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

§7.1細(xì)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(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。概念：真核細(xì)胞質(zhì)中，除去可分辨的細(xì)胞器以外的膠狀物質(zhì)。

第一頁，共六十八頁。

細(xì)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(jī)鹽

有機(jī)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第二頁，共六十八頁。細(xì)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(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)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(jī)制（圖）

降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)

幫助變性或錯(cuò)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）第三頁，共六十八頁。4第四頁，共六十八頁?！?.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(xì)胞器。這些膜是相互流動(dòng)的，處于動(dòng)態(tài)平衡，功能上相互協(xié)調(diào)第五頁，共六十八頁。內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性第六頁，共六十八頁。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(xì)胞質(zhì)中，靠近細(xì)胞質(zhì)內(nèi)側(cè)。●ER的膜占細(xì)胞膜系統(tǒng)的一半●所包圍的體積占細(xì)胞總體積的10%第七頁，共六十八頁。微粒體----細(xì)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第八頁，共六十八頁?！魞?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。●細(xì)胞色素P450在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中最為豐富。第九頁，共六十八頁?！魞?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)

圖第十頁，共六十八頁。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)11第十一頁，共六十八頁。（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能◆蛋白質(zhì)的合成◆蛋白質(zhì)運(yùn)輸◆蛋白質(zhì)的修飾和加工◆脂質(zhì)的合成第十二頁，共六十八頁?！舻鞍踪|(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(xì)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(xì)胞中蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并都是起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。第十三頁，共六十八頁。◆蛋白質(zhì)的修飾和加工修飾：糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等

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(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)：軟脂酸→Cys第十四頁，共六十八頁。

15第十五頁，共六十八頁。◆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(shí)別錯(cuò)誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進(jìn)重新折疊與裝配。

第十六頁，共六十八頁?！糁|(zhì)的合成（光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）ER合成細(xì)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(diǎn)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(yùn):1.出芽(budding)：ER→高爾基體（GC）、溶酶體（Ly）、細(xì)胞質(zhì)膜（PM

）

2.磷脂轉(zhuǎn)換蛋白(phospholipidexchangeproteins,PEP）：磷脂分子+PEP→細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)→靶膜（線粒體、過氧化物酶體）第十七頁，共六十八頁?！羝渌δ芙舛咀饔?光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有豐富的氧化酶系統(tǒng)(如細(xì)胞色素P450、NADH細(xì)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(chǔ)存庫,參與信號(hào)傳導(dǎo)第十八頁，共六十八頁。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第十九頁，共六十八頁。高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)20第二十頁，共六十八頁。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第二十一頁，共六十八頁。４種標(biāo)志細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示中間扁平囊22第二十二頁，共六十八頁。

RegionsoftheGolgiapparatus

嗜鋨反應(yīng)TTP酶反應(yīng)CMP酶反應(yīng)NADP酶反應(yīng)23第二十三頁，共六十八頁。高爾基體的功能●

蛋白質(zhì)運(yùn)輸●

蛋白質(zhì)的糖基化●

蛋白質(zhì)的水解24第二十四頁，共六十八頁。高爾基體的蛋白運(yùn)輸作用123交通警察！25第二十五頁，共六十八頁。蛋白質(zhì)運(yùn)輸◆ER到高爾基體內(nèi)側(cè)的運(yùn)輸◆ER蛋白的逆向運(yùn)輸◆高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾基體外側(cè)運(yùn)輸以及向溶酶體和細(xì)胞膜的運(yùn)輸26第二十六頁，共六十八頁。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(jìn)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第二十七頁，共六十八頁。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(hào)。◆進(jìn)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(xì)胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細(xì)胞的祖先具有一個(gè)保護(hù)性的外被，同時(shí)又不象細(xì)胞壁那樣限制細(xì)胞的形狀與運(yùn)動(dòng)。

28第二十八頁，共六十八頁。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(gè)相同序列）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(hào)序列的蛋白質(zhì)前體高爾基體加工成不同的產(chǎn)物。29第二十九頁，共六十八頁。三、溶酶體(lysosome)◆動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器。植物細(xì)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(xì)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(xì)胞內(nèi)起消化和保護(hù)作用。酸性磷酸酶是溶酶體的標(biāo)志酶◆當(dāng)細(xì)胞被損傷時(shí),溶酶體可釋放出水解酶類,使細(xì)胞自溶溶酶體的特點(diǎn)30第三十頁，共六十八頁。電子顯微鏡下的溶酶體31第三十一頁，共六十八頁。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(yùn)◆溶酶體的膜蛋白高度糖基化◆溶酶體的膜含有能促進(jìn)膜穩(wěn)定性的膽固醇32第三十二頁，共六十八頁。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第三十三頁，共六十八頁。溶酶體的類型

◆初級(jí)溶酶體(primarylysosome)◆次級(jí)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第三十四頁，共六十八頁。異體吞噬35第三十五頁，共六十八頁。圍殲線粒體ER自噬泡36第三十六頁，共六十八頁。

溶酶體的功能

1、自噬作用(Autophagy)：細(xì)胞內(nèi)受損、衰老的細(xì)胞器、不需要的生物大分子（清理）溶酶體?。焊鞣N儲(chǔ)積癥（如臺(tái)薩氏病、糖原儲(chǔ)積癥）2、吞噬作用(Phagocytosis):外來物質(zhì)、衰老、死亡的細(xì)胞(防御、營養(yǎng)等)3、自溶作用(Autolysis)：細(xì)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第三十七頁，共六十八頁。

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第三十八頁，共六十八頁。

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(yùn)到前溶酶體磷酸葡萄糖苷酶（在中間膜囊）磷酸化識(shí)別信號(hào)：信號(hào)斑39第三十九頁，共六十八頁。溶酶體酶的加工與分揀40第四十頁，共六十八頁。溶酶體的發(fā)生41第四十一頁，共六十八頁。（1）消化酶的先天缺失，為遺傳病：各種儲(chǔ)積癥，如臺(tái)薩氏（氨基己糖酯酶）、糖原儲(chǔ)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(xì)胞和機(jī)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(xì)胞攝入，進(jìn)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?xì)胞（inculusioncell）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(shí)別（但仍可形成溶酶體）溶酶體與細(xì)胞病理42第四十二頁，共六十八頁。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(xì)胞器。過氧化物酶體43第四十三頁，共六十八頁。鼠肝細(xì)胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細(xì)胞器如線粒體（M）等

（Albertetal.，1989）44第四十四頁，共六十八頁。

過氧化物酶體的功能

◆動(dòng)物細(xì)胞中：

●參與脂肪酸的β氧化

●解毒作用：(肝細(xì)胞或腎細(xì)胞）中過氧化

物酶體可氧化分解血液中的有毒成分。

◆植物細(xì)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第四十五頁，共六十八頁。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(xì)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(gè)月內(nèi)后死亡。46第四十六頁，共六十八頁。第八章

細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的定向運(yùn)輸、分選第四十七頁，共六十八頁。信號(hào)假說(signalhypothesis)與蛋白質(zhì)分選信號(hào)1975年，Blobel等正式提出了信號(hào)假說第四十八頁，共六十八頁。目前普遍承認(rèn):◆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(hào)肽●信號(hào)識(shí)別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）●信號(hào)識(shí)別顆粒的受體（又稱停泊蛋白,dockingprotein，DP）等●過程:信號(hào)肽→信號(hào)識(shí)別顆?！盘?hào)識(shí)別顆粒的受體→合成第四十九頁，共六十八頁。Signalhypothesis50第五十頁，共六十八頁。信號(hào)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(gè)（15-35個(gè)）氨基酸殘基，其中含有4-12個(gè)疏水殘基第五十一頁，共六十八頁。信號(hào)肽的一級(jí)序列.信號(hào)肽一級(jí)序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三個(gè)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(hào)肽為例，顯示出兩者的n區(qū)長度明顯不同.第五十二頁，共六十八頁。多個(gè)起始與終止跨膜信號(hào)53第五十三頁，共六十八頁。在RER上合成的蛋白質(zhì)：

●若信號(hào)肽序列被信號(hào)肽酶切除→完全進(jìn)入RER腔

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

.第五十四頁，共六十八頁。

信號(hào)肽與蛋白質(zhì)分選55第五十五頁，共六十八頁。

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(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后在某種信號(hào)指導(dǎo)下再轉(zhuǎn)移到體、葉綠體、過氧化物體等細(xì)胞器中的轉(zhuǎn)移方式.◆56第五十六頁，共六十八頁。蛋白質(zhì)分選的4種類型：

●蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

●膜泡運(yùn)輸●選擇性的門控運(yùn)輸●細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)

圖

.第五十七頁，共六十八頁。58第五十八頁，共六十八頁。蛋白質(zhì)向線粒體和葉綠體的

分選圖1圖259第五十九頁，共六十八頁。

蛋白質(zhì)分選定位的四種類型

◆

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)◆門控運(yùn)輸（gatedtransport）●

通過核孔的運(yùn)輸（Transportthroughnuclearpore）◆跨膜運(yùn)輸（Acrossmembranetransport）◆膜泡運(yùn)輸（Vesicletranslocation）第六十頁，共六十八頁。61第六十一頁，共六十八頁。蛋白質(zhì)與生俱來的三種信號(hào)序列

●壽命信號(hào)●加工信號(hào)●定位信號(hào)▲導(dǎo)肽、轉(zhuǎn)運(yùn)肽▲信號(hào)肽

▲核定位信號(hào)（NLS）

▲KDEL序列第六十二頁，共六十八頁。膜泡運(yùn)輸(Vesicletranslocation）膜泡運(yùn)輸是蛋白運(yùn)輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細(xì)胞中。在轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)輸及其復(fù)雜的調(diào)控過程。第六十三頁，共六十八頁。包被小泡的類型功能

網(wǎng)格蛋白、結(jié)合素