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

關(guān)于真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)蛋白質(zhì)分選和膜泡運(yùn)輸1第一頁，共六十八頁，2022年，8月28日§7.1細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

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)。

第二頁，共六十八頁，2022年，8月28日3

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)的組織高度有序第三頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(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、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

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)象第四頁，共六十八頁，2022年，8月28日§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、細(xì)胞核、溶酶體、液泡、胞內(nèi)體和分泌泡等膜性細(xì)胞器。這些膜是相互流動的，處于動態(tài)平衡，功能上相互協(xié)調(diào)第五頁，共六十八頁，2022年，8月28日內(nèi)膜系統(tǒng)的動態(tài)特性第六頁，共六十八頁，2022年，8月28日一、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)?！馝R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，2022年，8月28日8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第八頁，共六十八頁，2022年，8月28日◆內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成：●主要為蛋白質(zhì)、脂類。●內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的標(biāo)志酶是葡萄糖-6-磷酸酶?！窦?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，2022年，8月28日◆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)

圖第十頁，共六十八頁，2022年，8月28日11內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)第十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日（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，2022年，8月28日◆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(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，2022年，8月28日◆蛋白質(zhì)的修飾和加工修飾：糖基化、羥基化、?；?、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）?；l(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，2022年，8月28日15

第十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日◆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(jìn)重新折疊與裝配。

第十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日◆脂質(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):出芽(budding)：ER→GC、Ly、PM

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，2022年，8月28日◆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(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+儲存庫,參與信號傳導(dǎo)第十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日19二、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。第十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日20高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)第二十頁，共六十八頁，2022年，8月28日21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。第二十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日22４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)，顯示中間扁平囊第二十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日23

RegionsoftheGolgiapparatus

嗜鋨反應(yīng)TTP酶反應(yīng)CMP酶反應(yīng)NADP酶反應(yīng)第二十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日24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)的水解第二十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日25高爾基體的蛋白運(yùn)輸作用123交通警察！第二十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日26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?shù)诙?，共六十八頁?022年，8月28日27GC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。◆N-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第二十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日28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(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)胞的祖先具有一個保護(hù)性的外被，同時又不象細(xì)胞壁那樣限制細(xì)胞的形狀與運(yùn)動。

第二十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日29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。◆蛋白質(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。第二十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日30三、溶酶體(lysosome)◆動物細(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,溶酶體可釋放出水解酶類,使細(xì)胞自溶溶酶體的特點(diǎn)第三十頁，共六十八頁，2022年，8月28日31電子顯微鏡下的溶酶體第三十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日32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)定性的膽固醇第三十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日33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三十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日34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)第三十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日35異體吞噬第三十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日36圍殲線粒體ER自噬泡第三十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日37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(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◆受精作用第三十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日38溶酶體的生物發(fā)生◆甘露糖-6-磷酸途徑（M6P）◆非甘露糖-6-磷酸途徑第三十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日39

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）磷酸化識別信號：信號斑第三十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日40溶酶體酶的加工與分揀第四十頁，共六十八頁，2022年，8月28日41溶酶體的發(fā)生第四十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日42（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(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，溶酶體酶無法被識別（但仍可形成溶酶體）溶酶體與細(xì)胞病理第四十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日43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。過氧化物酶體第四十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日44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）第四十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日45

過氧化物酶體的功能

◆動物細(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。第四十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日46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個月內(nèi)后死亡。第四十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日§7.3細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝蛋白質(zhì)的定向運(yùn)輸、分選第四十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日48

◆信號肽與蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)谒氖隧摚擦隧摚?022年，8月28日早期信號假說(signalhypothesis)1975年，Blobel等正式提出了信號假說第四十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日目前普遍承認(rèn):◆指導(dǎo)分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成,需要其它因子的協(xié)助:

●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→合成第五十頁，共六十八頁，2022年，8月28日51Signalhypothesis第五十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日信號肽的特性◆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個疏水殘基第五十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日信號肽的一級序列.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.第五十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日54多個起始與終止跨膜信號第五十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日◆合成后蛋白的去向:●若信號肽序列被信號肽酶切除→完全進(jìn)入腔(共轉(zhuǎn)移)●若有停止轉(zhuǎn)移信號，能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有極強(qiáng)的親合力:膜蛋白

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指導(dǎo)下再轉(zhuǎn)移到線粒體、葉綠體、過氧化物體等細(xì)胞器中的轉(zhuǎn)移方式.

.第五十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日◆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(yùn)肽▲信號肽

▲核定位信號（NLS）

▲KDEL序列蛋白質(zhì)信號序列的種類第五十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選途徑第五十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日58ProteinSorting第五十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日

蛋白質(zhì)分選定位的四種機(jī)制

◆

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）第五十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日膜泡運(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。第六十頁，共六十八頁，2022年，8月28日61包被小泡的類型功能

網(wǎng)格蛋白、結(jié)合素蛋白包被類型GTP酶包被組成蛋白運(yùn)輸方向網(wǎng)格蛋白Arf

高爾基體→質(zhì)膜高爾基體→胞內(nèi)體高爾基體→溶酶體COPIArf

7種亞基高爾基體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/質(zhì)膜COPIISar1Sec23/Sec2