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1、第第6章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输1. 真核细胞的区室化，细胞质基质。真核细胞的区室化，细胞质基质。真核细胞中内质网结构和功能真核细胞中内质网结构和功能2. 真核细胞中内质网结构和功能真核细胞中内质网结构和功能。3. 高尔基体结构和功能。高尔基体结构和功能。4. 溶酶体结构和功能。溶酶体结构和功能。5过氧化物酶体功能过氧化物酶体功能5. 过氧化物酶体功能过氧化物酶体功能。6. 蛋白质的靶向、分选及机制。蛋白质的靶向、分选及机制。7. 膜泡运输。膜泡运输。6.1 真核细胞的区室化及细胞质基质。真核细胞的区室化及细胞质基质。生物膜把真核细胞细
2、胞质化分成明显的隔室，细胞区室化 （compartmentalization）是真核细胞结构与功能的基本特征之一。真核细胞中被膜分隔的三类结构真核细胞中被膜分隔的三类结构: (1) 细胞内膜系统：内质网（ER）、高尔基体、溶酶体、分泌小泡等。 (2) 其他膜包围的细胞器：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核。 (3) 细胞质基质。肝细胞中主要细胞区室（细胞器）所占的相对体积肝细胞中主要细胞区室（细胞器）所占的相对体积细胞内区室所占体积（）细胞质基质54细胞质基质54 线粒体22 粗面内质网9粗面内质网9 滑面内质网及高尔基体6 细胞核6细胞核6 过氧化物酶体1 溶酶体1溶酶体1 胞内体1A 细
3、胞质基质细胞质基质细胞质基质及其功能细胞质基质及其功能A.细胞质基质细胞质基质细胞质基质及其功能细胞质基质及其功能。细胞质基质细胞质基质: : 细胞质中膜类细胞器之外的液体成细胞质中膜类细胞器之外的液体成细胞质基质细胞质基质: : 细胞质中膜类细胞器之外的液体成细胞质中膜类细胞器之外的液体成 分区域。是包括细胞骨架纤维在内的大分子、小分分区域。是包括细胞骨架纤维在内的大分子、小分 子形成的动态的子形成的动态的有组织的结构体系有组织的结构体系子形成的动态的子形成的动态的、有组织的结构体系有组织的结构体系。细胞质基质与胞质溶胶的区别：细胞质基质与胞质溶胶的区别：两个实验：两个实验：原位杂交显示卵细
4、胞不同mRNA分布。原位杂交显示卵细胞不同mRNA分布。爪蟾卵母细胞蛋白乳胶球扩散实验爪蟾卵母细胞蛋白乳胶球扩散实验爪蟾卵母细胞蛋白乳胶球扩散实验爪蟾卵母细胞蛋白乳胶球扩散实验。细胞质基质的功能细胞质基质的功能:细胞质基质的功能细胞质基质的功能细胞质基质是蛋白质、脂肪酸合成及细胞中多种中间细胞质基质是蛋白质、脂肪酸合成及细胞中多种中间 代谢的区域。代谢的区域。完成各种中间代谢过程 ：例如糖酵解、核苷酸和氨基酸代谢；糖原的合成与部分分解过程; 蛋白质和脂肪酸的合成。基质中细胞骨架：增大细胞质中大分子物质附着面基质中细胞骨架：增大细胞质中大分子物质附着面 积积细胞运动细胞运动物质运输等物质运输等维
5、持细胞的形态细胞运动细胞内积积，细胞运动细胞运动，物质运输等物质运输等。维持细胞的形态、细胞运动、细胞内 的物质运输和能量传递；也为细胞质基质中的其它成分和细胞器提供锚定位点。蛋白质修饰蛋白质修饰辅酶与酶连接辅酶与酶连接磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化糖糖蛋白质修饰蛋白质修饰：辅酶与酶连接辅酶与酶连接，磷酸化去磷酸化磷酸化去磷酸化，糖糖 基化，甲基化，酰基化。基化，甲基化，酰基化。蛋白质降解：控制蛋白质的寿命，如泛素化降解。蛋白质降解：控制蛋白质的寿命，如泛素化降解。蛋白质折叠蛋白质折叠控制蛋白质的寿命降解变性和错误折叠的蛋白质帮助蛋白质折叠蛋白质折叠：控制蛋白质的寿命，降解变性和错误折叠的蛋白质
6、； 帮助 变性或错误折叠的蛋白质重新折叠依赖泛素的蛋白质降解依赖泛素的蛋白质降解通过电镜负染色照片获得的蛋白酶体结构图（）及蛋白酶体识别与降解泛素化蛋通过电镜负染色照片获得的蛋白酶体结构图（）及蛋白酶体识别与降解泛素化蛋 白的示意图（）：1. E1活化泛素分子；2. 泛素分子转移至E2；3. E3催化形成 异肽键；4. 蛋白酶体识别泛素化靶蛋白、ATP水解驱动泛素移除、靶蛋白折叠转入 蛋白酶体核心内被降解。白的示意图（）：1. E1活化泛素分子；2. 泛素分子转移至E2；3. E3催化形成 异肽键；4. 蛋白酶体识别泛素化靶蛋白、ATP水解驱动泛素移除、靶蛋白折叠转入 蛋白酶体核心内被降解。变
7、性与错误折叠蛋白质的重新折叠变性与错误折叠蛋白质的重新折叠细胞精密监测细胞中错误折叠的蛋白数量，胞质溶胶中错误蛋白的积累可以诱发细 胞热休克反应激活编码胞质溶胶中分子伴侣蛋白等基因的转录这些蛋白的产生胞热休克反应，激活编码胞质溶胶中分子伴侣蛋白等基因的转录。这些蛋白的产生 可帮助蛋白分子重新折叠。B. 内膜系统内膜系统内膜系内膜系统统 网、高网、高尔尔统统:由结由结构构 尔尔基体、基体、溶溶构构和功能和功能相相 溶溶酶体、酶体、胞胞相相关的细关的细胞胞 胞胞内体运内体运输输胞胞器组成器组成， 输输小泡、小泡、，包括内包括内质质 分泌泡分泌泡等等质质 等等。膜性细胞器：膜性细胞器： 指细胞质中所
8、有具有膜结构的细胞器。包括细胞核、内质网、 高尔基体、胞内体、溶酶体、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。指细胞质中所有具有膜结构的细胞器。包括细胞核、内质网、 高尔基体、胞内体、溶酶体、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。C 内膜系统的动态特征内膜系统的动态特征C. 内膜系统的动态特征内膜系统的动态特征内膜系统处于动态变化中。其中的大多数细胞器之 间通过运输小泡联系在细胞分裂时解体与重建间通过运输小泡联系。在细胞分裂时解体与重建。在在生生物物合合成中成中，蛋蛋白白质质、碳水化碳水化合合物物、脂类在脂类在细细胞胞在物成中在物成中蛋质蛋质碳水化物碳水化物脂类在胞脂类在胞 内移动。内移动。在细胞分泌过程中在细
9、胞分泌过程中向胞外排出蛋白等向胞外排出蛋白等在细胞分泌过程中在细胞分泌过程中，向胞外排出蛋白等向胞外排出蛋白等。在内吞途径中，内吞物质转运至细胞内。在内吞途径中，内吞物质转运至细胞内。D. 膜系统研究的几种常用方法膜系统研究的几种常用方法放射自显影; ; 亚细胞组分生化分析; 亚细胞组分生化分析; 遗传突变体研究;分泌蛋白放射性自显影显示合 成分泌不同阶段在不同细 胞器中的位置3H-亮氨酸脉胞器中的位置。3H 亮氨酸脉 冲标记。6.2 内质网内质网6.2.1 内质网形态与组成 内质网（endoplasmic reticulum ER)是由Porter和Claude等内质网（endoplasmi
10、c reticulum, ER)是由Porter和Claude等 在1945年发现的。它是细胞质中由膜围成的管状或扁囊状的 结构，相互连通成网贯穿整个细胞。约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。分为分为RER和和SER。RER呈扁平囊状呈扁平囊状排列整齐排列整齐有核糖体附着有核糖体附着RER呈扁平囊状呈扁平囊状，排列整齐排列整齐，有核糖体附着有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。细胞不含纯粹的细胞不含纯粹的RER或或SER，它们分别是，它们分别是ER连续结构的一部分。连续结构的一部分。葡糖葡糖-6-
11、磷酸酶是磷酸酶是ER标志酶标志酶。葡糖葡糖 6 磷酸酶是磷酸酶是ER标志酶标志酶。RERRER粗面内质网由核糖体附 着在扁平连续的内质网 囊胞质成SER囊胞质侧形成的。 光 面内质网由管状的膜结 构组成的相互连通的网 架。双重荧光染色SER-微粒体与内质网关系微粒体与内质网关系微粒体微粒体(100-200nm)是在细 胞组分分离中得到的主要是在细 胞组分分离中得到的主要 由内质由内质网网膜膜组组分形成的大分形成的大RER-由内质膜分形成的大由内质膜分形成的大 小一致的异质性微囊。微 粒体在纯化过程中保持了小一致的异质性微囊。微 粒体在纯化过程中保持了 活性活性，具有蛋白合成具有蛋白合成、蛋蛋R
12、ER活性活性，具有蛋白合成具有蛋白合成、蛋蛋 白糖基化、脂质合成等内 质网功能。可用于内质网白糖基化、脂质合成等内 质网功能。可用于内质网 研究研究研究研究。TEM photo 6 2 2 内质6.2.2 内质 网的功能A. 粗面内质网是粗面内质网是 蛋白质合成的场蛋白质合成的场 所所SEM h所所SEM photoLSCM photoLSCM photo胰腺细胞的粗面内质网粗面内质网功能粗面内质网功能:粗面内质网功能粗面内质网功能:蛋白质合成、修饰和蛋白质合成、修饰和 正确折叠正确折叠共翻译分选翻译后分选正确折叠正确折叠。翻译后分选 附着在粗面内质网 上附着在粗面内质网 上的核糖体合成的的核
13、糖体合成的的核糖体合成的的核糖体合成的 蛋白质包括：蛋白质包括： 分泌蛋白, 分蛋白, 膜整合蛋白, 细胞器中的可溶性蛋白 细胞器中的可溶性蛋白。蛋白质细胞内分选。Nascent 新生的B. 光面内质网是脂质合成的重要场所光面内质网是脂质合成的重要场所膜脂的合成大多数膜脂完全在内质网上合成两类膜脂例外大多数膜脂完全在内质网上合成。两类膜脂例外: （1）糖鞘脂和糖脂合成开始于内质网上，在高尔基体中完成。 （2）线粒体、叶绿体中的独特的脂由自身合成。卵磷卵磷脂脂脂脂在内质在内质网网网网膜上合膜上合成成成成过程的过程的示意图示意图不同细胞器的膜脂组成差异很大。通过出芽从内质网转运至高尔基体溶酶体质膜
14、通过出芽从内质网转运至高尔基体、溶酶体、质膜。通过不同种类的磷脂转换蛋白（PEP）与特定种类的磷脂形成水溶性颗粒, 从磷脂含量高的细胞器转运至磷脂含量低的细胞器（如线粒体过氧化从磷脂含量高的细胞器转运至磷脂含量低的细胞器（如线粒体、过氧化 物酶体等）。SERSER的功能的功能脂质合成：如分泌细胞中合成固醇类物质。SERSER的功能的功能脂质合成：如分泌细胞中合成固醇类物质。肝细胞中对毒性化合物脱毒：依赖光面内质网膜上含有细胞色素P450 多功 能氧化酶把聚集在内质网膜上的脂溶性有害物质能氧化酶把聚集在内质网膜上的脂溶性有害物质 羟基化，使之溶于水并被排除细胞，随尿排出体 外。外。容纳 Ca2+
15、：Ca2+-ATPase位于肌细胞等光面内质网膜上。C. 新合成蛋白质的修饰和加工新合成蛋白质的修饰和加工蛋白的蛋白的N连接糖基化发生在内质网中。蛋白在内质网内（上）还可发生羟基 化，酰基化及形成二硫键等修饰。连接糖基化发生在内质网中。蛋白在内质网内（上）还可发生羟基 化，酰基化及形成二硫键等修饰。内质网中的糖基化发生在蛋白合成过程中，由膜上的糖基转移酶把膜结合的多萜醇上内质网中的糖基化发生在蛋白合成过程中，由膜上的糖基转移酶把膜结合的多萜醇上 的寡糖链转到特殊三肽序列的天冬酰胺上。在真核生物中转移的的寡糖链转到特殊三肽序列的天冬酰胺上。在真核生物中转移的14个糖的寡糖链是相 同的。后期在内质
16、网中还对寡糖链进行剪切修饰，剪除个糖的寡糖链是相 同的。后期在内质网中还对寡糖链进行剪切修饰，剪除3个葡萄糖和一个甘露糖。寡 糖链在转运过程中还可进行切添加糖基。个葡萄糖和一个甘露糖。寡 糖链在转运过程中还可进行切添加糖基。Dolichol 多萜醇。多萜醇。 糖基化的作用： 使蛋白质能够抵抗消化酶的作用； 赋予蛋白质传导信号的功能；号的功能； 某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折基化之后才能正确折叠。N-连接的糖基化发连接的糖基化发生生在内质网中在内质网中: 糖基连接到天冬酰胺的侧链的氨基糖基连接到天冬酰胺的侧链的氨基上。上。连接的糖基化发在内质网中连接的糖基化发在内质网中 糖基连接到天冬酰胺的侧链的氨基糖基连接到天冬酰胺的侧链的氨基O-连接的糖基化发生在高尔基体中连接的糖基化发生在高尔基体中:糖基连接到丝氨酸或苏氨酸侧链的羟基上 （羟脯氨酸或羟赖氨酸）。糖基连接到丝氨酸或苏氨酸侧链的羟基上
