细胞生物学05基质与内膜系统培训资料

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1、细胞生物学05基质与内膜系统Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望5细胞基质与细胞内膜系统n n细胞基质、内质网、高尔基体、溶酶体基及过氧化物酶体的结构与功能。n n细胞内膜系统的各种胞器在结构与功能上的联系。n n蛋白质的分选与运输。5.1 细胞质基质n n除可分辨的细胞器以外的胶状物质。n n主要成份是酶与骨架结构：n n各种酶根据活性与功能的不同，通过弱键结合到细各种酶根据活性与功能的不同，通过弱键结合到细胞骨架上，构成有序的结构体系。胞骨架上，构成有序的结构体系。n

2、 n细胞骨架不仅给给各种酶及细胞器提供了锚定位点，细胞骨架不仅给给各种酶及细胞器提供了锚定位点，而且还给膜泡运输等而且还给膜泡运输等运动提供了轨道运动提供了轨道。n n细胞基质是复杂而有序的结构。n n细胞质基质的功能：a. a.为为细细胞胞内内各各类类生生化化反反应应的的正正常常进进行行提提供供了了相相对对稳稳定定的离子环境。的离子环境。b. b.许许多多代代谢谢过过程程是是在在细细胞胞基基质质中中完完成成的的，如如蛋蛋白白质质的的合合成成；核核苷苷酸酸的的合合成成；脂脂肪肪酸酸合合成成；糖糖酵酵解解；磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径；糖糖原原代代谢谢；信信号号转转导导。通通过过代代谢谢反反应应供供

3、给给细细胞胞器器行行使使其其功功能能所所需需要要的的一一切切底物底物。c. c.维维持持细细胞胞形形态态、运运动动、物物质质及及能能量量传传递递等等与与骨骨架架系系统有关的功能。统有关的功能。d. d.参与蛋白质的合成、加工、分选、运输、参与蛋白质的合成、加工、分选、运输、e. e.蛋白质修饰、选择性降解。蛋白质修饰、选择性降解。I.蛋白质的修饰辅基与辅酶辅基与辅酶磷酸化与去磷酸化磷酸化与去磷酸化 多发生在多发生在TyrTyr，SerSer，ThrThr糖基化糖基化 将糖链转移到氨基酸残基上将糖链转移到氨基酸残基上N N端甲基化端甲基化 延长蛋白质寿命延长蛋白质寿命酰基化酰基化 膜蛋白、癌基因

4、蛋白膜蛋白、癌基因蛋白II.控制蛋白质的寿命 n n去除起始的甲硫氨酸后加上另一种氨基酸作去除起始的甲硫氨酸后加上另一种氨基酸作为控制蛋白质寿命的标记，通过为控制蛋白质寿命的标记，通过泛素途径泛素途径进进行降解行降解III.降解变性和错误折叠的蛋白质未正确折叠的蛋白质疏水核心暴露在外未正确折叠的蛋白质疏水核心暴露在外IV.帮助蛋白质折叠n n定定义义：结结构构、功功能能和和发发生生上上相相关关的的内内膜膜形形成成的的细细胞胞结结构构称称为为细细胞胞内内膜膜系系统统，如如核核被被膜膜、内内质质网网、高尔基体等。高尔基体等。n n功功能能：区区隔隔化化；增增加加内内表表面面积积，提提高高代代谢谢和

5、和调调节节能力。能力。n n从从系系统统发发生生来来看看内内膜膜系系统统起起源源于于质质膜膜的的内内陷陷和和内内共生。共生。n n从从个个体体发发生生来来看看新新细细胞胞的的内内膜膜系系统统来来源源于于原原有有内内膜系统的分裂，具有核外遗传的特性。膜系统的分裂，具有核外遗传的特性。5.2 细胞内膜系统5.2.1 内质网n nK. R. Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初看到的是位于细胞质内 部 的 网 状 结 构 ， 故 名 内 质 网（endoplasmic reticulum，ER）。5.2.1.1 形态与组成n n约约占占细细胞胞总总膜膜面面积积的的一一半半，是

6、是膜膜构构成成的的封封闭闭的的网网络系统。络系统。n n分分为为粗粗面面型型内内质质网网（RERRER）和和光光面面型型内内质质网网（SERSER）。）。n nRERRER呈呈扁扁平平囊囊状状，排排列列整整齐齐，有有核核糖糖体体附附着着，合合成成蛋蛋白质。白质。n nSERSER呈呈分分支支管管状状或或小小泡泡状状，无无核核糖糖体体附附着着，合合成成脂脂类类等。等。n n细细胞胞不不含含纯纯粹粹的的RERRER或或SERSER，它它们们分分别别是是ERER连连续结构的一部分。续结构的一部分。 ERRERRERSERn nERER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和主要功能是合成蛋白质和脂类

7、，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在跨膜蛋白都是在ERER中合成的。中合成的。n nERER膜中含大约膜中含大约60%60%的蛋白和的蛋白和40%40%的脂类，脂类主的脂类，脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。量较少，没有或很少含胆固醇。n nERER约有约有3030多种膜结合蛋白，另有多种膜结合蛋白，另有3030多种位于内质多种位于内质网腔，这些蛋白的分布具有异质性，如：葡糖网腔，这些蛋白的分布具有异质性，如：葡糖-6-6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶，磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶，核糖体结合糖

8、蛋白（核糖体结合糖蛋白（ribophorinribophorin）只分布在）只分布在RERRER，P450P450酶系只分布在酶系只分布在SERSER。 5.2.1.2 ER的功能n n（一）、蛋白质合成n n蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白主要有：1.1.向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；2.2.膜的整合蛋白；膜的整合蛋白；3.3.细胞器中的可溶性驻留蛋白。细胞器中的可溶性驻留蛋白。n nG. G. BlobelBlobel等等 19751975年年 提提 出出 了了 信信 号号 假

9、假 说说 (Signal (Signal hypothesis)hypothesis)，认认为为蛋蛋白白质质N N端端的的信信号号肽肽，指指导导蛋蛋白白质质转转至至内内质质网网上上合合成成，因因此此获获19991999年年诺诺贝贝尔尔生理医学奖。生理医学奖。n n蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：1.1.信信号号肽肽（signal signal peptidepeptide），位位于于新新合合成成肽肽链链的的N N端端，一一般般16301630个个氨氨基基酸酸残残基基，含含有有6-156-15个个连连续续排排列列的的带带正正电电荷荷的的非非极极性性氨氨基基

10、酸酸，由由于于信信号号肽肽又又是是引引导导肽肽链链进进入入内内质质网网腔腔的的一一段段序序列列，又又称开始转移序列（称开始转移序列（start transfer sequencestart transfer sequence）；）；AA Sequences of ER Signal PeptidesAA Sequences of ER Signal Peptides2.2.信信号号识识别别颗颗粒粒（signal signal recognition recognition particleparticle，SRPSRP），由由 6 6种种 多多 肽肽 组组 成成 ， 结结 合合 一一 个个 7

11、S 7S RNARNA， 属属 于于 一一 种种RNP(ribonucleoprotein)RNP(ribonucleoprotein)。能能与与信信号号序序列列结结合合，导导致致蛋蛋白白质合成暂停。质合成暂停。3.3.SRP受体（SPR receptor），内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合。4.4.转位因子（translocator，translocon），由3-4个Sec61蛋白构成的通道，每个Sec61由3条肽链组成。5.5.停止转移序列（stop transfer sequence），与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜Pr。Translocation

12、 of soluble proteins across ER蛋白质转入内质网合成的过程：n n信号肽与SRP结合肽链延伸暂停SRP与受体结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽切除肽链延伸至终止。n n这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为共转移，co-translocation。Insertion of a Multipass Transmembrane protein into the ER membranen n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”核糖体（二）、蛋白质的修饰与加工n n包括糖基化、羟基化、酰基化

13、、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。n n糖基化的作用：保护保护 使蛋白质能够抵抗消化酶的作用，如溶使蛋白质能够抵抗消化酶的作用，如溶酶体酶，细胞外被中的蛋白质等；酶体酶，细胞外被中的蛋白质等；识别识别 赋予蛋白质传导信号的功能，如血型糖赋予蛋白质传导信号的功能，如血型糖蛋白；蛋白；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。n n糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2类：n nO-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基

14、体上进行。n nN-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，连接的糖为N-乙酰葡糖胺。n n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。n n糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。n n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。 Protein glycosylation in RER（三）新生肽链的折叠、组装和运输n n不不同同的的蛋蛋白白质质在在内内质质网网腔腔

15、中中停停留留的的时时间间不不同同，这这主主要要取取决决于于蛋蛋白白质质完完成成正正确确折折叠叠和和组组装装的的时时间间，这这一一过过程程是是在在属属于于hsp70hsp70家家族族的的分分子子伴伴娘娘的的作作用用下下完完成成的，需要消耗能量。的，需要消耗能量。n n分分子子伴伴娘娘等等小小分分子子蛋蛋白白帮帮助助新新生生多多肽肽折折叠叠；ERER非非还还原原性性的的内内腔，易于二硫键形成，二硫键异构酶修正错误形成的二硫键。腔，易于二硫键形成，二硫键异构酶修正错误形成的二硫键。n n正确折叠的蛋白质疏水核心被包裹在内，形成有活性的构象，执行功能必须的高级结构。n n有些无法完成正确折叠的蛋白质被

16、输出内质网，转入溶酶体中降解掉。（四）、内质网的其它作用1.合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后借磷脂转移蛋白（PEP）形成水溶性复合物，转至其他膜上，或以出芽的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上。2.解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。3.参与甾醇类激素的合成。4.使葡萄糖6-磷酸水解，释放糖至血液中。5.储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。6.提供酶附着的位点和机械支撑作用。n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、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。 n n影响内质网影响内质网细胞核信号转导的三种因素细胞核信号转导的

17、三种因素 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。 内质网膜上膜脂成份的变化主要是固醇缺乏 不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达5.2.2 高尔基体n n最最早早发发现现于于18551855年年，18891889年年，GolgiGolgi用用银银染染法法，在在猫猫头头鹰鹰的的神神经经细细胞胞内内观观察察到到了了清清晰晰的的结结构构，因因此此定定名名为为高高尔尔基基体体。2020世世纪纪5050年年代代以以后后才才正正确确认识它的存在和结构。认识它的存在和结构。5.2.2.1 形态与组成n n是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器。n n常分布于内质网与细

18、胞膜之间，呈弓形或半球形。n n凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面（cis face）。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面（trans face）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。n n扁平囊直径约1um，单层膜构成，中间为囊腔，周缘多呈泡状，48个扁平囊在一起(某些藻类可达一二十个)，构成高尔基体的主体(Golgi stack)。The Golgi Apparatusn n高尔基体膜含有大约60%的蛋白和40%的脂类，具有一些和ER共同的蛋白成分。膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜之间，中性脂类主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。n n高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基-糖基转移

19、酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。 n n标志酶为糖基转移酶。5.2.2.2 功能区隔1.1.高高尔尔基基体体顺顺面面的的网网络络结结构构（cis cis Golgi Golgi networknetwork，CGNCGN），是高尔基体的入口区域。），是高尔基体的入口区域。n n蛋蛋白白丝丝氨氨酸酸残残基基发发生生O-O-连连接接糖糖基基化化； 跨跨膜膜蛋蛋白白在在细细胞胞质质基质一侧结构域的酰基化。基质一侧结构域的酰基化。2.2.高高尔尔基基体体中中间间膜膜囊囊（medial medial GolgiGolgi），多多数数糖糖基基修修饰饰，糖糖脂脂的的

20、形形成成以以及及与与高高尔尔基基体体有有关关的的糖糖合合成成均均发发生生此此处。处。3.3.高高尔尔基基体体反反面面的的网网络络结结构构（trans trans Golgi Golgi networknetwork，TGNTGN），）， 是高尔基体的出口区域。是高尔基体的出口区域。n n参参与与蛋蛋白白质质的的分分类类与与包包装装、运运输输； 唾唾液液酸酸化化、蛋蛋白白质质酪酪氨氨酸酸残残基基的的硫硫酸酸化化及及蛋蛋白白原原的的水水解解加加工工，等等加加工工修修饰饰； 起起“ “瓣膜瓣膜” ”作用，保证单向转运。作用，保证单向转运。n n高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：n n嗜锇反应

21、：嗜锇反应：ciscis面膜囊被特异地染色；面膜囊被特异地染色；n n焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶(TPP(TPP酶酶) )：可特异显示高尔基体的：可特异显示高尔基体的transtrans面的面的1 12 2层膜囊；层膜囊；n n烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP(NADP酶酶) )：可显示高：可显示高尔基体中间几层扁平囊；尔基体中间几层扁平囊；n n胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶(CMP(CMP酶酶) )：可显示靠近：可显示靠近transtrans面上面上的一些膜囊状和管状结构，的一些膜囊状和管状结构，CMPCMP酶也是溶酶体的标酶也是溶酶体的标志酶。志酶。n n针

22、对不同部位的囊膜有特异性的染色反应，仅仅依靠凸凹判断顺反面并不准确。5.2.2.3 主要功能1、参与细胞分泌活动n nRERRER上上合合成成蛋蛋白白质质进进入入ERER腔腔COPIICOPII运运输输泡泡进进入入CGNCGN在在medial medial GdgiGdgi中中加加工工在在TGNTGN形成运输泡形成运输泡运输与质膜融合、排出。运输与质膜融合、排出。n n高高尔尔基基体体对对蛋蛋白白质质的的分分类类，依依据据的的是是蛋蛋白白质质上上的信号肽或信号斑。的信号肽或信号斑。2、蛋白质的糖基化n nO-O-连连接接的的糖糖基基化化在在高高尔尔基基体体中中进进行行，与与N-连接的糖基化不同

23、，糖糖的的供供体体为为核核苷苷糖糖，由由糖糖基转移酶逐个加上。基转移酶逐个加上。3、进行膜的转化功能n n内内质质网网上上合合成成的的新新膜膜脂脂转转移移至至高高尔尔基基体体后后，经经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。4、将蛋白水解为活性物质n n如如蛋蛋白白质质N/CN/C端端切切除除，使使之之成成为为正正常常活活性性的的物物质质，如如胰胰岛岛素素（C C端端）、胶胶原原蛋蛋白白；或或将将含含有有多多个个相相同同氨氨基基序序列列的的前前体体水水解解为为有有活活性性的的多多肽肽，如如神神经肽。经肽。5、参与形成溶酶体。6、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和

24、果胶质。高尔基体分泌高尔基体分泌功能示意图功能示意图5.2.3 溶酶体与过氧化物酶体5.2.3.1 溶酶体的结构n n溶溶酶酶体体（lysosomelysosome）为为C. C. de de DuveDuve与与B. B. Novikoff Novikoff 19551955年首次发现。年首次发现。n n是是单单层层膜膜围围绕绕、内内含含多多种种酸酸性性水水解解酶酶类类的的囊囊泡泡状状细胞器，其主要功能是进行细胞器，其主要功能是进行细胞内消化细胞内消化。n n异异质质性性细细胞胞器器，形形态态大大小小及及内内含含的的水水解解酶酶种种类类都都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。可能有很大的不

25、同。酸性磷酸酶是标志酶。n n膜膜有有质质子子泵泵，依依赖赖ATPATP将将H H+ +泵泵入入溶溶酶酶体体，使使其其pHpH值降低。值降低。n n膜膜蛋蛋白白高高度度糖糖基基化化，可可能能有有利利于于防防止止自自身身膜膜蛋蛋白白降解降解1、初级溶酶体（primary lysosome）从从TGNTGN脱离下来形成，也称为原溶酶体或前溶脱离下来形成，也称为原溶酶体或前溶酶体，直径约酶体，直径约0.20.5um0.20.5um，有，有多种酸性水解酶，多种酸性水解酶，但没有活性但没有活性，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等酶酶等6060余种，反应的最适余种，反应的最适

26、pHpH值为值为5 5左右。左右。2、次级溶酶体（secondary lysosome）n n是正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，可分为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体(phagolysosome) 。形状常不规则，较大，且含有正在消化的颗粒或膜的碎片等。3、残体（residual body）n n又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣，故名。残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。Secondary lysosome肝细胞脂褐质肝细胞脂褐质5.2.3.2 溶酶

27、体的功能1.1.细细胞胞内内消消化化：如如高高等等动动物物内内吞吞低低密密脂脂蛋蛋白白获获得得胆胆固醇，单细胞真核生物利用溶酶体的消化食物。固醇，单细胞真核生物利用溶酶体的消化食物。2.2.自自体体吞吞噬噬：清清除除无无用用的的生生物物大大分分子子，衰衰老老细细胞胞、细细胞胞器器、个个体体发发育育中中多多余余的的细细胞胞。许许多多生生物物大大分分子子的的半半衰衰期期只只有有几几小小时时至至几几天天，肝肝细细胞胞中中线线粒粒体体的平均寿命约的平均寿命约1010天左右。天左右。3.3.防御作用：如巨噬细胞杀死病原体。防御作用：如巨噬细胞杀死病原体。4.4.参参与与分分泌泌过过程程的的调调节节：如如

28、将将甲甲状状腺腺球球蛋蛋白白降降解解成成有活性的甲状腺素。有活性的甲状腺素。5.5.形成精子的顶体。形成精子的顶体。 5.2.3.3 溶酶体的发生n n初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形成，形成过程：n n内质网上核糖体合成溶酶体蛋白进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰进入高尔基体cis面膜囊磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑，将乙酰葡糖胺磷酸转移在12个甘露糖残基上在中间膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配体与trans膜囊上的M6P受体结合包装、出芽，形成运输小泡受体在酸性环境中脱离，并返回TGN水解酶去磷酸化最终形成溶酶体的酶M6P标记的形成Transport of new

29、ly synthesized hydrolases to lysosomes1.1.矽矽肺肺：二二氧氧化化硅硅尘尘粒粒（矽矽尘尘）吸吸入入肺肺泡泡后后被被巨巨噬噬细细内内吞吞噬噬，导导致致吞吞噬噬细细胞胞溶溶酶酶体体破破裂裂，水水解解酶酶释释放放，细细胞胞崩崩解解，矽矽尘尘释释出出，后后又又被被其其他他巨巨噬噬细细内内吞吞噬噬，如如此此反反复复进进行行。激激活活成成纤纤维维细细胞胞，导导致致胶胶原原纤纤维维沉沉积，肺组织纤维化。积，肺组织纤维化。2.2.肺肺结结核核：结结核核杆杆菌菌不不产产生生内内、外外毒毒素素, , 也也无无荚荚膜膜和和侵侵袭袭性性酶酶。但但是是菌菌体体成成分分硫硫酸酸脑脑

30、苷苷脂脂能能抵抵抗抗溶溶酶酶体体的的杀杀伤伤作作用用, , 使使结结核核杆杆菌菌在在肺肺泡泡内内大大量量生生长长繁繁殖殖, , 导导致致巨巨噬噬细细胞胞裂裂解解, , 释释放放出出的的结结核核杆杆菌菌再再被被吞吞噬噬而而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。 3.3.类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂。类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂。5.2.3.4 溶酶体与疾病n n3 3各类贮积症各类贮积症n n台台- -萨氏综合征（萨氏综合征（Tay-Sachs dieseaseTay-Sachs diesease）：溶酶体缺）：溶酶体缺少氨基已糖酯酶少氨基已糖酯酶A

31、 A，导致神经节甘脂，导致神经节甘脂GM2GM2积累积累 。n nII II型糖原累积病（型糖原累积病（PompePompe病）：缺乏病）：缺乏-1,4-1,4-葡萄糖苷酶，葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累。糖原在溶酶体中积累。n nGaucherGaucher病：缺乏病：缺乏- - 葡萄糖苷酶，葡糖脑苷脂沉积。葡萄糖苷酶，葡糖脑苷脂沉积。n n细胞内含物病（细胞内含物病（inclusion-cell diseaseinclusion-cell disease）：）：N-N-乙酰葡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体

32、前酶上不能形成M6PM6P分选信号，病人成纤维细胞的分选信号，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，形成溶酶体中没有水解酶，底物在溶酶体中贮积，形成 “ “包涵体包涵体” ”。台台- -萨氏综合症溶酶体的同心圆结构萨氏综合症溶酶体的同心圆结构5.2.3.5 过氧化物酶体n nRhodin 1954Rhodin 1954发现于鼠肾小管上皮细胞。发现于鼠肾小管上皮细胞。n n是是一一种种具具有有异异质质性性的的细细胞胞器器。直直径径通通常常0.5um0.5um，呈呈圆圆形形，椭椭圆圆形形或或哑哑呤呤形形不不等等，由由单单层层膜膜围围绕绕而而成。成。n n特特点点：含含过过氧氧化化

33、氢氢酶酶（标标志志酶酶）和和一一至至多多种种依依赖赖黄黄素素（flavinflavin）的的氧氧化化酶酶，已已发发现现4040多多种种氧氧化化酶酶，各各类类氧氧化化酶酶的的共共性性是是将将底底物物氧氧化化后后生生成成过过氧氧化化氢氢。而过氧化氢酶又利用而过氧化氢酶又利用H H2 2OO2 2去氧化其它底物。去氧化其它底物。n nRHRH2 2+O+O2 2R+HR+H2 2OO2 2Peroxisome of hepatocyte烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心） 1.在动物中： 参与脂肪酸的-氧化； 具有解毒作用，过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害

34、物质氧化，饮入的酒精1/4是在微体中氧化为乙醛。2.在植物中：参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体。n n所有的酶都由核基因编码，在细胞质基质中合成，在信号肽的引导下，进入过氧化物酶体。引导蛋白质进入的信号序列是Ser-Lys-Leu。n n膜脂在内质网上合成后，通过磷脂转移蛋白PEP转移而来。n n已有的过氧化物酶体在细胞分裂时，以分裂方式传给子代细胞。再进行进一步的装配。 5.3 蛋白质分选的基本原理n n细胞内合成的蛋白

35、质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：n n其 一 是 蛋 白 质 中 包 含 特 殊 的 信信 号号 序序 列列（signal sequence）。n n其二是细胞器上具特定的信号识识别别装装置置（分选受体，sorting receptor）。5.3.1 蛋白质分选信号n n信信号号序序列列（signal signal sequencesequence）：存存在在于于蛋蛋白白质质一一级级结结构构上上的的线线性性序序列列，通通常常15-6015-60个个氨氨基基酸酸残残基基，有有些些在在完完成成蛋蛋白白质质的的定定向向转转移移后后被被信信号号肽肽酶酶（signal s

36、ignal peptidasepeptidase）切切除除；通通常常信信号号序序列列对对所所引引导导的的蛋蛋白白质质没没有有特特异异性性要要求求，每每一一种种信信号号序序列列决决定定特殊的蛋白质转运方向。特殊的蛋白质转运方向。n n信信号号斑斑（signal signal patchpatch）：存存在在于于完完成成折折叠叠的的蛋蛋白白质质中中，构构成成信信号号斑斑的的信信号号序序列列之之间间可可以以不不相相邻邻，折折叠叠在在一一起起构构成成蛋蛋白白质质分分选选的的信信号号，是是一一些些原原子子特特异的空间排列所构成的。异的空间排列所构成的。signal sequence and signal

37、 patchsignal sequence and signal patch5.3.2 蛋白质分选运输机制n n1 1、门门控控运运输输（gated gated transporttransport）：如如通通过过核核孔孔复复合体的运输。合体的运输。n n2 2、跨跨膜膜运运输输（transmembrane transmembrane transporttransport）：蛋蛋白白质质通通过过跨跨膜膜通通道道进进入入目目的的地地。如如细细胞胞质质中中合合成成的的蛋蛋 白白 质质 通通 过过 线线 粒粒 体体 上上 的的 转转 位位 因因 子子（translocatortranslocator

38、）进入线粒体。）进入线粒体。n n3 3、膜膜泡泡运运输输（vesicular vesicular transporttransport）：被被运运输输的的物物质质在在内内质质网网或或高高尔尔基基体体中中加加工工成成有有被被小小泡泡，选选择性地运输到靶细胞器。择性地运输到靶细胞器。n n所有的蛋白质都是通过核糖体，在细胞基质内起始合成的；n n在细胞基质中完成合成的主要是细胞核内、线粒体、叶绿体或细胞基质驻留蛋白。n n在ER中完成合成的主要是分泌蛋白、膜整合蛋白、或者胞器中的可溶性驻留蛋白。n n合成后的多肽链依据自身氨基酸序列中所包含的信息进行折叠修饰，并且转运到细胞的特定部位。5.3.3

39、 胞内膜泡运输n n细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。n n大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的包被（coat）。这种包被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。n n有被小泡在细胞内沿微管运输。n n与膜泡运输有关的马达蛋白有3类，在这些马达蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。n n动力蛋白（动力蛋白（dyneindynein），趋向微管负端；），趋向微管负端；n n驱动蛋白（驱动蛋白（kinesinkinesin），趋向微管正端；），趋向微管正端；n n肌

40、球蛋白（肌球蛋白（myosinmyosin），趋向微丝的正极。），趋向微丝的正极。5.3.3.1 包被类型n n已知三类：1.1.网格蛋白（网格蛋白（clathrinclathrin）2.2.COPICOPI3.3.COPIICOPIIn n主要作用：1.1.选选择择性性的的将将特特定定蛋蛋白白聚聚集集在在一一起起，形形成成运运输输小泡；小泡；2.2.如同模具一样决定运输小泡的外部特征。如同模具一样决定运输小泡的外部特征。三种有被小泡的功能包被类型包被类型GTPGTP酶酶组成与衔接蛋白组成与衔接蛋白运输方向运输方向网格蛋白网格蛋白ARFARFClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻

41、链，AP2AP2质膜质膜胞内体胞内体ClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP1AP1高尔基体高尔基体胞内体胞内体ClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP3AP3高尔基体高尔基体溶酶体，溶酶体，植物液泡植物液泡COP ICOP IARFARFCOPCOP 高尔基体高尔基体内质网内质网COP IICOP IISar 1Sar 1Sec23/Sec24Sec23/Sec24复合体，复合体，Sec 13/31Sec 13/31复合体，复合体，Sec 16Sec 16内质网内质网高尔基体高尔基体（一）网格蛋白有被小泡n n相关运输途径：质膜相关运输途径：质膜内体，

42、高尔基体内体，高尔基体内体，内体，高尔基体高尔基体溶酶体、植物液泡。溶酶体、植物液泡。n n结构：由结构：由3 3个重链和个重链和3 3个轻链组成，形成一个具有个轻链组成，形成一个具有3 3个曲臂的形状。许多网格蛋白的曲臂部分交织在个曲臂的形状。许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有一起，形成具有5 5边形网孔的笼子边形网孔的笼子。n n接接合合素素蛋蛋白白(adaptin)(adaptin)：介介于于网网格格蛋蛋白白与与配配体体受受体体复复合合物物之之间间，起起连连接接作作用用。目目前前至至少少发发现现4 4种种，分分别别结结合合不不同同类类型型的的受受体体，形形成成不不同同性性质质的的

43、转转运运小小泡。泡。 n n当网格蛋白有被小泡形成时，可溶性蛋白当网格蛋白有被小泡形成时，可溶性蛋白dynamindynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm1.5nm），从而导致），从而导致膜融合，掐断（膜融合，掐断（pinch offpinch off）有被小泡。）有被小泡。 （二）COP I有被小泡n n功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网，由7种蛋白组成。n n回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。n n内质网的膜蛋白（如SRP受体

44、）在C端有一个不同的回收信号Lys-Lys-X-X。n nCOP I还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。 Cop I VesiclesCop I and II VesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）（三）COP有被小泡n n介导从内质网到高尔基体的物质运输。介导从内质网到高尔基体的物质运输。n n由多种蛋白质构成，由多种蛋白质构成，Sar1GTPSar1GTP酶与酶与Sec23/Sec24Sec23/Sec24复合复合体结合在一起，体结合在一起，Sec13/Sec31Sec13/Sec31复合体覆盖在外层。复合体覆盖在外层。n n有被小泡形成的部位，称为内质网出口（有

45、被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit exit sitessites），该处没有核糖体。），该处没有核糖体。n n大多数跨膜蛋白是直接结合在大多数跨膜蛋白是直接结合在COP IICOP II包被上包被上，少数跨，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COP IICOP II包被结合。包被结合。n n分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些包含双酸性基序有些包含双酸性基序DEXDE DEXDE ，如，如Asp-X-GluAsp-X-Glu序列序列 。5.3.3.2 包被形成n n包包 被被 是是 在在

46、一一 类类 叫叫 作作 包包 被被 召召 集集 GTPGTP酶酶 （ coat-coat-recruitment recruitment GTPaseGTPase）作作用用下下形形成成的的，为为单单体体GTPGTP酶（酶（monomeric GTPasemonomeric GTPase），即），即GG蛋白。调节因子有：蛋白。调节因子有：n n鸟鸟苷苷酸酸交交换换因因子子（guanine-nucleotide guanine-nucleotide exchange exchange factor, factor, GEFGEF）n nGTPGTP酶激活蛋白（酶激活蛋白（GTPase activa

47、ting protein, GAPGTPase activating protein, GAP）。）。n n包被召集包被召集GTPGTP酶包括酶包括ARFARF蛋白和蛋白和SAR 1SAR 1蛋白。蛋白。n nARFARF参参与与高高尔尔基基体体上上网网格格蛋蛋白白包包被被与与COP COP I I包包被被的的形形成。成。n nSAR 1SAR 1参与内质网上参与内质网上COP IICOP II包被的形成。包被的形成。Coat assemblyCoat assemblyn n包被召集包被召集GTPGTP酶存在于细胞质中，酶存在于细胞质中，但处于结合但处于结合GDPGDP的失活状态。的失活状态。

48、n n内质网上形成内质网上形成COPIICOPII有被小泡时，有被小泡时，SAR1SAR1释放释放GDPGDP，结合，结合GTPGTP而激活。而激活。n n激活的激活的SAR 1SAR 1暴露出一条脂肪酸暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，促进包被的尾巴，插入内质网膜，促进包被蛋白的核化和组装，形成运输小泡。蛋白的核化和组装，形成运输小泡。n n活活化化的的SAR1SAR1还还可可以以激激活活磷磷脂脂酶酶D D（phospholipase phospholipase D D），将将一一些些磷磷脂脂水水解解，使使形形成成包包被被的的蛋白牢固地结合在膜上。蛋白牢固地结合在膜上。n n当当有有被被

49、小小泡泡从从膜膜上上释释放放后后，包包被很快就解体。被很快就解体。5.3.3.3 膜泡运输的定向机制n n（一）（一）SNAREs SNAREs n nsoluble soluble NSF NSF attachment attachment protein protein receptorreceptor的的作作用用是是介导运输小泡与靶膜的融合。介导运输小泡与靶膜的融合。n n动动物物细细胞胞中中已已发发现现2020多多种种SNAREsSNAREs，位位于于运运输输小小泡泡上上 的的 叫叫 作作 v-SNAREsv-SNAREs， 位位 于于 靶靶 膜膜 上上 的的 叫叫 作作 t- t-S

50、NAREsSNAREs。n nv-v-和和t-SNAREst-SNAREs都都具具有有一一个个螺螺旋旋结结构构域域，能能相相互互缠缠绕绕 形形 成成 跨跨 SNAREsSNAREs复复 合合 体体 （ trans-SNAREs trans-SNAREs complexescomplexes），将将运运输输小小泡泡的的膜膜与与靶靶膜膜拉拉在在一一起起，实现运输小泡特异性停泊和融合。实现运输小泡特异性停泊和融合。n nNSFNNSFN乙基马来酰亚胺敏感触合蛋白乙基马来酰亚胺敏感触合蛋白n nSNAPNSFSNAPNSF附着蛋白附着蛋白n nSNARESNAPSNARESNAP受体受体SNAREsS

51、NAREs in vesicle transportn n在神经细胞中SNAREs负责突触小泡的停泊和融合。n n破伤风毒素和肉毒素等细菌分泌的神经性毒素实际上是一类特殊的蛋白酶，能够选择性地降解SNAREs，从而阻断神经传导。n n病毒融合蛋白的工作原理与SNAREs相似，介导病毒与宿主质膜的融合。 HIV fusion proteinHIV fusion proteinNSFNSF催化催化 SNAREs SNAREs的分离，它能利用的分离，它能利用ATPATP作为能量作为能量通过插入几个适配蛋白（通过插入几个适配蛋白（adaptor proteinadaptor protein）将）将SN

52、AREsSNAREs复合体的螺旋缠绕分开，以便开始下一轮复合体的螺旋缠绕分开，以便开始下一轮的转运。的转运。（二）Rabsn nRabs也叫targeting GTPase，属于单体GTP酶，已知30余种，不同膜上具有不同的Rabs。n nRabs作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。n nRabs与包被召集GTP酶相似，起分子开关作用，结合GDP失活，位于细胞质中，结合GTP激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，调节SNAREs复合体的形成。Rabs还有许多效应因子（effector）。 Rabs in docking5.3.3.4 受体介导的内吞作用n n内吞可分为两类，批量内吞（Bulk

53、-phase endocytosis）和受体介导的内吞(Receptor mediated endocytosis, RME)，批量内吞是非特异性的摄入细胞外物质，细胞表面的内陷（caveolae）是发生非特异性内吞的部位。n n受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制。低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。 n n包被小窝（coated pits）是质膜向内凹陷的部位，相当一个分子过滤器（molecular filter）。约占肝细胞表面积的2%。受体、网格蛋白和接合素蛋白大量集中于此处。n n受体胞质端有一个由4个氨基酸残基组成的序列（

54、Tyr-X-X-），X为任何一种氨基酸，为分子较大的疏水氨基酸，如Phe、Leu、Met等，接合素蛋白对此序列有识别能力。n n受体同配体结合后启动内化作用，网格蛋白开始组装。在dynamin的作用下掐断后形成有被小泡。Clathrin coated piton the cytosolic face of a celln n低密脂蛋白的吸收：n n胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（low-density lipoproteins，LDL），释放到血液中。n nLDL颗粒的质量为3X106Da，芯部含有被长链脂肪酸酯化胆固醇分子。周围由磷脂和胆固醇构成的脂单层包围，并且

55、还有一个较大的Apo-B蛋白（配体）。LDL ParticleLDL endocytosisn n当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成LDL跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。n n受体与LDL颗粒受体结合后，形成有被小泡；n n进入细胞质的有被小泡随即脱掉成笼蛋白包被，成为平滑小泡，同胞内体融合，内体中pH值低，使受体与LDL颗粒分离；再将LDL送人溶酶体。n n在溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆固醇而被利用。Recycling of LDL receptorsLDL Endocytosisn n受体回收途径：n n大大部部分分受受体体返返回回它它们们原原来来的的质质膜膜结

56、结构构域域，如如LDLLDL受体；受体；n n有有些些进进入入溶溶酶酶体体，在在那那里里被被消消化化，如如EGFEGF的的受受体体 ， 称称 为为 受受 体体 下下 行行 调调 节节 （ receptor receptor down-down-regulationregulation）；）；n n有有些些被被运运至至质质膜膜不不同同的的结结构构域域，形形成成穿穿胞胞运运输输（transcytosistranscytosis）。如如母母鼠鼠的的抗抗体体从从血血液液通通过过上上皮皮细细胞胞进进入入母母乳乳中中，乳乳鼠鼠肠肠上上皮皮细细胞胞将将抗抗体体摄摄人人体内，都是通过穿胞运输完成的。体内，都是

57、通过穿胞运输完成的。 Transcytosis5.3.3.5 胞吐作用n n组成型的胞吐途径（constitutive exocytosis pathway）：由高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。通过default pathway完成蛋白质转运过程。n n调节型胞吐途径（regulated exocytosis pathway）：分泌物（如激素、或酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。细胞结构体系的装配n n各种生物大分子逐级装配并最终形成赖以进行生命活动的细胞结构体系。n n自我装配自我装配n n协助装配协助装配n n直接装配直接装配n n装配的生物学意义减少、校正蛋白质合成中出现的错误减少、校正蛋白质合成中出现的错误减少所需的遗传物质信息量减少所需的遗传物质信息量通过装配与去装配调节、控制生物学过程通过装配与去装配调节、控制生物学过程n n分子伴侣（分子伴娘）：防止未折叠的蛋白质变性，促进蛋白质的聚集物溶解和修复，帮助新生多肽折叠成正确地构象。n n最早发现的是在各种应激反应中产生的，相应的热休克蛋白质。使细胞在高温和其它异常因素时作出适当反应。完