(3.5)-第5章 細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)

第五章

細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)真核細胞內(nèi)典型區(qū)室化特征示意圖真核細胞的細胞內(nèi)膜將細胞質(zhì)分隔成不同的區(qū)域一、細胞質(zhì)基質(zhì)在細胞質(zhì)中除了膜性細胞器以外的膠狀物質(zhì)二、細胞內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體，溶酶體等三、其他膜包被的細胞器線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核第一節(jié)、細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能

第二節(jié)、內(nèi)膜系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體第一節(jié)、細胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrix）

細胞質(zhì)基質(zhì)是細胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細胞質(zhì)的一半。

細胞質(zhì)基質(zhì)的含義細胞質(zhì)基質(zhì)的功能

胞質(zhì)溶膠：用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除各種細胞器或細胞結(jié)構(gòu)后的上清液。含有約70%水和溶于其中的離子及可溶性蛋白質(zhì)等大分子主要成分：中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。主要特點：細胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系，處于動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。細胞質(zhì)基質(zhì)的含義網(wǎng)絡(luò)視頻/video/av26219569/?p=4溫馨提示：此視頻框在點擊“上傳手機課件”時會進行轉(zhuǎn)換，用手機進行觀看時則會變?yōu)榭牲c擊的視頻。此視頻框可被拖動移位和修改大小蛋白質(zhì)核糖體mRNAtRNA完成各種中間代謝過程

如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等與蛋白質(zhì)的分選有關(guān)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)運輸及能量傳遞等蛋白質(zhì)的修飾和蛋白質(zhì)選擇性降解

蛋白質(zhì)的修飾

控制蛋白質(zhì)的壽命（泛素依賴的降解途徑）

降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)（泛素依賴的降解途徑）

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（分子伴侶）

細胞質(zhì)基質(zhì)的功能輔酶或輔基與酶的共價修飾磷酸化與去磷酸化：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的生物學活性糖基化：主要發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上，在哺乳動物細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)中發(fā)生的糖基化主要是把N-乙酰葡萄糖胺加到蛋白質(zhì)的絲氨酸上N端進行甲基化修飾保護蛋白不被水解，延長壽命，如支架蛋白和組蛋白。酰基化：一類是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的跨膜蛋白在通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的轉(zhuǎn)運過程中發(fā)生的；一類是在諸如src基因和ras基因這類細胞癌基因的產(chǎn)物上。蛋白質(zhì)的修飾控制蛋白質(zhì)的壽命N端第一個特殊氨基酸決定Met,Ser,Thr,Ala,Val,Cys,Gly,Pro穩(wěn)定，其他氨基酸，則不穩(wěn)定真核細胞N端第一個氨基酸合成：Met+肽鏈氨基肽酶去除Met氨酰-tRNA轉(zhuǎn)移酶加一個氨基酸在N端依賴泛素和蛋白酶體的降解途徑（Ubiquitin-dependentPathway)。泛素依賴的降解途徑

（ubiquitin–dependentpathway）

泛素是一個由76個氨基酸殘基組成的小肽，它的作用主要是識別要被降解的蛋白質(zhì)。

蛋白酶體主要降解兩種類型的蛋白質(zhì)：一類是錯誤折疊的蛋白質(zhì)，另一類就是需要進行數(shù)量調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)。蛋白酶體TargetproteinUbiquitin蛋白酶體調(diào)節(jié)部分催化核心網(wǎng)絡(luò)視頻/video/BV1jE41117GU?p=1溫馨提示：此視頻框在點擊“上傳手機課件”時會進行轉(zhuǎn)換，用手機進行觀看時則會變?yōu)榭牲c擊的視頻。此視頻框可被拖動移位和修改大小分子伴侶（molecularchaperones）

細胞中的某些蛋白質(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、折疊或裝配，這一類分子本身并不參與最終產(chǎn)物的形成，因此稱為分子伴侶。第二節(jié)、細胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能細胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的、由膜圍繞細胞器或細胞結(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。增加細胞的內(nèi)表面積，提高了代謝和調(diào)節(jié)能力。內(nèi)膜系統(tǒng)將細胞中的生化合成、分泌和內(nèi)吞作用連接形成動態(tài)的、相互作用的網(wǎng)絡(luò)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白和脂通過分泌活動進入分泌小泡運送到工作部位；細胞通過內(nèi)吞途徑將細胞外的物質(zhì)送到溶酶體降解。溶酶體胞外分泌內(nèi)吞作用高爾基體一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細胞分裂時，要經(jīng)歷解體和重建的過程；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的存在增大的細胞內(nèi)膜的表面積，為酶反應提供了結(jié)合位點；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的封閉體系，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的物質(zhì)與細胞質(zhì)基質(zhì)中合成的物質(zhì)分隔開來，更有利于它們的加工和運輸。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞內(nèi)除核酸以外的生物大分子如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類的合成基地。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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)。網(wǎng)絡(luò)視頻/video/av29606263/?p=4溫馨提示：此視頻框在點擊“上傳手機課件”時會進行轉(zhuǎn)換，用手機進行觀看時則會變?yōu)榭牲c擊的視頻。此視頻框可被拖動移位和修改大小糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多呈扁囊狀，排列較為整齊，膜表面附有大量的核糖體（A）；功能是合成分泌性蛋白和多種膜蛋白；分泌細胞（如胰腺腺泡細胞）和分泌抗體的漿細胞中非常發(fā)達。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常為分支管狀、沒有核糖體附著（B）；是脂肪合成的重要場所；合成固醇類激素的細胞，肝細胞中含量豐富。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）的功能

ER是細胞內(nèi)除核酸以外的生物大分子，如蛋白質(zhì)與脂類合成的基地。幾乎全部脂類和多種重要蛋白質(zhì)都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。蛋白質(zhì)合成脂類的合成蛋白質(zhì)的修飾與加工新生肽的折疊與組裝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其他功能

蛋白質(zhì)的合成在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白包括分泌蛋白、整合膜蛋白、以及內(nèi)膜系統(tǒng)各種細胞器內(nèi)的可溶性蛋白。分泌蛋白：包括酶、抗體黏蛋白、肽類激素和胞外基質(zhì)成分等。這類蛋白質(zhì)常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：其構(gòu)象都具有方向性，并且在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成時就已確定。細胞器中的可溶性駐留蛋白：如酸性水解酶，合成后進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，然后進一步包裝分選。脂類的合成光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂類合成的重要場所（包括磷脂和膽固醇）磷脂轉(zhuǎn)位因子：

在磷脂轉(zhuǎn)位因子的作用下，新合成的脂類分子會由細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面，轉(zhuǎn)運速度比自然轉(zhuǎn)位速度高105倍。磷脂的轉(zhuǎn)運:出芽；磷脂轉(zhuǎn)位蛋白；膜嵌入蛋白介導的直接接觸 卵磷脂在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成過程的示意圖 膽固醇與磷脂在供體膜與受體膜之間的轉(zhuǎn)運機制A.通過膜泡轉(zhuǎn)運脂質(zhì)。B.通過PEP介導的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運。C.膜嵌入蛋白介導的膜間直接接觸。蛋白質(zhì)的修飾與加工細胞對蛋白質(zhì)的修飾加工主要包括糖基化、羥基化、?；托纬啥蜴I等。糖基化在糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面；?；l(fā)生在ER的細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)。

N-連接糖基化與O-連接糖基化的比較

發(fā)生在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)N-連接的糖基化過程新生肽的折疊與組裝不同蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上停留的時間不一，取決于蛋白質(zhì)正確折疊所需的時間。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔極易形成二硫鍵，不利于肽鏈的折疊。蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）可以切斷二硫鍵，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裝配好的蛋白亞單位，并促進重新折疊與裝配。

ER的其他功能肝細胞的解毒作用：肝細胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中存在細胞色素P450家族酶系，在這些酶的作用下，可以將不溶于水的有毒物質(zhì)和代謝產(chǎn)物處理為溶于水的物質(zhì)，通過尿液排出體外。

儲存鈣離子：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。肌質(zhì)網(wǎng)：肌細胞中含有發(fā)達的特化的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（ERS）及其信號調(diào)控

ERS包括：未折疊蛋白質(zhì)應答反應UPR；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負荷反應EOR；固醇調(diào)節(jié)級聯(lián)反應SREBP；ERS反應引發(fā)的細胞凋亡未折疊蛋白質(zhì)應答反應（UPR）ATF6固醇調(diào)節(jié)級聯(lián)反應（SREBP）依賴膽固醇的轉(zhuǎn)錄調(diào)控有賴于受控靶基因啟動子內(nèi)10個堿基對組成的固醇調(diào)控元件SRE；依賴類固醇的轉(zhuǎn)錄因子稱作固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白SREBP。二、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡下高爾基體結(jié)構(gòu)是由排列較為整齊的扁平膜囊和大小不等的囊泡構(gòu)成的；高爾基體是有極性的細胞器；高爾基體各部膜囊的4種標志細胞化學反應：高爾基體至少由互相聯(lián)系的3個部分組成，每一部分又可能劃分出更精細的間隔。高爾基體是有極性的細胞器

扁囊彎曲成凸面 又稱形成面（formingface）或順面（cisface）

面向質(zhì)膜的凹面（concave）又稱成熟面（matureface）或反面（transface）高爾基體各部膜囊的4種標志細胞化學反應嗜鋨反應，經(jīng)鋨酸浸染后，高爾基體順面膜囊特異性染色；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細胞化學反應，顯示反面1～2層膜囊；胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細胞化學反應，顯示靠近反面膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)。煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的細胞化學反應，顯示中間扁平囊。

高爾基體順面膜囊與順面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cis-Golginetwork，CGN）

高爾基體中間膜囊（medialGolgi）

多數(shù)糖基修飾；糖脂的形成；與高爾基體有關(guān)的多糖的合成。

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

高爾基體的3個組成部分

CGN的主要功能：

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（蛋白質(zhì)和脂類）CGN；

蛋白絲氨酸殘基發(fā)生O--連接糖基化；

跨膜蛋白在細胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的?；?；

TGN的主要功能：

參與蛋白質(zhì)的分類與包裝、運輸；

某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾;

在蛋白質(zhì)與脂類的轉(zhuǎn)運過程中保證單向轉(zhuǎn)運。膜泡運輸模型膜囊成熟模型兩種假說模型網(wǎng)絡(luò)視頻/video/av67106178/?spm_id_from=333.788.videocard.3溫馨提示：此視頻框在點擊“上傳手機課件”時會進行轉(zhuǎn)換，用手機進行觀看時則會變?yōu)榭牲c擊的視頻。此視頻框可被拖動移位和修改大小高爾基體的功能

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)進行加工、分類與包裝，然后分門別類地運送到細胞特定的部位或分泌到細胞外。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高爾基體與細胞的分泌活動參與細胞分泌活動：RER上合成的蛋白質(zhì)

進入ER腔

運輸泡

進入CGN

在medialGolgi中加工

在TGN形成分泌泡

運輸與質(zhì)膜融合、排出。蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾蛋白質(zhì)的糖基化類型兩種糖基化形式的比較蛋白質(zhì)糖基化的生物學意義

O-連接：連接到絲氨酸、蘇氨酸、或在膠原纖維中的羥脯氨酸、羥賴氨酸的羥基上；N-連接：連接到天冬酰胺的酰胺氮原子上。糖蛋白或糖脂上糖的排列方向蛋白質(zhì)糖基化的兩種類型比較特征N-連接O-連接合成部位粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體在高爾基體合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去與之結(jié)合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥脯氨酸、羥賴氨酸最終長度至少5個糖殘基1-4個糖殘基（除ABO血型抗原）第一個糖殘基N-乙酰葡糖胺N-乙酰半乳糖胺等蛋白質(zhì)糖基化的生物學意義糖基化的蛋白質(zhì)其寡糖鏈具有促進蛋白質(zhì)折疊和增強糖蛋白穩(wěn)定性作用；蛋白質(zhì)糖基化修飾使不同蛋白質(zhì)攜帶不同的標志，以利于分選包裝；負責糖鏈和加工的酶類均由管家基因所編碼；多羥基糖側(cè)鏈可能影響蛋白質(zhì)的水溶性及所帶電荷。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質(zhì)

高爾基體

切除N-端或兩端的序列

成熟的多肽。蛋白質(zhì)前體

高爾基體

水解

同種有活性的多肽。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。溶酶體溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。

溶酶體是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要功能是進行細胞內(nèi)的消化作用。

一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型二、溶酶體的功能一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型溶酶體的類型溶酶體膜的特征：由單層膜圍繞；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，有利于防止自身膜蛋白的降解。溶酶體的類型

溶酶體是以含有大量酸性水解酶為共同特征、不同形態(tài)大小，執(zhí)行不同生理功能的一類異質(zhì)性細胞器。異質(zhì)性：不同的溶酶體的形態(tài)大小，包含的水解酶類的種類都可能不同。初級溶酶體（primarylysosome）次級溶酶體（secondarylysosome）

殘余體（residualbody），又稱后溶酶體。

初級溶酶體（primarylysosome）呈球形，直徑0.2-0.5

m，內(nèi)容物均一，不含有明顯的顆粒，外面由一層脂蛋白膜圍繞，厚度為7.5nm。含有多種水解酶類，都屬于酸性水解酶類。次級溶酶體：是初級溶酶體與細胞內(nèi)的自噬泡或異噬泡等形成的復合體。因此，可以分為自噬溶酶體和異噬溶酶體。殘余體：未被消化的物質(zhì)殘存在溶酶體中形成殘余體或后溶酶體，可以通過胞吐方式將內(nèi)容物排出細胞。二、溶酶體的功能清除無用的大分子、衰老的細胞器及衰老損傷和死亡的細胞。防御功能;其它重要的生理功能

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)；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（acrosome）反應。

頂體反應：第1步，頂體外膜與精細胞質(zhì)膜融合，融合區(qū)域水解或消散，形成孔道；第2步，精子通過孔道釋放出頂體酶；第3步，卵子外圍的放射冠及透明帶溶解，出現(xiàn)缺口；第4步，精子穿過透明帶之后精子質(zhì)膜與卵膜融合，精子細胞核進入卵子，完成受精。三、溶酶體的發(fā)生發(fā)生途徑分選途徑多樣化酶的加工方式多樣化（糖側(cè)鏈的部分水解、膜蛋白等）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)運到前溶酶體磷酸萄糖苷酶磷酸化識別信號：信號斑發(fā)生途徑

/video/av18178131?from=search&seid=10911746342520982625溶酶體酶轉(zhuǎn)運分選途徑多樣化依賴于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(zhì)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(jié)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(zhì)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。

溶酶體與疾病溶酶體酶缺失或溶酶體酶的代謝環(huán)節(jié)故障，影響細胞代謝，引起疾病。如