微专题01 信号识别与膜泡运输-备战2025年高考生物二轮复习热点微专题

二轮微专题 信号识别与囊泡运输 http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-12/12_08.jpg 1 （1）信号肽（signal peptide） 位于蛋白质的N 端，一般由16～26 个残基组成；似乎没有严格的专一性 包括疏水核心区、信号肽的C-端和N-端等3 部分 原核细胞某些分泌性蛋白的N 端也具有信号序列 图6-1 信号肽的一级结构序列 以血清白蛋白和HIV-1 型病毒的糖蛋白gp160 信号肽为例，显示出两者信号肽一级序列分别由疏水核心、C- 端和N- 端三个区域构成 一、信号识别 1. 信号假说 2 （2）信号识别颗粒（SRP） 由6 种不同的蛋白质和一个由300 个核苷酸组成的 7S RNA 结合组成的一种核糖核蛋白复合体 通常存在于细胞质基质中；既可与新生肽信号序列和核糖体大亚基结合，又可与内质网膜上SRP 受体结合 图6-2 信号识别颗粒（SRP）的结构示意图 含有两个结构域，P54 蛋白是一种包含成簇甲硫氨酸残基的GTP酶，甲硫氨酸侧链与信号肽的疏水核心结合；当SRP 与信号肽结合后，SRP 的P9 和P14 蛋白复合体阻断新生肽链的翻译 3 （3）SRP 受体（Signal Recognition Particle Receptor） 内质网膜上的整合蛋白，由α 和β 亚基组成，可特异地与SRP 结合 SRP 的p54 亚基和SRP 受体的α 亚基与GTP 结合时，会增进SRP/ 新生肽/ 核糖体复合物与SRP 受体结合的强度。 Dynamic behavior of SRP upon SR interaction https://science.sciencemag.org/content/312/5774/745/tab-figures-data#fig-data-figures 4 （4）蛋白质翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系 5 在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP 和微粒体的关系 实验组 含有编码信号序列的mRNA SRP DP 微粒体 结 果 1 + - - - 产生含信号肽的完整多肽 2 + + - - 合成70～100氨基酸残基后， 肽链停止延伸 3 + + + - 产生含信号肽的完整多肽 4 + + + + 信号肽切除，多肽链进入微粒体中 * “+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质 6 1.（2023·济南一模）科学家用离心技术分离得到了有核糖体结合的微粒体，即膜结合核糖体，其核糖体上最初合成的多肽链含有信号肽（SP）以及信号识别颗粒（SRP）。研究发现，SRP与SP结合是引导新合成的多肽链进入内质网腔进行加工的前提，经囊泡包裹离开内质网的蛋白质均不含SP，此时的蛋白质一般无活性。下列相关推测正确的是（　　） A.微粒体中的膜是高尔基体膜结构的一部分 B.细胞中每个基因都有控制SP合成的脱氧核苷酸序列 C.SP合成缺陷的浆细胞中，抗体会在内质网腔中聚集 D.内质网腔中含有能够在特定位点催化肽键水解的酶 【典例1】 （多选）（2023·山东潍坊模拟）细胞中tmRNA和SmpB蛋白组成的一种核糖核酸蛋白质复合物（tmRNP），可参与翻译出错的多肽产物降解，SmpB蛋白对tmRNA的活性维持有重要作用。研究发现，当mRNA受损后，肽链不能从核糖体上脱离，tmRNA会主动占据已停止翻译的核糖体位点，该核糖体就转移到tmRNA上，沿着tmRNA继续翻译，直至翻译终止，这样出错的肽链上增加了一段降解酶作用的标签肽，从而使错误的蛋白质降解。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 【变式训练1】 下列叙述错误的是（　　） A.tmRNP的基本组成单位有核糖核苷酸和氨基酸，其组成元素中含有C、H、O、N、P B.若mRNA缺失终止密码子，则可能会导致以其为模板合成的肽链不能从核糖体上脱离 C.从tmRNA对出错肽链的作用分析，含标签肽的肽链一定会比正常mRNA翻译出的长 D.若向正在合成肽链的细胞施用SmpB蛋白活性抑制剂，则该细胞中肽链合成会被抑制 1.（2021·山东高考）高尔基体膜上的RS受体特异识别并结合含有短肽序列RS的蛋白质，以出芽的形式形成囊泡，通过囊泡运输的方式将错误转运到高尔基体的该类蛋白运回内质网并释放。RS受体与RS的结合能力随pH升高而减弱。下列说法错误的是（　　） A.消化酶和抗体不属于该类蛋白 B.该类蛋白运回内质网的过程消耗ATP C.高尔基体内RS受体所在区域的pH比内质网的pH高 D.RS功能的缺失可能会使高尔基体内该类蛋白的含量增加 【回归高考】 蛋白质自身所携带的分选信号需要被互补的分选受体所识别，然后在分选受体帮助下，引导蛋白质转运到目的地 2. 蛋白质分选信号序列 导肽（leader peptide）：指导在细胞质基质中合成的蛋白质进入线粒体、叶绿体及过氧化物酶体的信号序列 表6-2 指导蛋白质从细胞质基质转运到细胞器的靶向序列的主要特征 10 2. 蛋白质分选信号序列（signal sequence） 两类分选信号 一类为连续的氨基酸序列，一般长15~60个氨基酸残基。完成分选过程后，有些这类信号序列会被特异性酶从成熟蛋白质上切除 一类为三维结构的信号斑，在蛋白折叠完成后，其表面原子按一定的间结构排布形成。形成信号斑的氨基酸残基可能在线性氨基酸序列上相距很远。信号斑会保留在成熟蛋白质中不被切除 11 真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型 图6-5 真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型 图6-5 真核细胞蛋白质分选的主要途径与类型 图右侧（黑色序号）代表后翻译转运的非分泌途径：核基因编码的mRNA 在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成。途径2 表示合成 的蛋白不含信号序列，并驻留在细胞质基质中。途径3、4、5 分别表示依据不同的细胞器特异性的靶向序列，首先释放到细胞质基质，然后通 过跨膜运输方式转运至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。途径6 表示通过门控运输方式转运至细胞核。图左侧（红色序号）代表共翻译转运的蛋 白质分泌途径：核基因编码的mRNA 在细胞质基质游离核糖体上起始合成，然后在信号肽及其结合的SRP 引导下与内质网膜结合并完成蛋白质 合成。途径2 表示在rER 完成蛋白质合成，途径3 表示以膜泡运输方式转运至高尔基体，途径4a、4b 、4c 表示以膜泡运输方式分选至细胞表面、 质膜和溶酶体。 12 图6-8 蛋白质的分泌与胞吞途径概观 1. 在rER 合成的蛋白质， 通过共翻译转运途径跨膜运输；2. 内质网出芽，形成转运泡并与高尔基体融合，形成cis- 高尔基网状结构；3. 从cis- 高尔基膜囊和cis- 高尔基体顺面网状结构到rER 的逆向运输；4. 高尔基膜囊从cis 面→ trans 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 二、膜泡运输概述 三种不同类型的包被膜泡 图6-9 在细胞合成- 分泌与内吞途径中三种不同的主要膜泡运输方式 COP II（coat protein II）包被泡、COPI（coat protein I）包被泡和网格蛋白/ 接头蛋白（clathrin/adaptor protein）包被泡，它们分别介导不同的膜泡转运途径 COPⅡ包被膜泡介导从内质网到高尔基体的顺向运输。COPⅠ包被膜泡介导细胞内膜泡逆向运输，负责从高尔基体反面膜囊到高尔基体顺面膜囊，以及从高尔基体CGN区到内质网的膜泡转运。网格蛋白/ 接头蛋白包被膜泡介导几种蛋白质分选途径，包括从高尔基体TGN向胞内体、溶酶体、黑（色）素体、血小板囊泡或植物细胞液泡的运输。另外，在受体介导的胞吞途径中还负责将物质从细胞表面运往胞内体转而到溶酶体的运输 14 蛋白质转运中涉及的3 种包被膜泡的特征比较 表8-3 蛋白质转运中涉及的三种包被膜泡的特征比较 COP Ⅱ和COP Ⅰ包被膜泡介导内质网与高尔基体之间蛋白质顺向和逆向转运 ①~③表示由COPⅡ包被膜泡介导的顺向运输，内质网膜出芽，可溶性包被蛋白复合物聚合形成膜泡包被；v-SNARE，以及其他被转运的膜蛋白和可溶性蛋白（与芽泡膜上受体结合）通过与包被蛋白的相互作用被包装在膜泡内，包被复合物解聚再循环利用，v-SNARE蛋白在脱包被膜泡表面得以暴露，以利于同靶膜的融合。④~⑥ 表示由COPⅠ包被膜泡介导的逆向运输，膜脂双分子层、某些蛋白质（如v-SNARE和错误分选的内质网驻留蛋白）从高尔基体CGN区转运回内质网 16 （2023·烟台模拟）研究发现，某些蛋白质的肽链进入内质网腔后，经过初步折叠和修饰，在内质网膜上多种蛋白的作用下，形成COPⅡ膜泡，定向运至高尔基体。若一些尚未在内质网完成初步折叠修饰的蛋白质被误送至高尔基体，则其会被高尔基体中的一些受体蛋白（蛋白A）所识别，在高尔基体膜上多种蛋白的作用下，形成COPⅠ膜泡，将这些错误蛋白定向运回内质网。下列相关叙述错误的是（　　） A.COPⅠ、COPⅡ膜泡运输可体现生物膜信息交流的功能 B.COPⅠ膜泡与COPⅡ膜泡功能由其膜上的糖类分子决定 C.错误蛋白通过COPⅠ膜泡运回内质网的过程消耗能量 D.若破坏高尔基体中的蛋白A，则可能出现功能异常的抗体 【典例2】 （2023·山东菏泽期中）研究者发现某些细胞在迁移的过程中会将细胞内的蛋白质纤维留在胞体后侧，形成“具膜小泡”，推测其在细胞迁移过程中具有确定路径和方向的作用，将其命名为迁移小体（PLS），在收缩纤维的横截面处会有很多PLS。最终，这些PLS会释放到胞外并被周围细胞所吞噬。细胞迁移导致TSPAN4蛋白及胆固醇在收缩纤维的局部高度富集，增加了富集区域膜的弯曲度。研究发现，敲除TSPAN4蛋白基因后PLS不能形成。 【变式训练2】 下列说法错误的是（　　） A.PLS被周围细胞吞噬后最有可能被溶酶体降解 B.PLS的形成与细胞骨架无关，依赖细胞膜的流动性 C.抑制TSPAN4蛋白及胆固醇合成相关基因的表达，不能抑制肿瘤的转移 D.具有迁移能力的细胞形成的PLS被后续周围细胞吞噬，可获知细胞的迁移路线等信息，与细胞间的信息交流有关 1.（2023·浙江6月选考）囊泡运输是细胞内重要的运输方式。没有囊泡运输的精确运行，细胞将陷入混乱状态。下列叙述正确的是（　　） A.囊泡的运输依赖于细胞骨架 B.囊泡可来自核糖体、内质网等细胞器 C.囊泡与细胞膜的融合依赖于膜的选择透过性 D.囊泡将细胞内所有结构形成统一的整体 课后巩固 2.囊泡是细胞内各种生物膜结构之间进行物质运输的“通道”，囊泡运输参与细胞多项重要的生命活动。下列叙述错误的是（　　） A.囊泡参与分泌蛋白的运输，该过程中高尔基体起重要的交通枢纽作用 B.神经元中的囊泡与突触前膜融合后释放神经递质，一定会引起突触后膜产生兴奋 C.病原体被吞噬细胞吞噬后经囊泡运输到溶酶体分解，部分产物可被细胞再利用 D.胰岛素的靶细胞中囊泡移向细胞膜释放葡萄糖载体蛋白，有利于降低血糖含量 13.（多选）（2023·湖南常德模拟）当细胞中错误折叠蛋白在内质网聚集时，无活性BiP-PERK复合物发生解离，形成游离的BiP蛋白与PERK蛋白。BiP可以识别错误折叠的蛋白质，促进它们重新正确折叠并运出。PERK被磷酸化激酶催化发生磷酸化，一方面抑制多肽链进入内质网，另一方面促进BiP表达量增加。下列叙述正确的 是（　　） A.BiP-PERK复合物未解离时，多肽链不能进入内质网 B.磷酸化使PERK的空间结构发生变化 C.BiP蛋白对蛋白质加工所起的作用，体现了细胞的自我调节能力 D.当PERK以游离状态存在时，内质网不能产生包裹蛋白质的囊泡 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 5.（2023·北京丰台一模）酵母菌的液泡中存在着多种水解酶，其中包括羧肽酶（CPY）和氨肽酶（API）。科研人员对CPY和API的运输途径进行了研究。 （1）CPY和API在细胞内的 　　　　⁠上合成，进入液泡后，能够催化蛋白质的分解，使液泡具有了类似 　　　　⁠（填细胞器名称）的功能，进而调节细胞内的环境。 答案：（1）核糖体　溶酶体　 解析：（1）羧肽酶（CPY）和氨肽酶（API）属于蛋白质，在核糖体上合成；能够分解蛋白质的细胞器是溶酶体，所以含有羧肽酶（CPY）和氨肽酶（API）的液泡具有类似溶酶体的功能。 （2）已有研究表明，通过内质网—高尔基体途径进入液泡的蛋白质，要经过在内质网中切除信号肽、在高尔基体中糖基化（添加糖链）、进入液泡后再切除肽段，才能成熟。为判断CPY和API进入液泡的途径，科研人员进行了下列实验。 ①实验一：科研人员提取这两种蛋白质，利用电泳技术检测二者加工前后分子量的变化，结果如下图1。B组与A组相比，加入衣霉素2小时后，蛋白质分子量 　　　　⁠；API成熟过程中 　　　　⁠（填“有”或“没有”）糖基化，推断API的加工过程可能与CPY不同。 注：衣霉素能抑制蛋白质的糖基化。 ②实验二：利用温度敏感型酵母菌突变体sec（高温下，内质网到高尔基体囊泡运输受阻）进行实验，在高温和常温下检测CPY和API是否加工成熟，实验结果如图2所示。由电泳结果可以判断，CPY和API进入液泡的途径分别是 　　　　⁠。 A.CPY和API都经过内质网—高尔基体途径进入液泡 B.CPY和API都不经过内质网—高尔基体途径进入液泡 C.CPY经过内质网—高尔基体途径进入液泡，API不是 D.API经过内质网—高尔基体途径进入液泡，CPY不是 答案：（2）①减少　没有　②C　 $$