真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输——翟中和细胞生物学报告.ppt

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1、第七章第七章 真核细胞内膜系统、蛋白真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输质分选与膜泡运输细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的概念细胞质基质的概念细胞质基质的涵义细胞质基质的涵义 细胞质基质的功能细胞质基质的功能 一、细胞质基质的概念一、细胞质基质的概念在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶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。状物质。细胞质基质是细胞的重要的组分，其细胞质基质是细胞的重要的组分

2、，其体积体积占细胞质的一占细胞质的一半。半。主要成分：主要成分：中间代谢有关的数千种酶类中间代谢有关的数千种酶类 细胞质骨架结构细胞质骨架结构 糖原、脂滴糖原、脂滴结构体系结构体系：细胞质基质是一个高度有序的体系；细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。二、细胞质基质的涵义细胞质基质与胞质溶胶细胞质基质与胞质溶胶用用差差速速离离心心法法别别离离细细胞胞匀匀浆浆物物组组分分，先先后后除除去去细细胞胞核核、线线粒粒体体、溶溶酶酶体体、高高尔尔基基体体和和细细胞胞质质膜膜等等细细胞胞器器或或细细胞胞结结构构后后，存存留留在在

3、上上清清液液中中的的主主要要是是细细胞胞质质基基质质的的成成分分。生生物物化化学学家家多多称称之为胞质溶胶。之为胞质溶胶。完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、蛋白质如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、蛋白质合成、脂肪酸的合成等。合成、脂肪酸的合成等。蛋白质在细胞基质中的分选及其转运机制的研究蛋白质在细胞基质中的分选及其转运机制的研究与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递细胞质基质结构体系的组织者，提供锚定位点。细胞质基质结构体系的组织者，提供锚定

4、位点。蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰：类型蛋白质的修饰：类型 控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命 降解变性和错误折叠的蛋白质降解变性和错误折叠的蛋白质 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象分子构象(热休克蛋白热休克蛋白三、细胞质基质的功能第二节第二节 细胞内膜系统细胞内膜系统及其功能及其功能 细细胞内膜系胞内膜系统统概述概述 细细胞内膜系胞内膜系统统组成组成一、细胞内膜系统概述概概念念：是是指指细细胞胞内内在在结结构构、功功能能乃乃至至发发生生上上相相互互关关联联、由由膜膜包包被被的的

5、细细胞胞器器或或细细胞胞结结构构。主主要要包包括括内内质质网网、高高尔尔基基体体、溶溶酶酶体体、胞胞内内体体和和分分泌泌泡泡等等研究内膜系统的有效技术主要包括：揭示超微结构的电镜技术 用于功能定位研究的免疫标记和放射自显影技术 用于组分别离与分析的离心技术 用于研究膜泡运输和功能机制研究的遗传突变分 析技术二、二、细胞内膜系统细胞内膜系统组成组成 内内 质质 网网 高尔基体高尔基体 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体 一内一内 质质 网网 (ENDOPLASMIC RETICULUM,ER)(ENDOPLASMIC RETICULUM,ER)内质网的概述内质网的概述 内内质质网的网的类型

6、及形态结构类型及形态结构 内质网的空间分布内质网的空间分布 内质网的功能内质网的功能 内质网与基因表达的调控内质网与基因表达的调控 1 1、内质网的概述、内质网的概述 内质网内质网 是真核细胞重要的细胞器，它由封闭的管状或扁是真核细胞重要的细胞器，它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。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。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞总体积的总体积的1010以上。以上。内质网的发现内质网的发现 比线粒体和高尔基体等细胞器晚得多。比线粒体和高尔基体等细胞器晚得多。1945

7、 1945年，年，Porter Porter 波特波特 等人，在组织培养细胞中等人，在组织培养细胞中初次观察到细胞质的内质局部有网状结构，建议叫内质网。初次观察到细胞质的内质局部有网状结构，建议叫内质网。1954 1954年，年，PaladePalade帕拉德帕拉德 和和PorterPorter波特波特 等人等人证实内质网是由膜围绕的囊泡所组成。证实内质网是由膜围绕的囊泡所组成。1 1、内质网的概述、内质网的概述 微粒体细胞质中别离微粒体细胞质中别离 在细胞匀浆和超速离心过程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中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构、它包含内质网膜与核糖

8、的囊泡结构、它包含内质网膜与核糖体两种根本组分。体两种根本组分。原核细胞内没有内质网原核细胞内没有内质网 由细胞膜代行其类似的职能。由细胞膜代行其类似的职能。2、内质网的内质网的类型及形态结构类型及形态结构根据结构与功能，内质网可分为两种根本类型：根据结构与功能，内质网可分为两种根本类型：糙面内质网糙面内质网RERRER：多多呈呈扁扁囊囊状状，排排列列较较为为整整齐齐，因因在在其其膜膜外外表表分分布布着着大大量量的的核核糖糖体体而而命命名名。是是内内质质网网与与核核糖糖体共同形成的复合机能结构。体共同形成的复合机能结构。主要功能：合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。主要功能：合成分泌性的蛋白和多种膜

9、蛋白。光面内质网光面内质网SERSER：外外表表没没有有核核糖糖体体结结合合的的内内质质网网称称光光面面内内质质网网。光光面面内内质质网网常常为为分分支支管管状状、形形成成较较为为复复杂杂的的立立体结构。体结构。主主要要功功能能：是是脂脂质质合合成成的的重重要要场场所所。所所占占的的区区域域通通常常较较小小，往往往往作作为为出出芽芽的的位位点点，将将内内质质网网上上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。内质网的空间分布内质网的空间分布 在在间间期期细细胞胞中中，内内质质网网的的分分布布与与微微管管的的走走向向一一致致，且且总总是是延微管向细胞周缘延伸。延微管向

10、细胞周缘延伸。已发现一种微管已发现一种微管马达蛋白马达蛋白驱动蛋白与内质网结合，推驱动蛋白与内质网结合，推测内质网的一端固定在核膜上，另一端在驱动蛋白牵引下沿测内质网的一端固定在核膜上，另一端在驱动蛋白牵引下沿着微管向外延伸形成复杂的网状结构。着微管向外延伸形成复杂的网状结构。3、内质网内质网的功能的功能 ER是细胞内蛋白质与脂是细胞内蛋白质与脂质质合成的基地，几乎合成的基地，几乎 全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。3.1 RER的功能的功能3.2 SER的功能的功能3.1 RER的功能的功能 蛋白蛋白质质合成合成 蛋白蛋白质质的修的修饰饰与加工

11、与加工 新生新生肽肽的折叠与的折叠与组组装装 蛋白质合成蛋白质合成是糙面内质网的主要功能是糙面内质网的主要功能 细细胞胞中中蛋蛋白白质质都都是是在在核核糖糖体体上上合合成成的的，并并都都是是起起始始于于细细胞胞质质基基质质中中。有有些些蛋蛋白白质质刚刚起起始始合合成成不不久久便便转转移移到到内内质质网网膜膜上上，继继续续进进行行蛋蛋白白质质合合成成。在在糙糙面面内内质质网网上上，多多肽肽链链一一边边延延伸伸一一边边穿穿过过内内质质网网膜膜进进人人内内质质网网腔腔中中，以以这这种种方方式式合成的蛋白质主要包括以下合成的蛋白质主要包括以下三类三类：蛋白蛋白质质合成合成 向细胞外分泌的蛋白质向细胞外

12、分泌的蛋白质 酶、抗体、多肽类激素等。酶、抗体、多肽类激素等。以分泌泡的形式通过胞吐作用输送到细胞外。以分泌泡的形式通过胞吐作用输送到细胞外。膜的整合蛋白膜的整合蛋白 质膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜上的膜蛋白。质膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜上的膜蛋白。构成构成内膜系统细胞器内膜系统细胞器中中的可溶性的可溶性驻留驻留蛋白蛋白 内质网、高尔基复合体、溶酶体、胞内体、小泡和植物液泡内质网、高尔基复合体、溶酶体、胞内体、小泡和植物液泡 需要与其他细胞组分严格隔离的蛋白：酸性水解酶合成后需要进行修饰与加工的蛋白 蛋白蛋白质质合成合成其其它它的的蛋蛋白白质质是是在在细细胞胞质质基基质质中中“游

13、游离离核糖体上合成的：核糖体上合成的：(a)(a)细细胞胞质质基基质质中中的的驻驻留留蛋蛋白白,如如糖糖酵酵解解酶酶和细胞骨架蛋白。和细胞骨架蛋白。(b)(b)质质膜膜内内外外表表的的外外周周蛋蛋白白,如如血血影影蛋蛋白白和和锚蛋白。锚蛋白。(c)(c)核输入蛋白。核输入蛋白。(d)(d)将将掺掺人人到到线线粒粒体体、叶叶绿绿体体和和过过氧氧化化物物酶酶体中的蛋白。体中的蛋白。3.1.2 蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工 在糙面内质网合成并进入内质网腔的蛋白质发生的主要化学修饰作用有：糖基化 酰基化 发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸跨膜蛋白的半胱氨酸残基 高尔基体、膜蛋白向细胞质膜转移过程

14、中。羟基化 二硫键的形成糖基化糖基化(GLYCOSYLATION)糖基化伴随着多肽合成同时进行糖基化伴随着多肽合成同时进行 在在ERER腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上。当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过位于上。当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过位于膜上的糖基转移酶膜上的糖基转移酶glycosyltransferaseglycosyltransferase的作用下，的作用下，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。例：书例：书P180P180页图页图7-87-8 磷酸多萜醇磷酸多萜醇

15、氨基酸残基氨基酸残基 寡糖链寡糖链 寡糖链寡糖链 糖基转移酶糖基化糖基化(GLYCOSYLATION)糖基化的类型与发生部位 N连接的糖基化N-linked glycosylation 发生在内质网中 天冬酰胺残基Asn+N乙酰葡糖胺 O连接的糖基化O-linked glycosylation 发生在高尔基中 丝氨酸/苏氨酸 or 羟赖氨酸/羟脯氨酸+N乙酰半乳糖胺 此外，在细胞质中也可进行糖基化修饰，但糖基化修饰较简单，种类少。新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装 非复原性的内腔，易于二硫键形成非复原性的内腔，易于二硫键形成 正确折叠涉及驻留蛋白类型正确折叠涉及驻留蛋白类型 蛋白二硫键异构酶

16、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折叠的状态切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态。结合蛋白结合蛋白Bip 识别错误折叠的蛋白或未组装好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与组装。识别错误折叠的蛋白或未组装好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与组装。正确折叠涉及驻留蛋白结构特征：正确折叠涉及驻留蛋白结构特征：具有具有4肽信号肽信号 KDEL 或或 HDEL，保证滞留在内质网腔中，并维持很高的浓度。，保证滞留在内质网腔中，并维持很高的浓度。错误折叠的多肽链会被降解错误折叠的多肽链会被降解位点：位点：ERER外细胞质基质中。外细胞质基质中。错误折

17、叠的蛋白以逆转运错误折叠的蛋白以逆转运(reverse(reversetranslocation)translocation)的形式从它们进入的形式从它们进入ERER腔的腔的路线返回。一旦进入细胞质基质，就会被路线返回。一旦进入细胞质基质，就会被降解蛋白质的装置蛋白酶体降解蛋白质的装置蛋白酶体proteasomes)proteasomes)所降解。所降解。这个过程称为质量控制这个过程称为质量控制(quality(qualitycontrol),control),以确保畸变蛋白不会运到细胞以确保畸变蛋白不会运到细胞的其它部位。的其它部位。SERSER的功能的功能 脂质的合成 肝的解毒功能肝细胞中

18、SER含有一些酶，用以去除脂溶性废物和代谢产生的有害 性物质。固醇类激素的合成 某些合成固醇类激素的细胞中SER含有制造胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列酶。储存钙离子的功能 肌细胞中含有兴旺的特化的SER，称肌质网。肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中，储存起来。3.2.1 脂类的合成脂类的合成 ER ER主要是主要是SER)SER)合合成成构构成成细细胞胞所所需需的的包包括括磷磷脂脂和和胆胆固固醇醇在在内内的的绝绝大大多多数数膜膜脂脂,其其中中最最主主要要的的磷磷脂脂是是磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱卵卵磷脂。磷脂。两种例外两种例外 鞘磷脂和糖脂鞘磷脂和糖脂ERER开

19、始开始Golgi complexGolgi complex完成完成 某些单一脂类是在它们的膜上合成的某些单一脂类是在它们的膜上合成的 细胞内脂类合成的场所细胞器细胞内脂类合成的场所细胞器3.2.1 脂类的合成脂类的合成 磷脂合成与磷脂转运 在ER的细胞质基质侧合成 合成磷脂所需要的3种酶都定位在内质网膜上，活性部位在膜的细胞质基质侧。合成磷脂的底物来自细胞质基质。过程：增大膜面积确定新合成磷脂的种类。磷脂的转位 合成磷脂几分钟后由细胞质基质侧转向内质网的腔面 借助磷脂转位因子/转位酶phospholipid translocator/flippase 磷脂的转运 膜出芽 磷脂转换蛋白PEP：水

20、溶性的载体蛋白。4 4、内质网与基因表达的调控内质网与基因表达的调控 内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。影响影响内质网内质网 细胞核细胞核的的信号转导信号转导的三种因素的三种因素：内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。折叠好的膜蛋白的超量积累。折叠好的膜蛋白的超量积累。内质网膜上膜脂成份的变化内质网膜上膜脂成份的变化主要是固醇缺乏主要是固醇缺乏不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达不同的信号转导

21、途径，最终调节细胞核内特异基因表达二高尔基体二高尔基体高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构 高尔基体的功能高尔基体的功能1 1、高高尔尔基体的形基体的形态结态结构构 高尔基体的发现 高尔基体的概念 高尔基体的形态 高尔基体的极性 高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反响 高尔基体4个组成局部 高尔基体的空间分布高尔基体的发现1898年，意大利医生年，意大利医生Golgi用镀银法首次在神经用镀银法首次在神经元内观察到一种网状结构，命名为内网器。元内观察到一种网状结构，命名为内网器。在很多细胞中相继发现了类似的结构并称之为高在很多细胞中相继发现了类似的结构并称之为高尔基体。尔基体。很多人认为是由于固定

22、和染色产生的人工假象。很多人认为是由于固定和染色产生的人工假象。20世纪世纪50年代电子显微镜技术的应用和超薄切片年代电子显微镜技术的应用和超薄切片的开展，证实了高尔基体的存在。的开展，证实了高尔基体的存在。高尔基体的概念高尔基体的概念高尔基体又称高尔基器或高尔基复合体，是比高尔基体又称高尔基器或高尔基复合体，是比较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器。较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器。高尔基体是由大小不一、形态多变的囊泡体系高尔基体是由大小不一、形态多变的囊泡体系组成的。在不同的细胞，甚至在细胞生长的不组成的。在不同的细胞，甚至在细胞生长的不同阶段都有很大的区别。同阶段都有很大的区别。高尔

23、基体是由较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，膜囊多呈弓形。膜囊周围有大量的大小不等的囊泡结构。在不同的细胞中囊膜的数目差异很大。高尔基体是有极性的细胞器：高尔基体是有极性的细胞器：靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面又称形成面靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面又称形成面 或顺面或顺面cis face。形态、组成和化学性质与形态、组成和化学性质与ER相似。相似。面向质膜的一面凹面又称成熟面或反面面向质膜的一面凹面又称成熟面或反面trans face。形态、组成和化学性质逐渐改变最终到达与细胞膜相似。形态、组成和化学性质逐渐改变最终到达与细胞膜相似。高尔基体的极性高尔基体的极性高高尔尔基体各部膜囊的种基体各部

24、膜囊的种标标志志细细胞化学反响胞化学反响 根据高尔基体的各局部膜囊特有的成分，可用电镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的分析。常用的4 种标志细胞化学反响是：嗜锇反响，经锇酸浸染后，高尔基体的cis面膜囊被特异地染色；焦磷酸硫胺素酶TPP酶细胞化学反响，显示trans面12层膜囊；胞嘧啶单核苷酸酶CMP酶细胞化学反响，显示靠近trans面膜囊状 和管状结构；GERL结构：60年代初，诺维克夫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的一局部，参与溶酶体L的生成。烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶NADP酶的细胞化

25、学反响，显示中间扁平囊。高高尔尔基基体体顺顺面面膜膜囊囊或或顺顺面面高高尔尔基基体体管管网网状状结结构构cis-Golgi cis-Golgi networknetwork，CGNCGN 位位于于高高尔尔基基体体顺顺面面最最外外侧侧的的扁扁平平膜膜囊囊，又又称称ciscis膜膜囊囊，是中间多孔而呈连续分支的管网结构。是中间多孔而呈连续分支的管网结构。CGNCGN接接受受来来自自内内质质网网新新合合成成的的物物质质并并将将其其分分类类后后大大局局部转入高尔基体中间膜囊，小局部蛋白质与脂质再返回内质网。部转入高尔基体中间膜囊，小局部蛋白质与脂质再返回内质网。高尔基体中间膜囊高尔基体中间膜囊medi

26、al Golgimedial Golgi 由由扁扁平平膜膜囊囊与与管管道道组组成成，形形成成不不同同间间隔隔，但但功功能能上上是是连续的、完整的膜囊体系。连续的、完整的膜囊体系。多多数数糖糖基基化化修修饰饰、糖糖脂脂的的形形成成以以及及与与高高尔尔基基体体有有关关的的多糖的合成都发生在中间膜囊中。多糖的合成都发生在中间膜囊中。高尔基体的4个组成局部 高尔基体至少由互相联系的高尔基体至少由互相联系的4 4个局部组成，每一局部个局部组成，每一局部又可能划分出更精细的间隔：又可能划分出更精细的间隔：高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构trans Golgi network，TGN TGN位于反

27、面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入反面的细胞质中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出，某些“晚期的蛋白质修饰也发生在TGN中。TGN在蛋白质与脂质的转运过程中还起到“瓣膜的作用，保证这些物质向单方向转运。周围大小不等的囊泡vesicles)顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为ERGIC，或称VTCs。高尔基体的反面一侧可以见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒，将经过高尔基体分类与包装的物质运送到细胞特定的部位。高尔基体的高尔基体的4个组成局部个组成局部高尔基体高尔基体的空间分布的空间分布 高尔基体与细胞骨

28、架关系密切，在非极性细胞中，高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。尔基体分布在微管的负极端。在别离的高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白胞质在别离的高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白胞质 臂动力蛋白和驱动蛋白和微丝的马达蛋白。臂动力蛋白和驱动蛋白和微丝的马达蛋白。最最近近还还发发现现特特异异的的血血影影蛋蛋白白网网架架也也存存在在于于高高尔尔基基体体处处。它它们们在在维维持持高高尔尔基基体体动动态态的的空空间间结结构构以以及及复复杂杂的的膜膜泡泡运运输输中中起起重要的作用。重要的作用。2 2、高尔基体的功能高尔基体的功能 高高尔尔基体与基体与细细胞的分泌活胞的分

29、泌活动动 蛋白蛋白质质的糖基化及其修的糖基化及其修饰饰蛋白蛋白酶酶的水解和其它加工的水解和其它加工过过程程高高尔尔基体与基体与细细胞的分泌活胞的分泌活动动 蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身 流感病毒包膜蛋白特异性地转运流感病毒包膜蛋白特异性地转运 上皮细胞游离端的质膜上皮细胞游离端的质膜 水疱性口炎病毒包膜蛋白特异性地转运水疱性口炎病毒包膜蛋白特异性地转运上皮细胞基底面的质膜上皮细胞基底面的质膜 将将克克隆隆的的两两种种病病毒毒包包膜膜蛋蛋白白的的基基因因同同时时在在上上皮皮细细胞胞中中表表达达，结结果果两两种种病

30、病毒毒包包膜膜蛋蛋白白的的合合成成、转转运运途途径径及及在在细细胞胞膜膜上上的的分分布布与与两两种种病病毒毒同同时时感感染细胞时，病毒包膜蛋白在质膜上的分布相同。染细胞时，病毒包膜蛋白在质膜上的分布相同。溶酶体酶的分选：甘露糖溶酶体酶的分选：甘露糖-6-6-磷酸磷酸M6PM6P 高高尔尔基基体体顺顺面面膜膜囊囊中中：N-N-乙乙酰酰葡葡糖糖胺胺磷磷酸酸转转移移酶酶和和N-N-乙乙酰酰葡葡糖糖胺胺磷磷酸酸糖苷酶作用下，甘露糖残基磷酸化产生糖苷酶作用下，甘露糖残基磷酸化产生M6PM6P。高高尔尔基基体体反反面面膜膜囊囊中中：结结合合M6PM6P受受体体，由由于于溶溶酶酶体体酶酶的的许许多多位位点点

31、上上都都可可形形成成M6PM6P，增增大大了了受受体体的的亲亲和和力力，使使溶溶酶酶体体的的酶酶与与蛋蛋白白质质别别离离并并起起到到局局部部浓缩的作用。浓缩的作用。蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化及其修饰 真真核核细细胞胞中中普普遍遍存存在在的的糖糖基基化化，如如溶溶酶酶体体中中的的水水解解酶酶类类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白。蛋白蛋白质质糖基化糖基化类类型型 蛋白蛋白质质糖基化的特点及其生物学意糖基化的特点及其生物学意义义 蛋白聚糖在高蛋白聚糖在高尔尔基体中基体中组组装装蛋白质糖基化类型蛋白质糖基化类型 特 征 N-连接 O-连接1

32、.合成部位 糙面内质网和高尔基体高尔基体2.合成方式 来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去3.与之结合的 氨基酸残基 天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸4 最终长度 至少5个 糖残基一般14个糖残基，但ABO血型抗原较长5.第一个糖残基N乙酰葡糖胺N乙酰半乳糖胺等N-连接与O-连接的寡糖比较 蛋白质糖基化的特点及其生物学意义蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 糖基化的特点：糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不糖基化的特点：糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同同 的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。糖基化的主要作用：对多

33、数分选的蛋白质来说，糖基化并非作糖基化的主要作用：对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为为 蛋白质的分选信号。蛋白质的分选信号。帮助蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳帮助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定性 多羟基糖侧链可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的多羟基糖侧链可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质性质 进化上的意义，因为寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其进化上的意义，因为寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大它大 分子接近细胞外表的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有分子接近细胞外表的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一一 个保护性的外被，

34、同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。动。一个或多个糖胺聚糖通过木糖结合到一个或多个糖胺聚糖通过木糖结合到 核心蛋白的丝氨酸核心蛋白的丝氨酸SER残基上残基上 与一般的与一般的O-连接不同，直接与丝氨酸羟基连接不同，直接与丝氨酸羟基 连接的不是连接的不是N-乙酰半乳糖胺，而是木糖乙酰半乳糖胺，而是木糖 蛋白聚糖在高尔基体中组装蛋白蛋白酶酶的水解和其它加工的水解和其它加工过过程程 蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型 无生物活性的蛋白原proprotein高尔基体切除N-端或两 端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。蛋白

35、质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽等。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。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。加工方式多样性的可能原因：确保小肽分子的有效合成；弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。硫酸化作用也在高尔基体中进行(三溶酶体与过氧化物酶体三溶酶体与过氧化物酶体 溶酶体的溶酶体的概述概述 溶酶体的结构类型溶酶体的结构类型 溶酶体的功能溶酶体的功能 溶酶体的发生溶酶体的发生 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体概述概述1.1 溶酶体溶酶体lysosome 是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类

36、的囊泡状细胞器。是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。主要功能是进行细胞内的消化作用。主要功能是进行细胞内的消化作用。1.2 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞 中与溶酶体功能类似的细胞器：中与溶酶体功能类似的细胞器：圆球体圆球体 糊粉粒糊粉粒 植物中央液泡植物中央液泡概述概述1.3 1.3 溶酶体溶酶体的标志酶的标志酶：酸性磷酸酶酸性磷酸酶1.4 1.4 溶酶体膜的特征溶酶体膜的特征：嵌有质子泵嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境形成和维持溶酶体中酸性的内环境具有多种载体蛋白具有多种载体蛋白，用于水解的用于水解的产产物向外物

37、向外转转运运膜蛋白高度糖基化膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解可能有利于防止自身膜蛋白的降解。2.2.溶酶体的结构溶酶体的结构类型类型 初级溶酶体初级溶酶体primary lysosome 呈呈球球形形，直直径径约约为为，内内容容物物均均一一，不不含含有有明明显显的的颗颗粒粒物物质质，外外面面由由一一层层脂脂蛋蛋白白膜膜围围绕。其中的酶都属酸性水解酶。绕。其中的酶都属酸性水解酶。溶溶酶酶体体是是一一种种异异质质性性heterogenous)细细胞胞器器，根根据据其其所所处处于于完完成成其其生生理理功功能能的的不不同同阶阶段段，大大致致可可分分为为初初级级溶溶酶酶体体、次级溶酶体和

38、剩余体次级溶酶体和剩余体：次级溶酶体次级溶酶体secondary lysosome 由由初初级级溶溶酶酶体体和和细细胞胞内内各各种种小小泡泡自自噬噬泡泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬跑融合而成复合体。或异噬泡、胞饮泡或吞噬跑融合而成复合体。形状常不规那么，较大形状常不规那么，较大。水解酶具活性，具有催化功能。水解酶具活性，具有催化功能。自噬溶酶体自噬溶酶体autophagolysosome 异噬溶酶体异噬溶酶体phagolysosome 剩余小体剩余小体residual bodyresidual body又称后溶酶体。又称后溶酶体。次次级级溶溶酶酶体体内内进进行行消消化化作作用用完完成成后后，形形成成

39、的的小小分分子子物物质质可可通通过过膜膜上上的的载载体体蛋蛋白白转转运运到到细细胞胞质质基基质质中中，供供细细胞胞代代谢谢用用。未未被被消消化化的的物物质质残残存存在在溶酶体中形成剩余体。溶酶体中形成剩余体。剩剩余余体体可可通通过过类类似似胞胞吐吐作作用用的的方方式式将将内内容容物物排排出细胞。出细胞。3.3.溶溶酶酶体的功能体的功能 去去除除无无用用的的生生物物大大分分子子、衰衰老老的的细细胞胞器器及及衰衰老老损伤和死亡的细胞损伤和死亡的细胞 防防御御功功能能病病原原体体感感染染刺刺激激单单核核细细胞胞分分化化成成巨巨噬细胞而吞噬、消化噬细胞而吞噬、消化 其它重要的生理功能其它重要的生理功能

40、 其它重要的生理功能其它重要的生理功能 作为细胞内的消化作为细胞内的消化“器官为细胞提供营养器官为细胞提供营养 分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过 程的调节程的调节 参与去除赘生组织或退行性变化的细胞参与去除赘生组织或退行性变化的细胞 受精过程中的精子的顶体反响受精过程中的精子的顶体反响 4.4.溶酶体溶酶体与与过氧化物酶体过氧化物酶体 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)peroxisome)又称微体又称微体(microbody)microbody)，是是 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由单层膜围绕的内含一种或

41、几种氧化酶类的异质性细胞器。过过氧化物氧化物酶酶体与溶体与溶酶酶体的区体的区别别 过过氧化物氧化物酶酶体的功能体的功能鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体P和其它细胞器如线粒体M等Albert et al.，1989过氧化物酶体过氧化物酶体与与溶酶体溶酶体的区别的区别过过氧氧化化物物酶酶体体和和初初级级溶溶酶酶体体的的形形态态与与大大小小类类似似，但但过过氧氧化化物物酶酶体体中中的的尿尿酸酸氧氧化化酶酶等等常常形形成成晶晶格格状状结结构构，可可作作为为电电镜镜下下识识别别的的主主要要特征。特征。过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较过过氧化物氧化物酶酶体的功能体的

42、功能动物细胞肝细胞或肾细胞中过氧化物酶体可氧化分解血液动物细胞肝细胞或肾细胞中过氧化物酶体可氧化分解血液 中的有毒成分，起到解毒作用。中的有毒成分，起到解毒作用。过氧化物酶体中常含有两种酶：过氧化物酶体中常含有两种酶：依依赖赖于于黄黄素素FAD的的氧氧化化酶酶，其其作作用用是是将将底底物物氧氧化化形形成成H2O2；过氧化氢酶，作用是将过氧化氢酶，作用是将H2O2分解，形成水和氧气。分解，形成水和氧气。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在绿色植物叶肉细胞中，它催化

43、在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反响副产物的氧化，固定反响副产物的氧化，即所谓光呼吸反响；即所谓光呼吸反响；乙醛酸循环的反响，在种子萌发过程中，过氧化物酶体乙醛酸循环的反响，在种子萌发过程中，过氧化物酶体 降解储存的脂肪酸降解储存的脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A琥珀酸琥珀酸葡萄糖。葡萄糖。第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 分泌蛋白合成的模型分泌蛋白合成的模型信号假说信号假说 蛋白质分选信号蛋白质分选信号 蛋白质分选的根本途径与类型蛋白质分选的根本途径与类型 膜泡运输膜泡运输 细胞结构体系的组装细胞结构体系的组装 一、信号假说一、信号假说(SIGNAL HY

44、POTHESIS)信号假说的概念信号假说的概念信号假说的结构因子信号假说的结构因子信号假说的工作模型信号假说的工作模型1.1.信号假说的概念信号假说的概念 即分泌性蛋白即分泌性蛋白N N端序列作为信端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过易位子复合体进入质边合成边通过易位子复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。信号肽被切除。2.2.信号假说的结构因子信号假说的结构因子蛋白质蛋白质N-N-端的信号肽端的信号肽指导分泌性蛋白在糙面内指导分泌性蛋白在

45、糙面内质网上合成的决定因素。质网上合成的决定因素。结构：结构：位于新合成的多肽链的位于新合成的多肽链的N N端，一般含有端，一般含有16-16-2626个氨基酸残基，期间至少含有个氨基酸残基，期间至少含有9 9个疏水氨基酸残个疏水氨基酸残基形成疏水核心区。因此，包括疏水核心区、信基形成疏水核心区。因此，包括疏水核心区、信号肽的号肽的C C端和端和N N端端3 3局部。局部。特点：没有严格的专一性。原核细胞一些分特点：没有严格的专一性。原核细胞一些分泌性蛋白泌性蛋白N N端也具有信号序列端也具有信号序列 功能：引导新生肽链跨膜进入内质网腔。功能：引导新生肽链跨膜进入内质网腔。2.2.信号假说的结

46、构因子信号假说的结构因子2.2 2.2 信号识别颗粒信号识别颗粒SRPSRP 结构：结构：是一种核糖核蛋白复合体。由是一种核糖核蛋白复合体。由6 6种不同的蛋白和一个种不同的蛋白和一个 300300个核苷酸组成的个核苷酸组成的 7SRNA 7SRNA 结合组成。一般存在于细胞质结合组成。一般存在于细胞质中。中。功能：功能：即能与新生肽链的信号肽和核糖体结合，又能与停泊即能与新生肽链的信号肽和核糖体结合，又能与停泊蛋白信号识别颗粒受体结合。蛋白信号识别颗粒受体结合。2.2.信号假说的结构因子信号假说的结构因子 2.3 2.3 信号识别颗粒的受体信号识别颗粒的受体 又称停泊蛋白又称停泊蛋白 doc

47、king protein docking protein，DPDP 分子量为分子量为7210372103，位于内质网上，位于内质网上 可特异地与可特异地与SRPSRP结合。结合。2.4 2.4 核糖体受体核糖体受体易位子易位子 蛋白质复合体，直径，中间有一直径为蛋白质复合体，直径，中间有一直径为2nm2nm的的通道通道 2.5 2.5 信号肽酶信号肽酶 位于位于ERER腔面，切除信号肽腔面，切除信号肽3.3.信号假说的工作模型信号假说的工作模型 书书P202P202图图7-7-2020 3.1 活化后的活化后的mRNA与细胞质基质中游离的核糖与细胞质基质中游离的核糖体结合开始翻译蛋白质，当多肽

48、链延伸至体结合开始翻译蛋白质，当多肽链延伸至80个氨基个氨基酸左右，酸左右，N端的信号肽暴露出核糖体并与端的信号肽暴露出核糖体并与SRP 结合，结合，形成形成“SRP-信号肽信号肽-新生肽链新生肽链-核糖体复合体，导核糖体复合体，导致肽链延伸暂时停止。致肽链延伸暂时停止。3.2 由于由于SRP与内质网膜上的与内质网膜上的DP的识别作用，使的识别作用，使得得SRP-信号肽信号肽-新生肽链新生肽链-核糖体核糖体复合体与内质网复合体与内质网膜上的易位子结合，随后膜上的易位子结合，随后SRP脱离复合体返回细胞脱离复合体返回细胞质基质中重复使用，肽链重新开始延伸。质基质中重复使用，肽链重新开始延伸。3.

49、3.信号假说的工作模型信号假说的工作模型 3.3 3.3 以环化构象存在的信号肽与易位子结合使以环化构象存在的信号肽与易位子结合使孔道翻开，引导肽链以袢环的形式边延伸边穿孔道翻开，引导肽链以袢环的形式边延伸边穿过内质网膜进入内质网腔内，随后信号肽酶切过内质网膜进入内质网腔内，随后信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。除信号肽并快速使之降解。3.4 3.4 肽链继续延伸直，直至完成整个多肽链的肽链继续延伸直，直至完成整个多肽链的合成，蛋白质进入腔内并折叠。核糖体离开内合成，蛋白质进入腔内并折叠。核糖体离开内质网，分成大小两个亚基，游离在细胞质基质质网，分成大小两个亚基，游离在细胞质基质中，易位子关闭

50、。中，易位子关闭。二、二、蛋白质分选信号蛋白质分选信号 信号肽Signal peptide与共转移Cotranslocation 导肽Leader peptide与后转移Post translocation 几种典型的蛋白质分选信号protein sorting signal sequence)信号肽与共转移信号肽与共转移共转移共转移cotranslocation 肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。起始转移序列和停止转移序列起始转移序列和停止转移序列开始转移序列：引导肽链穿过内质网膜的信号肽。开始转移序列：引导肽链穿过内质网膜的信号肽。停止转移序列：肽链中