第六章細胞質(zhì)基質(zhì)和細胞內(nèi)膜系統(tǒng)(4學(xué)時)

第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembranesystem）目前一頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點一、細胞質(zhì)基質(zhì) 細胞質(zhì)基質(zhì)是細胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細胞質(zhì)的一半1、細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義

基本概念：

細胞質(zhì)基質(zhì)（Cytoplasmicmatrix）：指除去能分辯的細胞器和顆粒以外的細胞質(zhì)部分，是一復(fù)雜的高度有組織的膠體系統(tǒng)。目前二頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點主要特點：細胞質(zhì)基質(zhì)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(jié)構(gòu)體系目前三頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點2、細胞質(zhì)基質(zhì)化學(xué)組成

水、各種離子（K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+）、

中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)目前四頁\總數(shù)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(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)的分選與運輸3、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能目前五頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點在基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)命運不同：

a、具N端信號肽的（分泌蛋白）合成后→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；b、N端具導(dǎo)肽的分別被轉(zhuǎn)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(zhì)中（駐留蛋白）或參與膜建成（膜蛋白）。目前六頁\總數(shù)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(zhì)骨架相關(guān)的功能

蛋白質(zhì)的分選與運輸

蛋白質(zhì)的修飾和選擇性的降解

蛋白質(zhì)的修飾

控制蛋白質(zhì)的壽命

3、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能目前七頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點控制蛋白質(zhì)壽命蛋白質(zhì)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(zhì)降解和細胞周期調(diào)控等多種生物學(xué)功能。普遍存在于真核細胞中。在蛋白質(zhì)降解過程中，多個泛素分子共價結(jié)合到含有不穩(wěn)定氨基酸殘基的蛋白質(zhì)的N端，然后由一種蛋白酶體（26S的蛋白酶復(fù)合體）將蛋白質(zhì)完全水解目前八頁\總數(shù)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(zhì)的分選與運輸

與細胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能

蛋白質(zhì)的修飾和選擇性的降解

蛋白質(zhì)的修飾

控制蛋白質(zhì)的壽命

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3、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能目前九頁\總數(shù)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(zhì)結(jié)合形成聚合物，利用水解ATP釋放的能量使聚集的蛋白質(zhì)溶解，并進一步折疊成正確構(gòu)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(shù)種蛋白成員。目前十頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點二、細胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述內(nèi)膜系統(tǒng)是指細胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細胞器或細胞結(jié)構(gòu)，主要包括：核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、線粒體、葉綠體、各種運輸小泡和液泡等。內(nèi)膜系統(tǒng)使真核細胞內(nèi)區(qū)域化（compartmentalization）目前十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點目前十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

(endoplasmicreticulum,ER)

概述1945年，著名超微結(jié)構(gòu)學(xué)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(xiàn)有各種大小的管道相連成網(wǎng)狀，定名為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(shù)六十八頁\編于十七點一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。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(zhuǎn)變的。目前十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點扁囊小泡小管目前十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum，rER）

光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum，sER）目前十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點目前十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點

關(guān)于ER的化學(xué)組成是通過離體的化學(xué)分析進行研究的，多數(shù)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡狀結(jié)構(gòu)，而不是細胞內(nèi)固有結(jié)構(gòu)。

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

ER是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。

rER的功能sER的功能目前十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點rER的功能

蛋白質(zhì)合成

蛋白質(zhì)的修飾與加工

新生肽的折疊與組裝目前二十頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點（一）蛋白質(zhì)合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)主要合成：分泌蛋白；整合膜蛋白；內(nèi)膜系統(tǒng)各種細胞器內(nèi)的可溶性蛋白

其它的多肽是在細胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核糖體上合成的,包括：細胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留蛋白、質(zhì)膜外周蛋白、核輸入蛋白、轉(zhuǎn)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(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“游離”核糖體。目前二十一頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點目前二十二頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點（二）蛋白質(zhì)的修飾與加工修飾加工：糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等

糖基化是在糖基轉(zhuǎn)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(shù)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(gòu)象并裝配完成

蛋白二硫鍵異構(gòu)酶

結(jié)合蛋白（Bindingprotein，Bip）結(jié)合蛋白屬于熱休克蛋白70家族成員，普遍存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(shù)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(chǎn)生的有害物質(zhì)，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(shù)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(jié)構(gòu)

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

高爾基復(fù)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(xiàn)，為紀念Golgi本人，稱這種結(jié)構(gòu)為高爾基體（Golgibody）或高爾基器（Golgiapparatus）。高爾基體是內(nèi)膜系統(tǒng)的一部分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多扁囊、小泡、大泡組成，現(xiàn)在稱這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)為高爾基復(fù)合體（Golgicomplex）。目前二十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點目前二十八頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點一、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

電鏡下高爾基體結(jié)構(gòu)

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(zhì)膜的凹面（concave）又稱成熟面（matureface）或反面（transface）

目前二十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點

高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cis-Golginetwork，CGN）

高爾基體中間膜囊（medialGolgi）

高爾基體反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（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(shù)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(zhì)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(shù)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(shù)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(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運的信息僅存在于編碼該蛋白

質(zhì)的基因本身

溶酶體酶的分選

目前三十三頁\總數(shù)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(chǎn)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(jié)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(shù)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(jié)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(zhì)的糖基化及其修飾目前三十五頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點蛋白質(zhì)糖基化生物學(xué)意義

為各種蛋白質(zhì)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(zhì)在成熟過程中折疊成正確構(gòu)象增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性目前三十六頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點（三）蛋白質(zhì)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(zhì)前體高爾基體水解同種有活性的多肽。

如神經(jīng)肽等。含有不同信號序列的蛋白質(zhì)前體高爾基體加工成不同的產(chǎn)物。目前三十七頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點三、高爾基體與細胞內(nèi)的膜泡運輸高爾基體在細胞內(nèi)膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用目前三十八頁\總數(shù)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(nèi)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(nèi)的消化作用。

溶酶體的結(jié)構(gòu)、化學(xué)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(shù)六十八頁\編于十七點一、結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成

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

膜內(nèi)是細胞內(nèi)酶的倉庫，含有多種水解酶（50~60余種），能分解蛋白質(zhì)、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(shù)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(zhì)子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內(nèi)環(huán)境；

具有多種載體蛋白用于水解的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(shù)六十八頁\編于十七點其它重要的生理功能作為細胞內(nèi)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(diào)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(yīng)。目前四十四頁\總數(shù)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(zhuǎn)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(shù)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(shù)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(zhì)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(jié)合，通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，將酶送至前溶酶體中，M6P受體返回細胞質(zhì)膜，反復(fù)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(shù)六十八頁\編于十七點第五節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細胞結(jié)構(gòu)的組裝分泌蛋白合成的模型---信號假說蛋白質(zhì)分選與分選信號細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝目前四十八頁\總數(shù)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(shù)六十八頁\編于十七點信號假說內(nèi)容

指導(dǎo)因子：蛋白質(zhì)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(shù)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(shù)六十八頁\編于十七點目前五十二頁\總數(shù)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(jié)合，肽鏈合成暫時中止，接著，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的停泊蛋白（DP）與SRP結(jié)合，同時核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的易位子結(jié)合（信號肽與易位子結(jié)合），通路打開，指導(dǎo)肽鏈以袢環(huán)的形式進入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(shù)六十八頁\編于十七點第五節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細胞結(jié)構(gòu)的組裝分泌蛋白合成的模型---信號假說

蛋白質(zhì)分選與分選信號細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝目前五十四頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點二、蛋白質(zhì)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(zhì)一級結(jié)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(zhì)的定向轉(zhuǎn)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(zhì)中，構(gòu)成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構(gòu)成蛋白質(zhì)分選的信號。目前五十五頁\總數(shù)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(shù)六十八頁\編于十七點目前五十七頁\總數(shù)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(zhuǎn)運途徑在細胞質(zhì)基質(zhì)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(zhì)基質(zhì)的特定部位

2.共翻譯轉(zhuǎn)運途徑在細胞質(zhì)基質(zhì)中多肽鏈合成起始后，轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后邊合成邊轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，再經(jīng)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(shù)六十八頁\編于十七點目前五十九頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選類型目前六十頁\總數(shù)六十八頁\編于十七點細胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的分選類型◆跨膜運輸

（Acrossmembranetransport）◆膜泡運輸

（Vesicle