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小专题1 细胞内蛋白质分选途径和膜泡运输
[例1] 膜泡运输是细胞内蛋白质分选的一种特有方式。下图是发生在内质网、高尔基体和细胞膜之间的膜泡运输示意图(COPⅠ能够与内质网特异性融合,COPⅡ能够与高尔基体特异性融合)。下列有关分析错误的是( )
A.早胞内体的膜与细胞膜的成分相似
B.COPⅡ与高尔基体的融合需要信号识别
C.某些蛋白质可能通过COPⅠ运回内质网
D.胞吐和胞吞均需网格蛋白—接头蛋白参与
答案 D
解析 从图中可以看出,早胞内体来源于细胞膜,故二者成分相似,A正确;COPⅡ能与高尔基体特异性融合,因此融合过程中需要信号识别,B正确;从图中可以看出,某些在高尔基体加工错误的蛋白质可以通过COPⅠ转运回内质网,C正确;从图中可以看出,胞吞时需要网格蛋白—接头蛋白的参与,但是胞吐不需要网格蛋白—接头蛋白的参与,D错误。
[例2] 核基因编码的蛋白质在细胞内的运输取决于自身的氨基酸序列中是否包含了信号序列以及信号序列的差异,如下图所示。
(1)研究发现,经②过程进入内质网的多肽,在内质网中折叠成为具有一定________的蛋白质,③过程输出的蛋白质并不包含信号序列,推测其原因是__________________________________。经②③过程形成的蛋白质经过④途径送往溶酶体、成为膜蛋白或______________。
(2)在内质网中未折叠或错误折叠的蛋白质,会在内质网中大量堆积,此时细胞通过改变基因表达,减少新蛋白质的合成,或增加识别并降解错误折叠蛋白质的相关分子,进行细胞水平的________调节。
(3)某些蛋白质经⑥、⑦过程进入线粒体、叶绿体时,需要膜上________的协助。线粒体和叶绿体所需的蛋白质部分来自⑥、⑦过程,部分在________________________的指导下合成。
(4)某些蛋白质经⑧过程进入细胞核需要通过________(结构),这一过程具有________性。
(5)除了图中⑤以外,送往不同细胞结构的蛋白质在开始时均具有______________,这是细胞内蛋白质定向运输所必需的。
答案 (1)空间结构 信号序列在内质网中被(酶)切除(水解) 分泌蛋白(或“分泌至细胞外”)
(2)反馈
(3)蛋白质(或膜蛋白) 线粒体或叶绿体基因(DNA)
(4)核孔 选择
(5)不同的信号序列
[例3] 分泌蛋白的经典与非经典分泌途径
在生物体中,细胞间的信息传递是细胞生长、增殖、分化、凋亡等生命活动正常进行的条件之一,而蛋白分泌是实现某些细胞间信息传递途径的重要环节。
经典的蛋白分泌是通过内质网—高尔基体(ERGolgi)途径进行的。这些分泌蛋白在肽链的氨基端有信号肽序列,它引导正在合成的多肽进入内质网,多肽合成结束其信号肽也被切除,多肽在内质网中加工完毕后被转运到高尔基体,最后高尔基体产生的分泌小泡与质膜融合,蛋白质被分泌到细胞外。
在真核细胞中,有少数蛋白质的分泌并不依赖于ERGolgi途径,而是通过其他途径完成的,这类分泌途径被称为非经典分泌途径。这些分泌蛋白不含有信号肽序列,目前较为公认的非经典蛋白的分泌途径有4种,如图1所示。
FGF2属于肝磷脂结合生长因子家族,对细胞的生长和分化起到重要的作用。FGF2不含有信号肽序列,通过直接跨膜分泌到细胞外,其分泌过程如图2所示。
目前,有2种理论解释机体中存在非经典分泌途径的原因。一种解释是某些蛋白质的前体经经典途径的糖基化等修饰后,易发生凝集,因此不能被成功地分泌到细胞外。另一种解释认为有些非经典分泌蛋白也可以通过经典途径分泌,但经典分泌过程中发生的翻译后修饰会使得分泌出的蛋白质不具有生物活性。
(1)图1所示的4种非经典蛋白的分泌途径中,需要依赖生物膜的流动性来实现的是________(填写图1中字母代号)。
(2)某种分泌蛋白的基因中不具有编码信号肽的序列,可以初步判断该分泌蛋白的分泌途径属于__________。做出这一判断的依据是__________________________________________________________________。
(3)根据图2所示,FGF2分泌出细胞大致经过三个步骤:
①FGF2被招募到细胞膜。完成这一步骤需要水解ATP,ATP水解产物中的________与FGF2结合。
②多个FGF2形成寡聚物。FGF2形成寡聚物之前,需与膜上的________结合,寡聚物插入到细胞膜内,最终在细胞膜上形成环形小孔。
③FGF2与HSPG上的受体结合,并以________(选填“单体”或“寡聚物”)的形式储存在细胞膜的外表面。
(4)结合文中信息分析真核细胞非经典分泌途径存在的生物学意义_________________________________________