蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機制簡介

王曉群

(安徽省望江中學(xué) 246200)

基因的表達產(chǎn)物需定位到不同的位點行使功能，而蛋白質(zhì)的合成位點與功能位點常常被一層或多層膜所隔開，這樣就產(chǎn)生蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運問題。蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運可分為四種基本類型。

1 蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細(xì)胞器都是跨膜轉(zhuǎn)運的，但進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與進入線粒體和葉綠體的機制有所不同。

1.1 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運至線粒體 核基因編碼的蛋白質(zhì)以前體蛋白形式通過翻譯后運轉(zhuǎn)機制向線粒體跨膜轉(zhuǎn)運。前體蛋白由成熟蛋白質(zhì)和N端的一段稱為前導(dǎo)肽的序列共同組成。前體蛋白與熱休克蛋白(HSP70)等“分子伴侶”結(jié)合成待運轉(zhuǎn)多肽，再與線粒體外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識別，在ATP水解和膜電位差作用下，通過Tom和Tim組成的膜通道(Tom復(fù)合體負(fù)責(zé)通過外膜進入膜間隙；Tim復(fù)合體負(fù)責(zé)通過內(nèi)膜進入基質(zhì)或留在內(nèi)膜上)進入線粒體[1]。前體蛋白進入線粒體后在線粒體導(dǎo)肽水解酶、導(dǎo)肽水解激活酶、“分子伴侶”(HSP70)等作用下，前導(dǎo)肽被水解，重新卷曲折疊為成熟的蛋白質(zhì)分子[2]。

1.2 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運至葉綠體 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運至葉綠體也是翻譯后轉(zhuǎn)運機制。前體蛋白N端含有一段氨基酸序列稱為轉(zhuǎn)運肽。前體蛋白與某些“分子伴侶”結(jié)合后與葉綠體膜上的特異性受體結(jié)合，在ATP水解和質(zhì)子動力勢能作用下，通過膜上的蛋白轉(zhuǎn)運器(外膜上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運的蛋白簡稱TOC，內(nèi)膜上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運的蛋白簡稱TIC)進入葉綠體，隨即轉(zhuǎn)運肽被切除[3]。

轉(zhuǎn)運到葉綠體外膜上的蛋白一般在轉(zhuǎn)運肽切除后即停止轉(zhuǎn)運，使蛋白質(zhì)定位在外膜上；轉(zhuǎn)運到葉綠體內(nèi)膜和類囊體的前體蛋白有兩個N端轉(zhuǎn)運肽，第一個被切除后，暴露出第二個信號序列，將蛋白導(dǎo)向內(nèi)膜或類囊體膜；而定位于基質(zhì)的蛋白，其前體蛋白N端轉(zhuǎn)運肽僅具有導(dǎo)向基質(zhì)的信號序列[4]。

1.3 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)屬于邊翻譯邊跨膜運轉(zhuǎn)。蛋白質(zhì)在核糖體上合成至80個氨基酸左右后，N端的信號序列與信號序列顆粒(SRP)結(jié)合，使肽鏈延伸暫停。結(jié)合有信號序列的SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的停泊蛋白(SRP受體)結(jié)合，將核糖體等引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運通道上，SRP脫離信號序列，肽鏈延伸開始。在GTP作用下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上蛋白通道打開，新生肽鏈插進通道，并向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)運，隨即信號肽被切除，肽鏈繼續(xù)延伸直至完成整個多肽鏈的合成。

2 膜泡運輸

蛋白質(zhì)通過不同類型的轉(zhuǎn)運小泡從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成部位轉(zhuǎn)運至高爾基體進而分選運至細(xì)胞的不同部位發(fā)揮功能，其中涉及各種不同的運輸小泡的定向轉(zhuǎn)運，以及膜泡出芽和融合的過程。

2.1 有被小泡類型 目前發(fā)現(xiàn)3種不同類型的有被小泡具有不同的物質(zhì)運輸作用：①網(wǎng)格蛋白有被小泡：接合素蛋白覆蓋在網(wǎng)格蛋白有被小泡表面，向外與網(wǎng)格蛋白分子結(jié)合，向內(nèi)與膜受體結(jié)合，將蛋白質(zhì)從高爾基體的TCN區(qū)(網(wǎng)格蛋白有被小泡形成的發(fā)源地)向質(zhì)膜、胞內(nèi)體、溶酶體、植物液泡等運輸[5]。②COPⅡ有被小泡：介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)——順面高爾基體——高爾基體中間膜囊——反面高爾基體的運輸。因為COPⅡ有被小泡對所運輸?shù)奈镔|(zhì)有選擇和濃縮作用，所以從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進入高爾基體的蛋白質(zhì)必須是正確折疊和正確組裝的。③COPⅠ有被小泡：COPⅠ有被小泡通過對逃逸蛋白的回收、轉(zhuǎn)運使之返回它們正常駐留的部位；也可以介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的順行轉(zhuǎn)運，以及高爾基體不同區(qū)域間蛋白質(zhì)的運輸[6]。

2.2 膜泡運輸機理 運輸小泡的形成、轉(zhuǎn)運及與靶膜的融合等是一個特異性過程，涉及多種蛋白識別、裝配、去裝配的復(fù)雜調(diào)控。美國科學(xué)家James E·Rothman和Randy W·Schekman提出SNARE假說，解釋了囊泡與靶膜之間的選擇性融合。SNAREs(soluble NSF attachment protein receptor)蛋白負(fù)責(zé)介導(dǎo)膜泡運輸。v-SNAREs定位于轉(zhuǎn)運泡的膜上，t-SNAREs定位于靶膜上，通過v-SNAREs和t-SNAREs特異性結(jié)合，決定了膜泡的錨定與融合，從而將“貨物”運到目的地[7]。

3 選擇性的門控轉(zhuǎn)運

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體輸入或從細(xì)胞核返回細(xì)胞質(zhì)是通過選擇性的門控轉(zhuǎn)運來完成的。親核蛋白一般含有特殊的氨基酸序列稱為核定位信號(NLS)，具有定向、定位作用，能保證親核蛋白通過核孔復(fù)合體被轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核內(nèi)。NLS可位于親核蛋白的任何部位，并且指導(dǎo)親核蛋白完成核輸入后不被切除。核轉(zhuǎn)運因子α、β組成的異源二聚體是親核蛋白的受體，NLS與其識別并結(jié)合形成轉(zhuǎn)運復(fù)合物，與核孔復(fù)合體的胞質(zhì)纖維結(jié)合，依靠GTP水解提供能量進入細(xì)胞核，釋放親核蛋白。轉(zhuǎn)運因子α、β解離并通過核孔復(fù)合體回到細(xì)胞質(zhì)，開始新一輪親核蛋白的轉(zhuǎn)運。親核蛋白的轉(zhuǎn)運受NLS、核轉(zhuǎn)運因子等多種因素的綜合調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)核質(zhì)之間物質(zhì)交換和信息交流[8]。

4 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運

蛋白質(zhì)在核糖體合成時就開始進行折疊，如果一個蛋白質(zhì)沒有相應(yīng)的信號序列，它就不會進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體、細(xì)胞核等部位，而是在胞質(zhì)溶膠中完成翻譯，經(jīng)加工和修飾，如糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等，成為具有生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)，最后留在胞質(zhì)溶膠中。盡管目前對細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運機制，尤其是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑以及信號傳遞方式了解甚少，但已知這一過程與細(xì)胞骨架有關(guān)。細(xì)胞骨架作為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)成分，與胞質(zhì)溶膠內(nèi)的物質(zhì)運輸有關(guān)。留在胞質(zhì)溶膠中的蛋白質(zhì)分子與細(xì)胞骨架中的蛋白分子選擇性結(jié)合，從而使蛋白質(zhì)分子錨定在特定的三維空間區(qū)域。