蛋白质分选研究进程(6)

4.3选择性门控转运

真核细胞由于出现了核膜而将细胞质与细胞核隔离成2大部分。但细胞质与细胞核之间不断进行物质信息交流,尤其是蛋白质的进核与出核。细胞核中的蛋白质,如与DNA结合的组蛋白、DNA聚合酶、RNA聚合酶、进行转录调控的转录因子等都是在细胞质基质中合成后,通过位于核膜上的核孔复合体进入细胞核的。有的蛋白质如核糖体蛋白要经过进核和出核2次转运,甚至有的行使特殊功能的蛋白质要多次进出核。这些蛋白质的定向转运属于选择性的门控转运, “门”是指核孔复合体,它是由多种蛋白质组成的功能复杂、结构精巧的复合体,镶嵌在双层核膜上。关于细胞核蛋白的转运机制,目前研究较清楚的是组蛋白、核纤层蛋白等亲核蛋白这些蛋白质的氨基酸序列中有具定向、定位功能的“核定位信号(NLS)”,一般由4～8个氨基酸残基组成,可存在于蛋白质的不同部位,在引导亲核蛋白进入细胞核后,核定位信号不被切除。第1个被确定序列的NLS来自猴肾病毒(SV40)的T抗原,由7个氨基酸残基构成,具体为Pro- Lys - Lys - Lys - Arg- Lys- Vas,仅1个氨基酸残基的突变就会导致该蛋白在胞质中的不正常积累。蛋白质转运的第1步是NLS结合到核孔复合体的胞质面,随后进行转移。转移过程需要GTP提供能量,还需要一些胞质因子如importinα、importinβ、Ran、NTFZ等的协助。这些因子在协助蛋白入核后,还要出核返回细胞质重新利用。

定位于细胞质基质中的蛋白,以及通过以上3种形式转运的蛋白质在细胞质基质中的转运机制还不是很清楚,估计和细胞质骨架密切相关。无论是通过哪种方式进行转运的蛋白质,蛋白质氨基酸序列中起信号作用的短肽是必不可少的,这些信号与相应的受体结合保证了蛋白质的精确转运与定位,它的作用很象我们信封上的地址,如果地址出错,蛋白质就不会被运送到正确的位置。

5、线粒体蛋白的转运

指导前体蛋白进入线粒体的信号肽是目前被研究的最多和相对最清楚的(Alberts等2007)。绝大多数线粒体定位的前体蛋白在其N端存在一段可以被剪切的信号序列, 称为前导序列(presequence)或前导肽(prepeptide)。它们一般是由10~80个氨基酸组成的带有一段疏水序列和一段正电荷序列(表面)的两亲多肽螺旋。研究表明, 不仅N端前导肽本身对线粒体前体蛋白的转运是必需的, 其所处的位置也至关重要。将前导肽从N端转移到C端之后, 虽然蛋白还可以转运至线粒体中, 但是蛋白在转运时C端与N端的方向却颠倒了(Fölsch等1998)。

蛋白质的转运涉及多种蛋白复合体，即转位因子（translocator，图7-28），由两部分构成的：受体和蛋白质通过的孔道。主要包括：①TOM复合体，负责通过外膜，进入膜间隙，在酵母中TOM70负责转运内部具有信号序列的蛋白，TOM20负责转运N端具有信号序列的蛋白，这两种蛋白的功能都相当于内质网上的SPR受体，在人类线粒体中hTom34的功能与TOM70相当。TOM复合体的通道被称为GIP（general import pore），就相当于内质网上的SEC61复合体，主要由Tom40构成， 还包括Tom22， Tom7， Tom6和Tom5；②TIM复合体，其中TIM23负责将蛋白质转运到基质，也可将某些蛋白质安插在内膜；TIM22负责将线粒体的代谢物运输蛋白，如ADP／ATP和磷酸的转运蛋白插入内膜；③OXA复合体：负责将线粒体自身合成的蛋白质插到内膜上，同样也可使经由TOM／TIM复合体进入基质的蛋白质插入内膜。

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