囊泡运输教学内容.ppt

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1、囊泡运输一、2013年诺贝尔生理学、医学奖2013年诺贝尔生理学或医学奖被授予三位科学家，来自耶耶鲁大学大学、出生于美国的詹姆斯罗斯曼(James E.Rothman)；加州大学加州大学伯克利分校伯克利分校的兰迪谢克曼(Randy W.Schekman)；来自斯坦福大学斯坦福大学、二十世纪80年代移居美国的德国人托马斯祖德霍夫(Thomas C.Sudhof)细胞内物质的跨膜运输囊泡运输的机制囊泡运输的机制囊泡的形成过程囊泡的形成过程A蛋白的分选、转运和定向融合蛋白的分选、转运和定向融合B细胞的胞吞作用细胞的胞吞作用C囊泡的关键性结构：囊泡的关键性结构：有被小泡有被小泡 (coated ves

2、icle)(coated vesicle)u包括：包括：（1 1）网格蛋白有被小泡（）网格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicleclathrin-coated vesicle）（2 2）COPICOPI有被小泡有被小泡（3 3）COPIICOPII有被小泡有被小泡u主要作用：主要作用：选择性地将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡，选择性地将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡，决定运输小泡的外部特征决定运输小泡的外部特征第一节第一节 囊泡的形成过程囊泡的形成过程（一）网格蛋白有被囊泡（一）网格蛋白有被囊泡产生：产生：高尔基复合体、细胞膜。高尔基复合体、细胞膜。功能：功能：质膜质

3、膜胞内体（内吞作用）胞内体（内吞作用）高尔基复合体高尔基复合体胞内体胞内体高尔基复合体高尔基复合体溶酶体溶酶体 参与的分子：网格蛋白、衔接蛋白、发动蛋白参与的分子：网格蛋白、衔接蛋白、发动蛋白A.网格蛋白有被小泡形态特征电镜图；网格蛋白有被小泡形态特征电镜图；B.网格蛋白有被小泡结构特征示意图网格蛋白有被小泡结构特征示意图 网格蛋白：网格蛋白：构成网架结构，形成囊泡外被。构成网架结构，形成囊泡外被。成纤维细胞的网格蛋白衣被电子显微镜照片成纤维细胞的网格蛋白衣被电子显微镜照片 衔接蛋白：在网格蛋白结构外框与囊膜间隙中填充、衔接蛋白：在网格蛋白结构外框与囊膜间隙中填充、覆盖。覆盖。具有识别特异的跨

4、膜蛋白受体，并将其连接到网格蛋白上的作用。衔接蛋白一端与网格蛋白重链结合，催化网格蛋白的聚合；另一端又与被转运的“货物”分子衔接。TGN474747ClathrinAdaptor参与参与TGN出芽形成的出芽形成的网格蛋白囊泡网格蛋白囊泡参与受体介导的入泡作用参与受体介导的入泡作用形成的网格蛋白囊泡形成的网格蛋白囊泡参与参与TGN出芽出芽形成的网格蛋白囊泡形成的网格蛋白囊泡(酵母和小鼠酵母和小鼠)不不同同类类型型的的网网格格蛋蛋白白囊囊泡泡含含有有不不同同的的衔衔接接蛋蛋白白。目目前前已已发发现现衔衔接接蛋蛋白白有有4种种，每每种种都都与与特特定定的的转转运运囊囊泡泡结结合合，其其中中3种种衔衔

5、接接蛋蛋白白(AP1、AP2和和AP3)性性质质已已明。明。缢断蛋白（发动蛋白）缢断蛋白（发动蛋白）：参与囊泡形成参与囊泡形成是可结合并水解是可结合并水解GTPGTP的特殊蛋白的特殊蛋白质，质，在膜芽生形在膜芽生形成时与成时与GTPGTP结合，结合，在膜囊的颈部聚在膜囊的颈部聚合使膜缢缩并断合使膜缢缩并断离形成囊泡。离形成囊泡。又称为动力蛋白(dynamin)是一种小分子G蛋白，在包被小窝形成时，缢断蛋白环绕在囊泡底端逐渐形成较狭窄的环状结构，称为囊胞颈部；其作用类似于“烟袋的抽绳”。随着缢断蛋白GTP的水解，“抽绳”不断收紧，结果将囊泡“缢”割下来，形成包被囊泡。经由经由胞吞作用胞吞作用的网

6、格蛋白有被小泡之形成过程的网格蛋白有被小泡之形成过程（二）（二）COPII COPII 有被囊泡有被囊泡 功能：功能：负责从内质网负责从内质网高尔高尔 基复合体的物质运输。基复合体的物质运输。产生产生:糙面内质网糙面内质网COPII介导的内质网介导的内质网-高尔基复合体物质运输高尔基复合体物质运输COP II 有被小泡的形态结构有被小泡的形态结构A.COP II有被小泡形态特征电镜图；有被小泡形态特征电镜图；B.COP II有被小泡的结构组成；有被小泡的结构组成；组成：组成：由由5 5种亚基组成种亚基组成SarSar蛋白蛋白:属于一种小的属于一种小的GTPGTP结合蛋结合蛋 白，通过与白，通过

7、与GTPGTP或或GDPGDP结合，调节结合，调节囊泡外被的装配与去装配。囊泡外被的装配与去装配。COPIICOPII蛋白蛋白:通过识别并结合内质网通过识别并结合内质网穿膜蛋白受体胞质端的信号序列，穿膜蛋白受体胞质端的信号序列，介导囊泡的选择性物质运输。介导囊泡的选择性物质运输。COP II有被小泡的组装形成过程示意图有被小泡的组装形成过程示意图 C.COP II 的组装激活；的组装激活；D.COP II的装配的装配（三）（三）COPICOPI有被囊泡有被囊泡功功能能：捕捕捉捉、回回收收转转运运内内质质网网逃逃逸逸蛋蛋白白;逆逆向向运运输输高高尔尔基基复复合合体体膜膜内内蛋蛋白白;行行使使从从

8、内内质质网网到到高高尔尔基基复复合合体的顺向转移体的顺向转移(中间体中转中间体中转)产生：产生：高尔基复合体高尔基复合体COP有被囊泡的主要功能有被囊泡的主要功能COPICOPI有被小泡由多个亚基组成的多聚体。有被小泡由多个亚基组成的多聚体。蛋白：也称蛋白：也称ARFARF蛋白，类似于蛋白，类似于COPIICOPII中的中的SarSar蛋白亚基，作为一种蛋白亚基，作为一种GTPGTP结合蛋白，可调节控制外结合蛋白，可调节控制外被蛋白复合物的聚合、装配及膜泡的转运。被蛋白复合物的聚合、装配及膜泡的转运。三种衣被小泡的功能三种衣被小泡的功能衣被类型衣被类型 GTPGTP酶酶组成，衔接蛋白组成，衔接

9、蛋白运输方向运输方向clathrinDynaminDynaminClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP2AP2质膜质膜内体内体ClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP1AP1高尔基体高尔基体内体内体ClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP3AP3高尔基体高尔基体溶酶体，溶酶体，植物液泡植物液泡COPIARFARFCOPCOP高尔基体高尔基体内质网内质网COPIISar1Sar1Sec23/Sec24Sec23/Sec24复合体，复合体，Sec Sec 13/3113/31复合体，复合体，Sec 16Sec 16内质网内质网高尔基体高

10、尔基体ARFARF：a assembly ssembly r reaction eaction f factoractor，装配反应因子，装配反应因子，即即COPICOPI衣被小泡的衣被小泡的蛋白亚基蛋白亚基囊泡运输的机制囊泡运输的机制囊泡的形成过程囊泡的形成过程A蛋白的分选、转运和定向融合蛋白的分选、转运和定向融合B细胞的胞吞作用细胞的胞吞作用C蛋白质分选运输的途径蛋白质分选运输的途径1.1.门控运输门控运输（gated transport）2.2.跨膜运输跨膜运输（transmembrane transport）3.3.囊泡运输囊泡运输（vesicular transport）蛋白质分选运

11、输的途径蛋白质分选运输的途径蛋白质分选运输的途径蛋白质分选运输的途径1.1.门门控控运运输输（gated transport）：指指核核孔孔可可以以选选择择性性地地主主动动运运输输大大分分子子物物质质和和RNPRNP（核核糖糖核核蛋蛋白白）复复合合体体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。并且允许小分子物质自由进出细胞核。电镜下核孔是呈圆形或八角形核孔复合体的组成：1.核膜；2.外环；3.辐；4.核篮；5.纤维。蛋白质分选运输的途径蛋白质分选运输的途径1.1.门控运输门控运输（gated transport）2.2.跨膜运输跨膜运输（transmembrane transport）3.3.囊泡运

12、输囊泡运输（vesicular transport）2.2.跨跨膜膜运运输输（transmembrane transport）：蛋蛋白白质质通通过过跨跨膜膜通通道道进进入入目目的的地地。如如细细胞胞质质中中合合成成的的蛋蛋白白质质在在信信号号序序列列的的引引导导下下，通通过过线线粒粒体体上上的的跨跨膜膜通通道，以解折叠的线性分子进入线粒体。道，以解折叠的线性分子进入线粒体。图片引自http:/ transport）2.2.跨膜运输跨膜运输（transmembrane transport）3.3.囊泡运输囊泡运输（vesicular transport）3 3、囊囊泡泡运运输输（vesicula

13、r transport）：蛋蛋白白质质被被选选择择性性地地包包装装成成运运输输小小泡泡，定定向向转转运运到到靶靶细细胞胞器器。如如内内质质网网向向高高尔尔基基体体的的物物质质运运输输、高高尔尔基基体体分分泌泌形形成成溶溶酶酶体、细胞摄入细胞外大分子颗粒物质等。体、细胞摄入细胞外大分子颗粒物质等。这几种运输机制都涉及信号序列的引导和靶细胞器上受体蛋白的识别。2.2.细胞器上的细胞器上的信号识别装置信号识别装置（分选受体，（分选受体，sorting receptor）1.1.蛋白质中的蛋白质中的信号序列信号序列（signal sequence）蛋白质的定向融合蛋白质的定向融合细胞内合成的蛋白质、脂

14、类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：信号肽（信号肽（信号肽（信号肽（signal peptidesignal peptidesignal peptidesignal peptide）n存存在在于于蛋蛋白白质质一一级级结结构构上上的的线线性性序序列列，通通常常15-6015-60个氨基酸残基个氨基酸残基n有些在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除有些在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除n信号序列信号序列对其所引导的蛋白对其所引导的蛋白没有特异性没有特异性n信号序列决定蛋白质转运方向。信号序列决定蛋白质转运方向。信号斑（信号斑（信号斑（信号斑（signal patchsig

15、nal patchsignal patchsignal patch）n存存在在于于完完成成折折叠叠的的蛋蛋白白质质中中，构构成成信信号号斑斑的的信信号号序序列列之之间间可可以以不不相相邻邻，折折叠叠在在一一起起构构成成蛋蛋白白质分选的信号。质分选的信号。功能功能功能功能信号序列信号序列信号序列信号序列输入细胞核输入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-输出细胞核输出细胞核-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-输入线粒体输入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-

16、Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-输入质体输入质体+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu-Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-输入过氧化物酶体输入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-COO-输入内质网输入内质网+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser

17、-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-返回内质网返回内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）由质膜到内体由质膜到内体Tyr-X-X-注注：+H3N+H3N为为蛋蛋白白质质N N端端，COOCOO-为为蛋蛋白白质质C C端端，X X表表示示任任何何一一种种氨氨基基酸酸，为为分分子子较较大大的的疏疏水氨基酸，如水氨基酸，如PhePhe、LeuLeu、MetMet等。等。Cargo-bindingdomainLight chainNe

18、ck linkerStalkHeads动力蛋白（动力蛋白（dyneindynein），趋向微管负端；细胞核），趋向微管负端；细胞核驱动蛋白（驱动蛋白（kinesinkinesin）,趋向微管正端；细胞膜趋向微管正端；细胞膜肌球蛋白（肌球蛋白（myosinmyosin），），VaVa趋向微丝的正端趋向微丝的正端 VIVI趋向微丝的负端趋向微丝的负端运输工具运输工具马达蛋白马达蛋白(1)(1)分类分类马达蛋白的运动方式（马达蛋白的运动方式（kinesin）Inchworm 尺蠖微管是一种具有极性的细胞骨架hand-over-handI leftrightII leftleft or rightri

19、ght马达蛋白在复杂网络的运动马达蛋白在复杂网络的运动MTOC微管组织中心微丝与微管和中间纤维共同组成细胞骨架融合融合结合结合识别识别囊囊泡泡与与靶靶膜膜的的融融合合是是一一个个涉涉及及多多种种蛋蛋白白的的识识别别与与锚锚泊泊结结合合、装装配配与与去去装装配配的的复复杂杂调调控控过过程程，具具有有高度的特异性高度的特异性“定向和融合的关键环节定向和融合的关键环节定向和融合的关键环节定向和融合的关键环节”融合复合物融合复合物配体配体-受体受体囊泡运输的定向融合机制囊泡运输的定向融合机制囊泡运输的定向和融合机制囊泡运输的定向和融合机制（1 1）SNAREs 蛋白：主要作用是介导囊泡融合蛋白：主要作

20、用是介导囊泡融合u动物细胞已发现动物细胞已发现2020多种多种SNAREsSNAREsu运输小泡上的称运输小泡上的称v-SNAREsv-SNAREs，u靶膜上的称靶膜上的称t-SNAREst-SNAREsuv-v-和和t-SNAREst-SNAREs都都具具有有一一个个螺螺旋旋结结构构域域，能能相相互互缠缠绕绕 形形 成成 跨跨 SNAREsSNAREs复复 合合 体体(trans-SNAREs(trans-SNAREs complexes)complexes)，将将运运输输小小泡泡膜膜与与靶靶膜膜拉拉在在一一起起，实实现运输小泡特异性停泊和融合现运输小泡特异性停泊和融合SNAREs突触小泡神

21、经细胞RabGTPTetheringproteinTransportvesicleV-SNAREt-SNAREt-SNARETarget membraneTransportvesicleV-SNAREV-SNARETarget membranet-SNAREt-SNAREt-SNAREt-SNARESNAREsRabs Rabs 调节调节SNAREsSNAREs复合体的形成复合体的形成（2 2）RabsuRabsRabs，属属于于单单体体GTPGTP酶酶，已已知知3030余余种种，不不同同膜膜上上具具有有不不同同的的RabsRabs GG蛋白的一种蛋白的一种uRabs Rabs 结合结合GDP

22、GDP失活，位于细胞质中失活，位于细胞质中 结合结合GTPGTP激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上uRabsRabs作作用用:通通过过效效应应因因子子，调调节节SNAREsSNAREs复复合合体体的的形形成成,促促进和调节运输小泡的停泊和融合。进和调节运输小泡的停泊和融合。第三第三节 胞吞作用（胞吞作用（endocytosis)胞吞作用是病毒及生物大分子胞吞作用是病毒及生物大分子颗粒等粒等进入入细胞的一胞的一种方式种方式过程中消耗一定的能量程中消耗一定的能量分分为 吞噬作用（吞噬作用（phagocytosis)胞胞饮作用（作用（pinocytosis)受体

23、介受体介导的胞吞作用的胞吞作用 （一）吞噬作用（一）吞噬作用（phagocytosis）又称胞吃作用（cellular eating）。吞噬作用只限于几种特殊的细胞类型，如变形虫（Amoebae）和一些单细胞的真核生物通过吞噬作用从周围环境中摄取营养。（一）吞噬作用（一）吞噬作用（phagocytosis）在大多数高等动物细胞中，吞噬作用是一种保护措施而非摄食的手段。高等动物具有一些特化的吞噬细胞，包括巨噬细胞（macrophages）和中性粒细胞（neutrophils）。它们通过吞噬菌体摄取和消灭感染的细菌、病毒以及损伤的细胞、衰老的红细胞巨噬细胞正在吞噬衰老的红细胞 （二）吞（二）吞饮作

24、用（作用（pinocytosis）又称胞饮作用（cellular drinking），胞吞作用的一种类型。它是一种非选择性的连续摄取细胞外基质中液滴的内吞过程。吞入的物质通常是液体或溶解物。（三）受体介导的内吞作用（三）受体介导的内吞作用 一些大分子物质先与膜上特异性受体识别并结合，通过膜内陷形成囊泡，囊泡脱离膜进入细胞的胞吞作用。是一种特异的、高效的摄取细胞外大分子的方式。受体介导内吞的基本特点有两个特点：配体与受体的结合是特异的，具有选择性；要形成特殊包被的内吞泡。过程：以LDL为例LDL是一种球形颗粒的脂蛋白，能够与特定细胞的表面受体结合。），核心是1500个胆固醇酯。LDL与受体结合后，就会形成被膜小泡被细胞吞入，接着是网格蛋白解聚，受体回到质膜再利用，而LDL被传送给溶酶体，在溶酶体中蛋白质被降解，胆固醇被释放出来用于质膜的装配，或进入其他代谢途径受体介导的LDL内吞过程结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！54