脂裏邊呢 這個內膜 那個內膜裏邊 內囊體外面那個空間 叫做液濾體的肌脂 那個是剛纔我講的 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 細胞脂裏邊合成的蛋白 它轉運到線力體的內囊體 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依賴點 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 這段序列是一個 進入內囊體的一個序列 實際是兩段 後邊這一段 這是內囊體裏邊的序列 前邊這一段 後邊是到 到液律體機制裏邊的一段序列 這兩個多態都是這樣 都是這樣 前邊這個是直體藍素 這個是在光合作用裏面 很重要的一個電子傳遞載體 這個直體藍素 它的原蛋白合成以後 它要跨過外膜內膜的 複合物這樣一個結構進去 進去以後 先是把前邊進入機制裏邊的序列切掉 切掉以後 這是機制裏邊有一種蛋白酶 可以把它切掉 然後留下後邊的一段序列 這段信號序列 是決定它進入內囊體空間的 那麼進入內囊體的時候 信號 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 決定它進入內囊體的 這是第一個途徑 叫做SRP依賴性的 Pathway 這個SRP依賴的 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顆粒是在內囊 液力體機制裏邊的一個可溶性蛋白 它先識別這個序列 識別結合以後 再和SRP的受體結合 然後來打開內囊體膜上的通道 它進到內囊體裏邊去 進去以後 這個內囊體空間的 這個內囊體機制當中 那個腔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 不涉及到SRP和SRP受體的 特異性識別 它是靠 液力體內膜與外膜之間這個空間 液力體機制這個空間 內囊體腔的這個空間 它的pH值是不一樣的 pH值不一樣 因爲有膜隔着的 所以說膜兩側離脂脂的濃度不一樣 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 就是內囊體膜上這個通道 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 這是到線理體 這個到過氧化物媒體 大家知道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 內腔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的縮積端有三個氨基酸 磁氨酸、氦氨酸、鏈氨酸 這個三個氨基酸的序列SKL 是它的一個重要的靶向序列 這個是一個重要的靶向序列 另外除了這個以外 有了這個SKL這個靶向序列以後 它在細胞質裏邊 還有一種叫可溶性的胞質受體 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 然後在中間那個腔帶打開 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 保留住 這是一種情況 那麼轉運進去以後 它的那個 胞質裏邊的那個PEX5 這個受體 它還可以被 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 已經有了很大的進展 這關於郭永浩媒體