第7章真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)第8章蛋白質(zhì)分選和膜泡運輸

§7.1細胞質(zhì)基質(zhì)及其功能

主要成分：中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。概念：真核細胞質(zhì)中，除去可分辨的細胞器以外的膠狀物質(zhì)。

目前一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義

化學(xué)成分：

水（游離水、結(jié)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(zhì)、多糖、核酸）

狀態(tài)：物質(zhì)的組織高度有序2目前二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點細胞質(zhì)基質(zhì)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(zhì)骨架相關(guān)的功能維持細胞形態(tài)、細胞運動、胞內(nèi)物質(zhì)運輸及能量傳遞等

蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解

蛋白質(zhì)的修飾

控制蛋白質(zhì)的壽命

蛋白質(zhì)降解的機制（圖）

降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)

幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象(熱休克蛋白）目前三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點4目前四頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點§7.2內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能概念：是指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、液泡、胞內(nèi)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(diào)目前五頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點內(nèi)膜系統(tǒng)的動態(tài)特性目前六頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

EndoplasmicReticulum,ER（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)及類型◆形態(tài)●ER由封閉的膜系統(tǒng)及其形成的腔構(gòu)成的相互溝通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它從核膜延伸至細胞質(zhì)中，靠近細胞質(zhì)內(nèi)側(cè)?！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%目前七頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點微粒體----細胞勻漿等人工過程，破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡8目前八頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成：●主要為蛋白質(zhì)、脂類?！駜?nèi)質(zhì)網(wǎng)的標(biāo)志酶是葡萄糖-6-磷酸酶?！窦毎豍450在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中最為豐富。目前九頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆內(nèi)質(zhì)網(wǎng)種類：

●糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(RER)

●光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(SER)

圖目前十頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)11目前十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能◆蛋白質(zhì)的合成◆蛋白質(zhì)運輸◆蛋白質(zhì)的修飾和加工◆脂質(zhì)的合成目前十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆蛋白質(zhì)的合成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,膜結(jié)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(zhì)都是由游離核糖體合成。注意：細胞中蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并都是起始于細胞質(zhì)基質(zhì)中。目前十三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆蛋白質(zhì)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(zhuǎn)移酶作用下.N-linkedglycosylation（Asn）

O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）酰基化發(fā)生在ER的細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)：軟脂酸→Cys目前十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

15目前十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆新生肽的折疊與組裝正確折疊涉及駐留蛋白：二硫鍵異構(gòu)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(jié)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。

目前十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆脂質(zhì)的合成（光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）ER合成細胞所需絕大多數(shù)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(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面(轉(zhuǎn)位酶flippase)磷脂的轉(zhuǎn)運:1.出芽(budding)：ER→高爾基體（GC）、溶酶體（Ly）、細胞質(zhì)膜（PM

）

2.磷脂轉(zhuǎn)換蛋白(phospholipidexchangeproteins,PEP）：磷脂分子+PEP→細胞質(zhì)基質(zhì)→靶膜（線粒體、過氧化物酶體）目前十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點◆其它功能解毒作用:光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(zhì)解毒,轉(zhuǎn)化為易于排出的物質(zhì)。Ca2+離子濃度的調(diào)節(jié)作用:

Ca2+儲存庫,參與信號傳導(dǎo)目前十八頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點二、高爾基復(fù)合體◆高爾基器(Golgiapparatus)或高爾基復(fù)合體(Golgicomplex)◆意大利科學(xué)家CamilloGolgi在1898年發(fā)現(xiàn)的。19目前十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)20目前二十頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點高爾基體的極性:◆高爾基內(nèi)側(cè)網(wǎng)絡(luò)

(cis-Golginetwork,CGN)

順面、形成面,面向核◆中間膜囊(medialcisternae)◆高爾基外側(cè)網(wǎng)絡(luò)

(transGoljinetwork,TGN)

外側(cè)面、成熟面化學(xué)組成:◆蛋白質(zhì)和脂:◆高爾基復(fù)合體的標(biāo)志酶是糖基轉(zhuǎn)移酶。21目前二十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點４種標(biāo)志細胞化學(xué)反應(yīng)◆

嗜鋨反應(yīng)的高爾基體cis面膜囊；◆

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細胞化學(xué)反應(yīng)，顯示trans面1～2層膜囊；◆

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

煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的細胞化學(xué)反應(yīng)，顯示中間扁平囊22目前二十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

RegionsoftheGolgiapparatus

嗜鋨反應(yīng)TTP酶反應(yīng)CMP酶反應(yīng)NADP酶反應(yīng)23目前二十三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點高爾基體的功能●

蛋白質(zhì)運輸●

蛋白質(zhì)的糖基化●

蛋白質(zhì)的水解24目前二十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點高爾基體的蛋白運輸作用123交通警察！25目前二十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點蛋白質(zhì)運輸◆ER到高爾基體內(nèi)側(cè)的運輸◆ER蛋白的逆向運輸◆高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾基體外側(cè)運輸以及向溶酶體和細胞膜的運輸26目前二十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點GC中蛋白質(zhì)的糖基化

◆O-連接的糖基化

將糖鏈轉(zhuǎn)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)上：磷酸多萜醇上的糖基轉(zhuǎn)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27目前二十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點蛋白質(zhì)的糖基化生物學(xué)意義◆糖基化的主要作用是蛋白質(zhì)在成熟過程中折疊成正確構(gòu)象和增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性；多羥基糖側(cè)鏈影響蛋白質(zhì)的水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)。對多數(shù)分選的蛋白質(zhì)來說，糖基化并非作為蛋白質(zhì)的分選信號?！暨M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。

28目前二十八頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點蛋白質(zhì)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|(zhì)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(jīng)肽等?！艉胁煌盘栃蛄械牡鞍踪|(zhì)前體高爾基體加工成不同的產(chǎn)物。29目前二十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點三、溶酶體(lysosome)◆動物細胞內(nèi)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(zhì)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(nèi)起消化和保護作用。酸性磷酸酶是溶酶體的標(biāo)志酶◆當(dāng)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30目前三十頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點電子顯微鏡下的溶酶體31目前三十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點溶酶體膜穩(wěn)定性◆溶酶體的膜上嵌有質(zhì)子泵◆溶酶體的膜上具有多種載體蛋白用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)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32目前三十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點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33目前三十三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點溶酶體的類型

◆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)34目前三十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點異體吞噬35目前三十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點圍殲線粒體ER自噬泡36目前三十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

溶酶體的功能

1、自噬作用(Autophagy)：細胞內(nèi)受損、衰老的細胞器、不需要的生物大分子（清理）溶酶體?。焊鞣N儲積癥（如臺薩氏病、糖原儲積癥）2、吞噬作用(Phagocytosis):外來物質(zhì)、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(fēng)濕關(guān)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37目前三十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

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38目前三十八頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

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(zhuǎn)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(zhuǎn)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39目前三十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點溶酶體酶的加工與分揀40目前四十頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點溶酶體的發(fā)生41目前四十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點（1）消化酶的先天缺失，為遺傳病：各種儲積癥，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(jié)核、類風(fēng)濕性關(guān)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(nèi)體中的酸性環(huán)境）（4）與溶酶體發(fā)生相關(guān)的疾?。孩窦毎╥nculusioncell）病，缺乏N-乙酰葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)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42目前四十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點過氧化物酶體(peroxisom)又稱微體(microbody)，是由單層膜圍繞的內(nèi)含一種或幾種氧化酶類的異質(zhì)性細胞器。過氧化物酶體43目前四十三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點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）44目前四十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

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。45目前四十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點過氧化物酶體發(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(guān)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(guān)的蛋白質(zhì)變異，過氧化物酶體是“空的”。腦、肝、腎異常，出生3-6個月內(nèi)后死亡。46目前四十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點第八章

細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸?shù)鞍踪|(zhì)的定向運輸、分選目前四十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點信號假說(signalhypothesis)與蛋白質(zhì)分選信號1975年，Blobel等正式提出了信號假說目前四十八頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點目前普遍承認:◆分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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→信號識別顆粒→信號識別顆粒的受體→合成目前四十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點Signalhypothesis50目前五十頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點信號肽的特性◆指導(dǎo)分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成◆在蛋白質(zhì)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個疏水殘基目前五十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點信號肽的一級序列.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(gòu)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.目前五十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點多個起始與終止跨膜信號53目前五十三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點在RER上合成的蛋白質(zhì)：

●若信號肽序列被信號肽酶切除→完全進入RER腔

●若有停止轉(zhuǎn)移信號，能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有極強的親合力→RER膜蛋白

.目前五十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

信號肽與蛋白質(zhì)分選55目前五十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

蛋白質(zhì)分選途徑：

◆共轉(zhuǎn)移:肽鏈在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上邊合成邊轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中◆后轉(zhuǎn)移:蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后在某種信號指導(dǎo)下再轉(zhuǎn)移到體、葉綠體、過氧化物體等細胞器中的轉(zhuǎn)移方式.◆56目前五十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點蛋白質(zhì)分選的4種類型：

●蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運

●膜泡運輸●選擇性的門控運輸●細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運

圖

.目前五十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點58目前五十八頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點蛋白質(zhì)向線粒體和葉綠體的

分選圖1圖259目前五十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點

蛋白質(zhì)分選定位的四種類型

◆

細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運◆門控運輸（gatedtransport）●

通過核孔的運輸（Transportthroughnuclearpore）◆跨膜運輸（Acrossmembranetransport）◆膜泡運輸（Vesicletranslocation）目前六十頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點61目前六十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點蛋白質(zhì)與生俱來的三種信號序列

●壽命信號●加工信號●定位信號▲導(dǎo)肽、轉(zhuǎn)運肽▲信號肽

▲核定位信號（NLS）

▲KDEL序列目前六十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點膜泡運輸(Vesicletranslocation）膜泡運輸是蛋白運輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細胞中。在轉(zhuǎn)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(fù)雜的調(diào)控過程。目前六十三頁\總數(shù)六十八頁\編于十三點包被小泡的類型功