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1、第六章第六章 细胞基质与内膜系统细胞基质与内膜系统 第一节第一节 细胞质基质细胞质基质 第二节第二节 内质网内质网 第三节第三节 高尔基复合体高尔基复合体 第四节第四节 溶酶体溶酶体 第五节第五节 过氧化物体过氧化物体 第六节第六节 蛋白质分选与膜泡运输蛋白质分选与膜泡运输本章学习的目的本章学习的目的1 1、了解真核细胞区室化、了解真核细胞区室化( (compartmentationcompartmentation) )2 2、掌握内质网、高尔基复合体、溶酶体、过、掌握内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化酶体的结构和功能及相互关系氧化酶体的结构和功能及相互关系3 3、蛋白质合成后的修饰途径及部
2、位、蛋白质合成后的修饰途径及部位4 4、蛋白质分选的类型、蛋白质分选的类型5 5、膜泡运输的途径及机制、膜泡运输的途径及机制第一节第一节 细胞质基质细胞质基质( (cytosolcytosol) )1.1.溶胶溶胶: :除去可辩识细胞器后的胶态物除去可辩识细胞器后的胶态物2.2.组成组成: :各种酶各种酶, ,胞质骨架胞质骨架3.3.胶体是蛋白质同水分子形成的水合胶体是蛋白质同水分子形成的水合物物4.4.高度有序高度有序5.5.细胞质基质的基本功能细胞质基质的基本功能1)1)中间代谢的场所中间代谢的场所。糖酵解、磷酸戊糖途径、糖。糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成醛酸途径、糖原合成2)
3、2)为细胞器提供所需为细胞器提供所需离子环境离子环境3)3)为细胞器行使功能提供底物。为细胞器行使功能提供底物。4)4)细胞质骨架：提供细胞质骨架：提供锚定位点锚定位点，各种组分区域化，各种组分区域化. .5)5)参与蛋白质修饰、选择性降解等参与蛋白质修饰、选择性降解等第二节第二节 内质网内质网PorterPorter等等19451945年观察小鼠成纤维细胞时，发年观察小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具网状结构，称内质网现细胞质内部具网状结构，称内质网endoplasmic reticulumendoplasmic reticulum，ER.ER.ERER常和质膜及核膜相连，并与高尔基体关系常
4、和质膜及核膜相连，并与高尔基体关系密切，并常伴有许多线粒体。密切，并常伴有许多线粒体。一、一、ERER的形态的形态 ERER膜是细胞中最多的膜，占总膜面积一半。膜是细胞中最多的膜，占总膜面积一半。ERER是内膜封闭成的网状管道系统，具多型性。是内膜封闭成的网状管道系统，具多型性。膜围成的膜围成的ERER腔是连通的。腔是连通的。分糙面型内质网分糙面型内质网(RER)(RER)和光面型内质网和光面型内质网(SER)(SER)。RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。RERRER功能是功能是合成各种蛋白合成各种蛋白，分泌旺盛细胞中，分泌旺盛细胞中较多，未分化细
5、胞和肿瘤细胞中较少。较多，未分化细胞和肿瘤细胞中较少。SERSER是是脂类合成脂类合成场所，细胞都有。常为出芽场所，细胞都有。常为出芽位点，将合成位点，将合成proteinsproteins和和lipidslipids运到高尔基运到高尔基体体SERSER是是ERER管道网络的一部分管道网络的一部分肌质网肌质网( (sacroplasmicsacroplasmic reticulum) reticulum)肌细胞中特化肌细胞中特化SERSER。膜上的。膜上的CaCa2+2+-ATP-ATP酶将胞酶将胞质中的质中的CaCa2+2+泵入腔中储存，使肌质网中泵入腔中储存，使肌质网中CaCa2+2+浓度
6、比胞质中高出千倍。受神经冲动的刺激浓度比胞质中高出千倍。受神经冲动的刺激时，时，CaCa2+2+释放入胞质中，引起肌肉收缩。释放入胞质中，引起肌肉收缩。二、二、 ERER的组成的组成 ERER膜含约膜含约60%60%蛋白和蛋白和40%40%脂类，脂中磷脂酰胆碱脂类，脂中磷脂酰胆碱含量高，鞘磷脂含量低，胆固醇少。含量高，鞘磷脂含量低，胆固醇少。ERER约有约有3030多种膜结合蛋白，多种膜结合蛋白，3030多种位于内质网多种位于内质网腔。标志酶是腔。标志酶是葡糖葡糖-6-6-磷酸酶。磷酸酶。核糖体结合糖蛋白只分布在核糖体结合糖蛋白只分布在RER.RER.P450P450酶系只分布在酶系只分布在S
7、ERSER。 RERRER膜上有易位子膜上有易位子( (translocontranslocon) )，直径约，直径约8.5nm8.5nm，有，有2nm2nm通道，与新合成多肽转运有关。通道，与新合成多肽转运有关。细胞匀浆时，由破碎细胞匀浆时，由破碎ERER形成的近球型的囊泡结形成的近球型的囊泡结构构, ,称为微粒体称为微粒体( (microsomemicrosome) )，含，含ERER膜与核糖体。膜与核糖体。研究中将其与研究中将其与ERER等同对待。等同对待。三、三、ERER的功能的功能 合成蛋白质和脂类合成蛋白质和脂类。分泌蛋白和跨膜蛋白。分泌蛋白和跨膜蛋白都在都在ERER合成。合成。合
8、成的脂类除满足自身需要，还供给高尔合成的脂类除满足自身需要，还供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。绿体等膜性细胞结构。 ( (一一)SER)SER的功能的功能SERSER具许多功能，如糖原分解，类固具许多功能，如糖原分解，类固醇激素合成，脂肪合成与转运，肝细醇激素合成，脂肪合成与转运，肝细胞解毒，肌肉收缩等胞解毒，肌肉收缩等 。1 1、糖原分解释放游离的葡萄糖、糖原分解释放游离的葡萄糖 ERER中，中，G-6-PaseG-6-Pase能催化能催化G-6-PG-6-P水解生成葡萄糖和水解生成葡萄糖和磷酸。磷酸。肝细胞功能之一是维持血
9、液肝细胞功能之一是维持血液GluGlu的衡定：肝细胞的衡定：肝细胞SERSER表面附有糖原颗粒，肌体需表面附有糖原颗粒，肌体需GluGlu时，糖原被转时，糖原被转化为化为G-1-PG-1-P，变为，变为G-6-G-6-磷酸。膜对磷酸化糖不通磷酸。膜对磷酸化糖不通透，透，G-6-PG-6-P去磷酸化后才穿过质膜，进入血液。去磷酸化后才穿过质膜，进入血液。2 2、类固醇激素的合成、类固醇激素的合成分泌类固醇激素的肾上腺细胞、黄体细胞等分泌类固醇激素的肾上腺细胞、黄体细胞等都有丰富都有丰富SERSER。SERSER上分布有合成胆固醇和转上分布有合成胆固醇和转化胆固醇为激素的全套酶系化胆固醇为激素的全
10、套酶系，合成胆固醇，合成胆固醇，并将其氧化、还原、水解成各种类固醇激素。并将其氧化、还原、水解成各种类固醇激素。3 3、脂的合成与转运、脂的合成与转运 SERSER是脂类合成主要场所。是脂类合成主要场所。甘油三酯甘油三酯是由是由SERSER合成并贮存合成并贮存ERER腔中。腔中。细胞膜所需的膜脂全都在细胞膜所需的膜脂全都在SERSER合成，合成， SERSER上有合成磷脂所需的酶。上有合成磷脂所需的酶。SERSER合成的磷脂由胞质面转向合成的磷脂由胞质面转向ERER腔面，转腔面，转位由位由ERER膜中翻转酶帮助完成。膜中翻转酶帮助完成。SERSER合成磷脂向其它膜结构转运的合成磷脂向其它膜结构
11、转运的2 2种方式：种方式：1. 1. 通过水溶性载体蛋白通过水溶性载体蛋白- -磷脂交换蛋白磷脂交换蛋白(PEP)(PEP)，在膜结构间转移磷脂：，在膜结构间转移磷脂：PEPPEP与磷与磷脂结合形成水溶性复合物进入脂结合形成水溶性复合物进入cytosolcytosol，扩散遇上其它膜后，扩散遇上其它膜后，PEPPEP释放磷脂，将它释放磷脂，将它插在膜上。插在膜上。2. 2. 以出芽方式将磷脂转运到高尔基体、以出芽方式将磷脂转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜。溶酶体和细胞膜。4 4、解毒作用、解毒作用SERSER独特功能是对农药、污染物、毒素等有毒物独特功能是对农药、污染物、毒素等有毒物进行进行解
12、毒解毒。反应在肝细胞。反应在肝细胞SERSER进行，故称肝细胞进行，故称肝细胞的解毒作用。的解毒作用。CytCyt P450 P450是肝细胞是肝细胞SERSER的膜蛋白，属单加氧酶，的膜蛋白，属单加氧酶，或羟化酶。它催化或羟化酶。它催化O O2 2中的中的1 1个氧原子加到不溶于个氧原子加到不溶于水的废物上使之羟化，溶于水并被转出细胞；另水的废物上使之羟化，溶于水并被转出细胞；另一氧原子被一氧原子被NADHNADH还原成水。还原成水。 5 5、钙离子的调节作用、钙离子的调节作用 肌细胞有发达的肌质网肌细胞有发达的肌质网, ,是肌细胞钙库是肌细胞钙库, ,含钙结合含钙结合蛋白蛋白,1,1个钙结
13、合蛋白结合个钙结合蛋白结合3030个左右个左右CaCa2+ 2+ 。细胞受刺激时，肌质网中细胞受刺激时，肌质网中CaCa2+2+释放进入胞质，参释放进入胞质，参与信号传递；信号消除时，与信号传递；信号消除时， CaCa2+2+又被肌质网上的又被肌质网上的CaCa2+2+-ATPase-ATPase泵回腔中。泵回腔中。多数真核细胞中，多数真核细胞中，ERER是主要是主要CaCa2+2+库之一。且库之一。且ERER膜膜上有三磷酸肌醇上有三磷酸肌醇(IP(IP3 3) )的受体。的受体。 （二）（二）RERRER的功能的功能- -蛋白质转运蛋白质转运 蛋白质都在核糖体合成，但都起始于蛋白质都在核糖体
14、合成，但都起始于cytosolcytosol，有些在合成不久转到有些在合成不久转到ERER合成，这些蛋白主要有：合成，这些蛋白主要有： 分泌蛋白、如激素；分泌蛋白、如激素； 跨膜蛋白，并决定膜蛋白在膜中排列方式跨膜蛋白，并决定膜蛋白在膜中排列方式; ; 需严格分开的酶，如溶酶体的水解酶；需严格分开的酶，如溶酶体的水解酶； 需进行修饰的蛋白，如糖蛋白。需进行修饰的蛋白，如糖蛋白。有些核糖体在合成蛋白质时一直保持游离状态有些核糖体在合成蛋白质时一直保持游离状态, ,主要合成可溶性胞浆蛋白主要合成可溶性胞浆蛋白, ,膜外周蛋白和锚定蛋膜外周蛋白和锚定蛋白白, ,过氧化物酶体蛋白过氧化物酶体蛋白, ,
15、核蛋白等核蛋白等. .在在ERER核糖体上合成的蛋白质与在游离核糖体核糖体上合成的蛋白质与在游离核糖体上合成的蛋白质的种类和去向不同上合成的蛋白质的种类和去向不同为什么会有这种不同为什么会有这种不同? ?或为什么有些核糖体要或为什么有些核糖体要附着在附着在ERER上合成蛋白质上合成蛋白质? ?是什么原因决定了核是什么原因决定了核糖体在合成蛋白质时是游离还是附着到糖体在合成蛋白质时是游离还是附着到ERER？ 1. 1. 膜结合核糖体合成的蛋白质能跨膜结合核糖体合成的蛋白质能跨ERER膜进入膜进入ERER腔腔60s60s，RedmanRedman用用RERRER小泡研究膜结合核糖体合成的小泡研究膜
16、结合核糖体合成的蛋白质是否会进入蛋白质是否会进入RERRER腔。腔。将将RERRER小泡置加放射性标记小泡置加放射性标记aaaa的蛋白质合成体系的蛋白质合成体系中短暂温育，再加嘌呤毒素，蛋白质合成提前终中短暂温育，再加嘌呤毒素，蛋白质合成提前终止止, ,从核糖体上释放不完全多肽从核糖体上释放不完全多肽收集收集RERRER小泡，去垢剂破坏小泡，去垢剂破坏, ,分析表明，分析表明，RERRER小泡小泡中释放的多肽含放射性标记中释放的多肽含放射性标记证明新合成的多肽能跨过证明新合成的多肽能跨过ERER膜进入膜进入ERER腔腔2.2.信号序列的提出信号序列的提出是什么原因指导这些多肽跨过是什么原因指导
17、这些多肽跨过ERER膜的呢？膜的呢？ 19711971年美国年美国BlobelBlobel等提出了两点推测：等提出了两点推测：1 1）分泌蛋白的）分泌蛋白的N N端含一段特别的信号序列可将端含一段特别的信号序列可将多肽和核糖体引导到多肽和核糖体引导到ERER膜上；膜上；2 2）多肽通过）多肽通过ERER膜上的转运蛋白进入膜上的转运蛋白进入ERER腔，并腔，并在合成的同时转移。在合成的同时转移。3. 3. 信号序列存在的实验证据信号序列存在的实验证据7272年，年，MilsteinMilstein等用无细胞系统合成等用无细胞系统合成IgGIgG轻链时，轻链时，获得了信号序列存在的直接证据。获得了
18、信号序列存在的直接证据。在无细胞体系在无细胞体系中用编码中用编码IgGIgG轻链的轻链的mRNAmRNA指导合成指导合成多肽，多肽，合成的多肽比成熟的合成的多肽比成熟的IgGIgG在在N N端多出一段肽端多出一段肽链链，有，有2020个个aaaa，推测，这段肽具信号作用，使，推测，这段肽具信号作用，使IgGIgG透过透过ERER并继而分泌到细胞外。并继而分泌到细胞外。 BlobelBlobel等用微粒体和无细胞体系进行大量研究，等用微粒体和无细胞体系进行大量研究，证实了信号序列的存在。证实了信号序列的存在。 (1)(1)在无细胞体系中加与不加在无细胞体系中加与不加RERRER小泡，蛋白质合小泡
19、，蛋白质合成的产物不同：成的产物不同：将分泌蛋白的将分泌蛋白的mRNAmRNA在无细胞体系中翻译时，如在无细胞体系中翻译时，如不加不加RERRER小泡小泡，获得的翻译，获得的翻译产物的长度比产物的长度比从细从细胞中分泌出的蛋白质胞中分泌出的蛋白质长长。如在这种无细胞体系。如在这种无细胞体系中中添加添加RERRER小泡小泡，翻译产物与从细胞中分泌出，翻译产物与从细胞中分泌出来的蛋白质来的蛋白质长度相同长度相同。因此推测。因此推测信号序列在引信号序列在引导蛋白质进入内质网后被切除了导蛋白质进入内质网后被切除了。(2)(2)蛋白水解酶实验证明多肽在合成的同时就开蛋白水解酶实验证明多肽在合成的同时就开
20、始向始向ERER转运：转运：在分泌蛋白进行体外翻译的无细胞体系中在分泌蛋白进行体外翻译的无细胞体系中( (含含有有RERRER小泡小泡) )加蛋白水解酶，不能使新合成多加蛋白水解酶，不能使新合成多肽水解。如同时加入去垢剂，则能将蛋白质肽水解。如同时加入去垢剂，则能将蛋白质水解，水解，说明新生肽链是边合成边运输的。说明新生肽链是边合成边运输的。 4. 4. 信号序列的一般特征及信号假说信号序列的一般特征及信号假说BlobelBlobel还发现信号序列具还发现信号序列具共同特性共同特性：一般为一般为15-3515-35个个aaaa残基，残基，N N端含有端含有1 1或多个带正或多个带正电荷的电荷的
21、aaaa，其后是，其后是6-126-12个连续的疏水个连续的疏水aaaa；这些信号序列在蛋白质合成时将核糖体引导这些信号序列在蛋白质合成时将核糖体引导到到ERER，进入，进入ERER后被切除。后被切除。 19751975年，年，BlobelBlobel正式提出信号假说正式提出信号假说信号假说的要点：信号假说的要点：1)1)蛋白的合成起始于胞质中游离核糖体蛋白的合成起始于胞质中游离核糖体2)N2)N端信号序列露出核糖体后，靠自由碰撞与端信号序列露出核糖体后，靠自由碰撞与ERER接触，接触，N N端信号序列的疏水性插入端信号序列的疏水性插入ERER膜中；膜中；3)3)蛋白质继续合成，以絆环形式穿过
22、蛋白质继续合成，以絆环形式穿过ERER膜膜4)4)如果是分泌蛋白，除信号序列被信号肽酶切如果是分泌蛋白，除信号序列被信号肽酶切除外，全部进入除外，全部进入ERER腔；若是膜蛋白，则由一个腔；若是膜蛋白，则由一个或多个停止转移信号将蛋白质锚定在或多个停止转移信号将蛋白质锚定在ERER膜上。膜上。 BlobelBlobel提出的信号假说，揭示了细胞中不同提出的信号假说，揭示了细胞中不同蛋白质在合成后如何找到自己的工作岗位，蛋白质在合成后如何找到自己的工作岗位，发现了蛋白质与生俱来的发现了蛋白质与生俱来的“地址标签地址标签”。该发现开辟了一个全新的医学、细胞生物学该发现开辟了一个全新的医学、细胞生物
23、学和分子生物学研究领域，为此获得和分子生物学研究领域，为此获得19991999年诺年诺贝尔医学贝尔医学/ /生理学奖。生理学奖。5. 5. 新蛋白复合物发现对信号假说补充新蛋白复合物发现对信号假说补充8181年，年，BlobelBlobel等发现在等发现在核糖体与核糖体与ERER结合过程需几结合过程需几种蛋白质复合物的参与种蛋白质复合物的参与。该发现明确了信号序列同核糖体结合的细节该发现明确了信号序列同核糖体结合的细节第第1 1个复合物是信号识别颗粒个复合物是信号识别颗粒(signal (signal recognition particlerecognition particle，SRP)S
24、RP)。是。是1 1种核糖核蛋种核糖核蛋白复合体，沉降系数白复合体，沉降系数11S11S，含，含6 6条不同肽链和一个条不同肽链和一个7SRNA7SRNASRPSRP有有3 3个功能部位：翻译暂停结构域，信号识个功能部位：翻译暂停结构域，信号识别结合位点，别结合位点，SRPSRP受体蛋白结合位点。受体蛋白结合位点。SRPSRP能识别游离核糖体上合成的信号肽，并结能识别游离核糖体上合成的信号肽，并结合，暂时中止新生肽的合成；同时合，暂时中止新生肽的合成；同时SRPSRP与与ERER上上的停靠蛋白的停靠蛋白(docking protein(docking protein，DP)DP)结合，使结合，
25、使核糖体附着到核糖体附着到ERER膜，并进行新生肽的转移。膜，并进行新生肽的转移。SRPSRP对没有信号序列的蛋白质不起作用。对没有信号序列的蛋白质不起作用。6.6.蛋白质的共翻译转运机制蛋白质的共翻译转运机制: :信号假说信号假说经补充的信号假说更合理，核心内容：经补充的信号假说更合理，核心内容：核糖体同核糖体同ERER的结合受制于的结合受制于mRNAmRNA中特定密码序列中特定密码序列( (可翻译成信号肽可翻译成信号肽) )，具这种密码序列的新生肽才，具这种密码序列的新生肽才能同核糖体一起附着到能同核糖体一起附着到ERER膜特定部位。膜特定部位。信号序列有两个基本的作用：信号序列有两个基本
26、的作用：1.1.与与SRPSRP的识别和结合的识别和结合, ,引导核糖体与引导核糖体与ERER的结合的结合2.2.通过信号序列的疏水性通过信号序列的疏水性, ,引导新生肽跨膜转运引导新生肽跨膜转运 7. 7. 蛋白质共翻译转运的机理蛋白质共翻译转运的机理RERRER上合成的蛋白质有上合成的蛋白质有2 2类类: : A A、分泌蛋白在、分泌蛋白在ERER合成后对信号肽的切除，可释合成后对信号肽的切除，可释放到放到ERER腔，成可溶性蛋白，再进行下游运输。腔，成可溶性蛋白，再进行下游运输。B B、膜蛋白的共翻译转运较复杂，先要靠疏水区、膜蛋白的共翻译转运较复杂，先要靠疏水区滞留在滞留在ERER膜上
27、；同时膜蛋白分单次和多次跨膜，膜上；同时膜蛋白分单次和多次跨膜，还有定向。还有定向。膜蛋白的转运同样可以用信号假说进行解释。膜蛋白的转运同样可以用信号假说进行解释。 (1)(1)起始转移信号起始转移信号蛋白质蛋白质N N端的信号序列除作信号被端的信号序列除作信号被SRPSRP识别，还识别，还具起始穿膜转移作用。具起始穿膜转移作用。在蛋白质共翻译转移过程中，信号序列的在蛋白质共翻译转移过程中，信号序列的N N端端始终是朝始终是朝ERER外侧，插入转运通道后与通道内的外侧，插入转运通道后与通道内的信号序列结合位点信号序列结合位点( (受体受体) )结合，其后的肽序列结合，其后的肽序列是以伴环的形式
28、通过运输通道。是以伴环的形式通过运输通道。N N端的起始转移序列是可切除的。端的起始转移序列是可切除的。 (2)(2)内部信号序列内部信号序列 不位于不位于N N端，但具信号序列作用。端，但具信号序列作用。可作蛋白质共翻译转运信号被可作蛋白质共翻译转运信号被SRPSRP识别，同时识别，同时也是起始转移信号，可插入转运通道，与通也是起始转移信号，可插入转运通道，与通道中受体结合，引导多肽序列转运。道中受体结合，引导多肽序列转运。内部转移信号是不可切除的，同时又是疏水内部转移信号是不可切除的，同时又是疏水的，所以它是膜蛋白的一部分。的，所以它是膜蛋白的一部分。 (3)(3)终止转移肽与单次跨膜蛋白
29、终止转移肽与单次跨膜蛋白 跨膜蛋白的形成除与内部信号序列有关外，也跨膜蛋白的形成除与内部信号序列有关外，也与终止转移信号相关与终止转移信号相关终止转运信号位于新生肽中，是一段使肽链终终止转运信号位于新生肽中，是一段使肽链终止转移的信号序列。可使蛋白锚定在膜中。止转移的信号序列。可使蛋白锚定在膜中。单次跨膜蛋白在结构上只有一个终止转移序列，单次跨膜蛋白在结构上只有一个终止转移序列，没有内部转移信号，但是在没有内部转移信号，但是在N N端有一个信号序端有一个信号序列作为起始转移信号。列作为起始转移信号。 (4)(4)二次跨膜蛋白与多次跨膜蛋白二次跨膜蛋白与多次跨膜蛋白 二次跨膜就是在蛋白质中有两个
30、跨膜的疏水区，二次跨膜就是在蛋白质中有两个跨膜的疏水区，含含1 1个内部信号序列和个内部信号序列和1 1个终止转移信号。个终止转移信号。多次跨膜蛋白有多个跨膜的疏水区，含多个起多次跨膜蛋白有多个跨膜的疏水区，含多个起始跨膜信号序列与多个终止转移信号。始跨膜信号序列与多个终止转移信号。概括概括起来起来: :新生肽是否含终止转移信号决定了新生肽是成为新生肽是否含终止转移信号决定了新生肽是成为可溶性蛋白还是膜蛋白。可溶性蛋白还是膜蛋白。 N N端信号序列和内部信号序列都可作起始转移信端信号序列和内部信号序列都可作起始转移信号号,N,N端信号序列可切除端信号序列可切除, ,内部信号序列不可切除内部信号
31、序列不可切除跨膜蛋白的跨膜次数是由内部信号序列和终止转跨膜蛋白的跨膜次数是由内部信号序列和终止转移信号序列的数目决定的移信号序列的数目决定的信号序列都是疏水信号序列都是疏水aaaa区区, ,可视多肽链中疏水可视多肽链中疏水aaaa区区的数目和位置推测其跨膜情况的数目和位置推测其跨膜情况蛋白质转入内质网上合成的要蛋白质转入内质网上合成的要素及具体过程的总结素及具体过程的总结(1) (1) 要素要素: : 至少涉及至少涉及4 4种成分：种成分： 信号肽信号肽: : 引导新合成肽链转移到引导新合成肽链转移到ERER上一段多肽上一段多肽, ,也是引导肽链进入也是引导肽链进入ERER腔序列腔序列, ,又
32、称起始转移序列又称起始转移序列信号识别颗粒信号识别颗粒(SRP)(SRP): : 与信号序列结合与信号序列结合, ,导致蛋导致蛋白质合成暂停白质合成暂停. . SRPSRP受体受体: ER: ER膜整合蛋白膜整合蛋白, ,与与SRPSRP特异结合特异结合, ,使使核糖体泊定在核糖体泊定在ERER上上. .终止转移序列终止转移序列: : 肽链上一段特殊序列肽链上一段特殊序列, ,与与ERER亲亲合力高合力高, ,阻止肽链释放到阻止肽链释放到ERER腔腔, ,使其成跨膜蛋白。使其成跨膜蛋白。(2) (2) 具体过程具体过程 游离核糖体开始合成蛋白质游离核糖体开始合成蛋白质信号肽与信号肽与SRPSR
33、P结结合合肽链延伸终止肽链延伸终止SRPSRP与与ERER上的受体结合上的受体结合SRPSRP脱离信号肽脱离信号肽肽链在肽链在ERER上继续合成，同上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入时信号肽引导新生肽链进入ERER腔腔信号肽切除信号肽切除肽链延伸至终止肽链延伸至终止翻译体系解散。翻译体系解散。这种肽链边合成边向这种肽链边合成边向ERER腔转移的方式，称为腔转移的方式，称为cotranslationcotranslation( (共翻译转运共翻译转运) )。 蛋白质转移到内质网上合成的过程8. 8. BipBip蛋白在蛋白在ERER蛋白质转移和装配中的作用蛋白质转移和装配中的作用 进入进入E
34、RER腔中蛋白很快与腔中蛋白很快与BipBip蛋白结合。蛋白结合。BipBip是是IgGIgG重链结合简称，是一类分子伴侣，属重链结合简称，是一类分子伴侣，属Hsp70Hsp70家族家族BipBip同进入同进入ERER蛋白的疏水蛋白的疏水aaaa结合，防止肽链不正结合，防止肽链不正确折叠和聚合，然后确折叠和聚合，然后BipBip同同ATPATP结合，并通过结合，并通过ATPATP的水解释放出结合的多肽。释放的多肽很快折叠，的水解释放出结合的多肽。释放的多肽很快折叠，或同别的亚基组装成完整的蛋白质。或同别的亚基组装成完整的蛋白质。正确折叠和装配的蛋白不会同正确折叠和装配的蛋白不会同BipBip再
35、结合，但如再结合，但如折叠或装配不正确，折叠或装配不正确，BipBip马上同其结合。马上同其结合。9.9.蛋白质在蛋白质在ERER中的修饰中的修饰 新生肽进入新生肽进入ERER腔后除要正确折叠外，还要进腔后除要正确折叠外，还要进行各种修饰后才运送到其它部位。行各种修饰后才运送到其它部位。这些修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二这些修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是硫键形成等，其中最主要的是糖基化糖基化，几乎，几乎所有所有ERER上合成的蛋白质最终被糖基化。上合成的蛋白质最终被糖基化。1) 1) 蛋白质糖基化蛋白质糖基化( (glycosylationglycosylat
36、ion) )有有2 2种：种： (1)(1)N-N-糖基化糖基化: :主要在主要在ERER进行进行. .糖为糖为N-N-乙酰葡糖胺，乙酰葡糖胺，糖供体为核苷糖，如糖供体为核苷糖，如GDP-GDP-甘露糖。糖分子先被糖甘露糖。糖分子先被糖基转移酶转到膜中的磷酸长醇，再被寡糖转移酶基转移酶转到膜中的磷酸长醇，再被寡糖转移酶转到肽链特定序列转到肽链特定序列( (Asn-X-Ser/Thr)AsnAsn-X-Ser/Thr)Asn上上(2)(2)O-O-糖基化糖基化: :糖为半乳糖或糖为半乳糖或N-N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺, ,与与SerSer、ThrThr和和HypHyp的的OHOH连接连接.
37、. O-O-连接糖基化在高尔连接糖基化在高尔基体进行基体进行. .N-连接的糖基化2 2）羟基化：在合成胶原蛋白时，）羟基化：在合成胶原蛋白时，ProPro和和LysLys都都需羟基化。需羟基化。3 3）形成脂锚定蛋白：新合成的蛋白质除成为）形成脂锚定蛋白：新合成的蛋白质除成为跨膜蛋白或可溶性蛋白外，有的还通过酰基跨膜蛋白或可溶性蛋白外，有的还通过酰基化同化同ERER上的糖脂结合，将自己锚在上的糖脂结合，将自己锚在ERER膜上。膜上。第三节第三节: :高尔基复合体高尔基复合体( (GolgiGolgi complex) complex)又称高尔基体又称高尔基体( (GolgiGolgi bod
38、y,Golgibody,Golgi apparatus) apparatus)，18981898年年GolgiGolgi用银染法在猫头鹰的神经细胞内用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到，定名为高尔基体观察到，定名为高尔基体真核细胞中普遍存在。大多数共翻译转运的蛋真核细胞中普遍存在。大多数共翻译转运的蛋白质进入白质进入ERER后都要通过膜运输机制转运到其它后都要通过膜运输机制转运到其它部位，第一站就是高尔基体部位，第一站就是高尔基体培养的上皮细胞中高尔基体的分布（高尔基体为红色，核为绿色）一、高尔基体的形态结构和极性一、高尔基体的形态结构和极性 1. 1. 形态结构形态结构 由数个由数个扁平囊泡扁
39、平囊泡堆在一起。扁平囊泡呈弓形堆在一起。扁平囊泡呈弓形或半球形。主要包括或半球形。主要包括3 3种结构组分：种结构组分：扁平膜囊堆扁平膜囊堆: :高尔基体主体部分高尔基体主体部分,48,48个扁平囊个扁平囊平行排列平行排列, ,单层膜构成单层膜构成, ,中间为囊腔中间为囊腔, ,周缘呈泡状。周缘呈泡状。液泡液泡: :又称分泌泡或成熟泡又称分泌泡或成熟泡, ,扁平膜囊扩大末端扁平膜囊扩大末端, ,与物质的成熟运输有关。与物质的成熟运输有关。小泡小泡: :扁平膜囊周围有许多小泡，多集中在形扁平膜囊周围有许多小泡，多集中在形成面，是来自成面，是来自ERER的分泌泡。的分泌泡。2. 2. 高尔基体的极
40、性高尔基体的极性高尔基体不同的膜囊具不同功能。分高尔基体不同的膜囊具不同功能。分3 3个区隔个区隔: :靠近细胞核的一面靠近细胞核的一面, ,是管状囊泡形成的网络结是管状囊泡形成的网络结构，称为形成面、构，称为形成面、顺面顺面或内侧面或内侧面( (ciscis face) face)。其。其网络结构称为网络结构称为高尔基体内侧网络高尔基体内侧网络( (ciscis GolgiGolgi network,network,CGNCGN) )中间膜囊中间膜囊：由扁平膜囊和管道构成：由扁平膜囊和管道构成对着质膜的一面称成熟面、对着质膜的一面称成熟面、反面反面或外侧面或外侧面(trans face).(
41、trans face).外侧面也是一个网络，称外侧面也是一个网络，称外侧网外侧网络络( (TGNTGN) )高尔基体的三个功能区域高尔基体各部分的名称高尔基复合体的极性高尔基复合体的极性( polarity)3. 3. 各区隔的功能各区隔的功能 内侧面网络内侧面网络(CGN)(CGN)：为高尔基体的：为高尔基体的入口区入口区，是初，是初级分选站，接受由级分选站，接受由ERER合成的物质，并分类后转入合成的物质，并分类后转入中间膜囊。中间膜囊。中间膜囊中间膜囊：是：是糖基修饰糖基修饰、糖脂形成糖脂形成及及糖合成糖合成部位部位外面网络外面网络(TGN)(TGN)：是高尔基体的：是高尔基体的出口区出
42、口区，蛋白质，蛋白质分选信号在此被特异性受体接受，进行分类、集分选信号在此被特异性受体接受，进行分类、集中，形成不同分泌小泡，最后输出中，形成不同分泌小泡，最后输出可用细胞化学研究不同区隔的结构和功能：可用细胞化学研究不同区隔的结构和功能：高尔基体的高尔基体的ciscis面膜囊具嗜锇性；面膜囊具嗜锇性；高尔基体高尔基体transtrans面的膜囊能被焦磷酸硫胺素面的膜囊能被焦磷酸硫胺素酶酶(TPP(TPP酶酶) )的细胞化学反应显示；的细胞化学反应显示；高尔基体中间膜囊能被烟酰胺腺嘌呤二核苷高尔基体中间膜囊能被烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶磷酸酶(NADP(NADP酶酶) )的细胞化学反应显示的细胞
43、化学反应显示高尔基体的三个不同功能分区:高尔基体顺面具很强的嗜锇性;而进行蛋白质糖基化的甘露糖甙酶主要位于高尔基体的中间膜囊;而核苷二磷酸的酶主要位于高尔基的反面4. 4. 高尔基体的化学组成高尔基体的化学组成高尔基体膜含高尔基体膜含60%60%蛋白和蛋白和40%40%脂类，具一些和脂类，具一些和ERER共同的蛋白成分。膜脂中的磷脂含量介于共同的蛋白成分。膜脂中的磷脂含量介于ERER和和质膜之间。质膜之间。高尔基体的膜上含丰富的酶类，主要包括：糖高尔基体的膜上含丰富的酶类，主要包括：糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶甘露
44、糖苷酶、转移酶和磷脂酶. .标志性酶是标志性酶是糖基转移酶糖基转移酶 5. 5. 数量和分布数量和分布只存在于真核生物只存在于真核生物. .各种细胞中含高尔基体数量不等各种细胞中含高尔基体数量不等, ,平均平均2020个个, ,低等低等真核生物中有的仅真核生物中有的仅1-21-2个个, ,有的多达上万个有的多达上万个分泌旺盛的细胞中高尔基体很多分泌旺盛的细胞中高尔基体很多, ,而肌肉细胞和而肌肉细胞和淋巴细胞中则较少见淋巴细胞中则较少见二、高尔基体主要功能二、高尔基体主要功能 将将ERER合成的蛋白质进行加工、分类与包装合成的蛋白质进行加工、分类与包装, ,分门别类地送到细胞特定部位或分泌到细
45、胞外。分门别类地送到细胞特定部位或分泌到细胞外。1. 1. 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化: N-: N-连接的糖链合成始于连接的糖链合成始于ERER，完成于高尔基体。完成于高尔基体。许多糖蛋白还具许多糖蛋白还具O-O-连接的糖链。连接的糖链。O-O-连接的糖基化连接的糖基化在高尔基体中进行。在高尔基体中进行。高尔基体可将多个氨基聚糖链通过木糖连接在核高尔基体可将多个氨基聚糖链通过木糖连接在核心蛋白丝氨酸残基上，形成蛋白聚糖。心蛋白丝氨酸残基上，形成蛋白聚糖。N连接的糖基化开始于连接的糖基化开始于RER,而后在高尔基体中进行不而后在高尔基体中进行不同的修饰同的修饰 2 2、参与细胞分泌活动、参与
46、细胞分泌活动负责对负责对ERER合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程可概括为：其过程可概括为：RERRER上合成蛋白质上合成蛋白质进入进入ERER腔腔以出芽形成囊泡以出芽形成囊泡进入进入CGNCGN在在medial medial cisternaecisternae中加工中加工在在TGNTGN形成囊泡形成囊泡囊泡与质膜融合、排出。囊泡与质膜融合、排出。运输过程还有另外一种假说：潴泡成熟假说运输过程还有另外一种假说：潴泡成熟假说高尔基体与细胞分泌高尔基体与细胞分泌组成型分泌组成型分泌调节型分泌：调节型分泌：受细胞外信号受细胞外信号调节调节高尔基体对蛋白质
47、的分类，是由蛋白质上的信高尔基体对蛋白质的分类，是由蛋白质上的信号肽与受体间的相互作用而决定。号肽与受体间的相互作用而决定。KDEL(Lys-Asp-Glu-Leu-cooKDEL(Lys-Asp-Glu-Leu-coo-)-)序列是序列是ERER滞留信滞留信号，高尔基体将把其押回号，高尔基体将把其押回ERER。其它不同部位的蛋白都具不同的滞留信号，分其它不同部位的蛋白都具不同的滞留信号，分选包装到不同的运输小泡。选包装到不同的运输小泡。没有特别信号的将进入非特异的分泌小泡没有特别信号的将进入非特异的分泌小泡3. 3. 进行膜的转化进行膜的转化：高尔基体膜的厚度和化学组：高尔基体膜的厚度和化学
48、组成都介于成都介于ERER和质膜间，因此高尔基体在进行着膜和质膜间，因此高尔基体在进行着膜转化的功能转化的功能. .4. 4. 将蛋白水解为活性物质将蛋白水解为活性物质: : 有些分泌蛋白在有些分泌蛋白在ERER合成后是蛋白原，送到高尔基体后被水解，形成合成后是蛋白原，送到高尔基体后被水解，形成成熟的分泌蛋白。如胰岛素合成成熟的分泌蛋白。如胰岛素合成5 5、参与形成溶酶体参与形成溶酶体。6 6、参与植物细胞壁的形成参与植物细胞壁的形成。7 7、合成合成植物细胞壁中的植物细胞壁中的纤维素和果胶质纤维素和果胶质。第四节第四节: :溶酶体溶酶体( (lysosomelysosome) )195519
49、55年年de de DuveDuve首次用电镜观察到了溶酶体。首次用电镜观察到了溶酶体。一、溶酶体的形态一、溶酶体的形态溶酶体是溶酶体是动物细胞动物细胞的膜性细胞器，由单层膜包被，的膜性细胞器，由单层膜包被，含多种酸性水解酶，主要进行含多种酸性水解酶，主要进行细胞内消化细胞内消化是一种动态结构，同类型细胞中形态大小不同，是一种动态结构，同类型细胞中形态大小不同，同一细胞不同发育阶段也不同同一细胞不同发育阶段也不同植物细胞中也有类似溶酶体的细胞器，如圆球体，植物细胞中也有类似溶酶体的细胞器，如圆球体，糊粉粒和中央大液泡等糊粉粒和中央大液泡等二、溶酶体的结构类型二、溶酶体的结构类型具异质性，不同来
50、源的溶酶体在形态、大小及具异质性，不同来源的溶酶体在形态、大小及内含的水解酶种类都不同，标志酶为酸性磷酸内含的水解酶种类都不同，标志酶为酸性磷酸酶酶(acid (acid phosphatasephosphatase) ) 。依完成生理功能的不同阶段可分：依完成生理功能的不同阶段可分：初级溶酶体初级溶酶体(primary (primary lysosomelysosome) )；次级溶酶体次级溶酶体(secondary (secondary lysosomelysosome) )；残体残体(residual body)(residual body)。Primary lysosomes：初级溶酶
51、体；：初级溶酶体；Second lysosomes：次级：次级溶酶体溶酶体 heterophagic：异噬性；：异噬性； autophagic：自噬性；：自噬性；Residual body：残体：残体对溶酶体的标志酶酸性磷对溶酶体的标志酶酸性磷酸酶定位显示酸酶定位显示:大的膜细胞器含有浓密的铅沉淀，是溶酶体;两小的可能是来自于高尔基体的含酸性水解酶的小泡。1 1、初级溶酶体、初级溶酶体 (primary (primary lysosomelysosome) )呈球形，直径呈球形，直径0.20.5um0.20.5um，内含物均一，无明，内含物均一，无明显颗粒，由高尔基体分泌形成。显颗粒，由高尔基
52、体分泌形成。含多种酸性水解酶，但没活性，只有当溶酶含多种酸性水解酶，但没活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有活性。体破裂，或其它物质进入，才有活性。水解酶包括：蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸水解酶包括：蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，约酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，约6060余种，均属余种，均属酸性水解酶，最适酸性水解酶，最适pHpH值约为值约为5 5。溶酶体膜与其它生物膜有明显的不同：溶酶体膜与其它生物膜有明显的不同：膜有质子泵，将膜有质子泵，将H+H+泵入溶酶体，形成和维持酸泵入溶酶体，形成和维持酸性内环境。性内环境。膜蛋白高度糖基化，防止自身膜蛋白被降解。膜蛋白高度糖基化
53、，防止自身膜蛋白被降解。初级溶酶体溶酶体和内体中的低溶酶体和内体中的低pH值值:用一种对pH敏感的荧光探针标记蛋白质,然后让这种蛋白质通过细胞内吞,可以用以探测溶酶体和内体中pH值.不同的颜色反映了不同的pH值。在溶酶体中(红色)的pH值约为5；而内体中(兰色和绿色)pH从5.5到6.5。2 2、次级溶酶体、次级溶酶体(secondary (secondary lysosomelysosome) )是初级溶酶体与吞噬泡融合后形成的消化泡，是是初级溶酶体与吞噬泡融合后形成的消化泡，是正在进行消化的溶酶体，内含水解酶和相应底物正在进行消化的溶酶体，内含水解酶和相应底物根据底物来源的不同，又可分为根
54、据底物来源的不同，又可分为2 2种类型种类型: :异噬溶酶体异噬溶酶体( (phagolysosomephagolysosome): ): 消化的物质是经消化的物质是经吞噬或胞饮所摄入的细胞外物质吞噬或胞饮所摄入的细胞外物质自噬溶酶体自噬溶酶体( (autophagolysosomeautophagolysosome): ): 消化的物质消化的物质来细胞内蜕变、破损的细胞器或局部细胞质。来细胞内蜕变、破损的细胞器或局部细胞质。次级溶酶体3 3、残体、残体又称后溶酶体又称后溶酶体(post-(post-lysosomelysosome) )已失去酶活已失去酶活性，仅留未消化的残渣。性，仅留未消化
55、的残渣。残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在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，如肝细胞中的脂褐质。细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。肝细胞中的脂褐质三、溶酶体的功能三、溶酶体的功能 主要进行细胞内消化，与细胞防御及自溶有关主要进行细胞内消化，与细胞防御及自溶有关异体吞噬异体吞噬及防御作用：通过溶酶体的作用，保护及防御作用：通过溶酶体的作用，保护细胞免受细菌与病毒的浸染，多细胞动物具专门细胞免受细菌与病毒的浸染，多细胞动物具专门的吞噬细胞。的吞噬细胞。自体吞噬自体吞噬: : 是溶酶体对细胞自身结构的吞噬降解是溶酶体对细胞自身结构的吞噬降解, ,清除无用的生物大分子，受损及
56、衰老细胞器等，清除无用的生物大分子，受损及衰老细胞器等，也为细胞器的构建提供原料也为细胞器的构建提供原料自溶作用自溶作用(autolysis)(autolysis)：是细胞的自我毁灭，即：是细胞的自我毁灭，即溶酶体将酶释放出来将细胞自身全部降解溶酶体将酶释放出来将细胞自身全部降解其它一些功能其它一些功能: :细胞凋亡细胞凋亡：注定要消除的细胞出芽形成凋亡小体，：注定要消除的细胞出芽形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化。被巨噬细胞吞噬并消化。为细胞提供营养物为细胞提供营养物: : 内吞并降解内吞并降解LDLLDL获得胆固醇获得胆固醇参与分泌调节参与分泌调节: : 如将甲状腺球蛋白降解成有活性如将甲
57、状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。的甲状腺素。形成精子顶体形成精子顶体：顶体释放出溶酶体酶，溶解卵子：顶体释放出溶酶体酶，溶解卵子的外被及滤泡细胞的外被及滤泡细胞, ,产生通道产生通道, ,使精子进入卵细胞使精子进入卵细胞溶酶体的功能溶酶体的功能四、溶酶体的发生四、溶酶体的发生 初级溶酶体是在高尔基体的初级溶酶体是在高尔基体的transtrans面以出芽方式面以出芽方式形成，其形成过程形成，其形成过程: :RERRER上合成溶酶体蛋白上合成溶酶体蛋白ERER腔糖基化修饰腔糖基化修饰高尔高尔基体基体CisCis面膜囊面膜囊N-N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号
58、斑溶酶体水解酶的信号斑将将N-N-乙酰葡糖胺磷酸转乙酰葡糖胺磷酸转移在移在1212个甘露糖残基上个甘露糖残基上在中间膜囊切去在中间膜囊切去N-N-乙乙酰葡糖胺形成酰葡糖胺形成M6PM6P配体配体与与transtrans膜囊上膜囊上M6PM6P受体受体结合结合选择性地包装成初级溶酶体。选择性地包装成初级溶酶体。 Biogenesis of Biogenesis of LysosomesLysosomesM6PM6P途径途径: : 溶酶体酶运输主要途径溶酶体酶运输主要途径溶酶体酶前体从溶酶体酶前体从RERRER运到高尔基体顺面，在那里运到高尔基体顺面，在那里甘露糖残基被磷酸化。甘露糖残基被磷酸化。
59、在在TGN, TGN, 磷酸化的酶结合到磷酸化的酶结合到M6PM6P受体受体, , 受体指导受体指导酶进入网格蛋白有被小泡。酶进入网格蛋白有被小泡。网格蛋白解离成无被小泡，与初级内体融合。网格蛋白解离成无被小泡，与初级内体融合。低低pHpH下，酶从下，酶从M6PM6P受体上解离，脱磷酸化。受体上解离，脱磷酸化。受体再循环回到高尔基体受体再循环回到高尔基体, , 酶进入运输泡，运酶进入运输泡，运输泡由次级内体出芽形成，和溶酶体融合输泡由次级内体出芽形成，和溶酶体融合五、内体（五、内体（endosomeendosome）细胞内一种膜结合细胞器，有初级内体细胞内一种膜结合细胞器，有初级内体(earl
60、y (early endosomeendosome) )和次级内体和次级内体(late (late endosomeendosome) )主要特征是酸性、但不含溶酶体酶主要特征是酸性、但不含溶酶体酶初级内体是由内吞形成的含内吞物的膜结合细初级内体是由内吞形成的含内吞物的膜结合细胞器，是指状或小泡状的网络结构集合体胞器，是指状或小泡状的网络结构集合体次级内体呈酸性，具分拣作用，能分选结合物次级内体呈酸性，具分拣作用，能分选结合物的受体，让受体再循环到质膜或高尔基体的受体，让受体再循环到质膜或高尔基体六、溶酶体与疾病六、溶酶体与疾病 1. 1. 矽肺矽肺(silicosis):(silicosis
61、):石末沉着病，磨工病石末沉着病，磨工病SiOSiO2 2尘粒吸入肺泡被巨噬细胞吞噬，含矽尘的吞尘粒吸入肺泡被巨噬细胞吞噬，含矽尘的吞噬体与溶酶体融合。吞噬的噬体与溶酶体融合。吞噬的SiOSiO2 2不能消化，且表不能消化，且表面形成硅酸，硅酸的羧基与溶酶体膜脂或蛋白形面形成硅酸，硅酸的羧基与溶酶体膜脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞破坏，成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞破坏，矽尘释出，又被其它巨噬细胞吞噬，如此反复。矽尘释出，又被其它巨噬细胞吞噬，如此反复。受损或破坏的巨噬细胞释放受损或破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子致纤维化因子”，激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤
62、激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化，弹性降低，呼吸功能下降维化，弹性降低，呼吸功能下降2. 2. 各类贮积症各类贮积症(storage disease):(storage disease):由遗传缺陷由遗传缺陷引起，溶酶体酶发生变异，功能丧失，底物在溶引起，溶酶体酶发生变异，功能丧失，底物在溶酶体中贮积，影响细胞功能，常见的贮积症有：酶体中贮积，影响细胞功能，常见的贮积症有：(1)(1)台台- -萨氏综合症萨氏综合症( (TayTay-Sachs -Sachs dieseasediesease) )：又称：又称黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺氨基已糖酯酶黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺氨基已糖
63、酯酶A,A,导导致神经节苷脂致神经节苷脂GM2GM2积累，影响细胞功能。积累，影响细胞功能。患者表现为渐进性失明、痴呆和瘫痪，患者表现为渐进性失明、痴呆和瘫痪，2626岁死岁死亡。主要出现在犹太人群中。亡。主要出现在犹太人群中。台-萨氏综合征神经元中同心圆状的溶酶体(2) II(2) II型糖原累积病型糖原累积病( (PompePompe病病) )：常染色体缺陷：常染色体缺陷遗传病遗传病. .溶酶体缺溶酶体缺-1,4-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体积累，使心肝舌肿大和骨骼肌无力。酶体积累，使心肝舌肿大和骨骼肌无力。患者多为小孩患者多为小孩, ,两周岁前死亡两周岁前死亡(3
64、) (3) GaucherGaucher病病: :脑苷脂沉积病脑苷脂沉积病, ,巨噬细胞和脑神巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏经细胞的溶酶体缺乏- - 葡萄糖苷酶造成。葡萄葡萄糖苷酶造成。葡萄糖脑苷脂沉积在溶酶体糖脑苷脂沉积在溶酶体, ,巨噬细胞变成巨噬细胞变成GaucherGaucher细细胞胞患者肝脾淋巴肿大，中枢神经发生退行性变化，患者肝脾淋巴肿大，中枢神经发生退行性变化，常在常在1 1 岁内死亡。岁内死亡。疾病缺失酶类主要贮积底物后果GM1神经节苷脂贮积症GM1-半乳糖苷酶神经节苷脂GM1智力迟钝，肝脏肥大，骨骼受累，2岁前死亡泰萨二氏病己糖胺酶A神经节苷脂GM2智力迟钝，失明，3岁前
65、死亡法布莱氏病-半乳糖苷酶A三己糖神经酰胺皮疹，肾功能丧失，下肢疼痛山霍夫氏病己糖胺酶A和B神经节苷脂GM2和红细胞糖苷酯与泰萨氏疾病症状相似，但发展更快高歇氏病葡糖脑苷酯酶葡糖脑苷脂肝脏和脾脏肿大，长骨腐蚀，只在婴儿期发生智力迟钝尼-皮二氏病鞘磷脂水解酶鞘磷脂肝脏和脾脏肿大，智力迟钝Farbers 脂肪肉芽肿病神经酰胺水解酶神经酰胺疼痛性与退行性的关节变形，皮肤瘤，几年内死亡Krabbes病半乳糖脑苷酯酶半乳糖脑苷脂髓磷脂缺失，智力迟钝，2岁前死亡脑硫脂沉积芳基硫酸酯酶脑硫脂智力迟钝，前十年死亡 神经鞘脂神经鞘脂贮积病积病(4)(4)细胞内含物病细胞内含物病(inclusion-cell d
66、isease(inclusion-cell disease，I-I-cell disease)cell disease)：严重的贮积症，：严重的贮积症，N-N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起，导致高尔基体中加磷酸转移酶单基因突变引起，导致高尔基体中加工的溶酶体酶不能形成工的溶酶体酶不能形成M6PM6P分选信号，酶被运出分选信号，酶被运出胞外。胞外。病人成纤维细胞溶酶体中没水解酶，使底物在溶病人成纤维细胞溶酶体中没水解酶，使底物在溶酶体中大量贮积，形成酶体中大量贮积，形成“包涵体包涵体(inclusion)(inclusion)”。病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成病人肝细
67、胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具还具M6PM6P之外的途径。之外的途径。 3. 3. 肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素，也肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但菌体成分硫酸脑苷脂能无荚膜和侵袭性酶。但菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌酶，使结核杆菌在肺泡内大量抵抗胞内的溶菌酶，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬，最终引起肺组织钙化和纤维化杆菌再被吞噬，最终引起肺组织钙化和纤维化 4. 4. 类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂，其类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎
68、释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。第五节第五节 过氧化物酶体过氧化物酶体( (peroxisomeperoxisome) )一、形态结构一、形态结构过氧化物酶体又称微体过氧化物酶体又称微体( (microbodymicrobody) )，由，由 RhodinRhodin (1954)(1954)首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。具异质性，在不同生物及不同发育阶段不同。直具异质性，在不同生物及不同发育阶段不同。直径约径约0.21.5um0.21.5um，由单层膜围绕而成。，由单层膜围绕而成。普遍存在于真核细胞，肝、肾细胞尤丰富普遍存在于真核细胞，肝、肾细胞尤丰富共同特点
69、是含共同特点是含1 1至多种依赖于黄素至多种依赖于黄素( (flavinflavin) )的氧的氧化酶和过氧化氢酶，已发现化酶和过氧化氢酶，已发现4040多种氧化酶，以多种氧化酶，以尿酸氧化酶尿酸氧化酶( (urateurate oxidaseoxidase) )含量高，有些种类含量高，有些种类形成酶结晶构成的核心。形成酶结晶构成的核心。标志酶为标志酶为过氧化氢酶过氧化氢酶，作用是将，作用是将H H2 2O O2 2水解水解过氧化物酶体与溶酶体不同，不是来源于过氧化物酶体与溶酶体不同，不是来源于ERER和和高尔基体。高尔基体。人肝细胞过氧化物酶体(Ps，没有尿酸氧化酶结晶)烟草叶肉细胞的过氧化
70、物酶体(中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心)二、过氧化物酶体的功能二、过氧化物酶体的功能1. 1. 防止细胞产生防止细胞产生H H2 2O O2 2，对细胞起保护作用，对细胞起保护作用各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。氢。RHRH2 2+O+O2 2R+HR+H2 2O O2 2氢的过氧化物有毒，过氧化物酶体可通过两种方氢的过氧化物有毒，过氧化物酶体可通过两种方式消除细胞中的过氧化氢式消除细胞中的过氧化氢(1) (1) 过氧化氢酶可利用过氧化氢酶可利用H H2 2O O2 2，将其它底物，将其它底物( (如醛、如醛、醇、酚醇、酚) )氧化氧
71、化. .反应为反应为:RH:RH2 2+H+H2 2O O2 2R+2HR+2H2 2O O(2) (2) 过氧化氢酶亦直接使过氧化氢还原成水：过氧化氢酶亦直接使过氧化氢还原成水： 2H2H2 2O O2 2 2H 2H2 2O + OO + O2 22. 2. 使毒性物质失活使毒性物质失活过氧化氢酶可利用过氧化氢酶可利用H H2 2O O2 2氧化各种底物，如酚、甲氧化各种底物，如酚、甲酸、甲醛、乙醇等，使有毒物变成无毒物酸、甲醛、乙醇等，使有毒物变成无毒物这种作用对于肝、肾细胞尤为重要。人饮入的乙这种作用对于肝、肾细胞尤为重要。人饮入的乙醇一半是以这种方式被氧化成乙醛。醇一半是以这种方式被
72、氧化成乙醛。3. 3. 对氧的调节作用对氧的调节作用细胞中的氧主要由细胞中的氧主要由2 2种细胞器消耗：线粒体和过种细胞器消耗：线粒体和过氧化物酶体。低氧时，线粒体利用氧的能力比过氧化物酶体。低氧时，线粒体利用氧的能力比过氧化物酶体强；高氧时，过氧化物酶体的氧化反氧化物酶体强；高氧时，过氧化物酶体的氧化反应占主导地位，使细胞免受高浓度氧的毒害应占主导地位，使细胞免受高浓度氧的毒害4. 4. 脂肪酸的氧化脂肪酸的氧化动物中过氧化物酶体参与了脂肪酸动物中过氧化物酶体参与了脂肪酸氧化，动物氧化，动物组织组织25-50%25-50%脂肪酸由过氧化物酶体氧化，其它由脂肪酸由过氧化物酶体氧化，其它由线粒体
73、氧化。线粒体氧化。5. 5. 含氮物质的代谢含氮物质的代谢尿酸是核苷酸和某些蛋白质降解代谢的产物，尿尿酸是核苷酸和某些蛋白质降解代谢的产物，尿酸氧化酶可氧化去除这种代谢废物酸氧化酶可氧化去除这种代谢废物在植物中过氧化物酶体主要作用有：在植物中过氧化物酶体主要作用有：参与光呼吸参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢化为乙醛酸和过氧化氢; ;种子萌发时，进行种子萌发时，进行脂肪脂肪-氧化氧化，产生乙酰辅，产生乙酰辅酶酶A A，经乙醛酸循环，产生乙醛酸和琥珀酸，加，经乙醛酸循环，产生乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛入三羧酸循环
74、，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体酸循环体( (glyoxysomeglyoxysome) )。 三、过氧化物酶体的生物发生三、过氧化物酶体的生物发生从从系统发生角度系统发生角度看，过氧化物酶体可能是一种古看，过氧化物酶体可能是一种古老的细胞器，在光合生物出现后，大气中的氧含老的细胞器，在光合生物出现后，大气中的氧含量逐渐提高，而氧对早期的生物具毒害作用，过量逐渐提高，而氧对早期的生物具毒害作用，过氧化物酶体的功能是消除细胞内的氧，并产生细氧化物酶体的功能是消除细胞内的氧，并产生细胞所需要的某些代谢物。胞所需要的某些代谢物。过氧化物酶体中黄素蛋白、氧化酶和过氧化氢酶过氧化物酶体中黄素蛋白、氧
75、化酶和过氧化氢酶间可形成简单的呼吸链，但没能量转换功能。线间可形成简单的呼吸链，但没能量转换功能。线粒体产生后取代了过氧化物酶体的这种功能，且粒体产生后取代了过氧化物酶体的这种功能，且电子传递与电子传递与ATPATP合成相偶联合成相偶联 从从个体发生角度个体发生角度看，过氧化物酶体来源于已存看，过氧化物酶体来源于已存在过氧化物酶体的分裂。在过氧化物酶体的分裂。过氧化物酶体中所有的酶都由核基因编码，在过氧化物酶体中所有的酶都由核基因编码，在cytosolcytosol中合成，由信号肽中合成，由信号肽 (-Ser-(-Ser-Lys-Leu-Lys-Leu-COOCOO-)-)引导，进入过氧化物酶
76、体。引导，进入过氧化物酶体。ZellwegerZellweger综合症是与过氧化物酶体有关的遗综合症是与过氧化物酶体有关的遗传病，也叫脑肝肾综合症，患者过氧化物酶体传病，也叫脑肝肾综合症，患者过氧化物酶体中，酶蛋白输入有关的蛋白变异，过氧化物酶中，酶蛋白输入有关的蛋白变异，过氧化物酶体是体是“空的空的”。脑、肝、肾异常，出生。脑、肝、肾异常，出生3-63-6月月死亡死亡第六节第六节: : 蛋白质分选与膜泡运输蛋白质分选与膜泡运输 哺乳动物细胞中可检出的蛋白质达哺乳动物细胞中可检出的蛋白质达1-21-2万种，万种，除少数在线粒体和叶绿体合成外，绝大多数都在除少数在线粒体和叶绿体合成外，绝大多数都
77、在核糖体合成，然后通过特定机制转运到细胞特定核糖体合成，然后通过特定机制转运到细胞特定部位。该过程称部位。该过程称蛋白质定向运输蛋白质定向运输(protein (protein targeting)targeting)或或分选分选(protein sorting).(protein sorting).一、蛋白质分选的基本途径与类型一、蛋白质分选的基本途径与类型蛋白质分选有蛋白质分选有2 2种途径：种途径：在在cytosolcytosol中完成多肽链合成，转运到中完成多肽链合成，转运到cytosolcytosol特定部位和一些细胞器：细胞核、线粒体、叶绿特定部位和一些细胞器：细胞核、线粒体、叶绿
78、体、过氧化物酶体体、过氧化物酶体蛋白质在蛋白质在RERRER合成，经高尔基体运至溶酶体、合成，经高尔基体运至溶酶体、细胞质膜或细胞外，细胞质膜或细胞外，ERER和高尔基体自身的蛋白成和高尔基体自身的蛋白成分也由这条途径完成分也由这条途径完成依蛋白类型和运输方式，又将蛋白质分选分为依蛋白类型和运输方式，又将蛋白质分选分为4 4种类型：种类型：1. 1. 蛋白质跨膜转运：蛋白质跨膜转运：cytosolcytosol中合成的蛋白质中合成的蛋白质转运到转运到ER,ER,线粒体线粒体, ,质体和过氧化物酶体质体和过氧化物酶体. .2. 2. 膜泡运输：通过运输小泡进行运输膜泡运输：通过运输小泡进行运输3
79、. 3. 选择性门控转运：指选择性门控转运：指cytosolcytosol中合成的蛋白中合成的蛋白通过核孔复合体选择性地进出细胞核通过核孔复合体选择性地进出细胞核4. 4. cytosolcytosol中蛋白质转运中蛋白质转运蛋白质分选途径蛋白质分选途径二、蛋白质分选信号二、蛋白质分选信号细胞内至少有两类蛋白质分选信号：细胞内至少有两类蛋白质分选信号：1. 1. 信号序列信号序列：蛋白质一级结构中的线性序列：蛋白质一级结构中的线性序列. .2. 2. 信号斑信号斑( (signal patch)signal patch)：蛋白质折叠时，不：蛋白质折叠时，不相邻信号序列折叠在一起构成信号斑相邻信
80、号序列折叠在一起构成信号斑, ,了解较少了解较少信号序列决定特定蛋白的转运方向：输入信号序列决定特定蛋白的转运方向：输入ERER的蛋的蛋白质白质N N端有一段信号序列；由高尔基体返回端有一段信号序列；由高尔基体返回ERER的的蛋白质，蛋白质，C C端的端的KDELKDEL序列。序列。两类分选信号一些典型的分选信号一些典型的分选信号 功能信号序列输入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-输出细胞核-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-输入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-A
81、rg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-输入质体+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu-Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-输入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-COO-输入内质网 H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-L
82、eu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-返回内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）由质膜到内体Tyr-X-X-三、膜泡运输三、膜泡运输细胞必须具精密而有效的机制，确保细胞必须具精密而有效的机制，确保RERRER合成的合成的各种蛋白，在高尔基体各种蛋白，在高尔基体TGNTGN通过形成不同的转运通过形成不同的转运泡被分选转运，各就各位，发挥其功能。泡被分选转运，各就各位，发挥其功能。膜泡运输是蛋白质运输的一种特有方式，普遍存膜泡运输是蛋白质运输的一种特
83、有方式，普遍存在于真核细胞，除蛋白质加工修饰外，还涉及各在于真核细胞，除蛋白质加工修饰外，还涉及各种不同膜泡定向运输及复杂的调控过程种不同膜泡定向运输及复杂的调控过程运输小泡是在膜的特定区域以运输小泡是在膜的特定区域以出芽出芽方式产生。表方式产生。表面有一个由蛋白质构成的衣被面有一个由蛋白质构成的衣被(coat)(coat)。衣被有衣被有2 2个主要作用：个主要作用：选择性地将特定蛋白聚在一起，形成运输小泡选择性地将特定蛋白聚在一起，形成运输小泡如同模具一样决定运输小泡的外部特征，使相如同模具一样决定运输小泡的外部特征，使相同性质的运输小泡具相同的形状和体积。同性质的运输小泡具相同的形状和体积
84、。 ( (一一) )有被小泡及其类型有被小泡及其类型细胞分泌和内吞过程，膜上形成的小泡常由不同细胞分泌和内吞过程，膜上形成的小泡常由不同蛋白质包被，称有被小泡蛋白质包被，称有被小泡(coated vesicles)(coated vesicles)，已发现有已发现有3 3种类型的有被小泡具物质运输作用。种类型的有被小泡具物质运输作用。1. 1. 网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡( (calthrincalthrin-coated -coated vesicles)vesicles)：从高尔基体：从高尔基体TGNTGN出芽形成的选择性分出芽形成的选择性分泌小泡，包括溶酶体酶运输小泡及细胞质膜由受
85、泌小泡，包括溶酶体酶运输小泡及细胞质膜由受体介导的内吞泡，都是由网格蛋白参与形成，这体介导的内吞泡，都是由网格蛋白参与形成，这些小泡表面都包裹着一层聚合的网格蛋白些小泡表面都包裹着一层聚合的网格蛋白第二种类型是第二种类型是COPCOP被膜小泡被膜小泡，它是介导非选，它是介导非选择性运输的一种小泡。这种小泡参与从择性运输的一种小泡。这种小泡参与从ERER到到高尔基体内侧网络，从高尔基体内侧网络到高尔基体内侧网络，从高尔基体内侧网络到中间膜囊、从中间膜囊到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到高尔基体TGNTGN网络的网络的运输。这种小泡表面包裹的是外被蛋白运输。这种小泡表面包裹的是外被蛋白 (coat
86、protein )(coat protein )，外被蛋白是一个大的复，外被蛋白是一个大的复合体，称为外被体合体，称为外被体( (coatmercoatmer) ) 第三种类型是第三种类型是COPCOP被膜小泡被膜小泡，负责回收、转运，负责回收、转运ERER逃逸蛋白逃逸蛋白(escaped proteins)(escaped proteins)返回返回ERER，包括从，包括从高尔基体外侧网络运向内侧，以及将蛋白质从高高尔基体外侧网络运向内侧，以及将蛋白质从高尔基体内侧运回尔基体内侧运回ERER。3 3种类型的小泡不仅外被蛋白不同，小泡形成时种类型的小泡不仅外被蛋白不同，小泡形成时所需要的小所需
87、要的小GTPGTP结合蛋白和衔接蛋白也不相同。结合蛋白和衔接蛋白也不相同。 但是三者在小泡的但是三者在小泡的形成方式形成方式和所需要的和所需要的基本成分基本成分是基本一致的是基本一致的衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinArfClathrin重链与轻链，AP2质膜内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体溶酶体高尔基体植物液泡COPIArfCOP高尔基体内质网COPIISar1Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16，Sec12内质网高尔基体( (二二) )小泡运输的分选信号小泡运输的分选信号3 3种不
88、同类型运输小泡的形成和定向运输都种不同类型运输小泡的形成和定向运输都是由是由信号信号指导的。指导的。如如KDELKDEL信号是信号是ERER蛋白的滞留信号，因此蛋白的滞留信号，因此KDELKDEL是是COPCOP被膜小泡形成的信号。被膜小泡形成的信号。小泡形成不仅需信号小泡形成不仅需信号, ,同时也需衔接蛋白和同时也需衔接蛋白和信号受体。信号受体。KDEL序列（三）网格蛋白有被小泡形成的机制（三）网格蛋白有被小泡形成的机制网格蛋白有被小泡介导高尔基体到内体、溶酶体、网格蛋白有被小泡介导高尔基体到内体、溶酶体、液泡的运输，及质膜到内膜区隔的膜泡运输液泡的运输，及质膜到内膜区隔的膜泡运输1 1、网
89、格蛋白、网格蛋白( (clathrinclathrin) )及包被亚基：进化上高及包被亚基：进化上高度保守，度保守，1 1条重链和条重链和1 1条轻链组成二聚体。条轻链组成二聚体。三个二聚体形成包被的基本单位三个二聚体形成包被的基本单位三脚蛋白体。三脚蛋白体。多个三脚蛋白体再组装成五边或六边形网格结构多个三脚蛋白体再组装成五边或六边形网格结构: :包被亚基。再由亚基组装成网格蛋白小泡包被亚基。再由亚基组装成网格蛋白小泡网格蛋白的结构，A电镜照片，B分子模型，C衣被模型2 2、衔接蛋白、衔接蛋白( (adaptinadaptin) )和发动蛋白和发动蛋白( (dynamindynamin) )：
90、在网格蛋白被膜小窝形成时，网格蛋白和膜之间在网格蛋白被膜小窝形成时，网格蛋白和膜之间有一种蛋白质起衔接作用，即是衔接蛋白。是在有一种蛋白质起衔接作用，即是衔接蛋白。是在网格蛋白有被小泡形成时起中介作用的蛋白质。网格蛋白有被小泡形成时起中介作用的蛋白质。已发现已发现4 4种不同类型衔接蛋白，可分别结合不受种不同类型衔接蛋白，可分别结合不受体，形成不同性质转运小泡，如体，形成不同性质转运小泡，如AP1AP1参与高尔基参与高尔基体体内体的运输、内体的运输、AP2AP2参与质膜参与质膜内体的运输、内体的运输、AP3AP3参与高尔基体参与高尔基体溶酶体运输溶酶体运输在网格蛋白有被小泡形成时，还需发动蛋白
91、在网格蛋白有被小泡形成时，还需发动蛋白的参与。发动蛋白是一种胞质溶胶蛋白，能的参与。发动蛋白是一种胞质溶胶蛋白，能同同GTPGTP结合并将其水解。结合并将其水解。发动蛋白在被膜小窝的颈部聚合，通过水解发动蛋白在被膜小窝的颈部聚合，通过水解GTPGTP调节自己收缩，将小泡与膜割开。调节自己收缩，将小泡与膜割开。3 3、网格蛋白有被小泡的形成和运输机制：、网格蛋白有被小泡的形成和运输机制：网格蛋白有被小泡的形成可分网格蛋白有被小泡的形成可分3 3个过程：个过程：形成网格蛋白被膜小窝形成网格蛋白被膜小窝(pit):(pit):内吞时，吞入物首内吞时，吞入物首先同表面受体结合，然后网格蛋白装配的亚基结
92、先同表面受体结合，然后网格蛋白装配的亚基结合上去，诱导膜凹陷形成小窝。合上去，诱导膜凹陷形成小窝。形成网格小泡形成网格小泡: :在被膜小窝形成处，以出芽方式在被膜小窝形成处，以出芽方式形成小泡，在发动蛋白作用下与质膜割裂形成小泡，在发动蛋白作用下与质膜割裂, ,成为成为网格蛋白有被小泡。网格蛋白有被小泡。网格小泡形成后，很快脱去网格蛋白外被，成为网格小泡形成后，很快脱去网格蛋白外被，成为无被小泡。无被小泡。 在在TGN的网格小泡的形成的网格小泡的形成网格蛋白有被小泡的掐断过程网格蛋白有被小泡的组成网格蛋白有被小泡的形态( (四四) COP) COP被膜小泡的形成机制被膜小泡的形成机制COPCO
93、P是一种胞质溶胶蛋白，由是一种胞质溶胶蛋白，由7 7个亚基组成。个亚基组成。COPICOPI在出在出芽小泡的溶胶面聚合，形成被膜小泡芽小泡的溶胶面聚合，形成被膜小泡COPICOPI小泡的形成也可分为小泡的形成也可分为3 3步：步：一种胞质小一种胞质小GTPGTP蛋白蛋白: :装配反应因子装配反应因子(ARF)(ARF)，释放，释放GDPGDP，结，结合合GTPGTP，形成，形成ARF-GTPARF-GTP，并整合到高尔基体膜中。，并整合到高尔基体膜中。COPICOPI同同ARFARF及高尔基体膜蛋白胞质区结合。及高尔基体膜蛋白胞质区结合。在脂酰在脂酰CoACoA帮助下形成帮助下形成COPICO
94、PI被膜小泡被膜小泡. .很快很快COPICOPI包被开始包被开始去聚合，并与膜分离。去聚合，并与膜分离。ARFARF被认为是被认为是COPCOP外被装配和去装配的信号外被装配和去装配的信号, ,在在COPCOP被膜小泡中起着重要的作用被膜小泡中起着重要的作用. .ARFARF同同GDPGDP结合无活性结合无活性, ,其脂肪酸的尾部隐藏在蛋其脂肪酸的尾部隐藏在蛋白质空间结构中白质空间结构中, ,不能和膜结合不能和膜结合. .结合结合GTPGTP后后,ARF,ARF构型改变构型改变, ,暴露出脂肪酸链暴露出脂肪酸链, ,并插到供体膜中并插到供体膜中. .同同膜结合的膜结合的ARF-GTPARF-
95、GTP可同外被结合可同外被结合, ,形成被膜小泡形成被膜小泡. .COPICOPI介导的运输是从高尔基体到介导的运输是从高尔基体到ERER的回流的回流. .COPI衣被小泡的形态A model for the retrieval of ER resident proteins.The KDEL receptor captures the soluble ER resident proteins and carries them in COPI-coated transport vesicles back to the ER.NeutralpH:dissociatefromtheKDEL;low
96、pH:bindingtheKDEL3 3、COPCOP小泡的形成：小泡的形成：COPIICOPII介导介导ERER到高尔基体的运输，小泡先在到高尔基体的运输，小泡先在ERER形成，其外被蛋白与形成，其外被蛋白与COPICOPI相似但不同。相似但不同。COPIICOPII是多亚基复合物，亚基有是多亚基复合物，亚基有Sec23/Sec24Sec23/Sec24复复合物、合物、Sec13/Sec31Sec13/Sec31复合物、复合物、Sec16Sec16等等COPIICOPII小泡装配时，也需小泡装配时，也需Sar1Sar1的的G G蛋白参与。蛋白参与。Sar1Sar1同同GTPGTP结合后，诱导
97、结合后，诱导COPIICOPII蛋白不同亚基结蛋白不同亚基结合并与合并与ERER结合，组装成一个完整的小泡。结合，组装成一个完整的小泡。 COPII衣被小泡的组装COPI和COPII衣被小泡四、小泡的定向运输、停靠与融合机制四、小泡的定向运输、停靠与融合机制选择性和非选择性运输小泡，对运输方向都具高选择性和非选择性运输小泡，对运输方向都具高度选择性，能准确到达目的地，说明：所有的运度选择性，能准确到达目的地，说明：所有的运输小泡的膜上可能都有某种标志，指示着它们沿输小泡的膜上可能都有某种标志，指示着它们沿一定方向前进，最终准确到达目的地。一定方向前进，最终准确到达目的地。那么定向运输和停泊的标
98、志是什么呢？到达目的那么定向运输和停泊的标志是什么呢？到达目的地后又是如何停泊的呢？地后又是如何停泊的呢？ 又是如何突破膜结构又是如何突破膜结构障碍释放出内含物的呢障碍释放出内含物的呢? ?RothmanRothman等发现，动物细胞融合需一种可溶性等发现，动物细胞融合需一种可溶性细胞质蛋白：细胞质蛋白：N-N-乙基马来酰亚胺敏感蛋白乙基马来酰亚胺敏感蛋白(N-(N-ethlmaleimideethlmaleimide-sensitive fusion protein, -sensitive fusion protein, NSF)NSF)，及其它几种可溶性，及其它几种可溶性NSFNSF附着蛋
99、白附着蛋白(soluble NSF attachment protein, SNAP).(soluble NSF attachment protein, SNAP).NSF/SNAPNSF/SNAP能够介导不同类型的小泡融合，说能够介导不同类型的小泡融合，说明它们没有特异性明它们没有特异性 ( (一一) )运输小泡寻靶：运输小泡寻靶：SNARESNARE假说假说RothmanRothman等提出了等提出了SNARESNARE假说：膜融合的特异假说：膜融合的特异性是由其它蛋白所提供，他把这种蛋白称为性是由其它蛋白所提供，他把这种蛋白称为SNAPSNAP受体受体(SNAP receptor)(SN
100、AP receptor)，或称，或称SNARESNARE，这，这种蛋白可以作为膜融合时种蛋白可以作为膜融合时SNAPSNAP的附着点。的附着点。SNAREsSNAREs作用是保证特异性识别，并介导运输小泡作用是保证特异性识别，并介导运输小泡与靶膜融合，动物细胞发现与靶膜融合，动物细胞发现2020多种多种SNARESNARE，分布，分布于特定膜上，运输小泡上的叫于特定膜上，运输小泡上的叫v-SNAREv-SNARE，靶膜上，靶膜上的叫的叫t-SNAREt-SNARE。v-SNAREv-SNARE和和 t-SNAREt-SNARE都有都有1 1个螺旋结构域，能相互个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨缠绕
101、形成跨SNARESNARE复合体，将运输小泡的膜与靶复合体，将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，使运输小泡特异性停泊和融合膜拉在一起，使运输小泡特异性停泊和融合含含SNARESNARE的脂质体和含匹配的脂质体和含匹配SNARESNARE的脂质体间可融的脂质体间可融合，但速度很慢，说明除合，但速度很慢，说明除SNARESNARE外，还有其它的外，还有其它的蛋白参与。蛋白参与。SNARE复合体真核细胞中的基本组分包括真核细胞中的基本组分包括: 在运输小泡上在运输小泡上v-SNAREs, 在目标膜在目标膜上的上的t-SNAREs(t-SNAP, Rab GTPase, NSF和几种和几种 SNAPs）.(
102、 (二二) )RabRab蛋白在小泡运输与融合中的调节作用：蛋白在小泡运输与融合中的调节作用：小泡融合时有小泡融合时有RabRab蛋白的参与，蛋白的参与，RabRab也是一种小也是一种小GTPGTP蛋白，能同蛋白，能同GTPGTP结合并水解结合并水解GTPGTP。调节机制：供体膜上调节机制：供体膜上GDPGDP释放蛋白识别释放蛋白识别cytosolcytosol中中特异特异RabRab，诱导，诱导GDPGDP释放并结合释放并结合GTPGTP，RabRab构型改变，构型改变，露出脂基团，将露出脂基团，将RabRab锚定在膜上。小泡形成后，锚定在膜上。小泡形成后，在在V-SNAREV-SNARE引
103、导下，到达受体膜引导下，到达受体膜T-SNARET-SNARE部位，部位，RabRab帮助小泡与受体膜结合。帮助小泡与受体膜结合。GTPGTP水解后水解后RabRab从膜上释放，小泡却锁定在受体膜从膜上释放，小泡却锁定在受体膜上，释放的上，释放的RabRab进入胞质溶胶中再利用。进入胞质溶胶中再利用。Rab的作用3. 3. 小泡融合模型小泡融合模型根据根据SNARESNARE假说及假说及RabRab蛋白的研究表明蛋白的研究表明, ,小泡合成小泡合成时时, ,需需V-SNAREV-SNARE、T-SNARET-SNARE和融合蛋白和融合蛋白SNAP25SNAP25。将。将含纯化的含纯化的V-SN
104、AREV-SNARE的人工脂质体与含的人工脂质体与含T-T-SNARE/SNAP25SNARE/SNAP25复合物的脂质体一起温育，两种膜复合物的脂质体一起温育，两种膜渐渐融合在一起。渐渐融合在一起。在细胞中融合只要几秒种，但需几种胞质溶胶蛋在细胞中融合只要几秒种，但需几种胞质溶胶蛋白参与，包括白参与，包括NSFNSF、-，- -和和-SNAP-SNAP，其作用，其作用可能是使可能是使V-SNAREV-SNARE、T-SNARE/SNAP25T-SNARE/SNAP25解离便于再解离便于再利用，同时扩大融合利用，同时扩大融合t-和v-SNARE在在SNARESNARE接到新一轮的运输小泡停泊之
105、前，接到新一轮的运输小泡停泊之前，SNARESNARE必须以分离的状态存在，必须以分离的状态存在，NSFNSF催化催化 SNARESNARE的分离，它是一种类似分子伴侣的的分离，它是一种类似分子伴侣的ATPATP酶，能以酶，能以ATPATP作能量通过插入几个接头蛋白作能量通过插入几个接头蛋白(adaptor protein)(adaptor protein)将将SNAREsSNAREs复合体的螺旋缠复合体的螺旋缠绕分开。绕分开。 SNARE复合体的解离在神经细胞中在神经细胞中SNARESNARE负责突触小泡的停泊和融负责突触小泡的停泊和融合，破伤风毒素和肉毒素等细菌分泌的神经性合，破伤风毒素和
106、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，能选择性地毒素实际上是一类特殊的蛋白酶，能选择性地降解降解SNARESNARE，从而阻断神经传导。，从而阻断神经传导。精卵融合、成肌细胞的融合均涉及精卵融合、成肌细胞的融合均涉及SNAREsSNAREs，病毒融合蛋白的工作原理与病毒融合蛋白的工作原理与SNAREsSNAREs相似，介导相似，介导病毒与宿主质膜的融合。病毒与宿主质膜的融合。病毒融合蛋白的工作原理五、膜泡运输的动力来源五、膜泡运输的动力来源胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，在马达蛋白的胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特定的区域。作用下，可将膜泡转运到
107、特定的区域。与膜泡运输有关的马达蛋白有与膜泡运输有关的马达蛋白有3 3类：类：动力蛋白动力蛋白( (dyneindynein) )，向微管负端移动；，向微管负端移动；驱动蛋白驱动蛋白( (kinesinkinesin) )，牵引物质向微管正端移，牵引物质向微管正端移动动肌球蛋白肌球蛋白(myosin)(myosin)，向微丝，向微丝+ +极运动。极运动。驱动蛋白介导的膜泡沿微管移动驱动蛋白介导的膜泡沿微管移动动力蛋白和驱动蛋白介导膜泡运输的模型动力蛋白和驱动蛋白介导膜泡运输的模型五、膜的生物发生五、膜的生物发生有关质膜及内膜系统的膜的来源有关质膜及内膜系统的膜的来源, ,有有2 2个模型个模型
108、: :自我装配模型自我装配模型: :利用已有的材料装配而成利用已有的材料装配而成. .如将脂如将脂和蛋白质在体外装配时和蛋白质在体外装配时, ,总能形成脂质体总能形成脂质体. .但脂质但脂质体总是对称的体总是对称的, ,而或细胞中膜结构是不对称的而或细胞中膜结构是不对称的. .已有膜的生长模型已有膜的生长模型: :新合成的脂和蛋白不断插入新合成的脂和蛋白不断插入已有的膜已有的膜. .由于插入的方式可以有选择地插入膜由于插入的方式可以有选择地插入膜的一侧或另一侧的一侧或另一侧, ,保证了膜的不对称性保证了膜的不对称性( (一一) )膜脂的生物来源及不对称分布膜脂的生物来源及不对称分布大多数磷脂是
109、在大多数磷脂是在ERER上合成，可通过上合成，可通过2 2种方式运送种方式运送到膜结合细胞器到膜结合细胞器:通过磷脂转运蛋白运送到线通过磷脂转运蛋白运送到线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等；粒体、叶绿体、过氧化物酶体等；通过出芽和通过出芽和膜融合膜融合. .与蛋白质一道运输高尔基体及质膜。与蛋白质一道运输高尔基体及质膜。保持膜脂不对称性：保持膜脂不对称性：磷脂交换蛋白对磷脂的运输和插入具选择性；磷脂交换蛋白对磷脂的运输和插入具选择性；热动力学使磷脂呈不对称分布：膜内外两侧环热动力学使磷脂呈不对称分布：膜内外两侧环境不同。境不同。ERER上有翻转酶，通过翻转酶造成膜的上有翻转酶，通过翻转酶造成膜的不
110、对称性不对称性（二）膜整合蛋白和外周蛋白的形成（二）膜整合蛋白和外周蛋白的形成通过水泡性口炎病毒（通过水泡性口炎病毒（VSVVSV）研究：）研究：膜的外周蛋白是在游离核糖体上合成，并以可溶膜的外周蛋白是在游离核糖体上合成，并以可溶性形式释放到细胞质溶胶中，然后与质膜的溶胶性形式释放到细胞质溶胶中，然后与质膜的溶胶面结合成为外周蛋白。面结合成为外周蛋白。膜整合蛋白先在膜整合蛋白先在ERER合成并插入到合成并插入到ERER膜中，随小泡膜中，随小泡转运到高尔基体加工，最后转运到质膜。另外，转运到高尔基体加工，最后转运到质膜。另外，糖蛋白上的糖是在糖蛋白上的糖是在ERER腔中加上去的，在整个运输腔中加
111、上去的，在整个运输过程都位于腔面，与质膜融合后位于膜外侧，这过程都位于腔面，与质膜融合后位于膜外侧，这就是为什么糖蛋白都朝向细胞外的原因就是为什么糖蛋白都朝向细胞外的原因膜的不对称性的保持膜的不对称性的保持（三）膜锚定蛋白的形成（三）膜锚定蛋白的形成1 1、质膜外侧的糖脂锚定蛋白：这类蛋白先在糙、质膜外侧的糖脂锚定蛋白：这类蛋白先在糙面面ERER上合成，然后在上合成，然后在ERER腔中与糖基磷脂酰肌醇腔中与糖基磷脂酰肌醇（GPIGPI）结合，通过运输小泡与质膜融合，含糖）结合，通过运输小泡与质膜融合，含糖的一面外翻而面向细胞外侧；的一面外翻而面向细胞外侧；2 2、质膜内侧的脂肪酸锚定蛋白：这类蛋白是水、质膜内侧的脂肪酸锚定蛋白：这类蛋白是水溶性的，在游离核糖体合成后释放到细胞质溶胶溶性的，在游离核糖体合成后释放到细胞质溶胶中，然后与质膜中的脂肪酸结合中，然后与质膜中的脂肪酸结合
