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跨膜蛋白在RER和合成及膜轉移機制

日期:2023-06-06 13:10:36


    跨膜蛋白是一類膜蛋白,其在細胞膜上同時存在于胞內和胞外兩個不同的環境中。跨膜蛋白廣泛存在于生物膜系統中,包括細胞膜、內質網(endoplasmic reticulum,ER)和高爾基體等細胞器膜。跨膜蛋白的結構復雜多樣,由不同數量的跨膜區域組成,因此其合成和轉運機制也多種多樣。本文將著重介紹跨膜蛋白在內質網的合成及膜轉移機制。
 
一、跨膜蛋白在內質網上的合成
 
    細胞內的跨膜蛋白通常是由多肽鏈在匯合處形成的,并經過翻譯后質量控制(quality control)檢查,之后成功折疊成為穩定的構象。正常情況下,跨膜蛋白的水溶性區域(如N末端、C末端和內部環區)與胞質液相互作用弱,而其跨膜區域則嵌入到內質網膜上。
 
    在跨膜蛋白N末端的信號肽中含有識別靶向內質網的信號序列。細胞在合成跨膜蛋白的時候,信號肽被蛋白酶切除后,其暴露出來的氨基酸序列能夠與SRP(signal recognition particle)結合形成復合物,并將跨膜蛋白導向內質網。SRP與復合物上的受體相互作用,之后復合物被定向到輪廓突出的內質網上。
 
    跨膜蛋白在內質網上的合成過程就是如此簡單而又復雜,需要多種參與因素協同作用,才能確保跨膜蛋白的正常合成和穩定折疊。


跨膜蛋白

 
二、跨膜蛋白在內質網上的膜轉移機制
 
    跨膜蛋白在內質網上的折疊和轉運過程中,包括了大量的輔助因子。這些因子在協調胞內蛋白合成質量控制和蛋白穩定折疊過程中發揮重要作用。
 
1、伴隨蛋白復合物(chaperone complex)

    伴隨蛋白復合物是一種高保真的氧化還原酶系統,負責向跨膜蛋白提供折疊機會,以及維持跨膜蛋白的穩定性。該復合物由多個成員組成,如Sec63、 BiP和GRP94等,它們能夠協同作用,將已經合成的跨膜蛋白轉移到適當的位置,使其能被順利折疊和完成后續的翻譯。
 
2、糖基化(glycosylation)

    在跨膜蛋白折疊過程中,部分位于蛋白結構上的糖類化合物也可參與到膜轉移中。這些糖鏈分別由GlycotransferaseI、Golgi-MannosidaseII和EndoH這些alpha-1,3-mannosidase所催化的酶進行剪切或加工等調整,以便完成折疊和轉運過程。
 
3、碳水化合物修飾和酪氨酸激酶

    一些特定的碳水化合物修飾可以幫助跨膜蛋白定位到內質網上,例如N端末端的甘露糖基化和C末端的磷酸基化。此外,一些跨膜蛋白還會與酪氨酸激酶相互作用,形成一個調節策略。這種策略可以適應細胞內環境和對外界的應激反應,以保證跨膜蛋白在不同生物學過程中的功能正常發揮。
 
    跨膜蛋白的合成和轉運是一個復雜的機制,在細胞內部先后經過多個復雜的調整和質量控制。這種機制的順利實現需要多種因素協同作用,以確保跨膜蛋白能夠正常折疊和正確定位到內質網上。


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