真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输课件

本章内容提要本章内容提要n第一节 细胞质基质的涵义与功能q一、细胞质基质的涵义q二、细胞质基质的功能n第二节 细胞内膜系统及其功能q一、内质网的形态结构与功能q二、高尔基体的形态结构与功能q三、溶酶体的形态结构与功能n第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输q一、信号假说与蛋白质分选信号q二、蛋白质分选的基本途径与类型q三、膜泡运输q四、细胞结构体系的组装牛牛文库文档分享本章内容提要第一节 细胞质基质的涵义与功能牛牛文库文档分享1细胞内区室化是真核细胞结构和功能的基本特征之一。细胞内被膜：1.细胞质基质；2.细胞内膜系统；3.其他由膜包被的各类细胞器（如线粒体）牛牛文库文档分享细胞内区室化是真核细胞结构和功能的基本特征之一。细胞内被膜：2第一节 细胞质基质的涵义与功能n在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，称细胞质基质细胞质基质。牛牛文库文档分享第一节 细胞质基质的涵义与功能在真核细胞的细胞质中，除去可分3第一节 细胞质基质的涵义与功能n细胞质基质是细胞的重要组分，其体积约占细胞质的一半。细胞组分数目体积比细胞质基质细胞核内质网高尔基体溶酶体胞内体过氧化物酶体线粒体1111300200400170054612311122肝细胞中细胞质基质及其它组分的数目及所占体积比肝细胞中细胞质基质及其它组分的数目及所占体积比牛牛文库文档分享第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质是细胞的重要组分，其4一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义n细胞质基质很可能是高度有组织的体系。蛋白质蛋白质核糖体核糖体mRNAtRNA牛牛文库文档分享一、细胞质基质的涵义细胞质基质很可能是高度有组织的体系。蛋白5n胞质溶胶 用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和 细胞质膜等细胞器或细胞 结构后，存留在上清液中 的主要是细胞质基质的 成 分。蛋白质占20-30%牛牛文库文档分享胞质溶胶 用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核6一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义n细胞质基质细胞质基质是由微管、微丝和中间丝等形成的相互联系的结构体系，其中蛋白质和其他分子以凝聚态或暂时的凝聚态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡，包括作为细胞质基质主要成分的多种酶和代谢中间产物，以及呈溶解状态存在的微管蛋白。q主要成分主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构q主要特点主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系，通过弱键的相互作用处于动态平衡的结构体系。牛牛文库文档分享一、细胞质基质的涵义细胞质基质是由微管、微丝和中间丝等形7n完成各种中间代谢过程q 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。n与细胞质骨架相关的功能q维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等。n蛋白质的修饰和蛋白质选择性降解q蛋白质的修饰；q控制蛋白质寿命（泛素依赖的降解途径）；q降解变性和错误折叠的蛋白质（泛素依赖的降解途径）；q帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠（热休克蛋白）。二、细胞质基质的功能二、细胞质基质的功能牛牛文库文档分享完成各种中间代谢过程二、细胞质基质的功能牛牛文库文档分享8第二节 细胞内膜系统及其功能n细胞内膜系统是指在结构、功能及发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。n内膜系统研究技术q电镜技术：揭示超微结构；q免疫标记和放射自显影技术：功能定位；q离心技术：组分分离和分析；q遗传突变体分析技术：膜泡运输和功能机制牛牛文库文档分享第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指在结构、功能9n内膜系统的动态特征：q将细胞中的生化合成、分泌和内吞作用连接形成动态的、相互作用的网络。q在内质网合成的蛋白和脂通过分泌活动进入分泌泡运送到工作部位；细胞通过内吞途径将细胞外的物质送到溶酶体降解。牛牛文库文档分享内膜系统的动态特征：牛牛文库文档分享10一、内质网的形态结构与功能n内内质质网网（ER）由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。n内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积占细胞总体积的10%以上。n内质网是典型的异质性 细胞器，在细胞分裂时，内质网要经历解体和 重建的过程。牛牛文库文档分享一、内质网的形态结构与功能内质网（ER）由封闭的管状或扁11一、内质网的形态结构与功能n内质网的存在大大增加了细胞内膜的表面积，为酶反应提供了结合位点；n内质网形成的封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于它们的加工和运输；n内质网是细胞内除核酸以外 的生物大分子如蛋白质、脂质和糖类的合成基地。牛牛文库文档分享一、内质网的形态结构与功能内质网的存在大大增加了细胞内膜的表12一、内质网的形态结构与功能n微微粒粒体体在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，包含内质网膜和核糖体两种组分。是人工产物。微粒体微粒体牛牛文库文档分享一、内质网的形态结构与功能微粒体在细胞匀浆和超速离心过程13（一）内质网的两种基本类型n粗面内质网（RER）和光面内质网（SER）nRER多呈扁囊状，排列整齐，表面分布大量的核糖体。功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。q易位子是内质网膜上的一种蛋白复合体，中央有一直径2nm的通道，其功能与新合成的多肽进入内质网有关。nSER呈分支管状，表面无核糖体。是脂质合成的重要场所。SER只是RER连续结构的一部分。作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。牛牛文库文档分享（一）内质网的两种基本类型粗面内质网（RER）和光面内质网（14形态：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系使其具有很大的膜表面。该溶酶体以分泌泡释放内含物，故称分泌溶酶体；成熟面或反面（trans face）的主要是细胞质基质的糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构（CGN）；靠近细胞核的一面，和成熟前的折叠。细胞质基质是由微管、微丝和中间丝等形成的相互联系的结构体系，其中蛋白质和其他分子以凝聚态或暂时的凝聚态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡，包括作为细胞质基质主要成分的多种酶和代谢中间产物，以及呈溶解状态存在的微管蛋白。5、内质网的其他功能SER的其他功能这些蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移。嗜锇反应cis面膜囊被特异染色；然而糖链在多数蛋白质分选中并不起决定性作用。3、蛋白酶的水解和其他加工过程（二二）ER的功能的功能nER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地。几乎全部脂类和多种重要蛋白质都在内质网合成。n1、蛋白质的合成是RER的主要功能q在粗面内质网上合成的蛋白包括分泌蛋白、整合膜蛋白、构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白（需要隔离或修饰）。其它多肽由细胞质基质中“游离”的核糖体合成。q注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中“游离”的核糖体。牛牛文库文档分享形态：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、15n2、SER是脂质合成的重要场所q合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。q磷脂合成酶是膜整合蛋白，活性位点朝向细胞质。q磷脂转位因子（转位酶）n对含胆碱的磷脂要比对含丝氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂转位能力强，因此磷脂酰胆碱更容易被转到内质网膜的腔内，从而导致了脂类在膜上分布的不对称性。q磷脂的转运方式：出芽、磷脂转换蛋白牛牛文库文档分享2、SER是脂质合成的重要场所牛牛文库文档分享16n3、蛋白质的修饰和加工q细胞对蛋白质的修饰加工主要包括糖基化、羟基化、酰基化和形成二硫键等。q糖基化：在糖基转移酶的作用下，把连接在磷酸多萜醇上的寡糖链转移到蛋白质的天冬酰胺残基上。q糖基化主要有两种方式。nN-连接的糖基化（Asn）nO-连接的糖基化（Ser/Thr或Hylys/Hypro）牛牛文库文档分享3、蛋白质的修饰和加工牛牛文库文档分享17n4、新生多肽的折叠与组装q内质网腔是内质网腔是非还原性的内腔，易于形成二硫键非还原性的内腔，易于形成二硫键。q蛋白二硫键异构酶（PDI）：切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确的折叠状态。q结合蛋白（Bip）：识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。qPDI和Bip蛋白具有4肽信号（KDEL或HDEL）以保证滞留在内质网中。Bip属于热休克蛋白70家族。牛牛文库文档分享4、新生多肽的折叠与组装牛牛文库文档分享18n5、内质网的其他功能SER的其他功能q解毒功能：肝细胞中的SER是合成外输性脂蛋白颗粒的基地。SER中有一些能清除脂溶性废物和有害物质的酶，如细胞色素P450家族酶系，可将不溶于水的有毒物质和代谢产物羟基化为溶于水的物质，经尿液排出。q合成固醇类激素：生殖腺内分泌细胞的SER。q储存Ca2+：肌质网（特化的SER）膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中。牛牛文库文档分享5、内质网的其他功能SER的其他功能牛牛文库文档分享19n至少有3种不同的从内质网到细胞核的信号转导途径，其中涉及一系列信号转导分子最终调节细胞核内特异基因表达。如：q内质网腔内未折叠蛋白的超量积累；q折叠好的膜蛋白的超量积累；q内质网膜上膜脂成分的变化主要是固醇缺乏。n这些变化将通过不同的信号转导途径诱导不同的基因活化，最终细胞表现出相应的对策。（三）（三）ER与基因表达调控与基因表达调控牛牛文库文档分享至少有3种不同的从内质网到细胞核的信号转导途径，其中涉及一系20n结构：由一些（4-8个）排列整齐的扁平膜囊构成主体结构，膜囊多呈弓形，也有呈半球形或球形。膜囊周围有大量大小不等的囊泡结构。n高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向和物质转运。q形成面或顺面（cis face）靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面；q成熟面或反面（trans face）面向细胞质膜的一面常呈凹面。二、高尔基体的形态结构与功能二、高尔基体的形态结构与功能牛牛文库文档分享结构：由一些（4-8个）排列整齐的扁平膜囊构成主体结构，膜囊21n高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应：q嗜锇反应cis面膜囊被特异染色；q焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）反应特异显示trans面的1-2层膜囊；q胞嘧啶单核苷酸酶（CMP）酶和核苷酸二磷酸酶反应显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构。nGERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成；q烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）或甘露糖酶反应显示中间膜囊。二、高尔基体的形态结构与功能牛牛文库文档分享高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应：二、高尔基体的形态结22n高尔基体至少由互相联系的3个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔。q高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构（CGN）；q高尔基体中间膜囊；q高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构（TGN）；q周围大小不等的囊泡。二、高尔基体的形态结构与功能牛牛文库文档分享高尔基体至少由互相联系的3个部分组成，每一部分又可能划分出更231、高尔基体顺面膜囊（CGN）n是中间多孔而呈连续分支状的管网结构。nCGN接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网。返回的蛋白质具有KDEL信号序列。牛牛文库文档分享1、高尔基体顺面膜囊（CGN）是中间多孔而呈连续分支状的管网24延伸暂停，防止新生肽N端损伤含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物；细胞内合成的蛋白质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于蛋白质中包含的特殊信号序列和细胞器上特定的信号识别装置。SRP上有3个功能部位：5 m，内容物均一，不含有明显的颗粒，外面由一层脂蛋白膜围绕，厚度为7.运输小泡寻靶：SNARE假说晶格状结构，可作为在内质网合成的蛋白和脂通过分泌活动进入分泌泡运送到工作部位；糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；细胞质基质中蛋白质的转运：可能与细胞骨架系统相关。溶酶体可看做是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性的细胞器。是脂质合成的重要场所。+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-作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；粗面内质网（RER）和光面内质网（SER）2、高尔基体中间膜囊n形态：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系使其具有很大的膜表面。n功能：是多数糖基修饰、糖脂形成以及与高尔基体有关的多糖的合成场所。牛牛文库文档分享延伸暂停，防止新生肽N端损伤2、高尔基体中间膜囊形态：由扁平253、高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构n反面高尔基体管网状结构（TGN）呈管网状，较低的pH，标志酶CMP酶阳性，TGN即为GERL区。n主要功能：q参与蛋白质的分类与包装与包装；q某些“晚期”的蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工等）q在蛋白质与脂类的转运过程中起“瓣膜”作用，保证这些物质的单向转运。牛牛文库文档分享3、高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构反面高尔基体管26高尔基体周围的囊泡n顺面一侧的囊泡可能是内质网和高尔基体之间的物质运输小泡ERGIC或VTCs。n反面一侧是分泌泡与分泌颗粒。此外，高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构相连；高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在微管的负极端。牛牛文库文档分享高尔基体周围的囊泡顺面一侧的囊泡可能是内质网和高尔基体之间的27二、高尔基体的功能n将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定部位或分泌到胞外。n高尔基体还是糖类合成的工厂。牛牛文库文档分享二、高尔基体的功能将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包28n1、高尔基体与细胞的分泌活动q参与细胞分泌活动：RER上合成的蛋白质进入ER腔COP运输泡进入CGN 在中间膜囊中加工在TGN形成分泌泡运输与质膜融合、排出；q溶酶体酶的分选：M6P反面膜囊M6P受体。然而糖链在多数蛋白质分选中并不起决定性作用。q肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。q蛋白质分选及其转运信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身。如水泡性口炎病毒包膜蛋白具有双酸分选信号（Asp-X-Gln或DXE）。牛牛文库文档分享1、高尔基体与细胞的分泌活动牛牛文库文档分享292、蛋白质的糖基化及其修饰n蛋白质糖基化的特点及其生物学意义q溶酶体中的水解酶类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质都没有糖基化修饰。q糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成牛牛文库文档分享2、蛋白质的糖基化及其修饰牛牛文库文档分享30q糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号。q进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。牛牛文库文档分享糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白31n蛋白质的糖基化类型特征特征N-连接连接O-连接连接 合成部位粗面内质网主要在高尔基体合成方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去与之结合的氨基酸残基AsnSer、Thr、羟脯氨酸、羟赖氨酸最终长度至少5个糖残基1-4个糖残基第一个糖残基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺牛牛文库文档分享蛋白质的糖基化类型特征N-连接O-连接 合成部位粗面内质网主323、蛋白酶的水解和其他加工过程n无生物活性的蛋白原高尔基体切除N-端或两端的序列成熟多肽；如胰岛素、胰高血糖素等。n蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽等；n含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物；n同一种蛋白质前体不同细胞以不同的方式加工不同的多肽；牛牛文库文档分享3、蛋白酶的水解和其他加工过程牛牛文库文档分享33n加工方式多样性的可能原因：q确保小肽分子的有效合成；q弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；q有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。牛牛文库文档分享加工方式多样性的可能原因：牛牛文库文档分享34含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物；的生物大分子如蛋白质、内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积占细胞总体积的10%以上。易位子是内质网膜上的一种蛋白复合体，中央有一直径2nm的通道，其功能与新合成的多肽进入内质网有关。分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。3种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用。如台-萨氏等各种储积症。细胞器，在细胞分裂时，细胞质基质是由微管、微丝和中间丝等形成的相互联系的结构体系，其中蛋白质和其他分子以凝聚态或暂时的凝聚态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡，包括作为细胞质基质主要成分的多种酶和代谢中间产物，以及呈溶解状态存在的微管蛋白。酸性磷酸酶是溶酶体的常用标志酶。（三）ER与基因表达调控粗面内质网（RER）和光面内质网（SER）驻留蛋白的C-端均含有回收信号序列，如内质网腔中的蛋白质具有KDEL回收信号（Lys-Asp-Glu-Leu），被存CGN膜结合蛋白的回收信号受体识别，以COP-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在微管的负极端。三、溶酶体的形态结构与功能（一）溶酶体的形态结构与类型n溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内的消化作用。q异质性形态、大小、所含水解酶类不同；q含有大量酸性水解酶。q根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，分为：n初级溶酶体n次级溶酶体n残余体小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体M：线粒体，：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）：溶酶体（朴英杰）牛牛文库文档分享含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物；三35三、溶酶体的形态结构与功能1.初级溶酶体n呈球形，直径0.2-0.5 m，内容物均一，不含有明显的颗粒，外面由一层脂蛋白膜围绕，厚度为7.5 nm；n含有多种酸性水解酶：如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶。n酸性磷酸酶是溶酶体的常用标志酶。牛牛文库文档分享三、溶酶体的形态结构与功能1.初级溶酶体牛牛文库文档分享36初级溶酶体n溶酶体膜的特征：q嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；q具有多种载体蛋白用于向外转运水解的产物；q膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。牛牛文库文档分享初级溶酶体牛牛文库文档分享372.次级溶酶体n是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体。n内含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细胞器乃至细菌等。n形态不规则。n作用：消化作用。牛牛文库文档分享2.次级溶酶体牛牛文库文档分享383.残余体或后溶酶体n经一段时间消化后，小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体。n可通过胞吐方式将内容物排出细胞。溶酶体可看做是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性的细胞器。牛牛文库文档分享3.残余体或后溶酶体溶酶体可看做是以含有大量酸性水解酶39（二）溶酶体的功能n是对生物大分子强烈的消化作用。一般概括成3种途径：胞饮作用胞饮作用吞噬作用吞噬作用自噬作用自噬作用牛牛文库文档分享（二）溶酶体的功能是对生物大分子强烈的消化作用。一般概括成340n1、清除无用的大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞“清道夫”作用；q溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引起疾病。如台-萨氏等各种储积症。台-萨氏综合症神经元中同心圆状的溶酶体 溶酶体中缺少b-氨基己糖酯酶A，导致神经节甘脂GM2不能被水解，造成积累。牛牛文库文档分享1、清除无用的大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞41n2、防御功能q某些细胞可识别并吞噬入侵的病毒和细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。如巨噬细胞。牛牛文库文档分享2、防御功能牛牛文库文档分享42n某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境）。牛牛文库文档分享某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬43n3、其它重要的生理功能q作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；q分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节；q参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；q精子的顶体反应。牛牛文库文档分享3、其它重要的生理功能牛牛文库文档分享44（三）溶酶体的发生n发生途径：溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（RER）高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑牛牛文库文档分享（三）溶酶体的发生发生途径：溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化45作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；其他由膜包被的各类细胞器（如线粒体）溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引起疾病。内质网腔是非还原性的内腔，易于形成二硫键。溶酶体膜上的跨膜蛋白，如葡糖脑苷酯酶；细胞质基质是细胞的重要组分，其体积约占细胞质的一半。某些细胞可识别并吞噬入侵的病毒和细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。（三）ER与基因表达调控含有多种酸性水解酶：如蛋白酶、自我组装自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境。一、内质网的形态结构与功能在蛋白质与脂类的转运过程中起“瓣膜”作用，保证这些物质的单向转运。3、蛋白酶的水解和其他加工过程（四）溶酶体与过氧化物酶体形成面或顺面（cis face）n溶酶体酶分选的方式：q1.依赖于M6P的分选途径n但该途径的效率不高，部分含有M6P的溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；但细胞质膜上也存在依赖Ca2+的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。牛牛文库文档分享作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；溶酶体酶分选的方式：46q2.不依赖于M6P的分选途径n在正常淋巴细胞如细胞毒T细胞和自然杀伤T细胞的溶酶体中，除溶酶体酶外，还含有水溶性蛋白穿孔素和粒酶，其进入溶酶体的方式不依赖于M6P途径。该溶酶体以分泌泡释放内含物，故称分泌溶酶体；n溶酶体膜上的跨膜蛋白，如葡糖脑苷酯酶；n酸性磷酸酶：依赖于自身的氨基酸残基信号进行分选。n溶酶体酶的加工：在溶酶体内进行，加工方式多样。牛牛文库文档分享2.不依赖于M6P的分选途径牛牛文库文档分享47（四）溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。n1.过氧化物酶体与溶酶体的区别特征特征溶酶体溶酶体过氧化物酶体过氧化物酶体形态大小多为球形，直径0.2-0.5m，无酶晶体球形，哺乳动物中直径多为0.15-0.25m，内常有酶晶体内常有酶晶体酶种类酸性水解酶含氧化酶类pH值5左右7左右是否需氧不需要需要功能细胞内的消化作用多种功能发生在粗面内质网形成，经高尔基体出芽形成在细胞质中合成，经分裂装配形成标志酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶过氧化氢酶过氧化氢酶牛牛文库文档分享（四）溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体又称微体，是由单48n过氧化物酶体和溶酶体的在电镜下的主要差异：q过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的 尿酸氧化酶等常形成 晶格状结构，可作为 电镜下识别的主要 特征。牛牛文库文档分享过氧化物酶体和溶酶体的在电镜下的主要差异：牛牛文库文档分享49过氧化物酶体的异质性n过氧化物酶在不同生物的细胞中，甚至单细胞生物的不同个体中所含酶的种类及其行使的功能都有所不同。n如，酵母细胞内的过氧化物酶体：q在含糖培养基中，体积很小；q在甲醇培养基中，体积增大，数量增多，可占胞质体积的80以上，并能氧化甲醇；q在脂肪酸培养基中，过氧化物酶体非常发达，并可把脂肪酸分解成乙酰辅酶A。牛牛文库文档分享过氧化物酶体的异质性过氧化物酶在不同生物的细胞中，甚至单细胞502.过氧化物酶体的功能在动物细胞（肝或肾细胞）中的过氧化物酶体：n可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。如 酒精乙醛。q依赖于黄素（FAD）的氧化酶：底物H2O2q过氧化氢酶：H2O2 H2OO2n可分解脂肪酸等高能分子直接供能。牛牛文库文档分享2.过氧化物酶体的功能在动物细胞（肝或肾细胞）中的过氧化物51在植物细胞中的过氧化物酶体：n在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应；n在种子萌发过程中，过氧化物酶体能降解储存的 脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。乙醛酸循环反应乙醛酸循环反应 故称这种过氧化物酶体为乙醛酸乙醛酸循环体循环体牛牛文库文档分享在植物细胞中的过氧化物酶体：牛牛文库文档分享523.过氧化物酶体的发生n组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。n过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（PTS）：qPTS1为Ser-Lys-Leu，位于过氧化物酶体基质蛋白C端。qPTS2为Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu，在某些基质蛋白N端。q过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的受体。n过氧化物酶体膜脂可能在内质网上合成后转运而来。牛牛文库文档分享3.过氧化物酶体的发生组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，53第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 细胞内合成的蛋白质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于蛋白质中包含的特殊信号序列和细胞器上特定的信号识别装置。一、信号假说与蛋白质分选信号n信号序列的发现和证实q1972年Milstein等发现骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白分子的N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子N端的氨基酸序列多出一截。q1975年Blobel和Sabatini等提出了”信号假说信号假说“n1999年 G.Blobel 诺贝尔医学和生理学奖G.Blobel牛牛文库文档分享第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 细胞内合成的蛋白54n信号肽信号肽引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列。n位于新合成肽链的N端，一般16-26个氨基酸残基，包括疏水核心区疏水核心区（h）、信号肽的信号肽的C端端（c）和N端端（n）三部分。n信号肽无严格专一性。牛牛文库文档分享信号肽引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列。牛牛55n信号识别颗粒（信号识别颗粒（SRP）由6种结构不同的多肽和一个7S RNA组成的核糖核蛋白复合体。nSRP上有3个功能部位：q信号肽识别结合位点（P54）q翻译暂停结构域（P9/P14）qDP结合位点（P68/P72）nSRP与信号序列结合，导致肽链 延伸暂停，防止新生肽N端损伤 和成熟前的折叠。信号肽信号肽识别结识别结合位点合位点翻译暂停结构域翻译暂停结构域DP结合位点结合位点牛牛文库文档分享信号识别颗粒（SRP）由6种结构不同的多肽和一个7S R56nSRP受体受体又称停泊蛋白（DP），是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。n易位子易位子由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似于炸面圈的结构。牛牛文库文档分享SRP受体又称停泊蛋白（DP），是膜的整合蛋白，存在于内57n肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称为共转移共转移。n跨膜蛋白跨膜蛋白的开始转移序列和停止转移序列 q开始转移序列开始转移序列引导肽链穿过内质网膜的信号肽。q停停止止转转移移序序列列肽链中还有某些序列与内质网膜具有很强的亲合力从而使之结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中。n开始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数。牛牛文库文档分享肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称为共转移。牛牛文库文档分58n线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白质和过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，这些序列称为导肽导肽。这些蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后后转移转移。n蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。牛牛文库文档分享线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白质和过氧化物酶体中的蛋白质也是59信号功能举 例蛋白进入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-滞留在ER中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体+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-进入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-进入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-几种典型的蛋白分选信号序列几种典型的蛋白分选信号序列n除信号肽，还有一系列蛋白分选信号序列，通称信号序列信号序列。有些能形成三维结构的信号称信号斑信号斑。牛牛文库文档分享信号功能举 例蛋白进入ER+H3N-Met-Met-Se60n1.翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位。n2.共翻译转运途径：蛋白质合成起始后转移至粗面内质网，新生肽边合成边转入粗面内质网腔中，随后经高尔基体转运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白也是通过这条途径分选的。二、蛋白质分选的基本途径与类型牛牛文库文档分享1.翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成61n据蛋白质分选转运方式和机制可将蛋白质转运分为：q蛋白质的跨膜转运：主要指再细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体（包括叶绿体）和过氧化物酶体等细胞器。q膜泡运输：蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。q选择性的门控转运：在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体选择性地完成核输入或从细胞核返回细胞质（核输出）。q细胞质基质中蛋白质的转运：可能与细胞骨架系统相关。牛牛文库文档分享据蛋白质分选转运方式和机制可将蛋白质转运分为：牛牛文库文档分62三、膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。n3种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用。牛牛文库文档分享三、膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普63n介导从内质网从内质网高尔基体高尔基体的物质运输。nCOP包被蛋白由5种蛋白亚基（Sec13p，Sec31p，Sec23p，Sec24p和Sar1p）组成；n包被蛋白的装配是受控的；nCOP有被小泡具有对转运物质的选择性，但也有部分蛋白被错误包装和转运。这类蛋白带有C端KDEL序列，KDEL受体位于TGN、COP和COP有被小泡的膜上。1.COP有被小泡的组装与运输牛牛文库文档分享介导从内质网高尔基体的物质运输。1.COP有被小泡的组64nCOP包被小泡介导细胞内膜泡逆向运输，负责从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运，包括再循环的膜脂双层、某些蛋白质和回收错误分选的内质网逃逸蛋白 内质网。nCOP包被含有7种蛋白亚基，和一种调节膜泡转运的GTP结合蛋白ARF，包被蛋白复合物的组装与去组装依赖于 ARF。2.COP有被小泡的组装与运输牛牛文库文档分享COP包被小泡介导细胞内膜泡逆向运输，负责从顺面高尔基体网65n细胞器中保留及回收蛋白质的2种机制：q转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；q对逃逸蛋白的回收机制，使之返回他们正常驻留的部位。逃逸的内质网蛋白的回收是通过回收信号介导的特异性受体完成的。n驻留蛋白的C-端均含有回收信号序列，如内质网腔中的蛋白质具有KDEL回收信号（Lys-Asp-Glu-Leu），被存CGN膜结合蛋白的回收信号受体识别，以COP-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。牛牛文库文档分享细胞器中保留及回收蛋白质的2种机制：牛牛文库文档分享66n介导蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡运输。在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜内吞泡（细胞质）胞内体溶酶体运输。高尔基体TGN是网格蛋白有被小泡形成的发源地。3.网格蛋白有被小泡的组装与运输牛牛文库文档分享介导蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡运67运输小泡的形成、转运及与靶膜的融合是一个特异性过程，涉及多种蛋白质识别、组装去组装的复杂调控。n膜泡融合是特异的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向。n选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用。n运输小泡寻靶：SNARE假说牛牛文库文档分享运输小泡的形成、转运及与靶膜的融合是一个特异性过程，涉及多种68四、细胞结构体系的组装n生物大分子的组装方式：q自我组装自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境。q协助组装在其组装过程中，除需要形成最终结构的亚基外，还需要其他成分的介入，或者对组装亚基进行修饰以保证组装或正确形式功能。q直接组装是指某些亚基直接组装到预先形成的结构上。牛牛文库文档分享四、细胞结构体系的组装生物大分子的组装方式：牛牛文库文档分享69SRNRE假说：Rothman 及其同事发现动物细胞融合需要一种可溶性细胞质融合蛋白N-乙基马来酰亚胺敏感因子（NSF）和几种可溶性NSF结合蛋白（SNAP），NSF和SNAP负责介导不同类型膜泡的融合，无特异性。提供特异性保障的是SNAP受体（SNARE），每种转运膜泡都有特异的v-SNARE，能识别并与靶膜上的t-SNARE相互作用。通过v-SNARE与t-SNARE两类蛋白间的互补性和相互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚定与融合。牛牛文库文档分享SRNRE假说：牛牛文库文档分享70 因为胞内外的Na电化学梯度是细胞协同转运葡萄糖等营养物质的直接动力，就是说Na电化学梯度就是能量。牛牛文库文档分享 因为胞内外的Na电化学梯度是细胞协同转运葡萄糖等71牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享72是脂质合成的重要场所。转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；在蛋白质与脂类的转运过程中起“瓣膜”作用，保证这些物质的单向转运。确保小肽分子的有效合成；细胞器，在细胞分裂时，开始转移序列引导肽链穿过内质网膜的信号肽。RER多呈扁囊状，排列整齐，表面分布大量的核糖体。多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。在转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。嗜锇反应cis面膜囊被特异染色；以出芽的方式转运到前溶酶体细胞器中保留及回收蛋白质的2种机制：细胞质膜等细胞器或细胞CGN接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网。GERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成；返回牛牛文库文档分享是脂质合成的重要场所。返回牛牛文库文档分享73牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享74牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享75牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享76牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享77牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享78牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享79牛牛文库文档分享牛牛文库文档分享80