細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)示范課件_第1頁
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細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)1(優(yōu)選)細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(優(yōu)選)細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)2

4、化學(xué)本質(zhì)用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分,先后除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后,存留在上清液中的就是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學(xué)家多稱之為胞質(zhì)溶膠。4、化學(xué)本質(zhì)用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分,先后34、蛋白質(zhì)的修飾、選擇性降解(二)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能1、是完成各種中間代謝過程的場所

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)骨架相關(guān)的功能⑴細(xì)胞骨架維持細(xì)胞形態(tài),與細(xì)胞運(yùn)動、物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞有關(guān)⑵細(xì)胞骨架是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)體系的組織者3、蛋白質(zhì)的分選與運(yùn)輸⑴N端含某種信號序列的蛋白質(zhì),合成后即被轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上⑵蛋白質(zhì)合成后,通過膜泡由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體4、蛋白質(zhì)的修飾、選擇性降解(二)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能1、是完4二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)

2、內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞器內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡1、定義:是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)聯(lián)、由膜包被的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。3、過氧化酶體、線粒體、葉綠體不屬于細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)。

二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)5

6第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)1、根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分為兩種基本類型

(1)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(roughendoplasmicreticulum,rER)多呈扁平囊狀,排列整齊,表面分布著大量核糖體。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有易位子,與新合成的多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)(2)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum,sER)無核糖體結(jié)合,常為分支管狀,形成較為復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)是脂質(zhì)合成的重要場所第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)1、根據(jù)結(jié)7

8

9

二、ER的功能1、蛋白質(zhì)合成⑴粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)Ⅰ向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì)(如內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的多肽激素)Ⅱ膜整合蛋白(在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成時,即確定膜蛋白的方向性)Ⅲ細(xì)胞器中的可溶性駐留蛋白Ⅳ細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的游離核糖體合成的蛋白:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留蛋白(糖酵解、磷酸戊糖途徑的酶,細(xì)胞骨架蛋白);質(zhì)膜外周蛋白;核輸入蛋白;轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的蛋白二、ER的功能10細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)示范課件11

⑵蛋白質(zhì)的修飾與加工Ⅰ主要的修飾加工作用糖基化、羥基化、?;蛱腔陌l(fā)生在ER腔面,酰基化發(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)Ⅲ新生肽段的折疊與組裝2、脂類的合成Ⅰ合成場所光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅱ重要性合成包括磷脂和膽固醇在內(nèi)的幾乎全部膜脂Ⅲ合成的磷脂向其他膜部分轉(zhuǎn)運(yùn)的方式■以出芽方式轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體、溶酶體和細(xì)胞膜■憑借PEP在膜之間轉(zhuǎn)移⑵蛋白質(zhì)的修飾與加工12

PEP與磷脂結(jié)合→→→進(jìn)入細(xì)胞基質(zhì)自由擴(kuò)散到靶細(xì)胞PEP釋放磷脂脂從含量高的膜轉(zhuǎn)移到缺磷的膜3、其他功能⑴類固醇激素的合成(生殖腺內(nèi)分泌細(xì)胞和腎上腺皮質(zhì)中)⑵肝的解毒作用(Detoxification)肝臟細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有些酶類,用以清除脂溶性廢物和代謝產(chǎn)生的有毒物質(zhì)⑶儲存Ca2+內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將基質(zhì)中Ca2+泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中PEP與磷脂結(jié)合→→→進(jìn)入細(xì)胞基質(zhì)自由擴(kuò)散到13

第三節(jié)高爾基體復(fù)合物一、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡下,高爾基體是由扁平膜囊和大小不等的囊泡構(gòu)成的(一)、順面與反面1、順面(或形成面)靠近細(xì)胞核的一面,膜囊彎曲成凸面2、反面(或成熟面)面向細(xì)胞質(zhì)的凹面第三節(jié)高爾基體復(fù)合物14

(二)、高爾基體的四個組成部分1、高爾基體順面膜囊(又稱cis膜囊)或順面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(cisGolginetwork,CGN)⑴位置與形態(tài)位于高爾基體順面外側(cè)的扁平膜囊上中間多孔面呈連續(xù)分枝狀的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)⑵作用Ⅰ接受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合成的物質(zhì)→→→分類將大部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入高爾基體中間膜囊剩余小部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)重返內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ⅱ某些蛋白的絲氨酸殘基在此處發(fā)生O-連接糖基化Ⅲ跨膜蛋白在細(xì)胞基質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的?;ǘ⒏郀柣w的四個組成部分→→→分類將大部分物質(zhì)轉(zhuǎn)入153、殘余小體(residualbody),又稱后溶酶體Ⅳ細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的游離核糖體合成的蛋白:4、周圍大小不等的囊泡1、嵌有質(zhì)子泵,形成和維持溶酶體中酸性的內(nèi)環(huán)境又稱微體(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⑵蛋白質(zhì)合成后,通過膜泡由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體依賴于基質(zhì)部分酪氨酸殘基信號轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中SPR與N端信號肽結(jié)合(二)過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別3、蛋白質(zhì)的分選與運(yùn)輸通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用將酶送至前溶酶體中蛋白質(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,稱后轉(zhuǎn)移(posttranslocation)。Ⅱ糖基化的發(fā)生在ER腔面,?;l(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡4、周圍大小不等的囊泡如:蝌蚪尾巴的退化、乳腺的退行性變化2、與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能植物細(xì)胞也有與溶酶體功能類似的細(xì)胞器—圓球體和中央液泡第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)■rER合成的大多數(shù)蛋白在高爾基體中發(fā)生糖基化

3、殘余小體(residualbody),又稱后溶酶體16

2、高爾基體中間膜囊(MediaGolgi)⑴形態(tài)由扁平膜囊與管道組成,形成不同間隔,但功能上是連續(xù)完整的膜囊⑵作用Ⅰ多數(shù)糖基修飾Ⅱ糖脂的形成Ⅲ與高爾基體有關(guān)的多糖的合成3、反面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(transGolginetworkTGN)⑴位置與形態(tài)Ⅰ位于反面最外側(cè),與反面的扁平膜囊相連Ⅱ另一側(cè)進(jìn)入反面細(xì)胞質(zhì)中Ⅲ形態(tài)呈管網(wǎng)裝,并有囊泡與之相連2、高爾基體中間膜囊(MediaGolgi)17

18

⑵作用Ⅰ參與蛋白質(zhì)的分類與包裝、運(yùn)輸Ⅱ某些“晚期”的蛋白修飾4、周圍大小不等的囊泡⑴ERGIC順面一側(cè)的囊泡是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間物質(zhì)運(yùn)輸?shù)男∨茛品置谂菖c分泌顆粒位于反面一側(cè)將經(jīng)過高爾基體分類與包裝的物質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞特定部位(三)、高爾基體是有極性的細(xì)胞器1、位置及方向極性順面朝向細(xì)胞核,反面朝向質(zhì)膜2、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)臉O性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的物質(zhì)從高爾基體的順面進(jìn)、反面出⑵作用19

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二、高爾基體的功能1、基本功能概述⑴是細(xì)胞內(nèi)大分子運(yùn)輸?shù)囊粋€主要交通樞紐Ⅰ將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)加工、分類、包裝,再分類運(yùn)送到細(xì)胞特定部位或分泌到細(xì)胞外Ⅱ部分脂質(zhì)也通過高爾基體向細(xì)胞膜和溶酶體運(yùn)輸⑵細(xì)胞內(nèi)糖類合成的工廠2、具體功能⑴高爾基體與細(xì)胞的分泌活動反面膜囊上結(jié)合有特殊受體→與特殊配體識別親和→分泌蛋白與其他蛋白分離二、高爾基體的功能反面膜囊上結(jié)合有特殊受體→與特殊配體識23

24

⑵蛋白質(zhì)的糖基化修飾Ⅰ過程■rER合成的大多數(shù)蛋白在高爾基體中發(fā)生糖基化■在從rER向高爾基體及其各膜囊轉(zhuǎn)運(yùn)中,對寡糖基加工與修飾Ⅱ糖基化的意義■為各種蛋白質(zhì)打上不同標(biāo)志,以利于高爾基體的分類與包裝■保證糖蛋白從rER到高爾基體膜囊方向的轉(zhuǎn)移■增強(qiáng)糖蛋白的穩(wěn)定性⑵蛋白質(zhì)的糖基化修飾25

⑶蛋白酶的水解和其他加工過程加工對象加工過程無生物活性的蛋白原將其N端或兩端的序列切除形成成熟多肽含多個相同氨基酸序列的前體水解成同種有活性的多肽含有不同信號序列的前體加工成不同產(chǎn)物⑶蛋白酶的水解和其他加工過程加工對象加工過程無生物活26第四節(jié)溶酶體(lysosome)

一、溶酶體的形態(tài)1、形態(tài)單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器。其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用 2、存在:幾乎存在于所有的動物細(xì)胞中植物細(xì)胞也有與溶酶體功能類似的細(xì)胞器—圓球體和中央液泡第四節(jié)溶酶體(lysosome)一、溶酶體的形態(tài)27(一)、溶酶體的標(biāo)志酶酸性磷酸酶(acidphosphatase),酶的最適pH為5左右。

3、

膜蛋白高度糖基化,可能有利于防止自身膜蛋白的降解(三)、

溶酶體膜的特征:1、

嵌有質(zhì)子泵,形成和維持溶酶體中酸性的內(nèi)環(huán)境2、具有多種載體蛋白用于水解的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)(二)、溶酶體是異質(zhì)性細(xì)胞器,含大量酸性水解酶,形態(tài)大小不同,執(zhí)行生理功能不同二、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型(一)、溶酶體的標(biāo)志酶酸性磷酸酶(acidphosphat28SPR與N端信號肽結(jié)合Ⅳ細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的游離核糖體合成的蛋白:溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾(rER中)■憑借PEP在膜之間轉(zhuǎn)移依賴于基質(zhì)部分酪氨酸殘基信號轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中⑴高爾基體與細(xì)胞的分泌活動(三)、溶酶體膜的特征:第四節(jié)溶酶體(lysosome)1、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1、作為細(xì)胞內(nèi)的消化“器官”為細(xì)胞提供營養(yǎng);Ⅱ糖基化的發(fā)生在ER腔面,酰基化發(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)(一)過氧化物酶體(peroxisome)Ⅲ新生肽段的折疊與組裝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有易位子,與新合成的多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)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Ⅱ重要性合成包括磷脂和膽固醇在內(nèi)的幾乎全部膜脂(2)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum,sER)植物細(xì)胞也有與溶酶體功能類似的細(xì)胞器—圓球體和中央液泡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡是脂質(zhì)合成的重要場所2、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(四)、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型根據(jù)溶酶體所處的完成其生理功能的不同階段,大致可分為三種:1、初級溶酶體(primarylysosome)

呈球形;內(nèi)溶物均一,其中含有多種水解酶類,不含明顯的顆粒物質(zhì),外面由一層脂蛋白膜圍繞2、次級溶酶體(secondarylysosome)初級溶酶體+自噬泡自噬溶酶體異噬泡、胞飲泡吞噬泡初級溶酶體+異噬溶酶體3、殘余小體(residualbody),又稱后溶酶體

形態(tài)不規(guī)則,是進(jìn)行消化作用的溶酶體,含多種生物大分子、顆粒性物質(zhì)、線粒體等細(xì)胞器乃至細(xì)菌SPR與N端信號肽結(jié)合(四)、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型根據(jù)溶酶體所29

30三、溶酶體的功能(二)防御功能(一)清除無用的生物大分子、衰老細(xì)胞器及衰老損傷和死亡的細(xì)胞(三)其它重要的生理功能1、作為細(xì)胞內(nèi)的消化“器官”為細(xì)胞提供營養(yǎng);2、分泌腺細(xì)胞中,溶酶體攝入分泌顆粒參與分泌過程的調(diào)節(jié)3、參與清除贅生組織或退行性變化的細(xì)胞;如:蝌蚪尾巴的退化、乳腺的退行性變化4、受精過程中的精子的頂體(acrosome)反應(yīng)。頂體相當(dāng)于特化的溶酶體。三、溶酶體的功能(二)防御功能(一)清除無用的生物大分子31以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到前溶酶體6-磷酸甘露糖(M6P)高爾基體trans-膜囊和TGN的M6P受體溶酶體酶與其他蛋白區(qū)分開來并局部濃縮溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾(rER中)

糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化(高爾基體cis膜囊)N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶磷酸葡萄糖苷酶磷酸化識別信號:信號斑四、溶酶體的發(fā)生(一)發(fā)生途徑之一以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到前溶酶體6-磷酸甘露糖(M6P)高爾基體32溶酶體的發(fā)生過程溶酶體的發(fā)生過程33

(二)發(fā)生途徑之二

細(xì)胞質(zhì)膜上也存在依賴Ca2+的M6P受體

→→→與胞外的溶酶體酶結(jié)合通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用將酶送至前溶酶體中M6P受體返回細(xì)胞質(zhì)膜,反復(fù)使用(三)不依賴于M6P的途徑酸性磷酸酶初步合成(此時為跨膜蛋白)→→→經(jīng)高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞表面依賴于基質(zhì)部分酪氨酸殘基信號轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中在胞質(zhì)及溶酶體中相關(guān)酶類作用下成為水溶性酶(二)發(fā)生途徑之二細(xì)胞質(zhì)膜上也存在依賴Ca2+的M6P34

35

五、溶酶體與過氧化物酶體(一)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(xì)胞器(二)過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別五、溶酶體與過氧化物酶體36

特征初級溶酶體

過氧化物酶體形態(tài)大小

多呈球形,直徑0.2-0.5μm無酶晶體

球形,哺乳動物細(xì)胞中直徑為0.15-0.25μm有酶晶體酶種類

酸性水解酶氧化酶類

pH5左右

7左右

需O2否

不需要

需要

功能

細(xì)胞內(nèi)消化作用

多種功能

發(fā)生方式

酶在rER合成經(jīng)高爾基體出芽形成

酶在胞質(zhì)基質(zhì)中成經(jīng)分裂與組裝形成識別的標(biāo)志酶

酸性水解酶等

過氧化氫酶

特征初級溶酶體過氧化物酶體形態(tài)大小多呈球形,直徑37(三)過氧化物酶體的功能3、在植物細(xì)胞中過氧化物酶體的功能■在綠色植物葉肉細(xì)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1、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2、過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細(xì)胞直接提供熱能降解儲存的脂肪酸→→→乙酰輔酶A

琥珀酸葡萄糖(三)過氧化物酶體的功能3、在植物細(xì)胞中過氧化物酶體的功能138(四)過氧化物酶體的發(fā)生1、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)中產(chǎn)生,然后轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶體中2、構(gòu)成過氧化物酶體的膜脂可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成后運(yùn)轉(zhuǎn)而來3、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也參與過氧化物酶體的發(fā)生4、過氧化酶體經(jīng)分裂后形成子代的過氧化酶體子代還需要進(jìn)一步裝配成成熟的細(xì)胞器(四)過氧化物酶體的發(fā)生1、組成過氧化物酶體的蛋白均由核基因39SPR與N端信號肽結(jié)合剩余小部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)重返內(nèi)質(zhì)網(wǎng)植物細(xì)胞也有與溶酶體功能類似的細(xì)胞器—圓球體和中央液泡(四)過氧化物酶體的發(fā)生通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用將酶送至前溶酶體中SRP脫離信號序列和核糖體,4、周圍大小不等的囊泡(2)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(smoothendoplasmicreticulum,sER)胞飲泡吞噬泡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有易位子,與新合成的多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)Ⅳ細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的游離核糖體合成的蛋白:6-磷酸甘露糖(M6P)(三)、高爾基體是有極性的細(xì)胞器(1)只有N端轉(zhuǎn)移序列——進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中(一)過氧化物酶體(peroxisome)3、在植物細(xì)胞中過氧化物酶體的功能(二)過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別Ⅱ重要性合成包括磷脂和膽固醇在內(nèi)的幾乎全部膜脂

SPR與N端信號肽結(jié)合40第五節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選一、分泌蛋白合成的模型——信號假說(一)信號假說(1、信號假說內(nèi)容:

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,在蛋白合成結(jié)束之前信號肽被切除。2、指導(dǎo)因子:蛋白質(zhì)N端的信號肽3、信號識別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的信號識別顆粒受體4、易位子(translocon)位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的與新合成的多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)的復(fù)合體,其本質(zhì)是一種通道蛋白5、信號肽酶第五節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選一、分泌蛋白合成的模型——41

423、分泌蛋白合成的過程信號肽引導(dǎo)肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔,結(jié)束前N端信號肽

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