第六章細胞質基質和細胞內膜系統(tǒng)(4學時)

第一節(jié)細胞質基質細胞質基質（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）內膜系統(tǒng)（endomembranesystem）目前一頁\總數六十八頁\編于十七點一、細胞質基質 細胞質基質是細胞的重要的結構成分，其體積約占細胞質的一半1、細胞質基質的涵義

基本概念：

細胞質基質（Cytoplasmicmatrix）：指除去能分辯的細胞器和顆粒以外的細胞質部分，是一復雜的高度有組織的膠體系統(tǒng)。目前二頁\總數六十八頁\編于十七點主要特點：細胞質基質是一個高度有序的體系；通過弱鍵而相互作用處于動態(tài)平衡的結構體系目前三頁\總數六十八頁\編于十七點2、細胞質基質化學組成

水、各種離子（K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+）、

中間代謝有關的數千種酶類、細胞質骨架結構目前四頁\總數六十八頁\編于十七點

完成各種中間代謝過程

如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等蛋白的合成和脂肪酸的合成

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分選與運輸3、細胞質基質的功能目前五頁\總數六十八頁\編于十七點在基質中合成的蛋白質命運不同：

a、具N端信號肽的（分泌蛋白）合成后→內質網；b、N端具導肽的分別被轉送到各種細胞器（線粒體、葉綠體、微體、細胞核等）中；c、留在細胞質中（駐留蛋白）或參與膜建成（膜蛋白）。目前六頁\總數六十八頁\編于十七點

完成各種中間代謝過程蛋白的合成和脂肪酸的合成

與細胞質骨架相關的功能

蛋白質的分選與運輸

蛋白質的修飾和選擇性的降解

蛋白質的修飾

控制蛋白質的壽命

3、細胞質基質的功能目前七頁\總數六十八頁\編于十七點控制蛋白質壽命蛋白質N端的第一個氨基酸，稱信號氨基酸，決定N端的穩(wěn)定或不穩(wěn)定。（8種穩(wěn)定aa：MTVCSGAP)泛素降解途徑(ubiquitin-dependentpathway)：泛素是一種由76個氨基酸殘基組成的小分子蛋白，具有蛋白質降解和細胞周期調控等多種生物學功能。普遍存在于真核細胞中。在蛋白質降解過程中，多個泛素分子共價結合到含有不穩(wěn)定氨基酸殘基的蛋白質的N端，然后由一種蛋白酶體（26S的蛋白酶復合體）將蛋白質完全水解目前八頁\總數六十八頁\編于十七點

完成各種中間代謝過程蛋白的合成和脂肪酸的合成蛋白質的分選與運輸

與細胞質骨架相關的功能

蛋白質的修飾和選擇性的降解

蛋白質的修飾

控制蛋白質的壽命

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3、細胞質基質的功能目前九頁\總數六十八頁\編于十七點熱休克蛋白(heatshockprotein，Hsp)能選擇性的與畸形蛋白質結合形成聚合物，利用水解ATP釋放的能量使聚集的蛋白質溶解，并進一步折疊成正確構象。主要包括3個家族（25KD，70KD，90KD），每一家族中都有由不同基因編碼的數種蛋白成員。目前十頁\總數六十八頁\編于十七點二、細胞內膜系統(tǒng)概述內膜系統(tǒng)是指細胞內在結構、功能及發(fā)生上相關的由膜包繞形成的細胞器或細胞結構，主要包括：核膜、內質網、高爾基體、溶酶體、線粒體、葉綠體、各種運輸小泡和液泡等。內膜系統(tǒng)使真核細胞內區(qū)域化（compartmentalization）目前十一頁\總數六十八頁\編于十七點目前十二頁\總數六十八頁\編于十七點第二節(jié)內質網

(endoplasmicreticulum,ER)

概述1945年，著名超微結構學家K.B.Porter，在電鏡下觀察組織培養(yǎng)的雞胚成纖維細胞時，發(fā)現有各種大小的管道相連成網狀，定名為內質網。內質網占到細胞膜系統(tǒng)的一半左右，體積約占細胞總體積10%。

目前十三頁\總數六十八頁\編于十七點一、內質網的形態(tài)結構（一）內質網的形態(tài)結構特點

ER是封閉的膜系統(tǒng)以及周圍的腔形成相互溝通的網絡結構。扁平囊狀或分支管狀。

ER在外形上呈多態(tài)性，但有三種基本的形態(tài)：

1扁平囊狀排列2管道狀排列3小泡狀排列上述3種形狀是可以互相轉變的。目前十四頁\總數六十八頁\編于十七點扁囊小泡小管目前十五頁\總數六十八頁\編于十七點一、內質網的形態(tài)結構（一）內質網的形態(tài)結構特點（二）內質網的兩種基本類型

粗面內質網（roughendoplasmicreticulum，rER）

光面內質網（smoothendoplasmicreticulum，sER）目前十六頁\總數六十八頁\編于十七點目前十七頁\總數六十八頁\編于十七點

關于ER的化學組成是通過離體的化學分析進行研究的，多數資料來自微粒體。

微粒體：細胞勻漿和超速離心的過程中由破碎的內質網形成的近似球形的囊泡狀結構，而不是細胞內固有結構。

分析表明：蛋白質約占2/3（比質膜多），主要是酶類。脂類1/3（比質膜少）在滑面內質網高于粗面內質網，主要為磷脂和膽固醇。（三）化學組成目前十八頁\總數六十八頁\編于十七點二、ER的功能

ER是細胞內蛋白質與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內質網合成的。

rER的功能sER的功能目前十九頁\總數六十八頁\編于十七點rER的功能

蛋白質合成

蛋白質的修飾與加工

新生肽的折疊與組裝目前二十頁\總數六十八頁\編于十七點（一）蛋白質合成內質網主要合成：分泌蛋白；整合膜蛋白；內膜系統(tǒng)各種細胞器內的可溶性蛋白

其它的多肽是在細胞質基質中“游離”核糖體上合成的,包括：細胞質基質中的駐留蛋白、質膜外周蛋白、核輸入蛋白、轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。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“游離”核糖體。目前二十一頁\總數六十八頁\編于十七點目前二十二頁\總數六十八頁\編于十七點（二）蛋白質的修飾與加工修飾加工：糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等

糖基化是在糖基轉移酶作用下完成的，發(fā)生在ER腔面

N-連接的糖基化（Asn）

O-連接的糖基化（Ser/Thr或者Hylys/Hypro）目前二十三頁\總數六十八頁\編于十七點（三）新生肽的折疊與組裝合成后折疊成正確構象并裝配完成

蛋白二硫鍵異構酶

結合蛋白（Bindingprotein，Bip）結合蛋白屬于熱休克蛋白70家族成員，普遍存在于內質網中，能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。

目前二十四頁\總數六十八頁\編于十七點sER的功能

脂類的合成儲存鈣離子肝的解毒作用（Detoxification）

清除脂溶性的廢物和代謝產生的有害物質，如：細胞色素P450家族酶系合成固醇類激素目前二十五頁\總數六十八頁\編于十七點第三節(jié)高爾基體高爾基體的形態(tài)結構

高爾基體的功能高爾基體與細胞內的膜泡運輸目前二十六頁\總數六十八頁\編于十七點高爾基復合體的發(fā)現

高爾基復合體是普遍存在于真核細胞中的重要細胞器，最初由意大利醫(yī)生CamilloGolgi于1898年用硝酸銀染色，在貓頭鷹的小腦蒲肯野氏細胞中發(fā)現，為紀念Golgi本人，稱這種結構為高爾基體（Golgibody）或高爾基器（Golgiapparatus）。高爾基體是內膜系統(tǒng)的一部分，結構復雜，由許多扁囊、小泡、大泡組成，現在稱這種復雜的結構為高爾基復合體（Golgicomplex）。目前二十七頁\總數六十八頁\編于十七點目前二十八頁\總數六十八頁\編于十七點一、高爾基體的形態(tài)結構

電鏡下高爾基體結構

高爾基體是有極性的細胞器

扁囊彎曲成凸面 又稱形成面（formingface）或順面（cisface）

面向質膜的凹面（concave）又稱成熟面（matureface）或反面（transface）

目前二十九頁\總數六十八頁\編于十七點

高爾基體順面網狀結構（cis-Golginetwork，CGN）

高爾基體中間膜囊（medialGolgi）

高爾基體反面網狀結構（transGolginetwork，TGN)

周圍大小不等的囊泡高爾基體的4個組成部分目前三十頁\總數六十八頁\編于十七點二、

高爾基體的功能

高爾基體與細胞的分泌活動

蛋白質的糖基化及其修飾蛋白酶的水解和其它加工過程目前三十一頁\總數六十八頁\編于十七點（一）高爾基體參與細胞的分泌活動

目前三十二頁\總數六十八頁\編于十七點（一）高爾基體參與細胞的分泌活動

蛋白質的分選及其轉運蛋白質的分選及其轉運的信息僅存在于編碼該蛋白

質的基因本身

溶酶體酶的分選

目前三十三頁\總數六十八頁\編于十七點溶酶體酶的分選過程:

溶酶體酶寡糖鏈中的甘露糖殘基磷酸化產生6—磷酸甘露糖（M6P），這是溶酶體酶的標志，在高爾基體反面膜囊上有M6P受體，M6P與之結合，從而與其它酶分離開，而進入一個特殊區(qū)域，最后形成溶酶體。目前三十四頁\總數六十八頁\編于十七點

特征

N-連接O-連接1.合成部位

粗面內質網或高爾基體粗面內質網2.合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3.與之結合的氨基酸殘基天冬酰胺

絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4最終長度

至少5個糖殘基一般1～4個糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較

（二）蛋白質的糖基化及其修飾目前三十五頁\總數六十八頁\編于十七點蛋白質糖基化生物學意義

為各種蛋白質打上不同的標記，以利于高爾基體的分類包裝，同時保證糖蛋白從rER至高爾基膜囊的單方向運輸。

蛋白質在成熟過程中折疊成正確構象增加蛋白質的穩(wěn)定性目前三十六頁\總數六十八頁\編于十七點（三）蛋白質在高爾基體中酶解加工的幾種類型

無生物活性的蛋白原高爾基體切除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。

蛋白質前體高爾基體水解同種有活性的多肽。

如神經肽等。含有不同信號序列的蛋白質前體高爾基體加工成不同的產物。目前三十七頁\總數六十八頁\編于十七點三、高爾基體與細胞內的膜泡運輸高爾基體在細胞內膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用目前三十八頁\總數六十八頁\編于十七點第四節(jié)溶酶體與過氧化物酶體

溶酶體（lysosome）幾乎存在于所有的動物細胞中。溶酶體是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要功能是進行細胞內的消化作用。

溶酶體的結構、化學組成及類型

溶酶體的功能

溶酶體的發(fā)生

目前三十九頁\總數六十八頁\編于十七點一、結構及化學組成

電鏡下觀察，溶酶體是外包一層單位膜的圓泡狀結構，大小介于線粒體和微粒體之間。

膜內是細胞內酶的倉庫，含有多種水解酶（50~60余種），能分解蛋白質、核酸和多糖及脂類。這些酶的最適PH在3~6之間，故稱酸性水解酶。目前四十頁\總數六十八頁\編于十七點

溶酶體的標志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）

溶酶體膜的特征：

嵌有質子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內環(huán)境；

具有多種載體蛋白用于水解的產物向外轉運；

膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。

目前四十一頁\總數六十八頁\編于十七點

溶酶體的類型

初級溶酶體

次級溶酶體

殘余小體又稱后溶酶體。

目前四十二頁\總數六十八頁\編于十七點二、溶酶體的功能清除無用的生物大分子、衰老的細胞器及衰老、損傷和死亡的細胞防御功能

其它重要的生理功能目前四十三頁\總數六十八頁\編于十七點其它重要的生理功能作為細胞內的消化“器官”為細胞提供營養(yǎng)；分泌腺細胞中，溶酶體攝入分泌顆粒參與分泌過程的調節(jié)參與清除贅生組織或退行性變化的細胞，保證發(fā)育的正常進行；受精過程中的精子的頂體反應。目前四十四頁\總數六十八頁\編于十七點溶酶體酶的合成及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M6P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化識別信號：信號斑三、溶酶體的發(fā)生目前四十五頁\總數六十八頁\編于十七點溶酶體的發(fā)生過程目前四十六頁\總數六十八頁\編于十七點

依賴于M6P的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過運輸小泡直接分泌到細胞外；在細胞質膜上也存在依賴于鈣離子的M6P受體，同樣可與胞外的溶酶體酶結合，通過受體介導的內吞作用，將酶送至前溶酶體中，M6P受體返回細胞質膜，反復使用。

還存在不依賴于M6P的分選途徑（如酸性磷酸酶）

分選途徑多樣化目前四十七頁\總數六十八頁\編于十七點第五節(jié)細胞內蛋白質的分選與細胞結構的組裝分泌蛋白合成的模型---信號假說蛋白質分選與分選信號細胞結構體系的組裝目前四十八頁\總數六十八頁\編于十七點一、分泌蛋白合成的模型---信號假說信號假說(Signalhypothesis) G．Blobeletal：Signalhypothesis,1975

目前四十九頁\總數六十八頁\編于十七點信號假說內容

指導因子：蛋白質N-端的信號肽（signalpeptide）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）等目前五十頁\總數六十八頁\編于十七點

信號肽的一級序列信號肽是位于分泌蛋白N端的一段特殊序列。一般有16-26個左右的氨基酸組成。包括疏水核心區(qū)，信號肽的N端和C端三部分。成熟后被切去。目前五十一頁\總數六十八頁\編于十七點目前五十二頁\總數六十八頁\編于十七點信號肽假說：

分泌性蛋白首先游離核糖體中合成，合成到80aa左右時，N端信號肽與信號識別顆粒（SRP)結合，肽鏈合成暫時中止，接著，內質網膜上的停泊蛋白（DP）與SRP結合，同時核糖體與內質網膜上的易位子結合（信號肽與易位子結合），通路打開，指導肽鏈以袢環(huán)的形式進入到內質網腔（耗能），肽鏈繼續(xù)合成，在蛋白合成完成之前信號肽被切除。目前五十三頁\總數六十八頁\編于十七點第五節(jié)細胞內蛋白質的分選與細胞結構的組裝分泌蛋白合成的模型---信號假說

蛋白質分選與分選信號細胞結構體系的組裝目前五十四頁\總數六十八頁\編于十七點二、蛋白質分選（proteinsorting）

與分選信號（sortingsignals）

分選信號①信號序列（signalsequence）：存在于蛋白質一級結上的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，有些信號序列在完成蛋白質的定向轉移后被信號肽酶切除。②信號斑（signalpatch）：存在于完成折疊的蛋白質中，構成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構成蛋白質分選的信號。目前五十五頁\總數六十八頁\編于十七點信號功能

舉例蛋白進入ER

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滯留在ER中

-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL序列）蛋白進入線粒體

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-進入細胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-

進入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-信號序列目前五十六頁\總數六十八頁\編于十七點目前五十七頁\總數六十八頁\編于十七點分選途徑（Roadmap）

兩條基本途徑：1.翻譯后轉運途徑在細胞質基質中完成多肽鏈合成，然后分選到各種細胞器,如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核及細胞質基質的特定部位

2.共翻譯轉運途徑在細胞質基質中多肽鏈合成起始后，轉移到內質網，然后邊合成邊轉入內質網腔，再經高爾基體運輸至溶酶體、細胞膜或分泌到細胞外。目前五十八頁\總數六十八頁\編于十七點目前五十九頁\總數六十八頁\編于十七點細胞內蛋白質的分選類型目前六十頁\總數六十八頁\編于十七點細胞質基質中蛋白質的分選類型◆跨膜運輸

（Acrossmembranetransport）◆膜泡運輸

（Vesicle