文档介绍：细胞内蛋白质的分选
主讲人:李志坤
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引言
一、信号假说与蛋白质分选信号
二、蛋白质分选的基本途径与类型
三、蛋白质向线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的
分选
数量:蛋白质是生命活动的主要承担者。哺乳动物细胞中通常可检测出上万种蛋白质,酵母细胞中也含有5000种以上的蛋白质。
合成位置:真核细胞中除线粒体和植物细胞叶绿体中能合成少量蛋白质外,绝大多数蛋白质都是由核基因编码,在游离核糖体上、或糙面内质网膜结合核糖体上合成。
作用部位:蛋白质发挥结构或功能的部位几乎遍布细胞的各种区间或组份。
因此,必然存在不同的机制以确保蛋白质的分选,转运至细胞的特定部位。蛋白质也只有各就各位并组装成结构与功能的复合体,才能参与实现细胞的各种生命活动。

这一过程称蛋白质寻靶(protein targeting)或蛋白质分选(protein sorting)。蛋白质分选与组装是涉及多种信号调控的复杂而重要的细胞生物学热点问题。
一、信号假说与蛋白质分选信号
发现历史:
e Palade 发现细胞质游离的核糖体产生非分泌蛋白,内质网附着核糖体能产生分泌蛋白。但是细胞学家没有发现能解释两种核糖体功能差异的不同结构。
Palade 的学生 Gunter Blobel 假设该差异应存在于蛋白质本身。他和 David Sabatini 推测分泌蛋白可能携带N端短信号序列,可以引导蛋白质的转运。这就是二者在1975年提出的信号假说(singnal hypothesis)。
相继发现的存在信号序列的一些证据:
Philip Leder 及其同事构建的无细胞翻译系统产生比正常分泌抗体长6~8个氨基酸的轻链,其他人也获得相似的结果。
在对信号假说不知情的情况下,Cesar Milstein 基于他的无细胞系统提出相似假设。研究人员对微粒体的蛋白质进行检查,发现只存在正常长度的蛋白质。他们假设这多余的氨基酸序列对指导蛋白质转运至内质网有重要的作用。
多数情况下, 微粒体是指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,它包含内质网膜和核糖体两种基本成分。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。
尽管一些人质疑多出来的蛋白量是体外翻译和分离的错误,但 Blobel 等人设计了一种蛋白质体外翻译-转运系统,获得了一系列信号假说的证据,包括利用鼠的mRNA、兔的核糖体和狗的内质网(胰腺微粒体)组建的翻译-转运系统可能是一个通用系统。
研究细胞内蛋白质转运机制的诸多细节花费了20多年时间,其中洛克菲勒大学的 Blobel 在1999年由此获得了诺贝尔生理学或医学奖。
Prize motivation: “For the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and
localization in the cell“.
Günter Blobel
Blobel 在1971 年首次提出内质网膜分泌蛋白的氨基端序列带有转运信息。这一设想在1975 年扩展为信号假说,1980 年扩展为在细胞内蛋白转运及膜生物合成过程中的普遍学说。发现并分析了某些分泌蛋白、整合膜蛋白、叶绿体、线粒体基质蛋白和溶酶体蛋白的信号序列; 从内质网分离得到了信号识别颗粒SRP; 在线粒体和叶绿体膜上相继分离得到了识别SRP 的受体; 纯化得到了内质网相关的信号肽酶; 用电生理的方法证实了内质网上蛋白运输通道的存在。
现已知,指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成的决定因素是由蛋白质N端的信号肽(signal peptide)、信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP)和内质网膜上信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白,docking protein,DP)等因子共同协助完成。
信号肽
信号肽位于蛋白质的N端,一般由16~26个氨基酸残基组成。原核细胞某些分泌性蛋白的N端也有信号序列。
信号肽似乎没有严格的专一性,如大鼠的胰岛素原蛋白接上真核或原核细胞的信号肽,均可通过大肠杆菌的细胞质膜分泌到细胞外。
信号肽的一级结构序列