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1、第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输,第一节 细胞质基质的涵义与功能 第二节 细胞内膜系统及其功能 第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,第一节 细胞质基质的涵义与功能,细胞质基质：真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器外的胶状物质。 一、细胞质基质的成分 1、与代谢相关的数千种酶类及其它一些蛋白质 2、细胞质骨架（微丝、微管、中间纤维） 3、各种代谢中间产物，如脂类、糖、氨基酸、核苷酸、核苷酸衍生物等。,细胞质基质实质上是一个在不同层次均有高度组织结构的系统，而不是一种简单的溶液。 细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合。蛋白质与蛋
2、白质之间，蛋白质与其它大分子之间都是通过弱键相互作用的，并且常常处于动态平衡之中，这种结构体系的维持只能在高浓度的蛋白质及其特定的离子条件下实现。,二、细胞质基质的功能 1、许多中间代谢过程都在细胞质基质中进行 2、细胞质基质中细胞骨架具有多种功能 3、参与蛋白质的修饰 （1）辅酶或辅基与酶的共价结合 （2）磷酸化与去磷酸化 （3）糖基化 （4）对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰 （5）酰基化,4、控制蛋白质的寿命 蛋白质N端的第一个氨基酸残基决定了蛋白质的寿命。蛋白质的降解通过泛素降解途径。 5、降解变性和错误折叠的蛋白质 6、热激蛋白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。,
3、泛素是由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白（又称遍在蛋白）。多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N端，然后由一种蛋白酶体（26s的蛋白酶复合体）将蛋白质水解。,三、细胞质基质与胞质溶胶是两个不同的概念,第二节 细胞内膜系统及其功能 细胞内膜系统：在结构、功能乃至发生上相关的，由膜围绕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。,一、内质网,（一）、内质网简介 1945年由porter等观察培养的小鼠成纤维细胞时发现。 内质网是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。 在不同的细胞中形态、数量差异较大。 分为糙面内质网和滑面内
4、质网，内质网膜上有易位子结构。 内质网与其它细胞器的关系。 微粒体与内质网,1、蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能 所有蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的核糖体。一部分蛋白质刚开始合成后不久便和核糖体一起转移到内质网膜上继续合成，肽链一边延伸一边穿过内质网膜进入内质网腔。主要包括： （1）向细胞外分泌的蛋白质 （2）细胞膜、内质网、高尔基体、溶酶体膜上的膜整合蛋白 （3）构成细胞器中（内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体）的可溶性驻留蛋白,（二）、内质网的功能,（二）、内质网的功能,2、光面内质网是脂质合成的重要场所 内质网合成几乎全部的膜脂。 合成磷脂酰胆碱的过程 磷脂的翻转 合成的磷脂由内质网
5、向其它膜转运的方式主要有两种：一种是以出芽方式转移到高尔基体、溶酶体和细胞膜上，另一种方式是通过磷脂转换蛋白转移磷脂到线粒体或过氧化物酶体。,3、蛋白质的修饰与加工 N-连接的糖基化（发生在ER腔面） 在ER腔中进行的蛋白质糖基化主要是N-连接的糖基化。N-乙酰葡萄糖胺连接到蛋白质的天冬酰胺残基侧链的氨基上。 所有N-连接的糖链都来源于同一14糖残基的寡糖链。 酰基化（发生在胞质侧） 羟基化、二硫键的形成等。,（二）、内质网的功能,内质网上进行N-连接的糖基化: 糖的供体为核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。 糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolic
6、hol phosphate）分子上，装配成寡糖链。 再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。,4、新生多肽的折叠与装配 内质网上合成的多肽要经过正确的折叠形成三级结构。在内质网腔中，蛋白二硫键异构酶和Bip蛋白对蛋白质的正确快速折叠起着重要作用。二者都有4肽内质网驻留信号。 5、解毒功能 滑面内质网中有一些酶，能清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质。如P450家族酶系,（二）、内质网的功能,二、内质网的功能,6、合成类固醇激素 7、储存Ca 2+的功能 内质网膜上有Ca 2+ ATP酶，将细胞质基质中的Ca 2+泵入内质网。内质网膜上还有C
7、a 2+离子通道，接受信号后释放Ca 2+，肌肉细胞中的内质网特化为肌质网。,二、 高尔基复合体,高尔基复合体的发现 （一）、高尔基复合体简介 1、高尔基复合体的形态结构 形态多变、大小不一，最富有特征的结构是48个排列较整齐的扁平膜囊构成主体结构，扁平膜囊多呈弓形、也有半球形、球形，膜囊周围有大小不等的囊泡。,二、 高尔基复合体,2、有极性 在细胞中有恒定的位置；物质从一侧进入，从另一侧输出。 靠近核的一面（凸面）为形成面（forming face）或顺面（cis face），面向细胞膜的一面（凹面）称成熟面（mature face）或反面（trans face）。,3、高尔基复合体由3个相
8、互联系的部分组成 （1）高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基管网状结构： 位于顺面最外侧的扁平膜囊，是中间多孔而呈连续分支状的管网结构，接受来自内质网的物质，大部分经分类后进入中间膜囊，小部分返回内质网。还是发生O-连接的糖基化的部位，跨膜蛋白发生酰基化的部位。 （2）高尔基体中间膜囊： 由扁平膜囊与管道组成，有很大的膜表面。多数糖基化、糖脂的形成及与高尔基体有关的多糖合成都发生在中间膜囊,（3）、高尔基体反面膜囊及反面网状结构 。 PH值比其它部位低。参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体输出。还发生一些蛋白质的修饰。 高尔基体周围有大小不等的囊泡:顺面的称为“小泡”（40-80nm)，反面的称为“
9、液泡”（100-500nm) 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MTOC(负端),4、高尔基体不同部位的化学标志 （1）顺面膜囊有嗜锇反应 （2）反面1-2层膜有焦磷酸硫胺素酶的化学反应 （3）靠近trans面的一些膜囊状和管状结构有胞嘧啶单核苷酸酶的化学反应 （4）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶是高尔基体中间膜囊 的标志酶,（二）、高尔基体的功能,高尔基体是细胞内大分子运输的重要交通枢纽，还是糖类合成的工厂。 1、高尔基体与细胞的分泌活动 放射自显影技术跟踪胰腺腺泡细胞蛋白质合成。 内质网上合成的蛋白质包括分泌性蛋白、细胞膜上的膜蛋白、溶酶体中的酶、细胞外基质成分等都是经
10、高尔基体分泌出去的。 部分溶酶体酶的分选依赖6-磷酸甘露糖标志。 蛋白质在高尔基体中分选及转运的信息存在于编码蛋白质的基因本身。,2、蛋白质的糖基化及其修饰 (1)蛋白质的糖基化类型： N-连接的糖基化与O-连接的糖基化。 (2)两种糖基化形式的比较：见表。 (3)蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 (4)蛋白聚糖的合成 (5)参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。,蛋白质糖基化的生物学意义,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。 进化上的意义：寡糖
11、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。 与细胞识别有关。,3、将蛋白水解为活性物质 很多肽激素和神经多肽要在与TGN膜结合的蛋白水解酶的作用下水解才能成为有活性的多肽。 几种加工方式：1、在高尔基体中切除N端或两端的序列形成成熟的多肽，如胰岛素、胰高血糖素、血清蛋白等。2、合成时为多个相同重复序列，在高尔基体中水解为多个相同的活性多肽，如神经肽。3、同一蛋白质前体可以加工成不同的产物,4、进行膜的转化功能 高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高尔基体在进行
12、着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。,三、溶酶体,（一）、溶酶体简介 1、溶酶体是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。 2、溶酶体的发现：生化证据。 3、形态大小差异较大。一般为球形。数目差异也较大。 4、结构类型 异质性细胞器，分为初级溶酶体、次级溶酶体、残余体,初级溶酶体 从高尔基体反面膜囊脱落下来形成，0.2-0.5um。内含多种水解酶：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷脂酶、磷酸酶、硫酸酶等60多种。PH为5左右。 溶酶体膜的特点 （1）膜上有质子泵 （2）膜上有载体蛋白，用于水解产物向外转运
13、 （3）膜蛋白高度糖基化。 次级溶酶体 初级溶酶体与来自细胞外部的胞饮泡、吞噬泡或内部的自噬泡融合形成的复合体。是正在进行消化作用的溶酶体，形状不规则，较大。,肝脏星形细胞中各种溶酶体,次级溶酶体,残余体 （后溶酶体、末期溶酶体） 经过消化后，有用的物质经膜上的载体蛋白转运至胞质重新利用，未消化物质留在溶酶体中形成残余体，残余体有的通过胞吐作用排出细胞，有的留在细胞内。 溶酶体的标志酶是酸性磷酸酶。 植物圆球体、糊粉粒、液泡具有溶酶体的功能。,肝细胞中的脂褐质,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,M6P,N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,高尔
14、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,二、溶酶体的发生途径,N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶的作用机理,溶酶体酶分选的其它方式 1、有M6P标志的溶酶体酶被分泌到胞外，然后通过受体介导的胞吞作用运至溶酶体。 2、不依赖M6P途径的溶酶体酶，如溶酶体膜蛋白；酸性磷酸酶 淋巴细胞中的分泌型溶酶体。,（三）、溶酶体的功能,1、清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞 2、防御功能 吞噬细胞能识别吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体的作用下将其杀死降解。 某些病原体能够发挥作用的原因。,被溶酶体吞进
15、的线粒体,巨噬细胞正在吞噬红细胞,巨噬细胞与吞噬的死亡细胞,（三）、溶酶体的功能,3、其他重要的生理功能 （1）消化营养物质为细胞提供营养 （2）在分泌腺细胞中参与分泌过程的调节 （3）清除凋亡的细胞 （4）受精过程中精子的顶体相当于特化的溶酶体，溶解卵细胞的外被，使精子进入卵细胞,精子的顶体是一个巨大的溶酶体,（四）、与溶酶体有关的疾病,40多种疾病由溶酶体缺乏某种酶引起。先天存在某种酶的缺陷，引起相应的底物不能被降解，代谢发生障碍，称为储积病。 与外界环境有关的疾病如矽肺、石棉沉着病。 一些疾病如类风湿性关节炎、休克等。,储积病,台-萨氏综合征（Tay-Sachs diesease）：溶酶体缺少氨基已糖酯酶A，导致神经节甘脂GM2积累 。 II型糖原累积病（Pompe病）：缺乏-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累。 Gaucher病：缺乏- 葡萄糖苷酶，葡糖脑苷脂沉积。 细胞内含物病（inclusion-cell disease）：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变。高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成M6P分选信号，病人成纤维细胞的溶酶体中没有水解酶，底物在溶酶体中贮积，形成 “包涵体”。,其它疾病,矽肺：二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，导致吞噬细胞溶酶体破裂，水解酶释放，细胞崩解，矽尘释出，后又被其他巨噬细内吞噬，反复进行。激活成纤
