真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸?shù)灾泻图毎飳W

關(guān)于真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸?shù)灾泻图毎飳W第一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能細胞質(zhì)基質(zhì)的概念細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義細胞質(zhì)基質(zhì)的功能第二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二一、細胞質(zhì)基質(zhì)的概念在真核細胞的細胞質(zhì)中，除去可分辨的細胞器以外的膠狀物質(zhì)。細胞質(zhì)基質(zhì)是細胞的重要的組分，其體積占細胞質(zhì)的一半。第三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二主要成分：

中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類

細胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)糖原、脂滴結(jié)構(gòu)體系：

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。二、細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義第四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二細胞質(zhì)基質(zhì)與胞質(zhì)溶膠用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質(zhì)膜等細胞器或細胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學家多稱之為胞質(zhì)溶膠。第五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二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、蛋白質(zhì)合成、脂肪酸的合成等。蛋白質(zhì)在細胞基質(zhì)中的分選及其轉(zhuǎn)運機制的研究與細胞質(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)運輸及能量傳遞細胞質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)體系的組織者，提供錨定位點。

蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解

蛋白質(zhì)的修飾：類型

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(熱休克蛋白）三、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能第六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)細胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能細胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述細胞內(nèi)膜系統(tǒng)組成第七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二一、細胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述概念：是指細胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能乃至發(fā)生上相互關(guān)聯(lián)、由膜包被的細胞器或細胞結(jié)構(gòu)。（主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡等）研究內(nèi)膜系統(tǒng)的有效技術(shù)主要包括：

揭示超微結(jié)構(gòu)的電鏡技術(shù)

用于功能定位研究的免疫標記和放射自顯影技術(shù)用于組分分離與分析的離心技術(shù)用于研究膜泡運輸和功能機制研究的遺傳突變分析技術(shù)第八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二二、細胞內(nèi)膜系統(tǒng)組成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體與過氧化物酶體第九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

(ENDOPLASMICRETICULUM,ER)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的概述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型及形態(tài)結(jié)構(gòu)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的空間分布內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達的調(diào)控

第十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二1、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的概述內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

是真核細胞重要的細胞器，它由封閉的管狀或扁平囊狀膜系統(tǒng)及其包被的腔形成互相溝通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常占細胞膜系統(tǒng)的一半左右，體積約占細胞總體積的10％以上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)

比線粒體和高爾基體等細胞器晚得多。

1945年，Porter（波特）等人，在組織培養(yǎng)細胞中初次觀察到細胞質(zhì)的內(nèi)質(zhì)部分有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，建議叫內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。1954年，Palade（帕拉德）和Porter（波特）等人證實內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由膜圍繞的囊泡所組成。第十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二1、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的概述微粒體（細胞質(zhì)中分離）

在細胞勻漿和超速離心過程中，由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡結(jié)構(gòu)、它包含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核糖體兩種基本組分。原核細胞內(nèi)沒有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

由細胞膜代行其類似的職能。

第十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型及形態(tài)結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分為兩種基本類型：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（RER）：多呈扁囊狀，排列較為整齊，因在其膜表面分布著大量的核糖體而命名。

是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體共同形成的復(fù)合機能結(jié)構(gòu)。

主要功能：合成分泌性的蛋白和多種膜蛋白。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（SER）：表面沒有核糖體結(jié)合的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常為分支管狀、形成較為復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。

主要功能：是脂質(zhì)合成的重要場所。所占的區(qū)域通常較小，往往作為出芽的位點，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)或脂質(zhì)轉(zhuǎn)移到高爾基體內(nèi)。第十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的空間分布在間期細胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分布與微管的走向一致，且總是延微管向細胞周緣延伸。

已發(fā)現(xiàn)一種微管馬達蛋白——驅(qū)動蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，推測內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一端固定在核膜上，另一端在驅(qū)動蛋白牽引下沿著微管向外延伸形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。第十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能

ER是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)與脂質(zhì)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。3.1RER的功能3.2SER的功能第十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.1RER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

第十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二

3.1.1蛋白質(zhì)合成是糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能

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。有些蛋白質(zhì)剛起始合成不久便轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，繼續(xù)進行蛋白質(zhì)合成。在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，多肽鏈一邊延伸一邊穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進人內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，以這種方式合成的蛋白質(zhì)主要包括以下三類：第十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二

蛋白質(zhì)合成

向細胞外分泌的蛋白質(zhì)

酶、抗體、多肽類激素等。以分泌泡的形式通過胞吐作用輸送到細胞外。

膜的整合蛋白

質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜、溶酶體膜上的膜蛋白。

構(gòu)成內(nèi)膜系統(tǒng)細胞器中的可溶性駐留蛋白

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、溶酶體、胞內(nèi)體、小泡和植物液泡

需要與其他細胞組分嚴格隔離的蛋白：酸性水解酶合成后需要進行修飾與加工的蛋白第十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)合成其它的蛋白質(zhì)是在細胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核糖體上合成的：(a)細胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留蛋白,如糖酵解酶和細胞骨架蛋白。(b)質(zhì)膜內(nèi)表面的外周蛋白,如血影蛋白和錨蛋白。(c)核輸入蛋白。(d)將摻人到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體中的蛋白。第十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.1.2蛋白質(zhì)的修飾與加工

在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成并進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的蛋白質(zhì)發(fā)生的主要化學修飾作用有：

糖基化?；?/p>

發(fā)生在ER的細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)：軟脂酸→跨膜蛋白的半胱氨酸殘基高爾基體、膜蛋白向細胞質(zhì)膜轉(zhuǎn)移過程中。羥基化二硫鍵的形成第二十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二糖基化(GLYCOSYLATION)糖基化（伴隨著多肽合成同時進行）

在ER腔面，寡糖鏈連接在插入膜內(nèi)的磷酸多萜醇上。當與糖基化有關(guān)的氨基酸殘基出現(xiàn)后，通過位于膜上的糖基轉(zhuǎn)移酶（glycosyltransferase）的作用下，將寡糖基由磷酸多萜醇轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的天冬酰胺殘基上。（例：書P180頁圖7-8）

磷酸多萜醇

氨基酸殘基

寡糖鏈寡糖鏈

糖基轉(zhuǎn)移酶第二十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二糖基化(GLYCOSYLATION)糖基化的類型與發(fā)生部位

N—連接的糖基化（N-linkedglycosylation）

發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中（天冬酰胺殘基Asn）+（N—乙酰葡糖胺）

O—連接的糖基化（O-linkedglycosylation）

發(fā)生在高爾基中（絲氨酸/蘇氨酸or羥賴氨酸/羥脯氨酸）+（N—乙酰半乳糖胺）

此外，在細胞質(zhì)中也可進行糖基化修飾，但糖基化修飾較簡單，種類少。

第二十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.1.3

新生肽的折疊與組裝

非還原性的內(nèi)腔，易于二硫鍵形成

正確折疊涉及駐留蛋白類型

蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（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（Bip）識別錯誤折疊的蛋白或未組裝好的蛋白亞單位，并促進重新折疊與組裝。

正確折疊涉及駐留蛋白結(jié)構(gòu)特征：

具有4肽信號KDEL

或

HDEL

，保證滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，并維持很高的濃度。第二十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二錯誤折疊的多肽鏈會被降解位點：ER外細胞質(zhì)基質(zhì)中。錯誤折疊的蛋白以逆轉(zhuǎn)運

(reversetranslocation)的形式從它們進入ER腔的路線返回。一旦進入細胞質(zhì)基質(zhì)，就會被降解蛋白質(zhì)的裝置蛋白酶體（proteasomes)所降解。這個過程稱為質(zhì)量控制(qualitycontrol),以確?；兊鞍撞粫\到細胞的其它部位。第二十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.2

SER的功能

脂質(zhì)的合成

肝的解毒功能

肝細胞中SER含有一些酶，用以清除脂溶性廢物和代謝產(chǎn)生的有害性物質(zhì)。

固醇類激素的合成

某些合成固醇類激素的細胞中SER含有制造膽固醇并進一步產(chǎn)生固醇類激素的一系列酶。

儲存鈣離子的功能

肌細胞中含有發(fā)達的特化的SER，稱肌質(zhì)網(wǎng)。

肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中，儲存起來。第二十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.2.1脂類的合成

ER（主要是SER)

合成構(gòu)成細胞所需的包括磷脂和膽固醇在內(nèi)的絕大多數(shù)膜脂,其中最主要的磷脂是磷脂酰膽堿（卵磷脂）。

兩種例外

鞘磷脂和糖脂（ER開始→Golgicomplex完成）

某些單一脂類是在它們的膜上合成的細胞內(nèi)脂類合成的場所（細胞器）第二十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.2.1脂類的合成

磷脂合成與磷脂轉(zhuǎn)運在ER的細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)合成

合成磷脂所需要的3種酶都定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，活性部位在膜的細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)。合成磷脂的底物來自細胞質(zhì)基質(zhì)。過程：增大膜面積——確定新合成磷脂的種類。

磷脂的轉(zhuǎn)位

合成磷脂幾分鐘后由細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔面借助磷脂轉(zhuǎn)位因子/轉(zhuǎn)位酶（phospholipidtranslocator/flippase）

磷脂的轉(zhuǎn)運

膜出芽

磷脂轉(zhuǎn)換蛋白（PEP）：水溶性的載體蛋白。第二十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二4、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達的調(diào)控

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的合成、加工、折疊、組裝、轉(zhuǎn)運及向高爾基體轉(zhuǎn)運的復(fù)雜過程顯然是需要有一個精確調(diào)控的過程。

影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

細胞核的信號轉(zhuǎn)導的三種因素：

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊蛋白的超量積累。

折疊好的膜蛋白的超量積累。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上膜脂成份的變化——主要是固醇缺乏不同的信號轉(zhuǎn)導途徑，最終調(diào)節(jié)細胞核內(nèi)特異基因表達第二十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二（二）高爾基體高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

高爾基體的功能第二十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二1、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

高爾基體的發(fā)現(xiàn)高爾基體的概念高爾基體的形態(tài)高爾基體的極性高爾基體各部膜囊的４種標志細胞化學反應(yīng)高爾基體4個組成部分高爾基體的空間分布第三十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二高爾基體的發(fā)現(xiàn)1898年，意大利醫(yī)生Golgi用鍍銀法首次在神經(jīng)元內(nèi)觀察到一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，命名為內(nèi)網(wǎng)器。在很多細胞中相繼發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)并稱之為高爾基體。很多人認為是由于固定和染色產(chǎn)生的人工假象。20世紀50年代電子顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用和超薄切片的發(fā)展，證實了高爾基體的存在。第三十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二

高爾基體的概念高爾基體又稱高爾基器或高爾基復(fù)合體，是比較普遍地存在于真核細胞內(nèi)的一種細胞器。高爾基體是由大小不一、形態(tài)多變的囊泡體系組成的。在不同的細胞，甚至在細胞生長的不同階段都有很大的區(qū)別。第三十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二高爾基體是由較為整齊的扁平膜囊堆疊在一起，膜囊多呈弓形。膜囊周圍有大量的大小不等的囊泡結(jié)構(gòu)。在不同的細胞中囊膜的數(shù)目差異很大。第三十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二

高爾基體是有極性的細胞器：

靠近細胞核的一面，膜囊彎曲成凸面又稱形成面

或順面（cisface）。

形態(tài)、組成和化學性質(zhì)與ER相似。

面向質(zhì)膜的一面凹面又稱成熟面或反面（transface）。

形態(tài)、組成和化學性質(zhì)逐漸改變最終達到與細胞膜相似。

高爾基體的極性第三十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二高爾基體各部膜囊的４種標志細胞化學反應(yīng)

根據(jù)高爾基體的各部分膜囊特有的成分，可用電鏡細胞化學的方法對高爾基體的結(jié)構(gòu)成分作進一步的分析。常用的4種標志細胞化學反應(yīng)是：嗜鋨反應(yīng)，經(jīng)鋨酸浸染后，高爾基體的cis面膜囊被特異地染色；

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細胞化學反應(yīng)，顯示trans面1～2層膜囊；

胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細胞化學反應(yīng)，顯示靠近trans面膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)；

GERL結(jié)構(gòu)：60年代初，諾維克夫（Novikoff）發(fā)現(xiàn)CMP和酸性磷酸酶存在于高爾基體的一側(cè)，稱這種結(jié)構(gòu)為GERL，意為與高爾基體（G）密切相關(guān)，但它是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）的一部分，參與溶酶體（L）的生成。煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的細胞化學反應(yīng)，顯示中間扁平囊。第三十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二高爾基體順面膜囊或順面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cis-Golginetwork，CGN）

位于高爾基體順面最外側(cè)的扁平膜囊，又稱cis膜囊，是中間多孔而呈連續(xù)分支的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

CGN接受來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合成的物質(zhì)并將其分類后大部分轉(zhuǎn)入高爾基體中間膜囊，小部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

高爾基體中間膜囊（medialGolgi）

由扁平膜囊與管道組成，形成不同間隔，但功能上是連續(xù)的、完整的膜囊體系。多數(shù)糖基化修飾、糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的多糖的合成都發(fā)生在中間膜囊中。高爾基體的4個組成部分

高爾基體至少由互相聯(lián)系的4個部分組成，每一部分又可能劃分出更精細的間隔：第三十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二

高爾基體反面膜囊以及反面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（transGolginetwork，TGN）

TGN位于反面的最外層，與反面的扁平膜囊相連，另一側(cè)伸入反面的細胞質(zhì)中，形態(tài)呈管網(wǎng)狀，并有囊泡與之相連。

TGN的主要功能是參與蛋白質(zhì)的分類與包裝，最后從高爾基體中輸出，某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾也發(fā)生在TGN中。TGN在蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運過程中還起到“瓣膜”的作用，保證這些物質(zhì)向單方向轉(zhuǎn)運。周圍大小不等的囊泡（vesicles)

順面一側(cè)的囊泡可能是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間的物質(zhì)運輸小泡，稱之為ERGIC，或稱VTCs。

高爾基體的反面一側(cè)可以見到體積較大的分泌泡與分泌顆粒，將經(jīng)過高爾基體分類與包裝的物質(zhì)運送到細胞特定的部位。高爾基體的4個組成部分第三十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二高爾基體的空間分布

高爾基體與細胞骨架關(guān)系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管的負極端。在分離的高爾基的膜囊上存在微管的馬達蛋白（胞質(zhì)臂動力蛋白和驅(qū)動蛋白）和微絲的馬達蛋白。

最近還發(fā)現(xiàn)特異的血影蛋白網(wǎng)架也存在于高爾基體處。它們在維持高爾基體動態(tài)的空間結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的膜泡運輸中起重要的作用。第三十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2、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第三十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二高爾基體與細胞的分泌活動

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

·流感病毒包膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運上皮細胞游離端的質(zhì)膜

·水皰性口炎病毒包膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運上皮細胞基底面的質(zhì)膜

將克隆的兩種病毒包膜蛋白的基因同時在上皮細胞中表達，結(jié)果兩種病毒包膜蛋白的合成、轉(zhuǎn)運途徑及在細胞膜上的分布與兩種病毒同時感染細胞時，病毒包膜蛋白在質(zhì)膜上的分布相同。溶酶體酶的分選：甘露糖-6-磷酸（M6P）高爾基體順面膜囊中：N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶和N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶作用下，甘露糖殘基磷酸化產(chǎn)生M6P。高爾基體反面膜囊中：結(jié)合M6P受體，由于溶酶體酶的許多位點上都可形成M6P，增大了受體的親和力，使溶酶體的酶與蛋白質(zhì)分離并起到局部濃縮的作用。第四十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾

真核細胞中普遍存在的糖基化，如溶酶體中的水解酶類、多數(shù)細胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。

蛋白質(zhì)糖基化類型

蛋白質(zhì)糖基化的特點及其生物學意義

蛋白聚糖在高爾基體中組裝

第四十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)糖基化類型

特征N-連接O-連接1.合成部位

糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體高爾基體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—乙酰葡糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較

第四十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)糖基化的特點及其生物學意義糖基化的特點：糖蛋白寡糖鏈的合成與加工都沒有模板，靠不同的酶在細胞不同間隔中經(jīng)歷復(fù)雜的加工過程才能完成。糖基化的主要作用：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。

幫助蛋白質(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)鏈可能影響蛋白質(zhì)的水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)進化上的意義，因為寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它大分子接近細胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細胞的祖先具有一個保護性的外被，同時又不象細胞壁那樣限制細胞的形狀與運動。

第四十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二一個或多個糖胺聚糖（通過木糖）結(jié)合到

核心蛋白的絲氨酸（SER）殘基上

與一般的O-連接不同，直接與絲氨酸羥基

連接的不是N-乙酰半乳糖胺，而是木糖

蛋白聚糖在高爾基體中組裝

第四十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二蛋白酶的水解和其它加工過程蛋白質(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（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。同一種蛋白質(zhì)前體不同細胞、以不同的方式加工不同的多肽。加工方式多樣性的可能原因： 確保小肽分子的有效合成； 彌補缺少包裝并轉(zhuǎn)運到分泌泡中的必要信號； 有效地防止這些活性物質(zhì)在合成它的細胞內(nèi)起作用。

硫酸化作用也在高爾基體中進行第四十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二(三）溶酶體與過氧化物酶體

溶酶體的概述

溶酶體的結(jié)構(gòu)類型

溶酶體的功能溶酶體的發(fā)生溶酶體與過氧化物酶體第四十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二1.溶酶體的概述1.1溶酶體（lysosome）是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。主要功能是進行細胞內(nèi)的消化作用。1.2溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中，植物細胞中與溶酶體功能類似的細胞器：圓球體糊粉粒植物中央液泡第四十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二1.溶酶體的概述1.3溶酶體的標志酶：酸性磷酸酶1.4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。

第四十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2.溶酶體的結(jié)構(gòu)類型初級溶酶體（primarylysosome）

呈球形，直徑約為0.2~0.5μm，內(nèi)容物均一，不含有明顯的顆粒物質(zhì)，外面由一層脂蛋白膜圍繞。其中的酶都屬酸性水解酶。。

溶酶體是一種異質(zhì)性（heterogenous)細胞器，根據(jù)其所處于完成其生理功能的不同階段，大致可分為初級溶酶體、次級溶酶體和殘余體

：第四十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二次級溶酶體（secondarylysosome）

由初級溶酶體和細胞內(nèi)各種小泡（自噬泡或異噬泡、胞飲泡或吞噬跑）融合而成復(fù)合體。形狀常不規(guī)則，較大。水解酶具活性，具有催化功能。

自噬溶酶體（autophagolysosome） 異噬溶酶體（phagolysosome）第五十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二殘余小體（residualbody）又稱后溶酶體。次級溶酶體內(nèi)進行消化作用完成后，形成的小分子物質(zhì)可通過膜上的載體蛋白轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)基質(zhì)中，供細胞代謝用。未被消化的物質(zhì)殘存在溶酶體中形成殘余體。殘余體可通過類似胞吐作用的方式將內(nèi)容物排出細胞。

第五十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.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（病原體感染刺激單核細胞分化成巨噬細胞而吞噬、消化）

其它重要的生理功能

第五十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二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受精過程中的精子的頂體反應(yīng)

第五十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二4.溶酶體與過氧化物酶體

過氧化物酶體(peroxisome)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)性細胞器。

過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別

過氧化物酶體的功能第五十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二鼠肝細胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細胞器如線粒體（M）等（Albertetal.，1989）第五十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別過氧化物酶體和初級溶酶體的形態(tài)與大小類似，但過氧化物酶體中的尿酸氧化酶等常形成晶格狀結(jié)構(gòu)，可作為電鏡下識別的主要特征。第五十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二過氧化物酶體與初級溶酶體的特征比較第五十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二過氧化物酶體的功能動物細胞（肝細胞或腎細胞）中過氧化物酶體可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。 過氧化物酶體中常含有兩種酶：

依賴于黃素（FAD）的氧化酶，其作用是將底物氧化形成H2O2；

過氧化氫酶，作用是將H2O2分解，形成水和氧氣。過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細胞直接提供熱能。在植物細胞中過氧化物酶體的功能：

在綠色植物葉肉細胞中，它催化CO2固定反應(yīng)副產(chǎn)物的氧化， 即所謂光呼吸反應(yīng)；

乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)，在種子萌發(fā)過程中，過氧化物酶體 降解儲存的脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸葡萄糖。第五十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸分泌蛋白合成的模型—信號假說蛋白質(zhì)分選信號蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型膜泡運輸細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝第五十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二一、信號假說

(SIGNALHYPOTHESIS)信號假說的概念信號假說的結(jié)構(gòu)因子信號假說的工作模型

第六十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二1.信號假說的概念

即分泌性蛋白N端序列作為信號肽，指導分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成，然后在信號肽引導下蛋白質(zhì)邊合成邊通過易位子復(fù)合體進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，在蛋白質(zhì)合成結(jié)束之前信號肽被切除。第六十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2.信號假說的結(jié)構(gòu)因子2.1蛋白質(zhì)N-端的信號肽——指導分泌性蛋白在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的決定因素。

結(jié)構(gòu)：

位于新合成的多肽鏈的N端，一般含有16-26個氨基酸殘基，期間至少含有9個疏水氨基酸殘基形成疏水核心區(qū)。因此，包括疏水核心區(qū)、信號肽的C端和N端3部分。特點：沒有嚴格的專一性。（原核細胞一些分泌性蛋白N端也具有信號序列）功能：引導新生肽鏈跨膜進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。第六十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2.信號假說的結(jié)構(gòu)因子2.2信號識別顆粒（SRP）

結(jié)構(gòu)：是一種核糖核蛋白復(fù)合體。由6種不同的蛋白和一個300個核苷酸組成的7SRNA

結(jié)合組成。一般存在于細胞質(zhì)中。

功能：

即能與新生肽鏈的信號肽和核糖體結(jié)合，又能與停泊蛋白信號識別顆粒受體結(jié)合。第六十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2.信號假說的結(jié)構(gòu)因子

2.3信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白dockingprotein，DP）

分子量為72×103，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上可特異地與SRP結(jié)合。

2.4核糖體受體—易位子

蛋白質(zhì)復(fù)合體，直徑8.5nm，中間有一直徑為2nm的通道

2.5信號肽酶

位于ER腔面，切除信號肽第六十四頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.信號假說的工作模型

（書P202圖7-20）

3.1

活化后的mRNA與細胞質(zhì)基質(zhì)中游離的核糖體結(jié)合開始翻譯蛋白質(zhì)，當多肽鏈延伸至80個氨基酸左右，N端的信號肽暴露出核糖體并與SRP結(jié)合，形成“SRP-信號肽-新生肽鏈-核糖體”復(fù)合體，導致肽鏈延伸暫時停止。

3.2

由于SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的DP的識別作用，使得‘SRP-信號肽-新生肽鏈-核糖體’復(fù)合體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的易位子結(jié)合，隨后SRP脫離復(fù)合體返回細胞質(zhì)基質(zhì)中重復(fù)使用，肽鏈重新開始延伸。第六十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.信號假說的工作模型

3.3以環(huán)化構(gòu)象存在的信號肽與易位子結(jié)合使孔道打開，引導肽鏈以袢環(huán)的形式邊延伸邊穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，隨后信號肽酶切除信號肽并快速使之降解。3.4肽鏈繼續(xù)延伸直，直至完成整個多肽鏈的合成，蛋白質(zhì)進入腔內(nèi)并折疊。核糖體離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，分成大小兩個亞基，游離在細胞質(zhì)基質(zhì)中，易位子關(guān)閉。第六十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二二、蛋白質(zhì)分選信號

信號肽（Signalpeptide）與共轉(zhuǎn)移（Cotranslocation）

導肽（Leaderpeptide）與后轉(zhuǎn)移（Posttranslocation）

幾種典型的蛋白質(zhì)分選信號（proteinsortingsignalsequence)第六十七頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二信號肽與共轉(zhuǎn)移共轉(zhuǎn)移（cotranslocation）

肽鏈邊合成邊轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的方式。起始轉(zhuǎn)移序列和停止轉(zhuǎn)移序列開始轉(zhuǎn)移序列：引導肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的信號肽。停止轉(zhuǎn)移序列：肽鏈中的某種序列與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有很強的親和力而結(jié)合在脂雙層之中，這段序列不再轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中。開始轉(zhuǎn)移序列和停止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)第六十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二導肽與后轉(zhuǎn)移后轉(zhuǎn)移（posttranslocation）

蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到細胞器中（線粒體、葉綠體）。導肽決定的特征：

蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質(zhì)的幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。第六十九頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二幾種典型的蛋白質(zhì)分選信號信號功能

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-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-

有些信號序列可能形成三維結(jié)構(gòu)的信號稱信號斑，指導蛋白轉(zhuǎn)運至細胞的特定部位。第七十頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二三、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型大體上分兩條途徑：翻譯后轉(zhuǎn)運途徑：

在細胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體上完成多肽鏈的合成，然后轉(zhuǎn)運至膜圍繞的細胞器。共翻譯轉(zhuǎn)運途徑：

蛋白質(zhì)合成在游離核糖體上起始之后由信號肽引導轉(zhuǎn)移至糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后新生肽邊合成邊轉(zhuǎn)入糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，再經(jīng)高爾基體加工包裝運至溶酶體、細胞質(zhì)膜或分泌到細胞外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體本身的蛋白質(zhì)分選也是通過這一途徑完成的。第七十一頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二三、蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（transmembranetransport）

主要指在細胞質(zhì)基質(zhì)合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等細胞器。

膜泡運輸（vesiculartransport）蛋白質(zhì)通過不同類型的轉(zhuǎn)運小泡從其糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成部位轉(zhuǎn)運至高爾基體進而分選運至細胞的不同部位，其中涉及各種不同的運輸小泡的定向轉(zhuǎn)運，以及膜泡出芽與融合的過程。選擇性的門控轉(zhuǎn)運（gatedtransport）指在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)通過核孔復(fù)合體選擇性地完成核輸入或從細胞核返回細胞質(zhì)。細胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運：與細胞骨架系統(tǒng)密切相關(guān)。第七十二頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二四、膜泡運輸

膜泡運輸是蛋白運輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細胞中。在轉(zhuǎn)運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輸及其復(fù)雜的調(diào)控過程。三種不同類型的包被小泡具有不同的物質(zhì)運輸作用第七十三頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二（一）三種不同類型的有被小泡具有不同的物質(zhì)運輸作用

COPII有被小泡的組裝與運輸

COPI有被小泡的組裝與運輸網(wǎng)格蛋白有被小泡的組裝與運輸?shù)谄呤捻摚舶耸唔?，編輯?023年，星期二1、COPII有被小泡的組裝與運輸負責從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的物質(zhì)運輸（順向運輸）COPII有被蛋白由5種蛋白亞基組成COPII有被小泡具有對轉(zhuǎn)運物質(zhì)的選擇性并使之濃縮:

選擇性的確定：

1、因為COPⅡ蛋白能識別并結(jié)合跨膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白胞質(zhì)面一端的信號序列；

2、跨膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的腔面一端作為受體與ER腔中的可溶性蛋白(如分泌蛋白)結(jié)合。第七十五頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二2、COPI有被小泡的組裝與運輸結(jié)構(gòu):

COPI包被含有7種蛋白亞基、一種調(diào)節(jié)膜泡轉(zhuǎn)運的GTP結(jié)合蛋白ARF。包被蛋白復(fù)合物的組裝與去組裝依賴于ARF。功能:

介導膜泡逆向運輸。（順面高爾基體網(wǎng)狀區(qū)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜泡轉(zhuǎn)運）負責回收、轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回

ER。細胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機制：

轉(zhuǎn)運泡將應(yīng)被保留的駐留蛋白排斥在外。

通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu,KDEL)

的特異性受體，以COPI-包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。第七十六頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二3.網(wǎng)格蛋白有被小泡的組裝與運輸

高爾基體TGN區(qū)是網(wǎng)格蛋白有被小泡形成的發(fā)源地：

既是細胞分泌途徑中物質(zhì)轉(zhuǎn)運的主要分選位點，又是網(wǎng)格蛋白有被小泡的組裝位點。功能：負責蛋白質(zhì)從高爾基體TGN質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運輸在受體介導的細胞內(nèi)吞途徑也負責將物質(zhì)從質(zhì)膜內(nèi)吞泡(細胞質(zhì))

胞內(nèi)體溶酶體運輸?shù)谄呤唔摚舶耸唔?，編輯?023年，星期二四、細胞結(jié)構(gòu)體系的組裝生物大分子的組裝方式組裝具有重要的生物學意義

第七十八頁，共八十七頁，編輯于2023年，星期二生物大分子的組裝方式

生物大分子向復(fù)雜的細胞結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)體系的組裝方式大體可分為：自我組裝（self-assembly）信息存在于組裝亞基的本身，外界提供組裝環(huán)境如pH、離子濃度等。