細胞內(nèi)功能區(qū)隔與蛋白質分選

IntracellularCompartmentandProteinsSorting第六章

細胞內(nèi)功能區(qū)隔

與蛋白質分選第一節(jié)蛋白質分選的基本原理一、蛋白質分選信號二、蛋白質分選運輸?shù)耐緩降诙?jié)膜泡運輸一、衣被類型二、衣被的形成三、膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制四、細胞的內(nèi)吞與外排本章內(nèi)容提要本章主要介紹內(nèi)質網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、過氧化物酶體的功能和蛋白質分選關于線粒體、葉綠體和細胞核的功能與蛋白質分選將分別在章節(jié)（線粒體與葉綠體）和章節(jié)（細胞核與染色體）中講解。第一節(jié)蛋白質分選的基本原理細胞內(nèi)合成的蛋白質、脂類等物質之所以能夠定向的轉運到特定的細胞器取決于兩個方面：其一是蛋白質中包含特殊的信號序列（signalsequence）。其二是細胞器上具特定的信號識別裝置（分選受體，sortingreceptor）。一、蛋白質分選信號①信號序列（signalsequence）：存在于蛋白質一級結構上的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基，有些在完成蛋白質的定向轉移后被信號肽酶（signalpeptidase）切除；通常信號序列對所引導的蛋白質沒有特異性要求，每一種信號序列決定特殊的蛋白質轉運方向。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。signalsequenceandsignalpatch二、蛋白質分選運輸機制1、門控運輸（gatedtransport）：如核孔可以選擇性的主動運輸大分子物質和RNP（ribonucleoprotein）復合體，并且允許小分子物質自由進出細胞核。2、跨膜運輸（transmembranetransport）：蛋白質通過跨膜通道進入目的地。如細胞質中合成的蛋白質通過線粒體上的轉位因子（translocator）進入線粒體。3、膜泡運輸（vesiculartransport）：被運輸?shù)奈镔|在內(nèi)質網(wǎng)或高爾基體中加工成衣被小泡，選擇性地運輸?shù)桨屑毎鞯诙?jié)胞內(nèi)膜泡運輸細胞內(nèi)膜系統(tǒng)之間的物質傳遞常常通過膜泡運輸方式進行。各類運輸泡之所能夠被準確地運到靶細胞器，主要取決于膜的表面識別特征。大多數(shù)運輸小泡是在膜的特定區(qū)域以出芽的方式產(chǎn)生的。其表面具有一個籠子狀的由蛋白質構成的衣被（coat）。這種衣被在運輸小泡與靶細胞器的膜融合之前解體。一、衣被類型已知三類：籠形蛋白（clathrin）COPICOPII主要作用：選擇性的將特定蛋白聚集在一起，形成運輸小泡；如同模具一樣決定運輸小泡的外部特征。三種衣被小泡的功能衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質網(wǎng)COPIISar1Sec23/Sec24復合體，Sec13/31復合體，Sec16內(nèi)質網(wǎng)→高爾基體（一）籠形蛋白衣被小泡相關運輸途徑：質膜→內(nèi)體，高爾基體→內(nèi)體，高爾基體→溶酶體、植物液泡。（一）籠形蛋白衣被小泡結構：由3個重鏈和3個輕鏈組成，形成一個具有3個曲臂的形狀。許多籠形蛋白的曲臂部分交織在一起，形成具有5邊形網(wǎng)孔的籠子。銜接蛋白(adaptin)：介于籠形蛋白與配體受體復合物之間，起連接作用。目前至少發(fā)現(xiàn)4種，分別結合不同類型的受體，形成不同性質的轉運小泡。目前至少發(fā)現(xiàn)4種不同類型的銜接蛋白，可分別結合不同類型的受體，形成不同性質的轉運小泡:如AP1參與高爾基體→內(nèi)體的運輸、AP2參與質膜→內(nèi)體的運輸、AP3參與高爾基體→溶酶體的運輸。衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質網(wǎng)COPIISar1Sec23/Sec24復合體，Sec13/31復合體，Sec16內(nèi)質網(wǎng)→高爾基體Clathrincoatedvesicles轉到Selectivetransportbyclathrincoatedvesicles切換當籠形蛋白衣被小泡形成時，可溶性蛋白動力素（dynamin）聚集成一圈圍繞在芽的頸部，將小泡柄部的膜盡可能地拉近（小于1.5nm），從而導致膜融合，掐斷衣被小泡。動力素是一種GTP酶，調(diào)節(jié)小泡以出芽形式脫離膜的速率。動力素可以召集其它可溶性蛋白在小泡的頸部聚集，通過改變膜的形狀和膜脂的組成，促使小跑頸部的膜融合，形成衣被小泡。（二）COPI衣被小泡功能：負責回收、轉運內(nèi)質網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質網(wǎng)，由7種蛋白組成?；厥招盘枺旱鞍锥蜴I異構酶和協(xié)助折疊的分子伴侶，在C端含有一段回收信號序列:Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）賴-天-谷-亮內(nèi)質網(wǎng)的膜蛋白（如SRP受體）在C端有一個不同的回收信號Lys-Lys-X-X。COPI：可以介導高爾基體不同區(qū)域間的蛋白質運輸。

注:SRP,信號識別顆粒，功能：識別信號肽與之結合，暫時中止新生肽的合成，同時與內(nèi)質網(wǎng)上的?？康鞍捉Y合,使核糖體附著到內(nèi)質網(wǎng)膜上，并進行新生肽的轉移。CopIVesicles對照CopIandIIVesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）對照（三）COPⅡ衣被小泡介導從內(nèi)質網(wǎng)到高爾基體的物質運輸。COPII衣被由多種蛋白質構成，其中Sar1GTP酶與Sec23/Sec24復合體結合在一起，形成緊緊包圍著膜的一層衣被，Sec13/Sec31復合體形成覆蓋在外圍的一層衣被，Sec16推測可能是一種骨架蛋白，Sec12是Sar1的鳥苷酸交換因子。在實驗條件下，純化的Sar1、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31等5種成分足以在人工脂質體上形成小泡，說明這些成分具有改變膜的形狀和掐斷運輸小泡的功能COPII衣被小泡形成于內(nèi)質網(wǎng)的特殊部位，稱為內(nèi)質網(wǎng)出口，這些部位沒有核糖體，由交織在一起的管道和囊泡組成網(wǎng)絡結構。（三）COPⅡ衣被小泡由內(nèi)質網(wǎng)到高爾基體的蛋白轉運中，大多數(shù)跨膜蛋白是直接結合在COPII衣被上，但是少數(shù)跨膜蛋白和多數(shù)可溶性蛋白通過受體與COPII衣被結合，這些受體在完成轉運后，通過COPI衣被小泡返回內(nèi)質網(wǎng)。COPII衣被所識別的分選信號位于跨膜蛋白胞質面的結構域，形式多樣，有些包含雙酸性基序[DE]X[DE]（D為Asp，E為Glu，X為任何一種氨基酸），如Asp-X-Glu序列，其他一些具有短的疏水基序，如FF，YYM，F(xiàn)Y，LL，IL等等（其中F為Phe，Y為Tyr，M為Met，L為Leu，I為Ile）。三種衣被小泡的功能衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質網(wǎng)COPIISar1Sec23/Sec24復合體，Sec13/31復合體，Sec16內(nèi)質網(wǎng)→高爾基體二、衣被形成衣被是在一類叫作衣被召集GTP酶（coat-recruitmentGTPase）作用下形成的。衣被召集GTP酶通常為單體GTP酶，也叫G蛋白，起分子開關的作用，結合GDP的形式?jīng)]有活性，位于細胞質中，結合GTP而活化，轉位至膜上，能與衣被蛋白結合，促進核化和組裝。G蛋白具有兩類重要的調(diào)節(jié)蛋白，即：鳥苷酸交換因子（guanine-nucleotideexchangefactor,GEF）和GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。GEF的作用是使G蛋白釋放GDP，結合GTP而激活。GAP的作用是激活G蛋白的酶活性，使GTP水解，G蛋白失活，G蛋白本身的GTP酶活性不高。除單體G蛋白以外，三聚體G蛋白也起分子開關的作用，控制衣被小泡的形成。二、衣被形成衣被召集GTP酶包括Arf蛋白和Sar1蛋白，ARF參與高爾基體上籠形蛋白衣被與COPI衣被的形成，Sar1參與內(nèi)質網(wǎng)上COPII衣被的形成。衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質網(wǎng)COPIISar1Sec23/Sec24復合體，Sec13/31復合體，Sec16內(nèi)質網(wǎng)→高爾基體二、衣被形成衣被召集GTP酶大量存在于細胞質中，但處于結合GDP的失活狀態(tài)。當內(nèi)質網(wǎng)上要形成COPII衣被小泡時，Sar1釋放GDP結合GTP而激活，激活的Sar1暴露出一條脂肪酸的尾巴，插入內(nèi)質網(wǎng)膜，然后開始召集衣被蛋白，以衣被蛋白為模型形成運輸小泡?；罨囊卤徽偌疓TP酶還可以激活磷脂酶D,將一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白質牢固地結合在膜上。衣被召集GTP酶對衣被的形成其動態(tài)調(diào)節(jié)作用，當多數(shù)衣被召集GTP酶處于結合GTP的狀態(tài)時，它催化衣被的形成；反之當多數(shù)衣被召集GTP酶處于結合GDP的狀態(tài)時，它催化衣被的解體。因此衣被的形成過程是邊形成便解體的動態(tài)過程，只有在組裝速率大于解體速率時，才能形成衣被小泡。Coatassembly衣被小泡沿著細胞內(nèi)的微管被運輸?shù)桨屑毎?，馬達蛋白水解ATP提供運輸?shù)膭恿?。各類運輸小泡之所以能夠被準確地和靶膜融合，是因為運輸小泡表面的標志蛋白能被靶膜上的受體識別，其中涉及識別過程的兩類關鍵性的蛋白質是SNAREs（solubleNSFattachmentproteinreceptor,可溶性NSF附著蛋白受體）和Rabs（targetingGTPase）。其中SNARE介導運輸小泡特異性停泊和融合Rab的作用是使運輸小泡靠近靶膜。NSF,N-乙基馬來酰亞胺敏感因子(N-ethylmaleimide-sensitivefactor)三、膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制（一）SNAREsSNAREs的作用是保證識別的特異性和介導運輸小泡與目標膜的融合，動物細胞中已發(fā)現(xiàn)20多種SNAREs，分別分布于特定的膜上，位于運輸小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。v-SNAREs和t-SNAREs都具有一個螺旋結構域，能相互纏繞形成跨SNAREs復合體（trans-SNAREscomplexes），并通過這個結構將運輸小泡的膜與靶膜拉在一起，實現(xiàn)運輸小泡特異性停泊和融合。實驗證明：包含了SNARE的脂質體和包含匹配SNARE的脂質體間可發(fā)生融合，盡管速度較慢。這說明除了SNARE之外，還有其他的蛋白參與運輸泡與目的膜的融合。三、膜泡運輸?shù)亩ㄏ驒C制在SNAREs接到新一輪的運輸小泡停泊之前，SNAREs必須以分離的狀態(tài)存在，NSF（N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein,NSF）催化SNAREs的分離，它是一種類似分子伴娘的ATP酶，能夠利用ATP作為能量通過插入幾個適配蛋白（adaptorprotein）將SNAREs復合體的螺旋纏繞分開。（二）RabsRab也叫targetingGTPase，屬于單體GTP酶不同膜上具有不同的Rab，每一種細胞器至少含有一種以上的Rab。Rabs的作用是促進和調(diào)節(jié)運輸小泡的停泊和融合。與衣被召集GTP酶相似的是，起分子開關作用，結合GDP失活，位于細胞質中，結合GTP激活；位于細胞膜、內(nèi)膜和運輸小泡膜上，調(diào)節(jié)SNAREs復合體的形成。Rabs的調(diào)節(jié)蛋白與其它G蛋白的相似。Rabs還有許多效應因子（effector），其作用是幫助運輸小泡聚集和靠近靶膜，觸發(fā)SNAREs釋放它的抑制因子（圖6-14）。許多運輸小泡只有在包含了特定的Rabs和SNAREs之后才能形成。圖Rab的作用)。

圖Rab蛋白的結構Rab蛋白在小泡的轉運和融合中的調(diào)節(jié)機理可能是：供體膜上的鳥嘌呤核苷釋放蛋白(GNRP)識別胞質溶膠中特異的Rab蛋白，誘導GDP的釋放并和GTP結合，進而改變Rab蛋白的構型，改變了構型的Rab蛋白暴露出其脂基團，從而將Rab蛋白錨定到膜上。運輸小泡形成后，在V-SNARE的引導下，到達受體膜的T-SNARE部位，Rab幫助小泡與受體膜結合。Rab蛋白上的GTP水解后從膜中釋放出來，而小泡卻鎖定在受體膜上，釋放出的Rab進入胞質溶膠進行再利用)。圖9-72Rab蛋白在小泡運輸和融合中的調(diào)節(jié)作用圖

運輸小泡尋靶與融合模型圖

運輸小泡尋靶與融合模型四、受體介導的內(nèi)吞內(nèi)吞可分為兩類，批量內(nèi)吞和受體介導的內(nèi)吞:

批量內(nèi)吞是非特異性的攝入細胞外物質，細胞表面的內(nèi)陷（caveolae）是發(fā)生非特異性內(nèi)吞的部位。

受體介導的內(nèi)吞作用是一種選擇濃縮機制。低密脂蛋白、運鐵蛋白、生長因子、胰島素等蛋白類激素、糖蛋白等，都是通過受體介導的內(nèi)吞作用進行的。低密脂蛋白的吸收：膽固醇主要在肝細胞中合成，隨后與磷脂和蛋白質形成低密脂蛋白（low-densitylipoproteins，LDL），釋放到血液中。LDL顆粒的質量為3X106Da，芯部含有被長鏈脂肪酸酯化膽固醇分子。周圍由磷脂和膽固醇構成的脂單層包圍，并且還有一個較大的載脂蛋白B(apo-B)

LDLParticle未酯化的LDLendocytosisRecyclingofLDLreceptors內(nèi)體（endosome）內(nèi)部為酸性環(huán)境，膜上具有質子泵，似乎和溶酶體相似，只是不包含水解酶，它是各類內(nèi)吞小泡向溶酶體運輸?shù)闹薪?LDLEndocytosis受體回收途徑：①大部分受體返回它們原來的質膜結構域，如LDL受體；②有些進入溶酶體，在那里被消化，如EGF表皮生長因子的受體，稱為受體下行調(diào)節(jié)（receptordown-regulation）；③有些被運至質膜不同的結構域，形成穿胞運輸（transcytosis）。如母鼠的抗體從血液通過上皮細胞進入母乳中，乳鼠腸上皮細胞將抗體攝人體內(nèi)，都是通過穿胞運輸完成的。五、外排作用組成型的外排由高爾基體TGN區(qū)分泌囊泡向質膜運輸?shù)倪^程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成細胞外基質、或作為營養(yǎng)成分和信號分子。在粗面內(nèi)質網(wǎng)中合成的蛋白質除了某些有特殊標志的蛋白駐留在ER或高爾基體中或選擇性地進入溶酶體和調(diào)節(jié)性分泌泡外，其余的蛋白均沿著粗面內(nèi)質網(wǎng)→高爾基體→分泌泡→細胞表面這一途徑完成其轉運過程。五、外排作用調(diào)節(jié)型外排分泌物（如激素、或酶）儲存在分泌泡內(nèi)，當細胞在受到胞外信號刺激時，分泌泡與質膜融合并將內(nèi)含物釋放出去。調(diào)節(jié)性的外排途徑存在于特殊機能的細胞中蛋白分選信號存在于蛋白本身，由高爾基體TGN上特殊的受體選擇性地包裝為運輸小泡。第三節(jié)內(nèi)質網(wǎng)K.R.Porter等于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞，因最初看到的是位于細胞質內(nèi)部的網(wǎng)狀結構，故名內(nèi)質網(wǎng)（endoplasmicreticulum，ER）。一、形態(tài)與組成約占細胞總膜面積的一半，是封閉的網(wǎng)絡系統(tǒng)。分為粗面型內(nèi)質網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型內(nèi)質網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum，SER）。RER呈扁平囊狀，排列整齊，有核糖體附著。SER呈分支管狀或小泡狀，無核糖體附著。細胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續(xù)結構的一部分。ERRERSERER主要功能是合成蛋白質和脂類，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER膜中含大約60%的蛋白和40%的脂類，脂類主要成分為磷脂，磷脂酰膽堿含量較高，鞘磷脂含量較少，沒有或很少含膽固醇。ER約有30多種膜結合蛋白，另有30多種位于內(nèi)質網(wǎng)腔這些蛋白的分布具有異質性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于內(nèi)質網(wǎng)，被認為是標志酶，核糖體結合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。二、ER的功能（一）、蛋白質合成蛋白質都是在核糖體上合成的，并且起始于細胞質基質，但是有些蛋白質在合成開始不久后便轉在內(nèi)質網(wǎng)上合成，這些蛋白主要有：向細胞外分泌的蛋白、如抗體、激素；膜的整合蛋白；需要與其它細胞組合嚴格分開的酶，如溶酶體的各種水解酶；需要進行修飾的蛋白，如糖蛋白。內(nèi)膜系統(tǒng)的蛋白質分選動畫1動畫2ProteinSortingC.Milstein（1972）發(fā)現(xiàn)從骨髓瘤細胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到細胞外的N端多出一段。G.Blobel和D.Sabatini等根據(jù)進一步的實驗，提出了信號假說（Signalhypothesis），認為蛋白質上的信號肽，指導蛋白質轉至內(nèi)質網(wǎng)上合成。Blobel因此項發(fā)現(xiàn)獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學獎。蛋白質轉入內(nèi)質網(wǎng)合成至少涉及5種成分：①信號肽（signalpeptide），是引導新合成肽鏈轉移到內(nèi)質網(wǎng)上的一段多肽，位于新合成肽鏈的N端，一般16~30個氨基酸殘基，含有6-15個帶正電荷的非極性氨基酸，由于信號肽又是引導肽鏈進入內(nèi)質網(wǎng)腔的一段序列，又稱開始轉移序列（starttransfersequence）。②信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP），由6種結構不同的多肽組成，結合一個7SRNA，分子量325KD，屬于一種核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP與信號序列結合，導致蛋白質合成暫停。③SRP受體（SPRreceptor），是膜的整合蛋白，為異二聚體蛋白，存在于內(nèi)質網(wǎng)上，可與SRP特異結合。④停止轉移序列（stoptransfersequence），肽鏈上的一段特殊序列，與內(nèi)質網(wǎng)膜的親合力很高，能阻止肽鏈繼續(xù)進入內(nèi)質網(wǎng)腔，使其成為跨膜蛋白質。⑤轉位因子（translocator），由3-4個Sec61蛋白復合體構成的一個類似炸面圈的結構，每個Sec61蛋白由三條肽鏈組成。蛋白質轉入內(nèi)質網(wǎng)合成的過程：信號肽與SRP結合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結合→SRP脫離信號肽→肽鏈在內(nèi)質網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內(nèi)質網(wǎng)腔→信號肽切除→肽鏈延伸至終止→翻譯體系解散。這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質網(wǎng)腔轉移的方式，稱為co-translation（二）、蛋白質的修飾與加工包括糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質網(wǎng)上合成的蛋白質最終被糖基化。糖基化的作用：①使蛋白質能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質傳導信號的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：O-連接的糖基化（O-linkedglycosylation）：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進行O-連接的糖基化。N-連接的糖基化（N-linkedglycosylation）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。內(nèi)質網(wǎng)上進行的為N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖(nucleotidesugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基轉移酶轉移到膜上的磷酸長醇（dolicholphosphate）分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉移酶轉到新合成肽鏈特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺殘基上。ProteinglycosylationinRER（三）、新生肽鏈的折疊、組裝和運輸COPII介導由內(nèi)質網(wǎng)輸出的膜泡運輸，這種膜泡由內(nèi)質網(wǎng)的排出位點（exitsites）以出芽的方式排出。不同的蛋白質在內(nèi)質網(wǎng)腔中停留的時間不同，這主要取決于蛋白質完成正確折疊和組裝的時間，這一過程是在屬于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。有些無法完成正確折疊的蛋白質被輸出內(nèi)質網(wǎng)，轉入溶酶體中降解掉，大約90%的新合成的T細胞受體亞單位和乙酰膽堿受體都被降解掉，而從未到達靶細胞膜。（四）、內(nèi)質網(wǎng)的其它作用合成磷脂、膽固醇等膜脂，合成后以出芽的方式轉運至高爾基體，溶酶體和質膜上，或借磷脂轉移蛋白（PTP）形成水溶性復合物，轉至其他膜上。解毒，如肝細胞的細胞色素P450酶系。參與甾體類激素的合成。使葡糖6-磷酸水解，釋放糖至血液中。儲存鈣離子，作為細胞內(nèi)信號物質，如肌質網(wǎng)。提供酶附著的位點和機械支撐作用。細胞膜所需要的最重要的磷脂是在光面內(nèi)質網(wǎng)上合成的。在光面內(nèi)質網(wǎng)上合成的磷脂先作為內(nèi)質網(wǎng)膜的構成部分，然后再轉運給其他的膜。圖是光面內(nèi)質網(wǎng)合成磷脂酰膽堿的過程，反應中最先形成的磷脂被包埋在內(nèi)質網(wǎng)的膜中，但朝向胞質溶膠；合成的終產(chǎn)物磷脂酰膽堿仍然存在于內(nèi)質網(wǎng)膜中。催化反應的酶類既有存在于胞質溶膠中的，也有存在于內(nèi)質網(wǎng)中的膜蛋白。磷脂的合成磷脂酰膽堿在內(nèi)質網(wǎng)膜上的合成過程首先，內(nèi)質網(wǎng)膜中脂肪酸與胞質溶膠中的磷酸甘油結合，然后脫磷，并內(nèi)質網(wǎng)膜中膽堿磷脂轉移酶的作用下，將胞質溶膠中的CDP-膽堿與內(nèi)質網(wǎng)膜中的甘油脂肪酸結合形成磷脂酰膽堿。新合成的磷脂酰膽堿朝向胞質溶膠一側，但可在內(nèi)質網(wǎng)膜中磷脂轉位酶的作用下翻轉到內(nèi)質網(wǎng)的腔面。磷脂轉位蛋白與翻轉酶（flippase）磷脂的合成都是在內(nèi)質網(wǎng)的胞質溶膠面，但在內(nèi)質網(wǎng)上合成的磷脂幾分鐘之后就由胞質溶膠面轉向膜的另一面，即內(nèi)質網(wǎng)腔面，磷脂的轉位是由內(nèi)質網(wǎng)膜中磷脂轉位蛋白（phospholipidtranslocator）或稱翻轉酶幫助的。翻轉酶催化的磷脂移動也是有選擇性的，如能夠翻轉磷脂酰膽堿的翻轉酶則不能催化其他的磷脂翻轉，這樣保證了膜中磷脂分布的不對稱。內(nèi)質網(wǎng)中的磷脂不斷合成，使得內(nèi)質網(wǎng)的膜面積越來越大，必須有一種機制將磷脂轉運到其它的膜才能維持內(nèi)質網(wǎng)膜的平衡，這就是磷脂轉運。磷脂的轉運有兩種方式。一種是憑借一種水溶性蛋白，叫磷脂交換蛋白（phospholipidexchangproteins，PEP）的作用一種是以出芽的方式轉運到高爾基體、溶酶體和細胞質膜上磷脂轉運（a）通過小泡運輸將內(nèi)質網(wǎng)上合成的脂轉運到其他內(nèi)膜系統(tǒng)的膜上包括細胞核膜；（b）通過磷脂轉運蛋白將內(nèi)質網(wǎng)上合成的脂轉運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的膜中。

分泌類固醇激素的細胞如腎上腺細胞、睪丸間質細胞和黃體細胞都有豐富的光面內(nèi)質網(wǎng)，并在光面內(nèi)質網(wǎng)上含有合成膽固醇和將膽固醇轉化為激素的全套酶系；所以光面內(nèi)質網(wǎng)能夠合成膽固醇，然后將膽固醇氧化、還原、水解進一步轉變成各種類固醇激素。類固醇激素的合成涉及多個途徑中的酶，包括存在于胞質溶膠和光面內(nèi)質網(wǎng)中的酶類。但是合成的起始物質是膽固醇前體物質甲羥戊酸（mevalonate），它的合成是由光面內(nèi)質網(wǎng)中的HMG-CoA還原酶(3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A

)催化的。類固醇激素的合成肝細胞解毒

光面內(nèi)質網(wǎng)能夠對外來的有毒物質，如農(nóng)藥、毒素和污染物進行解毒。多數(shù)解毒反應與氧化作用有關，有些也涉及還原和水解，或者三者結合，使有毒物質由脂溶性轉變成水溶性而被排出體外，此過程稱為肝細胞的解毒作用，主要在肝細胞的光面內(nèi)質網(wǎng)中進行。

細胞色素P-450（cytochromeP-450）的羥基化作用微粒體的混合功能的氧化酶系統(tǒng)類似一條呼吸鏈，由幾個組分組成，核心成員是細胞色素P-450.細胞色素P-450參與有毒物質以及類固醇和脂肪酸的羥基化，羥基化涉及四個基本反應∶被氧化的物質同細胞色素P-450結合→細胞色素P-450中的鐵原子被NADPH還原→氧同細胞色素P-450結合→底物結合一個氧原子被氧化，另一個氧原子用于形成水。被氧化的底物由于帶上羥基，增強水溶性，容易被分泌排出。

從肝細胞中分離的微粒體在氧和NADPH存在下,將一些有毒物質氧化,并且每氧化一分子底物,要消耗一分子的氧,進而將NADPH轉變成NADP+。

由于這種反應的一個氧原子出現(xiàn)在產(chǎn)物中,其他則存在于水分子中,所以將催化這種類型氧化作用的酶稱為混合功能的氧化酶。肝細胞的一個重要功能是維持血液中葡萄糖水平的恒定,這一功能與葡萄糖-6-磷酸酶的作用密切相關。肝細胞是以糖原顆粒的形式儲存葡萄糖，肝細胞光面內(nèi)質網(wǎng)的胞質溶膠面附著有糖原顆粒,當肌體需要葡萄糖時，糖原即被降解。肝細胞中的糖原降解是受激素控制的，激素作為信號分子激發(fā)cAMP的濃度升高，然后由cAMP激活蛋白激酶A，蛋白激酶A能夠激活將糖原水解生成1-磷酸葡萄糖的酶。由于1-磷酸葡萄糖不能夠通過擴散穿過細胞質膜進入血液，需要先轉變成葡萄糖-6-磷酸，然后由光面內(nèi)質網(wǎng)中的葡萄糖-6-磷酸酶將葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖和無機磷，釋放游離的葡萄糖進入血液,維持血液中葡萄糖水平的恒定。

在肝細胞中，糖原裂解釋放葡萄糖-1-磷酸，然后再轉變成葡萄糖-6-磷酸，由于磷酸化的葡萄糖不能通過細胞質膜，光面內(nèi)質網(wǎng)上的葡萄糖-6-磷酸酶將葡萄糖-6-磷酸水解為葡萄糖和磷酸后，葡萄糖就可穿過細胞質膜進入血液。5Ca2+離子的調(diào)節(jié)作用肌質網(wǎng)是細胞內(nèi)特化的光面內(nèi)質網(wǎng)，是貯存Ca2+的細胞器。肌質網(wǎng)膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶，光面內(nèi)質網(wǎng)可構成心肌和骨胳肌肌原纖維周圍的肌質網(wǎng)。當肌細胞膜的興奮信號傳遞到肌質網(wǎng)時則引起肌質網(wǎng)釋放Ca2+，從而導致肌細胞的收縮活動。當肌肉松弛時，鈣離子又重新泵回肌質網(wǎng)。所以肌質網(wǎng)實際上是作為鈣庫，其內(nèi)有鈣結合蛋白，每個鈣結合蛋白可以結合30個左右的Ca2+。微粒體(microsome)

在細胞勻漿和差速離心過程中獲得的由破碎的內(nèi)質網(wǎng)自我融合形成的近似球形的膜囊泡狀結構在體外實驗中,具有蛋白質合成、蛋白質糖基化和脂類合成等內(nèi)質網(wǎng)的基本功能。第四節(jié)高爾基體最早發(fā)現(xiàn)于1855年，1889年，Golgi用銀染法，在貓頭鷹的神經(jīng)細胞內(nèi)觀察到了清晰的結構，因此定名為高爾基體。20世紀50年代以后才正確認識它的存在和結構。一、形態(tài)與組成是由數(shù)個扁平囊泡堆在一起形成的高度有極性的細胞器。常分布于內(nèi)質網(wǎng)與細胞膜之間，呈弓形或半球形。凸出的一面對著內(nèi)質網(wǎng)稱為形成面或順面（cisface）。凹進的一面對著質膜稱為成熟面或反面（transface）。順面和反面都有一些或大或小的運輸小泡。扁平囊直徑約1um，單層膜構成，中間為囊腔，周緣多呈泡狀，4~8個扁平囊在一起(某些藻類可達一二十個)，構成高爾基體的主體(Golgistack)。TheGolgiApparatus二、功能區(qū)隔高爾基體順面的網(wǎng)絡結構（cisGolginetwork，CGN），是高爾基體的入口區(qū)域。高爾基體中間膜囊（medialGolgi），多數(shù)糖基修飾，糖脂的形成以及與高爾基體有關的糖合成均發(fā)生此處。高爾基體反面的網(wǎng)絡結構（transGolginetwork，TGN），是高爾基體的出口區(qū)域，功能是參與蛋白質的分類與包裝，最后輸出。三、主要功能1、參與細胞分泌活動

rER上合成蛋白質→進入ER腔→COPII運輸泡→進入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成運輸泡→運輸與質膜融合、排出。

高爾基體對蛋白質的分類，依據(jù)的是蛋白質上的信號肽或信號斑。2、蛋白質的糖基化O-連接的糖基化在高爾基體中進行，糖的供體為核苷糖。高爾基體分泌功能示意圖第五節(jié)溶酶體與過氧化物酶體一、溶酶體的形態(tài)特征與化學組成溶酶體的一般特征：溶酶體是由一層單位膜包圍而成的一種異質性(heterogeneous)的細胞器,不同來源的溶酶體形態(tài)、大小,甚至所含有酶的種類都有很大的不同。溶酶體呈小球狀,大小變化很大。溶酶體的酶有60余種，這些酶的最適pH值是5.0，它們都是水解酶類，在酸性pH條件下具有最高的活性，故均為酸性水解酶

(acidhydrolases)。溶酶體的酶包括：α-葡萄糖苷酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶等，其中酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶?！袢苊阁w的外被是一層單位膜,含有較多的鞘磷脂?！袢苊阁w膜中嵌有質子泵,以此維持溶酶體內(nèi)部的酸性環(huán)境(pH約為5)。●具有多種載體蛋白用于水解的產(chǎn)物向外運送。●溶酶體膜含有高度糖基化膜整合蛋白,

這些膜整合蛋白的功能可能是保護溶酶體的膜免遭溶酶體內(nèi)酶的攻擊,有利于防止自身膜蛋白的降解。溶酶體的膜二、溶酶體的類型1.初級溶酶體(primarylysosome)2.次級溶酶體(secondarylysosome)3.殘余體初級溶酶體(primarylysosome)

呈球形，此類溶酶體是剛剛從反面高爾基體形成的小囊泡，僅含有水解酶類，但無作用底物，外面只有一層單位膜，其中的酶處于非活性狀態(tài)。次級溶酶體次級溶酶體（消化泡）是由初級溶酶體與細胞吞噬作用所產(chǎn)生的吞噬體相互融合而成的溶酶體中含有水解酶和相應的底物，是一種將要或正在進行消化作用的溶酶體。

根據(jù)所消化的物質來源不同，分為

自噬性溶酶體

異噬性溶酶體自噬性溶酶體

作用底物是內(nèi)源性

發(fā)生條件：①細胞內(nèi)結構衰老、變性；②機體發(fā)生饑餓；③細胞本身發(fā)生病變④具有分泌功能的細胞調(diào)節(jié)細胞的分泌活動。作用底物是外源性的，常見于單核吞噬細胞系統(tǒng)2.異噬性溶酶體 3.殘余小體（1）脂褐質：電子致密度高，常含淺亮的脂滴（2）含鐵小體：50～60nm，充滿含鐵顆粒，正常的單核吞噬細胞常見 （3）多泡體：0.2～0.3μm，內(nèi)含許多小泡（4）髓樣結構：膜成分髓樣排列細胞內(nèi)的消化作用自溶作用對細胞外物質的消化作用三、溶酶體的功能1．異噬作用：溶酶體對外源性異物的消化過程。異噬作用的意義：①為細胞的生存提供營養(yǎng)物質。如膽固醇的攝取。②對機體起著防御的功能。如對病原體的消化作用。細胞內(nèi)的消化作用自噬作用：溶酶體消化細胞自身受損傷的細胞結構、衰老的細胞器或細胞器碎片的過程。自噬作用的意義：①細胞新陳代謝的重要方式。如線粒體的平均壽命約10天，核糖體約5天。②機體和細胞的自我保護。應激狀態(tài)時自噬作用會大大增加。如饑餓、受損傷或快要死亡的細胞等。具有分泌功能的細胞，常可通過自噬作用來調(diào)節(jié)細胞的分泌活動。2．自溶作用自溶作用是指在細胞內(nèi)溶酶體膜破裂，消化酶釋放出來進入細胞質，結果細胞本身被消化。在正常情況下,溶酶體的膜是十分穩(wěn)定的,不會對細胞自身造成傷害。在多細胞生物的發(fā)育過程中，生物體形態(tài)建成或需廢棄一些或改造形成一些器官時，機體可產(chǎn)生生理性自溶。如蝌蚪尾部的吸收，人體卵巢黃體的萎縮。3．溶酶體在細胞外發(fā)揮作用

溶酶體除了在細胞內(nèi)具有消化作用外，也可以將水解酶釋放到細胞外消化細胞外物質。如精子頭部的頂端質膜下方有一膜包裹的囊狀結構,稱為頂體(acrosome),是一種特殊的溶酶體,在受精過程中,通過頂體反應,將頂體中的溶酶體的酶釋放到細胞外,消化卵外膜濾泡細胞,使精子抵達卵子質膜,卵子和精子的細胞質膜相互融合,達到受精的目的。三、溶酶體的發(fā)生內(nèi)質網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白→進入內(nèi)質網(wǎng)腔進行N-連接的糖基化修飾→進入高爾基體cis面膜囊→磷酸轉移酶識別溶酶體水解酶的信號斑→將乙酰葡糖胺磷酸轉移在1~2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體→與trans膜囊上的受體結合→通過clathrin衣被包裝成初級溶酶體。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移酶高爾基體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葡萄糖苷酶磷酸化識別信號：信號斑發(fā)生途徑

糖基化溶酶體酶蛋白在膜旁核糖體上合成，進入內(nèi)質網(wǎng)后進行N-連接糖基化,

經(jīng)加工后形成帶有8個甘露糖殘基和2個N-乙酰葡萄糖胺殘基的糖蛋白轉運到高爾基體。信號斑(signalpatch)信號斑是溶酶體酶蛋白多肽形成的一個特殊的三維結構,它是由三段信號序列構成的,可被磷酸轉移酶特異性識別。將磷酸基團添加到溶酶體酶的甘露糖的第六位碳上的反應是由兩種酶催化的，一種酶是N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶（N-acetyglucosaminephosphotransferase），另一個酶是N-乙酰葡萄糖苷酶，功能是釋放N-乙酰葡萄糖胺

寡糖溶酶體酶GlcNAc-p-p-尿苷（UDP-N-乙酰葡萄糖胺）+甘露糖UMPGlcNAc磷酸轉移酶寡糖溶酶體酶pGlcNAc磷酸糖苷酶GlcNAc寡糖溶酶體酶p甘露糖甘露糖TherecognitionofalysosomalhydrolaseinGolgiandmannosephosphorylationM6P受體蛋白(M6Preceptorprotein)M6P受體蛋白是反面高爾基網(wǎng)絡上的膜整合蛋白,能夠識別溶酶體水解酶上的M6P信號并與之結合,從而將溶酶體的酶蛋白分選出來。M6P受體蛋白主要存在于高爾基體的反面網(wǎng)絡，但在一些動物細胞的質膜中發(fā)現(xiàn)有很多M6P受體蛋白的存在,這是細胞的一種保護機制,可防止溶酶體的酶不正確地分泌到細胞外。返回依賴于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(nèi)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、分泌溶酶體的perforin和granzyme）溶酶體膜上的跨膜蛋白的分選不涉及M6P途徑，它是依賴于自身的氨基酸殘基信號進行分選的。

內(nèi)體有初級內(nèi)體(earlyendosome)和次級內(nèi)體(lateendosome)之分內(nèi)體的主要特征是酸性的、不含溶酶體酶的小囊泡。初級內(nèi)體是由于細胞的內(nèi)吞作用而形成的含有內(nèi)吞物質的膜結合的細胞器。次級內(nèi)體中的pH呈酸性,且具有分揀作用。內(nèi)體膜上具有ATPase-H+質子泵，利用H+質子的濃度，保證了內(nèi)部pH的酸性。內(nèi)體(endosome)Transportofnewlysynthesizedhydrolasestolysosomes溶酶體形成的過程分選過程溶酶體酶前體從粗面內(nèi)質網(wǎng)轉移到順面高爾基體,

并進行甘露糖殘基的磷酸化。在反面高爾基網(wǎng)絡,磷酸化的酶同M6P受體結合,通過該受體將溶酶體的酶包裝到由網(wǎng)格蛋白包被的小泡中,然后網(wǎng)格蛋白外被很快解體。無包被的運輸小泡很快與次級內(nèi)體融合,由于次級內(nèi)體中pH呈酸性,致使磷酸化的酶與M6P受體脫離,接著脫磷酸。通過次級內(nèi)體的分選作用.溶酶體的酶進入從次級內(nèi)體出芽形成的運輸小泡,接著同溶酶體融合完成溶酶體酶的傳遞過程。而受體重新回到高爾基體再利用。返回M6P分選途徑的特點M6P作為分選信號包埋在高爾基體中的受體能夠被網(wǎng)格蛋白包裝成分泌小泡出芽形成的溶酶體酶的運輸小泡只同酸性的次級內(nèi)體融合通過次級內(nèi)體的分選作用使受體再循環(huán)溶酶體酶運輸小泡與次級內(nèi)體的融合及次級內(nèi)體的分選作用

內(nèi)體(endosome)在溶酶體形成過程中的作用溶酶體相關的疾病矽肺(silicosis)休克(shock)

矽肺(silicosis)

空氣中的矽(SiO2)被吸入肺后，被肺部的吞噬細胞所吞噬，由于吞入的二氧化硅顆粒不能被消化，并在顆粒的表面形成硅酸。硅酸的羧基和溶酶體膜的受體分子形成氫鍵，使膜破壞，釋放出水解酶，導致細胞死亡，結果刺激成纖維細胞產(chǎn)生膠原纖維結節(jié)，造成肺組織的彈性降低，肺受到損傷，呼吸功能下降。休克(shock)在休克中，由于組織缺血、缺氧，影響了供能系統(tǒng)，造成膜的不穩(wěn)定，引起溶酶體酶的外漏，造成細胞與機體的損傷。溶酶體的酶外漏的可能機理是：缺氧→細胞pH值的下降→酸性水解酶活化→膜漏，最終導致溶酶體膜破裂→溶酶體酶釋放→使細胞組織自溶在搶救休克病人時，臨床上采用大劑量的糖皮質類固醇，以穩(wěn)定溶酶體的膜。五、過氧化物酶體是一種具有異質性的細胞器。由單層膜圍繞而成。內(nèi)含一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶和過氧化氫酶（標志酶），已發(fā)現(xiàn)40多種氧化酶，如L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urateoxidase）的含量極高，以至于在有些種類形成酶結晶構成的核心。發(fā)現(xiàn)

形態(tài)結構

過氧化物酶體（peroxisome）又稱微體（microbody），過氧化物酶體在1954年被發(fā)現(xiàn)時,由于不知道這種顆粒的功能，將它稱為微體(microbody)。過氧化物酶體是由一層單位膜包裹的囊泡,通常