真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

第五章真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)、的結(jié)構(gòu)和功能當(dāng)前第1頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

真核細(xì)胞在進(jìn)化上一個(gè)顯著特點(diǎn)就是形成了發(fā)達(dá)的細(xì)胞質(zhì)膜系統(tǒng)，將細(xì)胞內(nèi)環(huán)境分割成許多功能不同的區(qū)室。雖然這些區(qū)室具有各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)和功能，但它們有是密切相關(guān)的，尤其是它們的膜結(jié)構(gòu)式相互轉(zhuǎn)換的，轉(zhuǎn)換的機(jī)制則是通過蛋白質(zhì)分選和膜運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前第2頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

細(xì)胞內(nèi)區(qū)室化是真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的基本特征之一。細(xì)胞內(nèi)區(qū)室化TheCompartmentalizationinEukaryoticCells細(xì)胞內(nèi)被膜區(qū)分為3類結(jié)構(gòu)：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(cytoplasmicmatrix)、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)和其他由膜包被的各種細(xì)胞器(諸如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體和細(xì)胞核）。當(dāng)前第3頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrixorcytosol

）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半。當(dāng)前第4頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)表5-1肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及細(xì)胞其他組分的數(shù)目及所占的體積比細(xì)胞器每細(xì)胞所含數(shù)量細(xì)胞內(nèi)的百分比細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)154線粒體170022內(nèi)質(zhì)網(wǎng)112細(xì)胞核16高爾基體13過氧化物酶體4001溶酶體3001胞內(nèi)體2001當(dāng)前第5頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)(一)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的含義

1.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的概念

真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中除去細(xì)胞器和內(nèi)含物以外的、較為均質(zhì)半透明的液態(tài)膠狀物質(zhì)稱為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrix)。

2.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的組成

中間代謝有關(guān)的酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。3.特點(diǎn)

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個(gè)高度有序的體系；蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間、蛋白質(zhì)與其它大分子之間都是通過弱鍵而相互作用處于動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)前第6頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)FigureInternalmembranesandthecytosol.(B)Therestofthecell,excludingalltheseorganelles,iscalledcytosol.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)當(dāng)前第7頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第8頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)為物質(zhì)中間代謝提供場所

細(xì)胞內(nèi)所有的中間代謝過程均發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中，其中大部分是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行的，如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等.2.與細(xì)胞質(zhì)骨架功能相關(guān)

維持細(xì)胞形態(tài)、運(yùn)動、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等.(二)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能當(dāng)前第9頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)3.

在蛋白質(zhì)的修飾以及選擇性的降解中發(fā)揮作用

蛋白質(zhì)的修飾：磷酸化和去磷酸化、糖基化、N-端甲基化、酰基化

控制蛋白質(zhì)的壽命:依賴于泛素的降解途徑（ubiquitin-dependentpathway)——2004年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

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：主要靠熱休克蛋白（heatshockprotein,stress-responseprotein)來完成。當(dāng)前第10頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)泛素化蛋白酶體所介導(dǎo)的

蛋白質(zhì)降解途徑2004年10月16日瑞典皇家科學(xué)院將本年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國科學(xué)家歐文·羅斯，以表彰他們在泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解研究領(lǐng)域中的卓越成就。當(dāng)前第11頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)標(biāo)記及降解的理論模型

當(dāng)前第12頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)Cellscarefullymonitortheamountofmisfoldedproteins.Anaccumulationofmisfoldedproteinsinthecytosoltriggersaheat-shockresponse,whichstimulatesthetranscriptionofgenesencodingcytosolicchaperonesthathelptorefoldtheproteins.當(dāng)前第13頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)二、膜結(jié)合細(xì)胞器(Membrane-boundedorganelles)

在細(xì)胞內(nèi)的分布

膜結(jié)合細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)是按功能、分層次分布的.當(dāng)前第14頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)圖7-1動物細(xì)胞中膜結(jié)合的細(xì)胞器及分布Figure7-1Themajormembrane-boundedorganellesofananimalcell.當(dāng)前第15頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

膜結(jié)合細(xì)胞器在細(xì)胞的生命活動中具有重要作用。表5-2真核細(xì)胞膜結(jié)合區(qū)室的主要功能細(xì)胞器（區(qū)室）

主要功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大多數(shù)脂的合成場所，蛋白質(zhì)合成和集散地高爾基體蛋白質(zhì)和脂的修飾、分選和包裝溶酶體細(xì)胞內(nèi)的降解作用胞內(nèi)體內(nèi)吞物質(zhì)的分選過氧化物酶體毒性分子的氧化線粒體通過氧化磷酸化合成ATP葉綠體進(jìn)行光合作用當(dāng)前第16頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

在這些膜結(jié)合的細(xì)胞器中,線粒體、葉綠體、過氧化物酶體獨(dú)立性很強(qiáng),并且有特別的功能；其他幾種膜結(jié)合細(xì)胞器,如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體和小泡,雖然有不同的結(jié)構(gòu)和功能,但是它們都參與蛋白質(zhì)的加工、分選和膜泡運(yùn)輸,形成了一個(gè)特別的細(xì)胞內(nèi)系統(tǒng)。當(dāng)前第17頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)定義：位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上相關(guān)的由膜圍繞的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)稱為細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)，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。三、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（EndomembraneSystem）及其功能當(dāng)前第18頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第19頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)功能：區(qū)隔化；增加內(nèi)表面積，提高代謝和調(diào)節(jié)能力。從系統(tǒng)發(fā)生來看內(nèi)膜系統(tǒng)起源于質(zhì)膜的內(nèi)陷和內(nèi)共生。從個(gè)體發(fā)生來看新細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)來源于原有內(nèi)膜系統(tǒng)的分裂，具有核外遺傳的特性。當(dāng)前第20頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能K.R.Porter和等于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞，因最初看到的是位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故名內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmicreticulum，ER）。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是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(xì)胞膜系統(tǒng)的一半左右，體積約占細(xì)胞總體積的10％以上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)除核酸以外一系列重要的大分子如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類合成的基地。當(dāng)前第21頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第22頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

1.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分為兩種基本類型:粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(RER)和滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(SER)

。當(dāng)前第23頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第24頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

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

多呈大的扁平膜囊狀,在電鏡下觀察排列極為整齊。它是核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)共同構(gòu)成的復(fù)合機(jī)能結(jié)構(gòu),普遍存在于分泌蛋白質(zhì)的細(xì)胞中,主要功能是合成分泌性的蛋白質(zhì)、多種膜蛋白和酶蛋白。當(dāng)前第25頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)rER當(dāng)前第26頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum,SER)

無核糖體附著的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),通常為小的膜管和小的膜囊狀,而非扁平膜囊狀,

廣泛存在于各種類型的細(xì)胞中，包括合成膽固醇的內(nèi)分泌腺細(xì)胞、肌細(xì)胞、腎細(xì)胞等。脂類合成的重要場所,它往往作為出芽的位點(diǎn),將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)或脂類轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體。當(dāng)前第27頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)sER當(dāng)前第28頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能FunctionsoftheER蛋白質(zhì)的合成是粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能細(xì)胞中的蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并且起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，但有些蛋白質(zhì)在合成開始不久后便轉(zhuǎn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，繼續(xù)進(jìn)行蛋白質(zhì)合成。這些蛋白主要有：

向細(xì)胞外分泌的蛋白，如抗體、激素；膜的整合蛋白；構(gòu)成內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞器中的可駐留蛋白；需要進(jìn)行修飾的蛋白，如糖蛋白。當(dāng)前第29頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)FigureAcommonpoolofribosomesisusedtosynthesizeboththeproteinsthatstayincytosolandthosethataretransportedintomembrane-enclosedorganells,includingtheER.一個(gè)共同的核糖體庫用于合成留在胞質(zhì)溶膠內(nèi)和轉(zhuǎn)運(yùn)到包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在內(nèi)的膜被細(xì)胞器中的蛋白質(zhì)。mRNA編碼的胞質(zhì)蛋白質(zhì)依然在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離的多核糖體細(xì)胞質(zhì)內(nèi)總核糖體亞基庫多核糖體通過多重新生肽鏈結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜mRNA編碼蛋白質(zhì)靶向的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)依然是膜結(jié)合的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號序列當(dāng)前第30頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)蛋白質(zhì)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(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化的作用：①使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。當(dāng)前第31頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)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(jìn)行。

O-linked:linkedtothehydroxylgroupserineorthreonineviaGalNac(inGolgi)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。

N-linked:linkedtotheamidenitrogenofasparagine(ER)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。當(dāng)前第32頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)FigureManyProteinsareglycosylatedintheRER當(dāng)前第33頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能是進(jìn)行膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)的運(yùn)輸，并在運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)對這些蛋白質(zhì)進(jìn)行加工修飾和折疊，以幫助這些蛋白質(zhì)準(zhǔn)確到達(dá)目的地。當(dāng)前第34頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂質(zhì)合成的重要場所

細(xì)胞膜所需要的最重要的磷脂是在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的。在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的磷脂先作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的構(gòu)成部分，然后再轉(zhuǎn)運(yùn)給其他的膜。當(dāng)前第35頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的磷脂不斷合成，使得內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜面積越來越大，必須有一種機(jī)制將磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)到其它的膜才能維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的平衡,這就是磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)。磷脂的轉(zhuǎn)運(yùn)有兩種方式:一種是憑借一種水溶性蛋白,叫磷脂轉(zhuǎn)換蛋白（PEP）的作用在膜之間轉(zhuǎn)移蛋白;另一種是以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體、溶酶體和細(xì)胞質(zhì)膜上。當(dāng)前第36頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)膜磷脂轉(zhuǎn)移的兩種方式當(dāng)前第37頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其他功能

肝細(xì)胞的解毒作用類固醇激素的合成Ca2+

的調(diào)節(jié)作用糖原分解釋放游離的葡萄糖當(dāng)前第38頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（二）高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能

ThestructureandfunctionsofGolgicomplex當(dāng)前第39頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

高爾基體（Golgibody）又稱高爾基器（Golgiapparatus）或高爾基復(fù)合體（Golgicomplex），是比較普遍存在于真核細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器。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(xì)胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。20世紀(jì)50年代以后才正確認(rèn)識它的存在和結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第40頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)1.高爾基體（Golgibody）的形態(tài)結(jié)構(gòu)與極性

電子顯微鏡所觀察到的高爾基體最富有特征性的結(jié)構(gòu)是由一些(通常是4～8個(gè))排列較為整齊的扁平膜囊(saccules)堆疊在一起,構(gòu)成了高爾基體的主體結(jié)構(gòu)。扁囊多呈弓形,也有的呈半球形或球形,均由光滑的膜圍繞而成,膜表面無核糖體顆粒附著

,膜囊周圍有大量的大小不等的囊泡結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前第41頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

高爾基體是有極性的細(xì)胞器：位置、方向、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與生化極性?？拷?xì)胞核的一面扁囊彎曲成凸面又稱形成面或順面（cisface），面向細(xì)胞膜的一面常成凹面又稱成熟面或反面（transface）。順面和反面都有一些或大或小的運(yùn)輸小泡。

當(dāng)前第42頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)高爾基體的膜囊結(jié)構(gòu)及其排列當(dāng)前第43頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

高爾基體至少由互相聯(lián)系的3個(gè)部分組成，每一部分可能又分化出更精細(xì)的間隔。

功能區(qū)室①高爾基體順面膜囊或順面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cisGolginetwork,CGN)

位于高爾基體順面最外側(cè)的扁平膜囊，是中間多孔而呈連續(xù)分支狀的管網(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)（有KDEL或HDEL序列）與脂質(zhì)再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。當(dāng)前第44頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)②高爾基體中間膜囊（mediaGolgi）由扁平膜囊與管道組成，形成不同的間隔，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)生在這。當(dāng)前第45頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)③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(xì)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。

小泡(vesicle)

在扁平囊的周圍有許多小囊泡,直徑400-800?。這些小囊泡較多地集中在高爾基復(fù)合體的形成面。一般認(rèn)為它是由附近的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽形成的運(yùn)輸泡.它們不斷地與高爾基體的扁平膜囊融合,使扁平膜囊的膜成分不斷得到補(bǔ)充。當(dāng)前第46頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)TheGolgiApparatus當(dāng)前第47頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)高爾基體的極性結(jié)構(gòu)上的極性:高爾基體的結(jié)構(gòu)可分為幾個(gè)層次的區(qū)室;①靠近內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一面稱為順面(cisface),或稱形成面(formingface)；②高爾基體中間膜囊(medialGolgi);③靠近細(xì)胞質(zhì)膜的一面稱為反面高爾基網(wǎng)絡(luò)(transGolginetwork，TGN)。功能上的極性:高爾基體執(zhí)行功能時(shí)是“流水式”操作,上一道工序完成了,才能進(jìn)行下一道工序。當(dāng)前第48頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)2.高爾基體的功能TheFunctionsofGolgicomplex

高爾基體的主要功能是將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的多種蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分類與包裝,并分門別類地運(yùn)送到細(xì)胞的特定部位或分泌到細(xì)胞外。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的脂類一部分也要通過高爾基體向細(xì)胞質(zhì)膜和溶酶體膜等部位運(yùn)輸。因此,高爾基體是細(xì)胞內(nèi)大分子運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)主要交通樞紐。當(dāng)前第49頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第50頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)Copyright2009JohnWiley&Sons,Inc.51ProcessingandPackaging當(dāng)前第51頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

在高爾基體中進(jìn)行的物質(zhì)運(yùn)輸RER上合成蛋白質(zhì)→進(jìn)入ER腔→COPII運(yùn)輸泡→進(jìn)入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成運(yùn)輸泡→運(yùn)輸與質(zhì)膜融合、排出。高爾基體對蛋白質(zhì)的分類，依據(jù)的是蛋白質(zhì)上的信號肽或信號斑。當(dāng)前第52頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)DeDuve,A.ClaudeandG.Palade,1974NobelPlrize當(dāng)前第53頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾

GlycosylationintheGolgicomplex

高爾基體對蛋白質(zhì)的修飾與加工，主要是對糖蛋白寡糖鏈的修剪、蛋白質(zhì)的糖基化和特異蛋白質(zhì)水解等。N-連接和O-連接的糖基化，是蛋白質(zhì)兩類不同的糖基化修飾。N-連接的寡糖蛋白的合成起始于糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，完成于高爾基體。O-連接的主要或全部是在高爾基體內(nèi)進(jìn)行的。當(dāng)前第54頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

特征N-連接O-連接1.合成部位

糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體2.合成方式

來自同一個(gè)寡糖前體一個(gè)個(gè)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(gè)糖殘基一般1～4個(gè)糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個(gè)糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等表3N-連接與O-連接的寡糖比較當(dāng)前第55頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第56頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中，所有與糖基化及寡糖的加工有關(guān)的酶都是整合膜蛋白。它們固定在細(xì)胞的不同間隔中，其活性部位均位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體的腔面。當(dāng)前第57頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)脊椎動物細(xì)胞糖蛋白N-連接寡糖在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體各膜囊區(qū)間的加工過程？當(dāng)前第58頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)蛋白聚糖(proteoglycan)的合成

除了蛋白質(zhì)的糖基化以外，高爾基體中也可以進(jìn)行多糖的合成。動物細(xì)胞中合成的多糖主要是透明質(zhì)酸，這是一種氨基聚糖,是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分。植物細(xì)胞壁中的幾種多糖，包括半纖維素、果膠也是在高爾基體中合成的。當(dāng)前第59頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)蛋白酶的水解和其他加工過程蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工的方式有三種：一是將沒有生物活性的蛋白原N端或兩端的序列切除形成有活性的多肽，如胰島素；二是將含有重復(fù)氨基酸序列的前體切割成有活性的多肽，如神經(jīng)肽；三是根據(jù)前體中不同的信號序列或同一前體在不同細(xì)胞中的不同加工方式而加工成不同種的多肽。當(dāng)前第60頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)舉例：

胰島素是在胰島B細(xì)胞中合成的,剛從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的多肽在N-末端有信號肽鏈,稱前胰島素原(preproinsulin),相對分子質(zhì)量為12,000。隨后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的信號肽酶的作用下,切除信號肽,成為胰島素原(proinsulin),相對分子質(zhì)量9,000,含84個(gè)氨基酸。運(yùn)輸?shù)礁郀柣w后,通過蛋白酶的水解作用,生成一個(gè)分子由51個(gè)氨基酸殘基組成的胰島素和一個(gè)分子C肽。當(dāng)前第61頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

胰島素分子的加工成熟和運(yùn)輸

當(dāng)前第62頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

小泡(Secretory

vesicle)

在扁平囊的周圍有許多小囊泡,直徑400-800?。這些小囊泡較多地集中在高爾基復(fù)合體的形成面。一般認(rèn)為它是由附近的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽形成的運(yùn)輸泡.它們不斷地與高爾基體的扁平膜囊融合,使扁平膜囊的膜成分不斷得到補(bǔ)充。當(dāng)前第63頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

(三)溶酶體的結(jié)構(gòu)與功能

ThestructureandfunctionsofLysosomes

ChristiandeDuve等（1955）用生化手段分析大鼠肝細(xì)胞勻漿的梯度組分時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種顆粒。溶酶體是由一層單位膜包著豐富的磷酸水解酶而構(gòu)成，存在于所有的動物細(xì)胞中。溶酶體是細(xì)胞內(nèi)消化的主要場所，在維持細(xì)胞正常代謝活動、防御及細(xì)胞的分化與衰老等方面起著重要的作用。當(dāng)前第64頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)1.溶酶體（lysosome)的結(jié)構(gòu)類型（1）溶酶體的形態(tài)溶酶體（lysosome)：單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類，囊泡狀細(xì)胞器。其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化作用。

溶酶體是一種異質(zhì)性(heterogeneous)的細(xì)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，直徑一般0.25～0.8μm，最大的可超過1μm,最小的直徑只有25～50nm。當(dāng)前第65頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)溶酶體膜的穩(wěn)定性溶酶體的外被是一層單位膜,內(nèi)部沒有任何特殊的結(jié)構(gòu)。由于溶酶體中含有各種不同的水解酶類,所以溶酶體在生活細(xì)胞中必須是高度穩(wěn)定的。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(yùn)；

膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解當(dāng)前第66頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

溶酶體的酶類

溶酶體內(nèi)含有60多種酶類,這些酶的最適pH值是5.0,故均為酸性水解酶(acidhydrolases)。溶酶體的酶都有一個(gè)共同的特點(diǎn)∶都是水解酶類，在酸性pH條件下具有最高的活性。溶酶體的酶包括∶蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等。當(dāng)前第67頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)溶酶體的形態(tài)、大小、及所含主要酶類及膜中的V-型質(zhì)子泵示意圖

A

lysosomecontainshydrolyticenzymesandaH+pump當(dāng)前第68頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（2）溶酶體的類型

由于溶酶體在形態(tài)上的多樣性和異質(zhì)性，曾發(fā)現(xiàn)各種不同類型的溶酶體。根據(jù)溶酶體處于完成其生理功能的不同階段,大致分為初級溶酶體（primarylysosome)、次級溶酶體(secondarylysosome)和殘余體(residualbody)。當(dāng)前第69頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

初級溶酶體（primarylysosome）呈球形，直徑約0.2~0.5um，是高爾基體分泌形成的，有多種酸性水解酶，但沒有底物，酶處于非活性狀態(tài)，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余種，反應(yīng)的最適PH值為5左右。當(dāng)前第70頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)次級溶酶體(secondarylysosome)

是初級溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的自噬泡、胞飲泡或吞噬泡融合形成的復(fù)合體，含有水解酶和相應(yīng)的底物，是一種將要或正在進(jìn)行消化作用的溶酶體。根據(jù)所消化的物質(zhì)來源不同,分為自噬溶酶體和異噬溶酶體。

自噬溶酶體(autolysosome)

是一種自體吞噬泡,作用底物是內(nèi)源性的,即細(xì)胞內(nèi)的蛻變、破損的某些細(xì)胞器或局部細(xì)胞質(zhì)。這種溶酶體廣泛存在于正常的細(xì)胞內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)起“清道夫”作用。

異噬溶酶體(heterolysosome)

又稱異體吞噬泡,它的作用底物是外源性的,即細(xì)胞經(jīng)吞噬、胞飲作用所攝入的胞外物質(zhì)。異噬性溶酶體實(shí)際上是初級溶酶體同內(nèi)吞泡融合后形成的。當(dāng)前第71頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)Secondarylysosome當(dāng)前第72頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)殘?bào)w（residualbody）

又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘?jiān)?。殘?bào)w可通過外排作用排出細(xì)胞，也可能留在細(xì)胞內(nèi)逐年增多，如表皮細(xì)胞的老年斑，肝細(xì)胞的脂褐質(zhì)。當(dāng)前第73頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)肝細(xì)胞脂褐質(zhì)當(dāng)前第74頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)動物細(xì)胞溶酶體系統(tǒng)示意圖當(dāng)前第75頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)2.溶酶體的功能

消化和防御功能：溶酶體的基本功能是對生物大分子強(qiáng)烈的消化作用，這對于維持細(xì)胞的正常代謝活動及防御微生物的侵染都有重要的意義。當(dāng)前第76頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)其消化底物的來源有三種途徑:①自體吞噬,吞噬的是細(xì)胞內(nèi)原有的物質(zhì);②通過吞噬形成的吞噬體提供的有害物質(zhì);③通過內(nèi)吞作用提供的營養(yǎng)物質(zhì)。由于吞噬作用和內(nèi)吞作用提供的被消化的物質(zhì)都是來自細(xì)胞外,又將這兩種來源的物質(zhì)消化作用統(tǒng)稱為異體吞噬(heterophagy)。當(dāng)前第77頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第78頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)溶酶體的類型及在細(xì)胞消化過程中的作用圖中簡示了溶酶體的四種消化作用:A.吞噬作用;B自噬作用;C.自溶作用;D.細(xì)胞外消化作用。當(dāng)前第79頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)3.溶酶體的發(fā)生BiogenesisofLysosomes

溶酶體酶是在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成并經(jīng)N-連接的糖基化修飾，然后轉(zhuǎn)至高爾基體，在高爾基體的順面膜囊中寡糖鏈上的甘露糖殘基被磷酸化形成M6P，在高爾基體的反面膜囊和TGN膜上存在M6P受體，這樣溶酶體的酶與其他蛋白質(zhì)區(qū)分開來，并得以濃縮，最后以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中。知識拓展：當(dāng)前第80頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)Thetransportofnewlysynthesizedlysosomalhydrolasestolysosomes.當(dāng)前第81頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)溶酶體的酶尋靶過程、涉及的細(xì)胞器及機(jī)理當(dāng)前第82頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)在細(xì)胞器更新中的作用：清除無用的生物大分子、衰老的細(xì)胞器及衰老損傷和死亡的細(xì)胞在受精過程中的作用：受精過程中的精子的頂體（acrosome）反應(yīng)。當(dāng)前第83頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)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磷酸化識別信號：信號斑發(fā)生過程

當(dāng)前第84頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（1）溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記

溶酶體的酶上都有一個(gè)特殊的標(biāo)記∶6-磷酸甘露糖(mannose6-phosphate,M6P)。這一標(biāo)記是溶酶體酶合成后在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體通過糖基化和磷酸化添加上去的。

當(dāng)前第85頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)PhosphorylationofmannoseresiduesonlysosomalenzymescatalyzedbytwoenzymesRecognitionsitebindstoSignalpatchGlcNAcphosphotransferasephosphodiesterase當(dāng)前第86頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（2）溶酶體酶的M6P分選途徑這一途徑的兩個(gè)關(guān)鍵是:M6P標(biāo)記和M6P受體蛋白。

M6P受體蛋白(M6Preceptorprotein)

M6P受體蛋白是反面高爾基網(wǎng)絡(luò)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(jié)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(luò)，但在一些動物細(xì)胞的質(zhì)膜中發(fā)現(xiàn)有很多M6P受體蛋白的存在,這是細(xì)胞的一種保護(hù)機(jī)制,可防止溶酶體的酶不正確地分泌到細(xì)胞外。當(dāng)前第87頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)分選途徑

溶酶體酶前體從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到順面高爾基體,并進(jìn)行甘露糖殘基的磷酸化。在反面高爾基網(wǎng)絡(luò),磷酸化的酶同M6P受體結(jié)合,通過該受體將溶酶體的酶包裝到由纖維狀網(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(yùn)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(jìn)入從次級內(nèi)體出芽形成的運(yùn)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。M6P受體也位于細(xì)胞質(zhì)膜中,它能夠同偶爾分泌到細(xì)胞外磷酸化的溶酶體酶結(jié)合,并形成由網(wǎng)格蛋白包被的運(yùn)輸泡,最后同樣被傳遞給溶酶體。當(dāng)前第88頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)溶酶體酶的甘露糖6-磷酸分選途徑和溶酶體形成的主要過程當(dāng)前第89頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)M6P分選途徑的特點(diǎn):

①M(fèi)6P作為分選信號;②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;③出芽形成的溶酶體酶的運(yùn)輸小泡只同酸性的次級內(nèi)體融合;④通過次級內(nèi)體的分選作用使受體再循環(huán)。當(dāng)前第90頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（四）溶酶體與過氧化物酶體

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。

Rhodin1954年發(fā)現(xiàn)于小鼠腎近曲小管上皮細(xì)胞，稱其為微體。C.deDube建議把微體命名為過氧化物酶體。

當(dāng)前第91頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)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）當(dāng)前第92頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)1.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。通過離心可分離過氧化物酶體和溶酶體過氧化物酶體和溶酶體的差別

當(dāng)前第93頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)TritonWR1339當(dāng)前第94頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)過氧化物酶體與初級溶酶體的特征比較當(dāng)前第95頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)2.過氧化物酶體的功能解毒作用

動物細(xì)胞（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，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。對氧濃度的調(diào)節(jié)作用

過氧化物酶體中的氧化酶都是利用分子氧作為氧化劑，催化下面反應(yīng)：RH2+O2R+H2O2

過氧化物酶體具有使細(xì)胞免受高濃度氧的毒性作用。脂肪酸的氧化

過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細(xì)胞直接提供熱能。含氮物質(zhì)的代謝

尿酸氧化酶對于尿酸的氧化是必需的。尿酸是核苷酸和某些蛋白質(zhì)降解代謝的產(chǎn)物，尿酸氧化酶可將這種代謝廢物進(jìn)一步氧化去除。當(dāng)前第96頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)3.過氧化物酶體的發(fā)生通過二裂法進(jìn)行增殖：過氧化物酶體經(jīng)分裂后形成子代的細(xì)胞器，子代的過氧化物酶體還需要進(jìn)一步裝配形成成熟的細(xì)胞器。組成過氧化物酶體的蛋白均由核基因編碼，主要在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶體中。

過氧化物酶體的膜脂可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成后轉(zhuǎn)運(yùn)而來。當(dāng)前第97頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)過氧化物酶體發(fā)生過程的示意圖當(dāng)前第98頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

除線粒體和植物細(xì)胞葉綠體中能合成少量蛋白質(zhì)外，絕大多數(shù)蛋白質(zhì)均在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體上開始合成，然后轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞的特定部位，也只有轉(zhuǎn)運(yùn)至正確的部位并組裝成結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)合體，才能參與細(xì)胞的生命活動。這一過程稱蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(yùn)或蛋白質(zhì)分選（proteinsorting)。四、蛋白質(zhì)的分選及運(yùn)輸當(dāng)前第99頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第100頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)蛋白質(zhì)的合成

SynthesisofProteins1）游離核糖體（on“free”ribosomes）(a)留在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)

proteinsdestinedtoremaininthecytosol(b)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)表面的外周蛋白

peripheralproteinsoftheinnersurfaceoftheplasmamembrane(c)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核的蛋白質(zhì)

proteinsthataretransportedtothenucleus(d)轉(zhuǎn)移到過氧化物體,葉綠體和線粒體的蛋白質(zhì)

proteinstobeincorporatedintoperoxisomes,chloroplasts,andmitochondria.當(dāng)前第101頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)2）粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體（onribosomesattachedtotheRERmembranes）(a)分泌性蛋白

proteinssecretedfromthecell(secretoryproteins)跨膜蛋白

integralmembraneproteins(c)留在內(nèi)膜系統(tǒng)的蛋白質(zhì)

solubleproteinsthatresidewithincompartmentsoftheendomembranesystem當(dāng)前第102頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)分子的命運(yùn)都取決于其自身的氨基酸序列，這些氨基酸序列中包含指導(dǎo)蛋白質(zhì)到所需的細(xì)胞器去的分選信號。

典型的蛋白質(zhì)分選信號是一段連續(xù)的氨基酸序列，通常有15~60個(gè)氨基酸長。這個(gè)信號序列經(jīng)常（但不總是）在分選任務(wù)完成后從蛋白質(zhì)上被切除。

信號序列對于指導(dǎo)一個(gè)蛋白質(zhì)到達(dá)一個(gè)特定的細(xì)胞器是必要和足夠的。1.蛋白質(zhì)的分選信號當(dāng)前第103頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)表15-3一些典型的信號序列

注：帶正電荷氨基酸以紅色表示，帶負(fù)電荷氨基酸以藍(lán)色表示。一個(gè)疏水氨基酸的延伸區(qū)段以綠色表示。+H3N表示蛋白質(zhì)的氨基端，COO-表示羧基端，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號通常用它的單字母氨基酸縮寫表示，KDEL。當(dāng)前第104頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第105頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)“SignalHypothesis”信號假說

--G.Blobel&D.Sabatini,1975.

例如:分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成過程(1)信號肽(singnalpeptide)與共轉(zhuǎn)運(yùn)（Cotranslationaltranslocation）當(dāng)前第106頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)AmodelfortheSignalMechanismofCotranslationalImport當(dāng)前第107頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)信號假說（SignalHypothesis）1975年,G.Blobel和

D.Sabatini根據(jù)對信號序列的研究成果,正式提出了信號假說，即分泌性蛋白N端序列作為信號肽，指導(dǎo)分泌性蛋白到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成，然后在信號肽引導(dǎo)下蛋白質(zhì)邊合成邊通過易位子蛋白復(fù)合體進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，在蛋白合成結(jié)束之前信號肽被切除。現(xiàn)已確認(rèn)，指導(dǎo)分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的決定因素是蛋白質(zhì)N端的信號肽，信號識別顆粒和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白）等因子協(xié)助完成這一過程。

當(dāng)前第108頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

信號肽（ERsignalsequence）

位于蛋白質(zhì)的N端，一般有16～26個(gè)氨基酸殘基，其中包括疏水核心區(qū)、信號肽的C端和N端等三部分。

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(gè)區(qū)域構(gòu)成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信號肽為例，顯示出兩者的n區(qū)長度明顯不同。當(dāng)前第109頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)Signalpeptides(信號肽）當(dāng)前第110頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

信號識別顆粒（Signal-recognitionparticle,

SRP)

1981年,發(fā)現(xiàn)了信號識別顆粒(signalrecognitionpartical,SRP),是一種核糖核蛋白復(fù)合體,沉降系數(shù)為11S，含有分子量為72kDa、68kDa、54kDa、19kDa、14kDa及9kDa的6條多肽和一個(gè)由300個(gè)核苷酸組成的7SRNA,它的作用是識別信號序列,并將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。

信號識別顆粒受體(dockingprotein,DP)

即SRP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白,它能夠與結(jié)合有信號序列的SRP牢牢地結(jié)合,使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體?？康絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)上來。當(dāng)前第111頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)表5-4在非細(xì)胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)組別含有編碼信號SRPDP微粒體序列的mRNA結(jié)果

1+---

產(chǎn)？生含信號肽的完整多肽2++--

合成70～100氨基酸殘基后，肽鏈停止延伸3+++-

產(chǎn)生含信號肽的完整多肽4++++

信號肽切除，多肽鏈進(jìn)入微粒體中

*“+”和“-”分別代表反應(yīng)混合物中存在（+）或不存在（-）該物質(zhì)。當(dāng)前第112頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

分泌性蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)過程：

信號肽與SRP結(jié)合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結(jié)合→SRP脫離信號肽→肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時(shí)信號肽打開易位子通道→新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔→信號肽切除→肽鏈延伸至終止→合成體系解散。這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，稱為共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)（co-translationaltranslocation）。當(dāng)前第113頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)FigureAsolubleproteincrossestheERmembraneandentersthelumen.可溶性蛋白穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入腔內(nèi)。多肽鏈從核糖體脫離關(guān)閉的轉(zhuǎn)運(yùn)通道切除的信號肽信號肽酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)成熟的可溶性蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通道信號肽當(dāng)前第114頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence)和終止轉(zhuǎn)移序列（stoptransfersequence)起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)知識拓展：當(dāng)前第115頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence)和停止轉(zhuǎn)移序列（stoptransfersequence)起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù)單次跨膜蛋白開始轉(zhuǎn)移序列終止轉(zhuǎn)移序列當(dāng)前第116頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)兩次跨膜蛋白當(dāng)前第117頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)多次跨膜蛋白當(dāng)前第118頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

(2)導(dǎo)肽（leaderpeptide)與翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（post-translationaltranslocation）。

線粒體和葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝線粒體、葉綠體中絕大多數(shù)蛋白質(zhì)以及過氧化物酶體中的蛋白質(zhì)也是在某種信號序列的指導(dǎo)下進(jìn)入這些細(xì)胞器的。在細(xì)胞質(zhì)中合成的線粒體和葉綠體中的前體蛋白由成熟形式的蛋白質(zhì)和N端的導(dǎo)肽（leaderpeptide)共同組成。當(dāng)前第119頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)導(dǎo)肽（導(dǎo)向序列，導(dǎo)向信號，轉(zhuǎn)運(yùn)肽）導(dǎo)肽的性質(zhì)長約20~80個(gè)氨基酸，通常帶正電荷的堿性氨基酸，含量較為豐富序列中不含有或基本不含有帶負(fù)電荷的酸性氨基酸羥基氨基酸如絲氨酸含量也較高可形成既具親水性又具疏水性的α螺旋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)特征有利于穿越線粒體的雙層膜。導(dǎo)肽的特異性具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特異性前導(dǎo)肽的不同片段含有不同的信息當(dāng)前第120頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（post-translationaltranslocation）蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到這些細(xì)胞器中，稱翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)（post-translationaltranslocation）。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。當(dāng)前第121頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

線粒體蛋白質(zhì)的運(yùn)送與組裝◆定位于線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)的運(yùn)送◆定位于線粒體內(nèi)膜或膜間隙的蛋白質(zhì)運(yùn)送葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝

當(dāng)前第122頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)定位于線粒體基質(zhì)的蛋白質(zhì)的運(yùn)送當(dāng)前第123頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)定位于線粒體內(nèi)膜或膜間隙的蛋白質(zhì)運(yùn)送當(dāng)前第124頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)葉綠體蛋白質(zhì)的運(yùn)送及組裝當(dāng)前第125頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)summary決定新合成的多肽轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的哪個(gè)部位的信息存在于多肽本身：

信號肽決定細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中開始合成的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上；缺少信號肽的多肽，只能在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中完成蛋白質(zhì)的合成，然后再根據(jù)自身的信號轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的其他部位；信號序列對于指導(dǎo)一個(gè)蛋白質(zhì)到達(dá)一個(gè)特定的細(xì)胞器是必要和足夠的。當(dāng)前第126頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)FigureSignalsequencesdirectproteinstothecorrectorganelle.信號序列指導(dǎo)蛋白質(zhì)到正確的細(xì)胞器。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列結(jié)合到胞質(zhì)溶膠蛋白質(zhì)胞質(zhì)溶膠內(nèi)的蛋白質(zhì)（無信號序列）有信號序列的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列的胞質(zhì)溶膠蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移的信號序列內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號序列內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)當(dāng)前第127頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第128頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)新合成的多肽如何正確折疊成為有功能的蛋白質(zhì)？蛋白質(zhì)氨基酸一級結(jié)構(gòu)中的信號；分子“伴侶”：細(xì)胞中的某些蛋白質(zhì)分子可以識別正在合成的多肽或部分折疊的多肽并與多肽的某些部位相結(jié)合，從而幫助這些多肽轉(zhuǎn)運(yùn)、折疊或組裝，這一類分子本身并不參與最終產(chǎn)物的形成。

信號識別顆粒（SRP);熱休克蛋白Hsp70家族當(dāng)前第129頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)2.蛋白質(zhì)分選的基本途徑與類型

（1）蛋白質(zhì)分選的基本途徑兩條途徑：

①翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)游離核糖體中完成多肽鏈的合成，然后轉(zhuǎn)運(yùn)至膜圍繞的細(xì)胞器，如線粒體、過氧化物酶體、細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的特定部位；

②共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：蛋白質(zhì)合成在游離核糖體上起始后由信號肽引導(dǎo)轉(zhuǎn)移至糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，新生肽邊合成邊轉(zhuǎn)入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，隨后經(jīng)高爾基體運(yùn)至溶酶體、細(xì)胞膜或分泌到細(xì)胞外。當(dāng)前第130頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)當(dāng)前第131頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)

Roadmapofproteinsorting共翻譯轉(zhuǎn)運(yùn)途徑翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)途徑成熟的胞質(zhì)蛋白質(zhì)線粒體葉綠體過氧化物酶體細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體細(xì)胞表面溶酶體質(zhì)膜當(dāng)前第132頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)（2）蛋白質(zhì)分選的類型：

跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（transmembranetransport)膜泡運(yùn)輸(vesiculartransport)選擇性的門控轉(zhuǎn)運(yùn)(gatedtransport)

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)

分選指令存在于多肽自身，繼信號肽假說提出與確證后，人們又發(fā)現(xiàn)了一系列的信號序列，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(yùn)。當(dāng)前第133頁\共有155頁\編于星期四\9點(diǎn)FigureThreemainmechanismsbywhichmembrane-boundedorganellesimportproteins.膜被細(xì)胞器通過三種機(jī)制之一輸入蛋白質(zhì)。通過核孔轉(zhuǎn)運(yùn)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)當(dāng)前第134頁\共有155頁\編