蛋白质的分选和定向运输

细胞内蛋白质的分选和转运机制作者：陈建坤来源：《中学生物学》2018年第03期蛋白质作为生命活动的执行者和体现者，与生物的遗传、疾病等都有着重要关联。

在细胞内，有些蛋白质是先合成再进行分选转运，如线粒体、叶绿体、细胞核等结构中的蛋白质；而有些是边合成边分选转运，如分泌蛋白、膜蛋白等。

细胞根据蛋白质是否携有分选信号（信号序列）以及分选信号的性质，有选择地将蛋白质运送到细胞的不同部位。

1分选信号的种类分选信号有两类：①信号肽：蛋白质多肽链上一段连续的特定氨基酸序列，一般位于新肽链的N端，属于一级结构。

完成分选任务后常被切除。

②信号斑：位于多肽链不同部位的几个特定氨基酸序列经折叠后形成的斑块区，是一种三维结构。

完成分选任务后，仍然存在。

2原核细胞中蛋白质分选转运途径原核细胞（如细菌）没有复杂的生物膜系统。

但是为了维持生命，原核细胞需要合成一些蛋白质分泌到细胞质或者转运到细胞外发挥作用。

原核生物中蛋白质的转运分泌途径主要包括3种：①一般分泌途径，即SEC途径；②双精氨酸移位酶途径，即TAT途径；③信号颗粒识别途径，即SRP途径。

除此之外，还有V型分泌途径、TPS分泌途径和分子伴侣引导分泌途径等。

①一般分泌途径，即SEC途径：SEC分泌途径是原核生物中蛋白质主要的跨膜运输机制，主要由SEC移位酶作为介导。

SEC途径可以转运多种蛋白质，包括毒性因子、菌毛、黏附素和蛋白酶等。

SEC途径主要功能是把尚未折叠完成的蛋白质转运到质膜外，在质膜外折叠成有活性的蛋白质。

SEC途径大致可分为3个过程：信号序列的识别与定位、跨膜转运和多肽的释放。

②双精氨酸移位酶途径，即TAT途径：TAT途径识别的肽链N端信号序列通常含有两个连续的精氨酸残基。

TAT途径主要转运已经折叠完成的蛋白质，而尚未折叠完成的蛋白质通常不能通过该系统分泌，从而避免未完成折叠蛋白在胞外被降解的命运，保证了分泌产物的结构和功能的准确性。

此外，TAT途径还可以将少数蛋白质整合到质膜中。

《细胞生物学》题库参考答案第八章 蛋白质的分选一、名词解释1.信号肽--是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分，称信号肽（signal peptide）或信号序列（signal sequence）。

2.共转运--肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。

3.后转运--蛋白质在细胞基质中合成以后再转移到某些细胞器中的转移方式。

4.开始转移序列--引导肽链穿过内质网腔的信号肽，称为开始转移序列（start transfer sequence）。

5.停止转移序列--肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。

6.分子伴侣--通称为结合蛋白，在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、正确折叠或组装，但其本身并不参与最终的形成。

7.导肽--又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。

8.NLS序列--亲核蛋白上带有的一段特殊的氨基酸序列，这些特殊短肽保证了亲核蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内，这段具有"定向"、"定位"作同的序列被称为核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。

9.内体--酸性的不含溶酶体的小囊泡。

10.信号假说--即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白导内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。

11.蛋白质跨膜运输--主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有不同。

细胞生物学模拟试题一、填空题1、细胞周期的调控主要依赖两类蛋白，分别为细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖的蛋白激酶。

2、染色质 DNA 的三种功能元件自主复制DNA序列、着丝粒DNA序列、端粒DNA序列3、核孔复合体是一种特殊的跨膜运输蛋白复合体，对物质的运输具有双功能性和双向性的特性。

4、生物体内的化学信号分子一般可以分为两类，一是_亲脂性的信号分子 _，一是_亲水性的信号分子_。

5、具有跨膜信号传递功能的受体可以分为__离子通道偶联的受体、 G蛋白偶联的受体和与酶偶联的受体（催化性受体）__。

6、一般将细胞外的信号分子称为__第一信使_，将细胞内最早产生的信号分子称为_第二信使_。

7、受体一般至少包括两个结构域_结构结构域（与配体结合的区域）和催化结构域（产生效应的区域）_。

8、由 G 蛋白介导的信号通路主要包括：_cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。

9、线粒体在超微结构上可分为__内膜、外膜、膜间隙、基质__。

10、线粒体中，氧化和磷酸化密切偶联在一起，但却由两个不同的系统实现的，氧化过程主要由_电子传递链（呼吸链）_ 实现，磷酸化主要由_ ATP合成酶_完成。

11、细胞内膜上的呼吸链主要可以分为两类，__NADH呼吸链和FADH2__呼吸链。

12、植物细胞中具有特异的质体细胞器，主要分为叶绿体、有色体、白色体。

13、叶绿体在显微结构上主要分为_叶绿体膜、基质、类囊体_。

14、在自然界中含量最丰富，并且在光合作用中起重要作用的酶_核酮糖－1 ,5－二磷酸羧化酶_。

15、光合作用的过程主要可分为三步：原初反应、电子传递和光合磷酸化和碳同化。

16、光合作用根据是否需要光可分为__光反应和暗反应__。

17、真核细胞中由双层膜包裹形成的细胞器是线粒体和叶绿体。

18、含有核外 DNA 的细胞器有线粒体和叶绿体。

19、引导蛋白到线粒体中去的具有定向信息的特异氨基酸序列被称为_导肽_。

20、叶绿体中每 3 个 H+穿过叶绿体 ATP 合成酶，生成1个 ATP 分子，线粒体中每2 个 H+ 穿过 ATP 合成酶，生成_1_个 ATP 分子。

《细胞生物学》题库参考答案第八章蛋白质的分选一、名词解释1.信号肽——是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分，称信号肽（signal peptide）或信号序列（signal sequence）。

2.共转运——肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。

3.后转运——蛋白质在细胞基质中合成以后再转移到某些细胞器中的转移方式。

4.开始转移序列——引导肽链穿过内质网腔的信号肽，称为开始转移序列（start transfer sequence）。

5.停止转移序列——肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。

6.分子伴侣——通称为结合蛋白，在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、正确折叠或组装，但其本身并不参与最终的形成。

7.导肽——又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。

8.N LS序列——亲核蛋白上带有的一段特殊的氨基酸序列，这些特殊短肽保证了亲核蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内，这段具有“定向”、“定位”作同的序列被称为核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。

9.内体——酸性的不含溶酶体的小囊泡。

10.信号假说——即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白导内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。

11.蛋白质跨膜运输——主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有不同。

12.膜泡运输——蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。

详解分泌蛋⽩的合成和运输在⽣物体内，蛋⽩质的合成位点和功能位点常常被⼀层或多层⽣物膜所隔开，这样就产⽣了蛋⽩质运转的问题。

核糖体是真核⽣物细胞内合成蛋⽩质的场所，⼏乎在任何时候，都有数以百计或千计的蛋⽩质离开核糖体并被输送到细胞质、细胞核、线粒体、内质⽹和溶酶体、叶绿体等各个部分，补充和更新细胞功能。

那么这些蛋⽩质是怎样准确⽆误的被送到特定部位的？我们都知道蛋⽩质由内质⽹向⾼尔基体再向细胞膜转运时是由囊泡膜包裹着的，⽽从核糖体向内质⽹中转运时是怎样转运的呢？为什么说分泌蛋⽩的转运穿越了“0层膜”呢？分泌蛋⽩在内质⽹和⾼尔基体⼜上分别进⾏什么样的加⼯？加⼯过程中如何保证肽链折叠即空间结构的准确性，如果有折叠错误的畸形肽链怎么办？这些都是⼗分有趣的问题，在此做⼀简要的阐述。

⼀、蛋⽩质在核糖体上的合成及转运核糖体是蛋⽩质的合成场所毫⽆异议，核糖体在细胞中有两种存在形式游离核糖体和附着核糖体，之前我们认为参与细胞组成的结构蛋⽩在游离核糖体上合成，⽽分泌蛋⽩在附着核糖体上合成。

通过查阅资料发现其实⽆论是结构蛋⽩还是分泌蛋⽩在开始合成时都是在游离核糖体上的，只是当分泌蛋⽩合成起始后便逐渐转移⾄粗⾯内质⽹上，并且肽链边合成边转⼊粗⾯内质⽹腔中（即边翻译边转运），随后经⾼尔基体分泌到细胞外，以这种⽅式进⾏合成和转运的除分泌蛋⽩外还包括溶酶体、细胞膜蛋⽩以及内质⽹和⾼尔基体本⾝的蛋⽩成分。

其他结构蛋⽩在游离核糖体上合成后直接转运⾄功能部位，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的蛋⽩质，最近发现有些还可转运⾄内质⽹中，但与分泌蛋⽩不同的是在游离核糖体上合成多肽链以后再转运⾄内质⽹中（即翻译完成后在转运）。

那么多肽链是以什么⽅式进⼊内质⽹腔中的呢？⼀般认为蛋⽩质跨膜运转信号也是由mRNA 编码的。

在起始密码⼦后，有⼀段编码疏⽔性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列被称为信号肽（即有些练习题上出现的“P肽段”）。

《细胞生物学》题库参考答案第八章蛋白质的分选一、名词解释1.信号肽——是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分，称信号肽（signal peptide）或信号序列（signal sequence）。

2.共转运——肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。

3.后转运——蛋白质在细胞基质中合成以后再转移到某些细胞器中的转移方式。

4.开始转移序列——引导肽链穿过内质网腔的信号肽，称为开始转移序列（start transfer sequence）。

5.停止转移序列——肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。

6.分子伴侣——通称为结合蛋白，在细胞中这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转运、正确折叠或组装，但其本身并不参与最终的形成。

7.导肽——又称转运肽(transit peptide)或导向序列(targeting sequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。

8.N LS序列——亲核蛋白上带有的一段特殊的氨基酸序列，这些特殊短肽保证了亲核蛋白质能通过核孔复合体被转运到细胞核内，这段具有“定向”、“定位”作同的序列被称为核定位信号（nuclear localization signal，NLS）。

9.内体——酸性的不含溶酶体的小囊泡。

10.信号假说——即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白导内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。

11.蛋白质跨膜运输——主要是指在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的机制又有不同。

12.膜泡运输——蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。

细胞内蛋白质分选的两条途径细胞是生命的基本单位，其中蛋白质是细胞最重要的组成部分之一。

在细胞内，蛋白质需要在不同的位置发挥不同的功能，因此需要进行分选。

目前已知有两种主要的细胞内蛋白质分选途径：囊泡转运和直接转运。

一、囊泡转运1. 什么是囊泡转运？囊泡转运是指通过形成、移动和融合小型液滴（即囊泡）来实现蛋白质分选的过程。

这些囊泡可由内质网、高尔基体、溶酶体等细胞器形成。

2. 囊泡转运的过程（1）合成：在内质网上合成的蛋白质被包裹在一个小型液滴中，形成一个囊泡。

（2）移动：这些囊泡随后通过微管道系统向高尔基体或其他目标位置移动。

（3）融合：到达目标位置后，这些囊泡与目标部位上的膜进行融合，并释放出其所携带的蛋白质。

3. 囊泡转运的特点（1）速度快：相对于直接转运，囊泡转运速度更快。

（2）可控性高：囊泡转运可以通过调节囊泡合成、移动和融合等过程来实现对蛋白质分选的精确控制。

（3）适用范围广：囊泡转运可以用于多种类型的细胞内蛋白质分选，例如从内质网到高尔基体、从高尔基体到溶酶体等。

二、直接转运1. 什么是直接转运？直接转运是指蛋白质在没有形成液滴的情况下，通过与其他蛋白质或分子相互作用实现分选的过程。

这些相互作用可能包括靶标蛋白识别、信号传递等。

2. 直接转运的过程（1）靶标识别：特定类型的蛋白质通过与目标位置上的特定靶标结合来实现定向传输。

（2）信号传递：一些蛋白质需要特定信号才能在细胞内进行分选。

例如，磷酸化可以作为一种信号来调节蛋白质在细胞内的分布。

3. 直接转运的特点（1）精确度高：直接转运可以通过靶标识别和信号传递等机制来实现对蛋白质分选的精确控制。

（2）适用范围窄：相对于囊泡转运，直接转运的适用范围较窄，只适用于特定类型的蛋白质分选。

结论：细胞内蛋白质分选是细胞内复杂的过程之一，目前已知有两种主要的分选途径：囊泡转运和直接转运。

这两种途径在速度、可控性、适用范围等方面存在差异，但都可以通过不同机制来实现对蛋白质分选的精确控制。

细胞内蛋白质的分选和运输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)的有无和分选信号的性质被选择性地送到细胞的不同部位，这一进程称为蛋白质分选(protein sorting)和蛋白质靶向运输(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进程。

细胞中每一种蛋白质只有抵达正确的位置才能行使其功能，如 RNA和DNA聚合酶必需送到细胞核中才能参与核酸的合成；酸性水解酶必需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关于维持细胞的结构与功能、完成各类细胞生命活动都是超级重要的。

细胞内蛋白质的分选信号和运输途径和方式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和从高尔基体送回到内质网；信号斑那么引导一些其他分选进程，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抵达细胞内一个特定的目的地（表10-1）。

要输送到内质网的蛋白质，在其N-结尾有一段信号肽，其中间部份有5-10个疏水氨基酸。

带有这种信号肽的蛋白质，都会被输送到内质网，并进一步被输送到高尔基体，其中一部份蛋白质在C-结尾还带有一个由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，是内质网驻留蛋白质；要输送到线粒体的蛋白质，在其N-结尾带有一种信号肽，其信号序列中带阳电荷的氨基酸和疏水氨基酸呈交替排列；要输送到过氧化物酶体的蛋白质，在其C-结尾有一种由三个特点性氨基酸组成的信号肽；要输送到细胞核的蛋白质，其信号肽中有一串带阳电荷的氨基酸，这一信号序列可位于蛋白质的任何部位。