细胞内蛋白的分选运输.docVIP

第十章 细胞内蛋白质的分选和运输 一个哺乳动物细胞含有近1万种、约1010个蛋白质分子。除了少数蛋白质在线粒体核糖体上合成外，绝大部分蛋白质是由细胞核DNA编码、并在细胞质基质的核糖体上合成的。蛋白质在细胞质基质中合成后，按其氨基酸序列中分选信号(sorting signal)的有无以及分选信号的性质被选择性地送到细胞的不同部位，这一过程称为蛋白质分选(protein sorting) XE 蛋白质分选(protein sorting) 和蛋白质靶向运输(protein targeting) XE 蛋白质靶向运输(protein targeting) 。另外，细胞外的蛋白质经胞吞作用进入细胞内部，也经历分选和靶向运输过程。细胞中每一种蛋白质只有到达正确的位置才能行使其功能，例如激素受体必须进入细胞膜中才能识别相应的激素；RNA和DNA聚合酶必须送到细胞核中才能参与核酸的合成；酸性水解酶必须送到溶酶体才能进行大分子的降解作用。因此，细胞内蛋白质的分选和运输对于维持细胞的结构与功能、完成各种细胞生命活动都是非常重要的。 第一节 细胞内蛋白质的分选信号以及运输途径和方式 细胞内各种蛋白质能够有条不紊地被运送到各自的目的地，关键是蛋白质在合成时带有分选信号，就象行李上贴上标笺一样注明了要到达的目的地，而在目的地有着能识别分选信号的受体，分选信号与相应受体的特异结合就引导蛋白质到达细胞的特定部位。细胞内蛋白质的分选和靶向运输常常是多步骤的，有时要经过多次分选和运输才能完成。目的地不一样，蛋白质运输的途径和方式也不一样。 信号假说和分选信号 在20世纪70年代初有一个著名的实验：在体外无细胞系统中进行由mRNA编码的分泌蛋白在核糖体上合成，当合成系统中有微粒体存在时，所合成的蛋白质与体内合成的相同；如果在合成系统中去除微粒体，合成蛋白质的N-末端会多出一段短肽。基于这一实验，1975年Blobel等人提出了信号假说(signal hypothesis) XE 信号假说(signal hypothesis) ，即在新合成蛋白质的N-末端有一段信号序列，称为信号肽(signal peptide) XE 信号肽(signal peptide) ，其作用是引导多肽链在合成过程中到内质网膜上，并在内质网中完成蛋白质的合成，而信号肽本身则在蛋白质合成完成前被内质网内的信号肽酶切除（图10-1）。这一假说可以说明为什么没有微粒体存在时合成的蛋白质比有微粒体时合成的蛋白质要长，长出的一段肽链就是信号序列。进一步的实验表明，存在于新合成分泌蛋白前体的N-末端信号序列也存在于膜蛋白和溶酶体酶蛋白的前体，它们都是在糙面内质网合成的。把这种信号序列用重组DNA技术接到原来不进入内质网的蛋白质上，就可引导它们进入内质网。除了输入内质网的蛋白质有信号序列外，由细胞质基质直接输入细胞核、线粒体和过氧化物酶体的蛋白质都带有各自的信号序列，引导它们靶向运输。 图10-1 糙面内质网蛋白质合成的信号假说 （引自Alberts等，2002） 参照前书图13-1 蛋白质的分选信号至少有两种类型（图10-2），一类是信号肽，另一类是信号斑( signal patch ) XE 信号斑( signal patch ) 。信号肽是位于蛋白质上的一段连续的氨基酸序列，一般有15-60个氨基酸残基，具有分选信号的功能。在引导蛋白质到达目的地，即完成其分选信号任务后，信号肽常常从蛋白质上被切除。 图10-2 蛋白质的分选信号 （A）信号肽，（B）信号斑 （引自Alberts等，2002） 参照前书图13-2 信号斑是位于蛋白质不同部位的几个氨基酸序列在多肽链折叠后形成的一个斑块区，具有分选信号的功能。信号斑是一种三维结构，当多肽链伸展时，组成信号斑的不同氨基酸序列可在多肽链上相距很远，在完成分选任务后，这些氨基酸序列继续存在。 信号肽通常引导蛋白质从细胞质基质进入内质网、线粒体和细胞核，同时也引导蛋白质从细胞核送回到细胞质基质以及从高尔基体送回到内质网；信号斑则引导一些其他分选过程，如在内质网合成的溶酶体酶蛋白上存在一种信号斑，在高尔基体的CGN中可被N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶所识别，从而使溶酶体酶蛋白上形成新的分选信号M-6-P，进一步在TGN中被M-6-P受体识别,并分选进入运输小泡最终送到溶酶体（详见第十章）。 每一种信号序列引导蛋白质到达细胞内一个特定的目的地（表10-1）。要运送到内质网的蛋白质，在其N-末端有一段信号肽，其中间部分有5-10个疏水氨基酸。带有这种信号肽的蛋白质，都会被运送到内质网，并进一步被运送到高尔基体，其中一部分蛋白质在C-末端还带有一个由4个氨基酸组成的信号肽，它们在高尔基体的CGN部位被识别并被送回内质网，是内质网驻