《细胞生物学》教案（第11次课2学时）第六章蛋白质分选与膜泡运输(Protein Sortingand Membrane trafficking）[教学要求]2.1知识目标1.熟练掌握核糖体与蛋白质合成，信号假说：2.掌握三种包被膜泡的结构与功能；3.供体膜与靶膜融合的机制。2.2能力目标1.讲解三位诺贝尔获奖科学家的研究成果：2.讲解共翻译转运和后翻译转运的过程；2.3德育目标1.在分析细胞运输途径时，阐述细胞内膜系统对于扩大细胞膜表面积的重要意义，并引入扩大内需是确保我国经济稳定健康发展的根本之策这一思政内涵：2.引导学生学习科学家的科研思维、科研精神。[教学重点]1.内质网、高尔基体的结构特点2.溶酶体的发生及功能[教学难点]内膜系统各结构之间的关系[教学时数] 2学时[主要内容]6.1细胞内蛋白质的分选6.2细胞内膜泡运输[参考资料]翟中和。细胞生物学，第第五版：北京：高等教育出版社，2020[教学内容]
《细胞生物学》教案 （第 11 次课 2 学时） 第六章 蛋白质分选与膜泡运输 （Protein Sorting and Membrane trafficking） [教学要求] 2.1 知识目标 1. 熟练掌握核糖体与蛋白质合成,信号假说； 2. 掌握三种包被膜泡的结构与功能； 3. 供体膜与靶膜融合的机制。 2.2 能力目标 1. 讲解三位诺贝尔获奖科学家的研究成果； 2. 讲解共翻译转运和后翻译转运的过程； 2.3 德育目标 1. 在分析细胞运输途径时，阐述细胞内膜系统对于扩大细胞膜表面积的重要意义，并引入扩 大内需是确保我国经济稳定健康发展的根本之策这一思政内涵； 2. 引导学生学习科学家的科研思维、科研精神。 [教学重点] 1. 内质网、高尔基体的结构特点 2. 溶酶体的发生及功能 [教学难点] 内膜系统各结构之间的关系 [教学时数] 2 学时 [主要内容] 6.1 细胞内蛋白质的分选 6.2 细胞内膜泡运输 [参考资料] 翟中和． 细胞生物学， 第五版．北京：高等教育出版社，2020． [教学内容]
一、膜泡运输概观二、COPII包被膜泡的装配与运输三、COP包被膜泡的装配与运输四、网格蛋白/接头蛋白包被膜泡的装配与运输五、转运膜泡与靶膜的锚定和融合六、细胞结构体系的组装、膜泡运输概观在细胞分泌与胞吞过程中，以膜泡运输方式介导的蛋白质分选途径形成细胞内复杂的膜流。这种膜流具有高度组织性、方向性并维持动态平衡。Goigicomple①SecreCGNTGNNOA玉DRoughER数面内质网R溶酶体e高尔基体晚胞内体转运膜泡内吞泡分泌泡赠泉蛋白质的分泌与胞吞途径概观1.蛋白质在RER合成，通过共翻译转运途径跨膜运输2.内质网出芽，形成转运膜泡并与高尔基体融合3.从高尔基体顺面膜囊和高尔基体顺面网状结构到RER逆向运输L
1 一、膜泡运输概观 二、COPⅡ包被膜泡的装配与运输 三、 COPⅠ包被膜泡的装配与运输 四、网格蛋白／接头蛋白包被膜泡的装配与运输 五、转运膜泡与靶膜的锚定和融合 六、细胞结构体系的组装 一、膜泡运输概观 在细胞分泌与胞吞过程中，以膜泡运输方式介导的蛋白质分选途径形成细胞内复杂的膜流。这种膜 流具有高度组织性、方向性并维持动态平衡。 蛋白质的分泌与胞吞途径概观 1.蛋白质在 RER 合成，通过共翻译转运途径跨膜运输 2. 内质网出芽，形成转运膜泡并与高尔基体融合 3. 从高尔基体顺面膜囊和高尔基体顺面网状结构到 RER 逆向运输
4.高尔基体膜囊从顺面一反面成熟递进（非膜泡过程）5.从高尔基体后期膜囊一早期膜囊的逆向运输6.组成型分泌7.调节型分泌8.分选到溶酶体9.胞吞途径在细胞的膜泡运输中，糙面内质网相当于重要的物质生产车间和供应站，而高尔基体是重要的枢纽和集散中心。高尔基体聚集在微管组织中心（MTOC）附近。高尔基体不同的膜囊具有各自不同的成分，其它内膜系统的成员也一样，这是行使复杂膜泡运输功能的物质基础。受体蛋白返回原来的膜结构中有利于维持特定膜成分的相对稳定，如从受体介导的胞吞泡返回到质膜上，从高尔基体顺面膜囊返回到内质网以及从溶酶体返回到高尔基体的TGN等。很多蛋白质分子的表面可能含有多种介导转移与分选的信号。转运膜泡形成或出芽主要发生在膜的特异部位，即蛋白信号与受体结合的部位细胞内膜泡运输需要多种转运膜泡参与，根据转运膜泡表面包被蛋白的不同，主要分3种不同类型：网格蛋白/接头蛋白包被膜泡、COP（包被蛋白）IⅡI包被膜泡和COPI包被膜泡，它们分别介导不同的膜泡转运途径4变乐自心AmneaClPa网格医家提联在细胞合成-分泌与内吞途径中3种不同的主要膜泡运输方式COP（包被蛋白）ⅡI包被膜泡介导顺向运输（二去）；COPI包被膜泡介导逆向运输（一来）网格蛋白/接头蛋白包被膜泡从TGN出芽和从质膜内化形成，脱包被后与晚期胞内体融合（COPII包被膜泡介导的顺向运输（anterogradetransport），即从rER到高尔基体顺面网状结构；COPI包被膜泡介导逆向运输（retrogradetransport），即在高尔基体内膜囊间和从cis-高尔基膜囊和高尔基体顺面网状结构到rERClathrin/AP包被膜泡从高尔基体反面管网区出芽和从质膜内化形成，即去包被后的膜泡与晚期胞内体2
2 4. 高尔基体膜囊从顺面→反面成熟递进(非膜泡过程） 5. 从高尔基体后期膜囊→早期膜囊的逆向运输 6. 组成型分泌 7. 调节型分泌 8. 分选到溶酶体 9. 胞吞途径 在细胞的膜泡运输中，糙面内质网相当于重要的物质生产车间和供应站，而高尔基体是重要的枢纽 和集散中心。 高尔基体聚集在微管组织中心（MTOC）附近。高尔基体不同的膜囊具有各自不同的成分，其它内 膜系统的成员也一样，这是行使复杂膜泡运输功能的物质基础。 受体蛋白返回原来的膜结构中有利于维持特定膜成分的相对稳定，如从受体介导的胞吞泡返回到质 膜上，从高尔基体顺面膜囊返回到内质网以及从溶酶体返回到高尔基体的 TGN 等。 很多蛋白质分子的表面可能含有多种介导转移与分选的信号。转运膜泡形成或出芽主要发生在膜的 特异部位，即蛋白信号与受体结合的部位。 细胞内膜泡运输需要多种转运膜泡参与，根据转运膜泡表面包被蛋白的不同，主要分 3 种不同类 型：网格蛋白/接头蛋白包被膜泡、COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡和 COPⅠ包被膜泡，它们分别介导 不同的膜泡转运途径 在细胞合成-分泌与内吞途径中 3 种不同的主要膜泡运输方式 COP（包被蛋白）Ⅱ包被膜泡介导顺向运输（二去）； COPⅠ包被膜泡介导逆向运输（一来） 网格蛋白/接头蛋白包被膜泡从 TGN 出芽和从质膜内化形成，脱包被后与晚期胞内体融合 (COPII 包被膜泡介导的顺向运输（anterograde transport）,即从 rER 到高尔基体顺面网状结构； COPI 包被膜泡介导逆向运输（retrograde transport）,即在高尔基体内膜囊间和从 cis-高尔基膜囊和高 尔基体顺面网状结构到 rER; Clathrin/AP 包被膜泡从高尔基体反面管网区出芽和从质膜内化形成，即去包被后的膜泡与晚期胞内体
结合，这类膜泡的包被除笼形蛋白外还含有其他蛋白：这些转运膜泡携带分泌蛋白和质膜蛋白从高尔基体反面管网结构转运到质膜：注：分泌泡的包被蛋白尚未确定：这些转运膜泡携带分泌蛋白和质膜蛋白从高尔基体反面管网结构转运到细胞表面：请注意分泌蛋白从cis-高尔基体到trans-高尔基体通过膜囊递进方式的运输并不是通过膜泡所介导的：）表8-3蛋白质转运中涉及的3种包被膜泡的特征比较膜泡类型介导的转运途径包被蛋白结合的GTP 酶COPI包被膜泡SarlER一高尔基体顺面膜囊Sec23/Sec24和Sec13/Sec31复合体，Sec16COP|包被膜泡ARF高尔基体廉面膜囊—ER，包含7种不同COP亚基的包被蛋白晚期高尔基扁平囊一早期扁平囊Clathin /AP1ARF网格蛋白/接头蛋白包被膜泡高尔基体反面膜囊一胞内体ARF高尔基体反面膜囊一胞内体clathin/GGA细胞膜一胞内体clathin /AP2证据表明不需ARFAP3复合物ARF高尔基体一溶醇体，黑（色）素体或血小板囊泡新近证据表明，在胞否作用过程中，不需要ARF参与。*每种类型AP复合物由4种不同亚基组成。AP3复合物包被蛋白是否含有网格蛋白未知。(A)(B)(C)clathrinCOPICOPII100nm（用核苷酸的拟似物处理细胞匀浆提取物时，通过离心的方法，分离得到的三种类型的小泡）二、COPII包被膜泡的装配与运输COPII（包被蛋白IⅡI）包被膜泡介导的细胞内顺向运输，即负责从内质网到高尔基体的物质运输。Sarl：一种调节膜泡转运的小G蛋白，有一个共价结合的疏水N端脂基团，帮助其插入ER膜，同膜3
3 结合，这类膜泡的包被除笼形蛋白外还含有其他蛋白； 这些转运膜泡携带分泌蛋白和质膜蛋白从高尔基体反面管网结构转运到质膜； 注：分泌泡的包被蛋白尚未确定；这些转运膜泡携带分泌蛋白和质膜蛋白从高尔基体反面管网结构转 运到细胞表面；请注意分泌蛋白从 cis-高尔基体到 trans-高尔基体通过膜囊递进方式的运输并不是通 过膜泡所介导的；) （用核苷酸的拟似物处理细胞匀浆提取物时，通过离心的方法，分离得到的三种类型的小泡） 二、COPⅡ包被膜泡的装配与运输 COPⅡ（包被蛋白Ⅱ）包被膜泡介导的细胞内顺向运输，即负责从内质网到高尔基体的物质运输。 Sar1：一种调节膜泡转运的小 G 蛋白，有一个共价结合的疏水 N 端脂基团，帮助其插入 ER 膜，同膜
结合的Sar1对包被蛋白的进一步装配起募集者作用。膜泡转运既能转运膜结合的蛋白，又能通过膜受体识别并转运可溶性蛋白，其包装特异性取决于被转运蛋白的靶向分选序列，借以区分哪些膜蛋白或可溶性蛋白将进一步包装转运，哪些将作为驻留蛋白而被排除在外，从而使膜泡包被直接选择靶向序列或分选信号。内质网被转运的膜蛋白具有双酸（Asp-X-Glu）分选信号，Sec24亚基为其受体。COP II Vesicles细胞质GDPGTP水解Sar1OGTPOSar1与膜结合，GTP交换Sec12Sec23/Sec2412内质网膜内质网腔COPⅡ包被装配Sarl蛋白在CopII包被膜泡装配与去装配中作用1.Sar1与膜结合，GTP交换2.CopII包被装配3.GTP水解4.CopIⅡI包被去装配①Sar1蛋白结合GTP，与内质网膜上的受体蛋白Sec12结合，在ER膜蛋白鸟苷酸交换因子（GEF）作用下GTP置换GDP形成有活性的Sar1-GTP，GTP结合引发Sar1构象改变暴露出脂肪酸链并插入ER膜；②COPII小泡的装配：Sec23/Sec24装配上来③GTP水解，Sar1与GDP结合，使Sarl脱离膜；④去装配；4
4 结合的 Sar1 对包被蛋白的进一步装配起募集者作用。 膜泡转运既能转运膜结合的蛋白，又能通过膜受体识别并转运可溶性蛋白，其包装特异性取决于被转 运蛋白的靶向分选序列，借以区分哪些膜蛋白或可溶性蛋白将进一步包装转运，哪些将作为驻留蛋白 而被排除在外，从而使膜泡包被直接选择靶向序列或分选信号。 内质网被转运的膜蛋白具有双酸（Asp-X-Glu）分选信号，Sec24 亚基为其受体。 COPⅡVesicles Sar1 蛋白在 CopⅡ包被膜泡装配与去装配中作用 1.Sar1 与膜结合，GTP 交换 2. CopⅡ包被装配 3. GT P 水解 4. CopⅡ包被去装配 ①Sar1 蛋白结合 GTP，与内质网膜上的受体蛋白 Sec12 结合，在 ER 膜蛋白鸟苷酸交换因子（GEF） 作用下 GTP 置换 GDP 形成有活性的 Sar1-GTP， GTP 结合引发 Sar1 构象改变暴露出脂肪酸链并插 入 ER 膜；② COPII 小泡的装配：Sec23/Sec24 装配上来；③GTP 水解， Sar1 与 GDP 结合，使 Sar1 脱离膜；④去装配；