細(xì)胞生物學(xué)：第06章 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)

第六章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高爾基體

溶酶體與過氧化物酶體

細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembranesystem）第二節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum,ER)

的形態(tài)結(jié)構(gòu)

ER的功能

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達(dá)的調(diào)控

第三節(jié)高爾基體

高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

高爾基體的功能

高爾基體與細(xì)胞內(nèi)的膜泡運(yùn)輸

第四節(jié)溶酶體與過氧化物酶體

溶酶體幾乎存在于所有的動物細(xì)胞中。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(xì)胞器。其主

要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。

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

第五節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝

分泌蛋白合成的模型---信號假說

蛋白質(zhì)分選與分選信號

膜泡運(yùn)輸

細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝

一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其

體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半細(xì)胞組分

數(shù)目

體積比細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體胞內(nèi)體過氧化物酶體線粒體

11113002004001700

54612311122

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能

肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及細(xì)胞其它組分的數(shù)目及所占的體積比

基本概念：

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，存留在上清液中的主要是細(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。

主要成分：中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。

主要特點(diǎn)：細(xì)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。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義

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

蛋白質(zhì)的分選與運(yùn)輸

與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能

維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等

蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解

蛋白質(zhì)的修飾

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)象細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能

二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)

（endomembranesystem）

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

真核細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化（compartmentalization）：

細(xì)胞骨架纖維為組織者的Cytomatrix形成有序的動態(tài)結(jié)構(gòu)；

細(xì)胞內(nèi)的膜相結(jié)構(gòu)----細(xì)胞器（organelles）。

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法

DeDuve,A.ClaudeandG.Palade,1974NobelPlrize

放射自顯影（Autoradiography）;

生化分析（Biochemicalanalysis）;

遺傳突變分析（Geneticmutants）一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型

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

光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum，sER）

微粒體（microsome）二、ER的功能

ER是細(xì)胞內(nèi)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都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。

rER的功能

sER的功能rER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

脂類的合成sER的功能

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)）

肝的解毒作用（Detoxification）

Systemofoxygenases---cytochromep450family；

肝細(xì)胞葡萄糖的釋放（G-6P

G）

儲存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細(xì) 胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中返回

蛋白質(zhì)合成

分泌蛋白；整合膜蛋白；內(nèi)膜系統(tǒng)各種細(xì)胞器內(nèi)的可溶性蛋白 （需要隔離或修飾）。

其它的多肽是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核糖體上合成的：

包括：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留蛋白、質(zhì)膜外周蛋白、核輸入

蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。

注意：細(xì)胞中蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，

并都是起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核糖體。蛋白質(zhì)的修飾與加工修飾加工：糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等

糖基化在glycosyltransferase作用下發(fā)生在ER腔面 N-linkedglycosylation（Asn）

O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）

?；l(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)：軟脂酸→Cys新生肽的折疊與組裝

新生肽的折疊組裝：

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：具有KDELorHDEL信號

蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（proteindisulfideisomerase，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（Bindingprotein，Bip，chaperone）

識別錯誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，

并促進(jìn)重新折疊與裝配。脂類的合成

ER合成細(xì)胞所需絕大多數(shù)膜脂（包括磷脂和膽固醇）。

兩種例外：鞘磷脂和糖脂（ER開始→Golgi

complex完成）；

Mit/Chl某些單一脂類是在它們的膜上合成的。

各種不同的細(xì)胞器具有明顯不同的脂類組成：

phosphatidylcholine（PC）：ER→GC→PM（高→低）

phosphatidylserine（PS）：PM→GC→ER（高→低）

phospholipd

translocator/flippase與膜質(zhì)轉(zhuǎn)位

磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位點(diǎn)朝向cytosol；

磷脂的轉(zhuǎn)運(yùn): transportbybudding：ER→GC、Ly、PM transportbyphospholipidexchangeproteins（PEP）：

ER→otherorganelles（includingMitandChl）。三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達(dá)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(yùn)及向高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)胞核信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(dǎo)途徑，最終調(diào)節(jié)細(xì)胞核內(nèi)特異基因表達(dá)一、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)

電鏡下高爾基體結(jié)構(gòu)是由扁平膜囊和大小不等的囊泡構(gòu)成

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

高爾基體各部膜囊的４種標(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)：

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(xì)的間隔

高爾基體與細(xì)胞骨架關(guān)系密切，在非極性細(xì)胞中，高爾基體分布在MTOC(負(fù)端)

高爾基的膜囊上存在微管的馬達(dá)蛋白（cytoplasmic

dynein和kinesin）和微絲

的馬達(dá)蛋白（myosin）。最近還發(fā)現(xiàn)特異的血影蛋白（spectrin）網(wǎng)架。

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(yùn)輸中起重要的作用。

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(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)

嗜鋨反應(yīng)的高爾基體cis面膜囊；

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

胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細(xì)胞化學(xué)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，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(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示中間扁平囊

高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cis-Golginetwork，CGN）

又稱cis膜囊

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

高爾基體反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（transGolginetwork，TGN）

周圍大小不等的囊泡 順面囊泡稱ERGIC/VTC----ERGIC53/58蛋白（結(jié)合Mn）

反面體積較大的分泌泡與分泌顆粒

高爾基體的4個組成部分高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

RER（蛋白質(zhì)和脂類）—

—（蛋白質(zhì)KDEL或HDEL）CGN；

蛋白絲氨酸殘基發(fā)生O--連接糖基化；

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

日冕病毒的裝配高爾基體反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

TGN中的低pH值；標(biāo)志酶CMP酶陽性

TGN的主要功能：

參與蛋白質(zhì)的分類與包裝、運(yùn)輸；

某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾（如唾液酸化、蛋白質(zhì)酪氨酸殘基的硫酸化及蛋白原的水解加工）在蛋白質(zhì)與脂類的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的“瓣膜”作用，保證單向轉(zhuǎn)運(yùn)二、

高爾基體的功能

高爾基體與細(xì)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(xì)胞的分泌活動

蛋白質(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運(yùn)的信息僅存在于編碼該蛋白質(zhì)的基因本身

·流感病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)

上皮細(xì)胞游離端的質(zhì)膜

·水泡性口炎病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)

上皮細(xì)胞基底面的質(zhì)膜

·水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)的雙酸分選信號

Asp-X-Gln或DXE）起重要的作用

溶酶體酶的分選：M6P

反面膜囊M6P受體在肝細(xì)胞中溶酶體酶還存在不依賴于M6P的另一種分選途徑。

蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾

蛋白質(zhì)糖基化類型

蛋白質(zhì)糖基化的特點(diǎn)及其生物學(xué)意義

蛋白聚糖在高爾基體中組裝

植物細(xì)胞中高爾基體合成和分泌多種多糖

蛋白質(zhì)糖基化類型

特征

N-連接

O-連接1.合成部位

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體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—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較蛋白質(zhì)糖基化的特點(diǎn)及其生物學(xué)意義

糖蛋白寡糖鏈的合成與加工都沒有模板，靠不同的酶在

細(xì)胞不同間隔中經(jīng)歷復(fù)雜的加工過程才能完成。

糖基化的主要作用是蛋白質(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)鏈影響蛋白質(zhì)的

水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)。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。

進(jìn)化上的意義：寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它

大分子接近細(xì)胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細(xì)胞的祖

先具有一個保護(hù)性的外被，同時又不象細(xì)胞壁那樣限制細(xì)

胞的形狀與運(yùn)動。蛋白聚糖在高爾基體中組裝

一個或多個糖胺聚糖（通過木糖）結(jié)合到核心蛋白的Ser殘基上

植物細(xì)胞高爾基體合成和分泌多種多糖蛋白質(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(xì)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(bǔ)缺少包裝并轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)胞內(nèi)起作用。

在高爾基體中進(jìn)行的肽鏈酪氨酸殘基的硫酸化作用

三、高爾基體與細(xì)胞內(nèi)的膜泡運(yùn)輸

高爾基體在細(xì)胞內(nèi)膜泡蛋白運(yùn)輸中起重要的樞紐作用膜泡運(yùn)輸?shù)闹饕緩?其中多數(shù)與高爾基體直接相關(guān)一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型

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。

溶酶體的標(biāo)志酶：酸性磷酸酶（acid

phosphatase）

類型

類型

初級溶酶體（primarylysosome）

次級溶酶體（secondarylysosome）

自噬溶酶體（autophagolysosome）

異噬溶酶體（phagolysosome）

殘余小體（residualbody），又稱后溶酶體。

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 （heterogenous）的細(xì)胞器。二、溶酶體的功能

phagocytosis

phagosomeendocytosis

earlyendosomelateendosomelysosome

autophagy

autophagosome

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

防御功能（病原體感染刺激單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞而吞噬、消化）

其它重要的生理功能

溶酶體與疾病

其它重要的生理功能

作為細(xì)胞內(nèi)的消化“器官”為細(xì)胞提供營養(yǎng)；

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)

參與清除贅生組織或退行性變化的細(xì)胞；

受精過程中的精子的頂體（acrosome）反應(yīng)。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(xì)胞代謝，引起疾病。如臺-薩氏（Tay-Sachs）等各種儲積癥（隱性的遺傳?。?/p>

某些病原體（麻瘋桿菌、利什曼原蟲或病毒）被細(xì)胞攝入，進(jìn)入吞噬泡但并未被殺死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞內(nèi)體中的酸性環(huán)境）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(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)生途徑

依賴于M6P的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過

運(yùn)輸小泡直接分泌到細(xì)胞外；在細(xì)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(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。

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）

分選途徑多樣化四、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(xì)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

過氧化物酶體的發(fā)生鼠肝細(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）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

微體與初級溶酶體的特征比較

過氧化物酶體的功能

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。

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。

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 降解儲存的脂肪酸

乙酰輔酶A

琥珀酸

葡萄糖。過氧化物酶體的發(fā)生

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。

過氧化物酶體蛋白分選的信號序列（Peroxisomal-targetingsignal，PTS）：

PTS1為Ser-lys-leu，多存在于基質(zhì)蛋白的C端。

PTS2為Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基質(zhì)蛋白N-端。

過氧化物酶體膜上存在幾種可與信號序列相識別的可能的受體蛋白。

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。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也參與過氧化物酶體的發(fā)生

過氧化物酶體發(fā)生過程的示意圖一、分泌蛋白合成的模型---信號假說

信號假說(Signalhypothesis) G．Blobeletal：Signalhypothesis,1975

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

導(dǎo)肽（Leaderpeptide）與后轉(zhuǎn)移（Posttranslocation）

信號假說

信號假說內(nèi)容

指導(dǎo)因子：蛋白質(zhì)N-端的信號肽（signalpeptide）

信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）

信號識別顆粒的受體（又稱停泊蛋白dockingprotein，DP）等在非細(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)。信號肽與共轉(zhuǎn)移

信號肽（Signalpeptides）與信號斑（Signalpatches）

起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列

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)

跨膜蛋白的取向

導(dǎo)肽與后轉(zhuǎn)移

基本的特征：

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）。

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。二、蛋白質(zhì)分選（proteinsorting）

與分選信號（sortingsignals）

分選途徑

分選信號信號功能

舉例蛋白進(jìn)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(jìn)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(jìn)入細(xì)胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-

進(jìn)入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-分選途徑（Roadmap）

門控運(yùn)輸（gatedtransport）；

跨膜運(yùn)輸（transmembranetransport）；

膜泡運(yùn)輸（vesiculartransport）

拓?fù)鋵W(xué)等價性（Topologicallyequivalent）的維持

三．膜泡運(yùn)輸

膜泡運(yùn)輸是蛋白運(yùn)輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細(xì)胞中。在轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸作用

。

膜泡運(yùn)輸是特異性過程，涉及多種蛋白識別、組裝、去組裝的復(fù)雜調(diào)控

三種不同類型的包被小泡

具有不同的物質(zhì)運(yùn)輸作用

網(wǎng)格蛋白包被小泡

COPII包被小泡

COPI包被小泡

網(wǎng)格蛋白包被小泡

負(fù)責(zé)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(yùn)輸

在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑也負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜

內(nèi)吞泡(細(xì)胞質(zhì))

胞內(nèi)體

溶酶體運(yùn)輸

高爾基體TGN是網(wǎng)格蛋白包被小泡形成的發(fā)源地

COPII包被小泡

負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸；

COPII包被蛋白由5種蛋白亞基組成；

包被蛋白的裝配是受控的；

COPII包被小泡具有對轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。COPI包被小泡

COPI包被含有8種蛋白亞基，包被蛋白復(fù)合物的裝配與去裝配依賴于ARF(GTP-bindingprotein)；

負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白(escapedproteins）

ER。

細(xì)胞器中保留及回收蛋白質(zhì)的兩種機(jī)制：

轉(zhuǎn)運(yùn)泡將應(yīng)被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉(zhuǎn)運(yùn)；

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。

COPI-包被小泡在非選擇性的批量運(yùn)輸(bulkflow)中行使功能,負(fù)責(zé)rER

GolgiSVPM。

COPI-包被小泡除行使Golgi→ER逆行轉(zhuǎn)運(yùn)外，也可行使順行轉(zhuǎn)運(yùn)功能,從ER→ER-GolgiIC→Golgi。膜泡運(yùn)輸是特異性過程，涉及多種

蛋白識別、組裝-去組裝的復(fù)雜調(diào)控

膜泡融合是特異性的選擇性融合，從而指導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)膜流的方向

選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用

（如神經(jīng)細(xì)胞質(zhì)膜的syntaxin特異結(jié)合突觸小泡膜上的VAMP—vesicle-associatedmembraneprotein)

在細(xì)胞的膜泡運(yùn)輸中，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相當(dāng)于重要的物質(zhì)供應(yīng)站，而高爾基體是重要集散中心。由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的駐留蛋白具有回收信號，即使有的蛋白發(fā)生逃逸，也會保留或回收回來，所以有人將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)比喻成“開放的監(jiān)獄”（openprison）。高爾基體在細(xì)胞的膜泡運(yùn)輸及其隨之而形成的膜流中起樞紐作用，因此高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結(jié)合有類似動力蛋白的蛋白質(zhì)，從而使高爾基體維持其極性。同樣，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、分泌泡和細(xì)胞質(zhì)膜及胞內(nèi)體也都具有各自特異的成分，這是行使復(fù)雜的膜泡運(yùn)輸功能的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是在膜泡中又必須保證各細(xì)胞器和細(xì)胞間隔本身成分特別是膜成分的相對恒定。四、細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝

生物大分子的組裝方式：

有些裝配過程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或?qū)ρb配亞基的修飾

自我裝配的信息存在于裝配亞基的自身，細(xì)胞提供的裝配環(huán)