真核細胞內膜系統(tǒng)第蛋白質分選和膜泡運輸

關于真核細胞內膜系統(tǒng)第蛋白質分選和膜泡運輸第1頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五§7.1細胞質基質及其功能

主要成分：中間代謝有關的數千種酶類、細胞質骨架結構。概念：真核細胞質中，除去可分辨的細胞器以外的膠狀物質。

第2頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五3

細胞質基質的涵義

化學成分：

水（游離水、結合水）和無機鹽

有機物：中分子(代謝所需要的底物如氨基酸、單糖、核苷酸）大分子（蛋白質、多糖、核酸）

狀態(tài)：物質的組織高度有序第3頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五細胞質基質的功能

完成各種中間代謝過程

如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等

與細胞質骨架相關的功能維持細胞形態(tài)、細胞運動、胞內物質運輸及能量傳遞等

蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解

蛋白質的修飾

控制蛋白質的壽命

蛋白質降解的機制（圖）

降解變性和錯誤折疊的蛋白質

幫助變性或錯誤折疊的蛋白質重新折疊，形成正確的分子構象(熱休克蛋白）第4頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五5第5頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五§7.2內膜系統(tǒng)及其功能概念：是指內質網、高爾基體、溶酶體、液泡、胞內體和分泌泡等膜性細胞器。這些膜是相互流動的，處于動態(tài)平衡，功能上相互協(xié)調第6頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五內膜系統(tǒng)的動態(tài)特性第7頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五一、內質網

EndoplasmicReticulum,ER（一）形態(tài)結構及類型◆形態(tài)●ER由封閉的膜系統(tǒng)及其形成的腔構成的相互溝通的網狀結構。它從核膜延伸至細胞質中，靠近細胞質內側?！馝R的膜占細胞膜系統(tǒng)的一半●所包圍的體積占細胞總體積的10%第8頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五9微粒體----細胞勻漿等人工過程，破碎的內質網形成的近似球形的囊泡第9頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆內質網的化學組成：●主要為蛋白質、脂類?！駜荣|網的標志酶是葡萄糖-6-磷酸酶?！窦毎豍450在內質網膜中最為豐富。第10頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆內質網種類：

●糙面內質網(RER)

●光面內質網(SER)

圖第11頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五12內質網的形態(tài)結構第12頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五（二）內質網的功能◆蛋白質的合成◆蛋白質運輸◆蛋白質的修飾和加工◆脂質的合成第13頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆蛋白質的合成粗面內質網上,膜結合核糖體,合成分泌蛋白、膜蛋白、細胞器中可溶性駐留蛋白。其它部位所需蛋白質都是由游離核糖體合成。注意：細胞中蛋白質都是在核糖體上合成的，并都是起始于細胞質基質中。第14頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆蛋白質的修飾和加工修飾：糖基化、羥基化、?；⒍蜴I形成等

糖基化：發(fā)生在ER腔面，是在糖基轉移酶作用下.N-linkedglycosylation（Asn）

O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）?；l(fā)生在ER的細胞質基質側：軟脂酸→Cys第15頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五16

第16頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆新生肽的折疊與組裝正確折疊涉及駐留蛋白：二硫鍵異構酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)

結合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）識別錯誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進重新折疊與裝配。

第17頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆脂質的合成（光面內質網）ER合成細胞所需絕大多數膜脂（包括磷脂和膽固醇）磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位點朝向cytosol；合成后很快轉向內質網腔面(轉位酶flippase)磷脂的轉運:1.出芽(budding)：ER→高爾基體（GC）、溶酶體（Ly）、細胞質膜（PM

）

2.磷脂轉換蛋白(phospholipidexchangeproteins,PEP）：磷脂分子+PEP→細胞質基質→靶膜（線粒體、過氧化物酶體）第18頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五◆其它功能解毒作用:光面內質網含有豐富的氧化酶系統(tǒng)(如細胞色素P450、NADH細胞色素C還原酶等)能使許多有害物質解毒,轉化為易于排出的物質。Ca2+離子濃度的調節(jié)作用:

Ca2+儲存庫,參與信號傳導第19頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五20二、高爾基復合體◆高爾基器(Golgiapparatus)或高爾基復合體(Golgicomplex)◆意大利科學家CamilloGolgi在1898年發(fā)現(xiàn)的。第20頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五21高爾基體的形態(tài)結構第21頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五22高爾基體的極性:◆高爾基內側網絡

(cis-Golginetwork,CGN)

順面、形成面,面向核◆中間膜囊(medialcisternae)◆高爾基外側網絡

(transGoljinetwork,TGN)

外側面、成熟面化學組成:◆蛋白質和脂:◆高爾基復合體的標志酶是糖基轉移酶。第22頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五23４種標志細胞化學反應◆

嗜鋨反應的高爾基體cis面膜囊；◆

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細胞化學反應，顯示trans面1～2層膜囊；◆

胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細胞化學反應，顯示靠近trans面膜囊狀和管狀結構◆

煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的細胞化學反應，顯示中間扁平囊第23頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五24

RegionsoftheGolgiapparatus

嗜鋨反應TTP酶反應CMP酶反應NADP酶反應第24頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五25高爾基體的功能●

蛋白質運輸●

蛋白質的糖基化●

蛋白質的水解第25頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五26高爾基體的蛋白運輸作用123交通警察！第26頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五27蛋白質運輸◆ER到高爾基體內側的運輸◆ER蛋白的逆向運輸◆高爾基體內側到高爾基體外側運輸以及向溶酶體和細胞膜的運輸第27頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五28GC中蛋白質的糖基化

◆O-連接的糖基化

將糖鏈轉移到多肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸的羥基上，稱為O-連接的糖基化?！鬘-連接的寡聚糖進一步加工：

內質網上：磷酸多萜醇上的糖基轉移到多肽的天冬酰胺（Asn）上高爾基體：加工，切除葡萄糖和部分甘露糖分子，添加特定的單糖，形成成熟的糖蛋白

P1887-2兩種糖基化比較第28頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五29蛋白質的糖基化生物學意義◆糖基化的主要作用是蛋白質在成熟過程中折疊成正確構象和增加蛋白質的穩(wěn)定性；多羥基糖側鏈影響蛋白質的水溶性及蛋白質所帶電荷的性質。對多數分選的蛋白質來說，糖基化并非作為蛋白質的分選信號。◆進化上的意義：寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它大分子接近細胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細胞的祖先具有一個保護性的外被，同時又不象細胞壁那樣限制細胞的形狀與運動。

第29頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五30蛋白質在高爾基體中酶解加工類型◆無生物活性的蛋白原（proprotein）高爾基體切除N-端或兩端的序列成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素及血清白蛋白等?！舻鞍踪|前體（含有多個相同序列）高爾基體水解同種有活性的多肽，如神經肽等?！艉胁煌盘栃蛄械牡鞍踪|前體高爾基體加工成不同的產物。第30頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五31三、溶酶體(lysosome)◆動物細胞內的一種細胞器。植物細胞中？◆小球狀,外面由一層單位膜包被◆是一種異質性(heterogenous)的細胞器,呈小球狀。大小變化很大，直徑一般0.25～0.8μm，最大的可超過1μm,最小的直徑只有25-50nm◆溶酶體約含有60種水解酶類,在細胞內起消化和保護作用。酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶◆當細胞被損傷時,溶酶體可釋放出水解酶類,使細胞自溶溶酶體的特點第31頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五32電子顯微鏡下的溶酶體第32頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五33溶酶體膜穩(wěn)定性◆溶酶體的膜上嵌有質子泵◆溶酶體的膜上具有多種載體蛋白用于水解產物向外轉運◆溶酶體的膜蛋白高度糖基化◆溶酶體的膜含有能促進膜穩(wěn)定性的膽固醇第33頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五34溶酶體及其酶類核酸酶蛋白酶糖苷酶酯酶磷酸酶硫酸酶磷脂酶第34頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五35溶酶體的類型

◆初級溶酶體(primarylysosome)◆次級溶酶體(secondarylysosome)▲自噬性溶酶體(aotolysosome)▲異噬性溶酶體(heterolysosome)▲混合性溶酶體(ambilysosome)

具消化作用◆后溶酶體(postlysosome)第35頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五36異體吞噬第36頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五37圍殲線粒體ER自噬泡第37頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五38

溶酶體的功能

1、自噬作用(Autophagy)：細胞內受損、衰老的細胞器、不需要的生物大分子（清理）溶酶體病：各種儲積癥（如臺薩氏病、糖原儲積癥）2、吞噬作用(Phagocytosis):外來物質、衰老、死亡的細胞(防御、營養(yǎng)等)3、自溶作用(Autolysis)：細胞的自我毀滅溶酶體?。侯愶L濕關節(jié)炎3、其它的生理功能◆胚胎發(fā)育和形態(tài)建成◆受精作用第38頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五39

溶酶體的生物發(fā)生◆甘露糖-6-磷酸途徑（M6P）◆非甘露糖-6-磷酸途徑第39頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五40

溶酶體的生物發(fā)生（甘露糖-6-磷酸途徑）溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾（RER）高爾基體cis膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶(在cis面）高爾基體trans-膜囊和TGN膜（M6P受體）溶酶體酶分選與局部濃縮以出芽的方式轉運到前溶酶體磷酸葡萄糖苷酶（在中間膜囊）磷酸化識別信號：信號斑第40頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五41溶酶體酶的加工與分揀第41頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五42溶酶體的發(fā)生第42頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五43（1）消化酶的先天缺失，為遺傳?。焊鞣N儲積癥，如臺薩氏（氨基己糖酯酶）、糖原儲積癥（葡萄糖苷酶）（2）消化酶的后天不足：矽肺、肺結核、類風濕性關節(jié)炎（膜脆性增加）、對細胞和機體功能的損傷（3）酸性環(huán)境的適得其反：麻瘋桿菌、利什曼原蟲或病毒）被細胞攝入，進入吞噬泡但并未被殺死而繁殖（利用胞內體中的酸性環(huán)境）（4）與溶酶體發(fā)生相關的疾?。孩窦毎╥nculusioncell）病，缺乏N-乙酰葡萄糖磷酸轉移酶，不能M-6-P化，溶酶體酶無法被識別（但仍可形成溶酶體）溶酶體與細胞病理第43頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五44過氧化物酶體(peroxisom)又稱微體(microbody)，是由單層膜圍繞的內含一種或幾種氧化酶類的異質性細胞器。過氧化物酶體第44頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五45鼠肝細胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細胞器如線粒體（M）等

（Albertetal.，1989）第45頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五46

過氧化物酶體的功能

◆動物細胞中：

●參與脂肪酸的β氧化

●解毒作用：(肝細胞或腎細胞）中過氧化

物酶體可氧化分解血液中的有毒成分。

◆植物細胞中：

●參與光呼吸作用。

●在萌發(fā)的種子中，參與葡萄糖異生作用。第46頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五47過氧化物酶體發(fā)生示意圖過氧化物酶體與疾?。?/p>

Zellweger綜合癥：與過氧化物酶體有關的遺傳病，也叫腦肝腎綜合征，患者細胞的過氧化物酶體中，與酶蛋白輸入有關的蛋白質變異，過氧化物酶體是“空的”。腦、肝、腎異常，出生3-6個月內后死亡。第47頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五第八章

細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸蛋白質的定向運輸、分選第48頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五信號假說(signalhypothesis)與蛋白質分選信號1975年，Blobel等正式提出了信號假說第49頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五目前普遍承認:◆分泌性蛋白在粗面內質網上合成,需要因子的協(xié)助:

●信號肽●信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）●信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白,dockingprotein，DP）等●過程:信號肽→信號識別顆?！盘栕R別顆粒的受體→合成第50頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五51Signalhypothesis第51頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五信號肽的特性◆指導分泌性蛋白在粗面內質網上合成◆在蛋白質上的位置:N-端突出的一段肽◆序列特征

16-26個（15-35個）氨基酸殘基，其中含有4-12個疏水殘基第52頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五信號肽的一級序列.信號肽一級序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三個區(qū)域構成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信號肽為例，顯示出兩者的n區(qū)長度明顯不同.第53頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五54多個起始與終止跨膜信號第54頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五在RER上合成的蛋白質：

●若信號肽序列被信號肽酶切除→完全進入RER腔

●若有停止轉移信號，能與內質網膜有極強的親合力→RER膜蛋白

.第55頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五56

信號肽與蛋白質分選第56頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五57

蛋白質分選途徑：

◆共轉移:肽鏈在粗面內質網膜上邊合成邊轉移到內質網腔中◆后轉移:蛋白質在細胞質基質中合成以后在某種信號指導下再轉移到體、葉綠體、過氧化物體等細胞器中的轉移方式.◆第57頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五蛋白質分選的4種類型：

●蛋白質的跨膜轉運

●膜泡運輸●選擇性的門控運輸●細胞質基質中蛋白質的轉運

圖

.第58頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五59第59頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五60蛋白質向線粒體和葉綠體的

分選圖1圖2第60頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五

蛋白質分選定位的四種類型

◆

細胞質基質中蛋白質的轉運◆門控運輸（gatedtransport）●

通過核孔的運輸（Transportthroughnuclearpore）◆跨膜運輸（Acrossmembranetransport）◆膜泡運輸（Vesicletranslocation）第61頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五62第62頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五蛋白質與生俱來的三種信號序列

●壽命信號●加工信號●定位信號▲導肽、轉運肽▲信號肽

▲核定位信號（NLS）

▲KDEL序列第63頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五膜泡運輸(Vesicletranslocation）膜泡運輸是蛋白運輸的一種特有的方式，普遍存在于真核細胞中。在轉運過程中不僅涉及蛋白本身的修飾、加工和組裝，還涉及到多種不同膜泡定向運輸及其復雜的調控過程。第64頁，共72頁，2022年，5月20日，17點19分，星期五65包被小泡的類型功能

網格蛋白、結合素蛋白包被類型GTP酶包被組成蛋白運輸方向網格蛋白Arf

高爾基體→質膜高爾基體→胞內體高爾基體→溶酶體COPIArf

7種亞基高爾基體→內質