蛋白質分選

蛋白質分選（protein sorting）：依靠蛋白質自身信號序列，從蛋白質起始合成部位轉運到其功能發揮部位的過程。蛋白質分選不僅保證了蛋白質的正確定位，也保證了蛋白質的生物學活性。 ^[1] 

圖(1張)

從系統發生來看內膜系統起源於質膜的內陷和內共生（線粒體、葉綠體），從個體發生來看新細胞的內膜系統來源於原有內膜系統的分裂。當細胞進行分裂時，不僅要進行染色體和細胞核的複製，同時各種細胞器通過吸收新合成的成分長大，然後隨着細胞的分裂分配到子細胞中去。細胞不能從無到有產生所有膜性細胞器，新的膜性細胞器來源於已存在細胞器的分裂。如果徹底移除細胞內所有的過氧化物酶體，細胞根本不能重建新的過氧化物酶體，因為過氧化物酶體中具有選擇性地接受細胞質內合成的蛋白質的轉位因子（translocator）。細胞內合成的蛋白質、脂類等物質之所以能夠定向的轉運到特定的細胞器取決於兩個方面：其一是蛋白質中包含特殊的信號序列（signal sequence or targeting sequence ），其二是細胞器上具特定的信號識別裝置（分選受體，sorting receptor），因此內膜系統的發生具有核外遺傳的特性。 ^[2] 

細胞內至少存在兩類蛋白質分選的信號：

①信號序列（signal sequence）：存在於蛋白質一級結構上的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，有些信號序列在完成蛋白質的定向轉移後被信號肽酶（signal peptidase）切除.

②信號斑（signal patch）：存在於完成摺疊的蛋白質中，構成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，摺疊在一起構成蛋白質分選的信號。

蛋白質分選信號的作用是引導蛋白質從胞質溶膠進入內質網、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體，也可以引導蛋白質從細胞核進入細胞質或從Golgi體進入內質網。這種分選信號的氨基酸殘基有時呈線性排列，有時摺疊成信號斑，如引導蛋白質定向運輸到溶酶體的信號斑，是溶酶體酸性水解酶被高爾基體選擇性加工的標識。 ^[2] 

輸入細胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-

輸出細胞核

-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-

輸入線粒體

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-

輸入質體

+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-

輸入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-COO-

輸入內質網

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln-

返回內質網

-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）

由質膜到內體

Tyr-X-X-Φ

每一種信號序列決定特殊的蛋白質轉運方向，如輸入內質網的蛋白質通常N端具有一段信號序列，含有6-15個帶正電荷的非極性氨基酸。由高爾基體返回內質網的蛋白質，其C端的四個氨基序列，一些已知的分選信號見表1。對於信號斑瞭解較少，主要是因為它存在於複雜的三維結構中，很難將其分離出來研究。 ^[2] 

蛋白質的分選可以大體分為兩條途徑：

1、翻譯後轉運途徑：在細胞質基質遊離核糖體上完成多肽鏈的合成，然後轉運至膜圍繞的細胞器，如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體及細胞核，或者成為細胞質基質的可溶性駐留蛋白和支架蛋白。

2、共翻譯轉運途徑：蛋白質合成在遊離核糖體上起始之後由信號肽引導轉移至糙面內質網，然後新生肽邊合成邊轉入糙面內質網中，再經高爾基體加工包裝運至溶酶體、細胞質膜或分泌到細胞外，內質網與高爾基體本身的蛋白質分選也是通過這一途徑完成的。 ^[1] 

從蛋白質分選的轉運方式和機制來看，可將蛋白質轉運分為4類：

1、蛋白質的跨膜轉運（transmembrane transport）：主要是指在細胞質基質中合成的蛋白質轉運到內質網、線粒體、質粒（包括葉綠體）和過氧化物酶體等細胞器，但進入內質網與線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細胞器的機制又有所不同。與分泌蛋白N端信號肽引導序列定位於內質網不同，進入線粒體、葉綠體和過氧化氫酶體等細胞器的蛋白質分選是一個多步過程，需要多個不同的尋靶序列，定位到葉綠體的前體蛋白N端具有40~50個氨基酸組成的轉運肽，用以指引多肽定位到葉綠體並進一步穿透葉綠體膜進入基質中。轉運到線粒體和過氧化物酶體的蛋白與此類似，但靠的是不同的引導序列，線粒體蛋白N端的導肽或過氧化物酶體蛋白C端的內在引導信號。至於這些細胞器蛋白最終是定位在不同的膜上還是不同的基質空間，除與N端不同轉運肽相關外，還需要其他空間定位信號序列參與決定。此外，通過翻譯後轉運途徑進入線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細胞器的蛋白質，也必須在分子伴侶的幫助下解摺疊或維持非摺疊狀態，這有利於通過膜上的輸入裝置。蛋白質輸入這些細胞器通常是需要能量的過程。

2、膜泡運輸（vesicular transport）：蛋白質通過不同類型的轉運小泡從糙面內質網合成部位轉運至高爾基體，進而分選轉運至細胞的不同部位，其中涉及各種不同的運輸小泡的定向轉運，以及膜泡出芽與融合的過程。

3、選擇性的門控轉運（gated transport）：在細胞質基質中合成的蛋白質通過核孔複合體選擇性地完成核輸入或從細胞核返回細胞質（核輸出），參加核孔複合體的選擇性運輸。

4、細胞質基質中的蛋白質轉運：上述幾種分選類型也涉及蛋白質在細胞基質中的轉運，這一過程顯然與細胞骨架系統密切相關，但由於細胞質基質的結構並不清楚，因此對其中的蛋白質轉運特別是伴隨信號轉導途徑中的蛋白質分子的轉運方式瞭解很少。 ^[1]