中科院考研细胞生物学-细胞器的结构与功能

1、1 细胞器的结构与功能4.1. 内膜系统的概念及其组成成员是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构，主要包括：核膜？、内质网、高尔基体、溶酶体及各种分泌小泡和液泡。意义： 使真核细胞细胞内区域化（compartmentalization）内膜系统的出现是真核细胞区别于原核细胞的显著特点之一， 大大增加了细胞内膜的表面积；为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合位点；酶系统的隔离与连接；蛋白质、糖、脂肪的合成、加工和包装；运输分泌物；扩散屏障及膜电位建立；离子梯度的维持等。3、细胞内膜系统的研究方法 1、超微结构观察：电镜技术；2、功能定位研究：免疫标记和放射自显影（A

2、utoradiography）；3、组分分离与分析：离心技术；4、研究膜泡运输和功能机制研究：遗传突变分析（Genetic mutants）。 4.2. 内质网（ER） 4.2.1.掌握内质网的形态结构特征和类别(粗面内质网和光面内质网)形态结构：封闭的管状或扁平囊膜系统及其包被的腔形成的相互沟通的三维网络结构。原核细胞无。微粒体（microsome）：细胞匀浆和离心过程中，破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，包括内质网和核糖体。生化研究中，将其与内质网等同看待。在体外实验中，有蛋白合成、蛋白质糖基化和脂质合成等内质网的基本功能。2种类型：糙面内质网RER：扁囊状，表面大量核糖体，功能是合成

3、分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。存在易位子（translocon）（哺乳动物细胞中，主要成分是与蛋白分泌相关的多肽Sec61p等组成的复合体），功能与新合成的多肽进入内质网有关。光面内质网SER：分支管状，表面没有核糖体，立体结构。合成脂质。细胞中几乎不含有纯的SER，它只是作为ER连续结构的一部分。所占区域较小，作为出芽位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体。The endoplasmic reticulum is a series of double membranes that loop back and forth between the cell membrane and th

4、e nucleus. These membranes fill the cytoplasm but you cannot see them because they are very transparent. There are two distinct types of E.R.: The rough E.R. has ribosomes and is the site of protein synthesis; the smooth E.R. has no ribosomes. 4.2.2.理解并熟练掌握粗面内质网的主要功能（2） 功能1.糙面：蛋白质的合成：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成

5、的，并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体，有些蛋白在刚起始合成不久便转移到 糙面型内质网上继续进行蛋白的合成，这类蛋白一边合成一边进入内质网腔内，以这种方式合成的蛋白主要有： 1）向细胞外分泌蛋的白； 2）膜的整合蛋白； 3）构成细胞器中的可溶性驻留蛋白蛋白（需要隔离或修饰）。 其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的，包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。l 掌握按信号肽假说参与分泌蛋白和溶酶体酶等蛋白合成.l 信号假说（signal hypothesis）与蛋白质分选信号l 1、信号假说：分泌性N端序列作为信号肽，指导分泌

6、性蛋白质到内质网膜上合成，然后在信号肽引导下边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除l 蛋白质定向运输（蛋白分选）（protein targeting/sorting）：蛋白质在细胞基质中核糖体上合成，然后转运到细胞的特定部位进行装配成结构和功能复合体，参与细胞的生命活动。l 2、指导蛋白质在内质网上合成的决定因素：l 1）N端信号肽、l 2）信号识别颗粒（SRP）：6种pro和7S RNA。l 3）SRP受体（停泊蛋白DP）l 3、信号假说：l （1） 编码分泌蛋白的mRNA，在起始密码子AUG之后，紧跟着一组特定的信号密码子，由此编码一段多肽。l （2）多

7、肽链的开始合成在游离核糖体上，信号密码子转译信号肽 ，约有15-30个氨基酸（16-26）。l （3）在RER膜上有信号识别蛋白（ SRP），可以释放到细胞质中去，识别正在合成信号肽的核糖体，并与之结合，合成暂停，引导核糖体与ER膜上的易位子结合，而SRP 则与SRP受体（又称停泊蛋白，docking.P）结合，合成继续。 SRP脱离释放返回基质重复利用。l （4）信号肽与易位子作用并使RER形成孔道，合成的多肽链通过孔道进入内质网池。【耗能】l （5）信号肽已无用，被位于RER膜内表面的信号肽酶（Signal peptidase）切掉。l （6）多肽链继续生长，直至合成完毕。l （7）最后在

8、一种分离因子作用下，核糖体脱离开膜，孔道封闭。l 4、分泌蛋白合成过程l 游离的核糖体 蛋白质开始合成 多肽链延伸为80氨基酸 蛋白质N端信号肽与信号识别颗粒结合 肽链停止延伸，并防止新生肽N端损伤和成熟前折叠 信号识别颗粒与内质网上的信号识别受体结合，核糖体与内质网上的易位子结合 肽链开始延伸，信号识别颗粒脱离 信号肽与易位子结合，在耗能状态下使内质网上孔道打开 信号肽引导肽链以绊环形式进入内质网腔 信号肽被切除 肽链继续，直至完整肽链合成。l 5、共转移：肽链边合成边转移至内质网腔中的方式l 6、开始转移序列（start transfer sequence）：引导肽链穿过内质网膜的信号肽。

9、l 7、停止转移序列：肽链中与内质网有很强亲和力而结合在脂双层之中的序列，这段序列不再转入内质网腔中。若此序列位于多肽中部，则会成为跨膜蛋白。l 8、后转移：蛋白质在细胞质合成之后，在前导肽的指引下转移到特定细胞器中的方式l 9、跨膜次数决定因素：起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白以及过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入细胞器的，有人称之为导肽（leader peptide）。其特征是pro在细胞质中合成后再转移到细胞器，为翻译后转运。在跨膜过程中不仅需要ATP使多肽去折叠，还需一些蛋白的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能正确折叠。一

10、、 蛋白质分选的基本途径与类型1.细胞内的蛋白质分选：细胞内蛋白质按某种指令决定其在哪种细胞内合成部位并最终转至其行使功能的部位成为，对构成高度有序的细胞结果体系及完成各种生命活动具有决定性作用。2.蛋白质分选2条途径：翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白。共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装运至溶酶体、细胞质膜或分泌带细胞外。内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是这一途径。3. 从蛋白质分选的转运方式或机制看

11、，分为4类：（1）蛋白质的跨膜转运（transmembrane transport）：主要是指细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体（包括叶绿体）和过氧化物酶体等细胞器，但进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的机制又有所不同。进入叶绿体等细胞器的蛋白质分选过程：多个不同的寻靶序列，定位到叶绿体的前体蛋白N端具有4050个氨基酸组成的转运肽，用以指引多肽定位到叶绿体并进一步穿过叶绿体被膜进入基质中。线粒体和过氧化物酶体靠的引导序列：线粒体蛋白N端的导肽或过氧化物酶体蛋白C端的内在引导信号。通过翻译后转运转运途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白质，必须在分子伴侣的帮助下解

12、折叠或维持非折叠状态，这有利于通过膜上的输入装置。（2）膜泡运输（vesicular transport）：存在与真核细胞中，蛋白质运输的特有方式。【未看】蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。COP有被小泡的组装与转运：COP有被小泡介导细胞内顺向运输，即负责从内质网到高尔基体的物质运输。COP有被由5种蛋白亚基组成，包括Sec13p，Sec31p，Sec23p，Sec24p和Sar1p。COP有被小泡通过可溶性包被蛋白COP复合物在内质网上组装形成。

13、ER腔中的可溶性货物蛋白通过选择性跨膜蛋白腔面一端结合被募集，同时选择性跨膜蛋白胞质面一端的信号序列以及ER膜上的整合蛋白v-SNARE被COP蛋白识别，形成包含有货物蛋白和v-SNARE的有被小泡。在Sarl蛋白参与下脱被并定位到cis面，脱被暴露的v-SNARE与cis面膜上的同类蛋白t-SNARE配对，介导膜泡和靶膜融合，内含物释放进入高尔基体。COP有被小泡组装模型：小分子GTP结合蛋白Sarl，具有GTPase活性，分子开关的作用。无活性的Sarl-GDP在细胞质中，在ER膜蛋白鸟苷酸交换因子（GEF）作用下GTP置换GDP形成有活性的Sarl-GTP，GTP结合引发Sarl构象改变

14、暴露出脂肪酸链并插入ER膜，膜结合的Sarl对包被蛋白的进一步起包被募集者作用 。Sarl蛋白伴随结合的GTP的水解形成Sarl-GDP也会导致构象改变，是Sarl蛋白脱离膜并引发包被去组装。膜结合的Sarl-GDP募集COP亚基，促进包被组装和出芽以及包装选择性膜蛋白，最后形成COP有被小泡。COP有被小泡的组装与运输：COP有被小泡介导细胞内膜泡逆向运输，负责从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运，包括再循环的膜脂双层、某些蛋白质和回收错误分选的内质网逃逸蛋白返回内质网。细胞器中的蛋白质通过2种基质维持:转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外；对逃逸蛋白的回收机制。驻留信号序列的受体位于高尔基体

15、CGN、COP和COP的小膜泡。网格蛋白有被小泡的组装与运输：网格蛋白有被小泡介导蛋白质从高尔基体TGN向质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡的运输。在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜运往细胞质，以及从胞内体到溶酶体的运输。 网格蛋白有被小泡的形成：A 募集结合素蛋白到TGN的胞质面 ；B 结合素蛋白的存在引发网格蛋白网格的组装，驱动膜出芽。（3）选择性的门控转运（gated transport）蛋白质通过核孔复合物完成核输入或核输出。（4）细胞质基质的蛋白质的转运三、膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到

16、多种不同膜定向运输及其复杂的调控过程。1、具有不同的物质运输作用的有被小泡类型： 1）网格蛋白小泡： 负责蛋白质从高尔基体TGNÚ质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输 在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜Ú内吞泡(细胞质) Ú 胞内体Ú溶酶体运输 高尔基体TGN是网格蛋白有被小泡形成的发源地 2）COPII有被小泡 负责从内质网Ú高尔基体的物质运输； COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配是受控的； COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。 3）COPI包被小泡： 负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped pr

17、oteins）返回 ER。 COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF(GTP-binding protein)； COPI-包被小泡在非选择性的批量运输( bulk flow)中行使功能, 负责 rER Golgi 分泌泡 细胞表面。 COPI-包被小泡除行使GolgiER逆行转运外，也可行使顺行转运功能, 从ERER-Golgi ICGolgi。 2、细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制 1）转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止被包被在出芽形式的转运泡中而被排出； 2）通过识别驻留蛋白C-端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL)的特异性受体，以

18、COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。四、细胞结构体系的组装1、生物大分子的组装方式： 1）自我装配（self-assembly）：信息存在于装配亚基的本身，同时也不排除细胞提供的装配环境； 2）协助装配（aided-assembly）：除需要形成最终结构亚基，还需要其他成分介入，或对装配的亚基进行修饰； 3）直接装配（direct-assembly）：直接装配到已形成的结构上。 4) 复合物与细胞结构体系的组装 2、装配具有重要的生物学意义： 1）减少和校正蛋白质合成中出现的错误 2）减少所需的遗传物质信息量 3）通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程 3、分子“伴侣”（molecu

19、lar chaperones）： 细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。l 掌握蛋白质的修饰(包括N-连接糖基化、酰基化等)和正确折叠l 蛋白质的修饰与加工：l 化学修饰：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键的形成。l 糖基化：在内质网腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多帖醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，在膜上的糖基转移酶的作用下，将寡糖基由磷酸多帖醇转移到相应的天冬酰胺残基上。N-连接的糖基化：寡糖基转移到天冬酰胺残基，与天冬酰胺结合的是N-乙酰葡糖胺

20、。O-连接的糖基化(高尔基体)：发生在丝氨酸或苏氨酸残基上，或羟赖氨酸或羟脯氨酸，结合的糖是N-乙酰半乳糖胺。l 酰基化：内质网的胞质侧，软质酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上。l 新生肽链的折叠与组装：一、易位子（Sec61p）将错误折叠或组装的蛋白质转运至细胞质基质通过泛素依赖性降解途径被蛋白酶体降解；二、蛋白二硫键异构酶（PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白质重新形成二硫键并处于正确折叠的状态，加速蛋白质的正确折叠；三、结合蛋白（Bip）识别错误折叠或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。装配完成后，立即与Bip分离，进入高尔基体。l PDI和Bip等蛋白都具胡4肽信号（KDEL

21、或HDEL）以保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度。Bip还可与Ca2+结合，可能通过Ca2+与带负电的磷脂头部基团相互作用，使Bip结合到内质网中。 4.2.3.掌握光面内质网的功能：膜脂类和甾类激素合成、胞质溶胶Ca2+水平调节、解毒和参与糖元合成与分解等脂质合成：合成构成细胞需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂），合成脂质的酶定位在内质网膜上，活性部位在膜的细胞质基质侧。（三步：1、增大膜面积；2、3确定新合成磷脂种类）。在内质网上合成的磷脂由细胞质基质侧转向内质网腔面（借助磷脂转位因子或称转位酶的帮助）。转运方式：A 出芽方式转运到高尔基体、

22、溶酶体、细胞质膜上；B 借助磷脂转换蛋白PEP（水溶性载体蛋白）在膜之间转移磷脂。转运模式：PEP与磷脂分子结合形成水溶性复合物进入细胞质基质，通过自由扩散，直至遇到靶膜，PEP释放磷脂，并安插在膜上，结果磷脂从含量高的膜转移到缺少磷脂的膜上，即从合成部位转移到线粒体或过氧化物酶体部位。每种PEP识别一种磷脂。解毒、合成固醇类激素、参与糖原分解、肌质网储存钙离子。解毒：细胞色素P450家族酶系。使聚集在SER上的不溶于水的毒物或代谢物在P450多功能氧化酶作用下羟基化，完全溶于水，转送出细胞进入尿液排出体外。肌质网：肌细胞内特化的SER称为肌质网。1、其膜上有-ATP酶将基质中Ca2+的泵入肌

23、质网腔中储存起来，肌质网中存在钙结合蛋白，（一分子可结合30分子Ca2+）；2、受神经冲动刺激后，Ca2+释放，肌肉收缩；ER中发现Bip等至少四种钙结合蛋白。高浓度的Ca2+及与之结合的钙结合蛋白，可能阻止ER以出芽的形式形成运输小泡，从而Ca2+调节运输小泡的形成。内质网与基因表达的调控【不考？】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。 影响内质网¦细胞核信号转导的三种因素： 1 内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。2 折叠好的膜蛋白的超量积累。3 内质网膜上膜脂成份的变化主要是固醇缺乏 这些变化将通过不同的信号转导途径，最

24、终调节细胞核内特异基因表达4.3. 高尔基体 4.3.1.掌握高尔基体的形态结构特点，结构分区，及各区的标志性酶高尔基体的形态结构 1、高尔基体：是由扁平囊，大囊泡、小囊泡构成的细胞器。 2、高尔基体是有极性的细胞器： 1）在细胞中，其靠近细胞核侧的扁平囊弯曲呈凸面，称为形成面（forming）或顺面（cis face)，其面向细胞膜侧的常呈凹面(concave），称为成熟面（mature face）或反面（trans face)。【顺面也可能在某个时期位于凹面】 2）在细胞中往往有比较恒定的位置与方向，物质从其一侧进入而从另一侧出来。3、高尔基各部膜囊标志的细胞化学反应嗜锇反应，锇酸浸染，c

25、is面膜囊被特异染色。焦磷酸硫胺素酶（TPP），特异显示trans面的12层膜囊。胞嘧啶单核苷酸酶（CMP）或核苷酸二磷酸酶，显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶是溶酶体的标志酶烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP)或甘露糖酶，中间几层扁平膜囊的标志反应。分区：高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构Cis膜囊：位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，中间多孔呈连续分支状的管网结构。CGN（顺面高尔基体管网状结构）：比其他部位略薄，它接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入中间膜囊，小部分蛋白质、脂质返回内质网。含有其他生物活性：蛋白丝氨酸残基发生O-连接的糖基化，跨膜蛋白在

26、细胞质基质一侧结构域的酰基化，日冕病毒的组装。高尔基体中间膜囊：由扁平膜囊和管道组成，形成不同的间隔，功能上是连续的、完整的膜囊体系。功能：多数糖基修饰、糖脂的形成、与高尔基体有关的多糖的合成。高尔基体反面膜囊以及高尔基体管网状结构（TGN）TGN：位于反面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入反面的细胞质中，形态成管网状，与囊泡相连。pH比其他部位低，经C6-NBP-神经酰胺或C5-DMB-神经酰胺标记可在电镜下观察到。用CMP也可显示，功能：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”蛋白质的修饰，如半乳糖（）2，6位的唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化、蛋白原的水解加工

27、；可能还具有“瓣膜”作用，保证某些物质单向运输。高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构连在一起。Golgi顺面一侧的囊泡可能是ER和Golgi之间的运输小泡，称为ERGIC或VTCs。其中的ERGIC53/58蛋白一种具有与甘露糖结合的特性的凝集素。在无极性的细胞中，Golgi分布在微管组织中心处。各区的标志性酶 4.3.2.熟练掌握高尔基体的功能l 蛋白质的修饰和加工：O-连接糖基化与磷酸化和硫酸化；N-连接糖基化的改l 1、高尔基体主要功能l 1）将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地将其运输到细胞特定部位或分泌到细胞外； 2）将内质网上合成的脂类运输到细胞膜和溶酶体膜上；

28、 3）是细胞内糖类合成工厂。l 2、高尔基体与细胞的分泌活动l 1）溶酶体酶的分选：l 溶酶体酶寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生6磷酸甘露糖（M6P），这是溶酶体酶的标志，在高尔基体反面膜囊上有M6P受体，M6P与之结合，从而与其它酶分离开，而进入一个特殊区域，最后形成溶酶体。l 在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。l 2）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l 流感病毒囊膜蛋白特异性地转运Ú 上皮细胞游离端的质膜（分选信号Asp-X-Gln或DEX起重要作用）l 水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运Ú上皮细胞基底面的质膜 小分子G蛋白R

29、ab在Golgi的囊泡转动中起重要调节作用。（1）糙面内质网上合成的大多数蛋白质都在内质网和高尔基体中发生糖基化。糖蛋白中寡糖链的合成与修饰没有模板，靠不同的酶而且在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才能形成。（2）对多数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号，主要的作用是有助于蛋白质在成熟过程中折叠成正确的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。（3

30、）真核细胞寡糖链结合在肽链的4种氨基酸残基上，分成2类糖基化修饰：N-连接糖基化：天冬酰胺的酰胺氮原子上。反应起始发生在糙面内质网中，一个14个糖残基的寡糖链从供体磷酸多帖醇上转移到新生肽链的特定三肽序列的天冬酰胺残基上（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr，X是出Pro以外的任何氨基酸）。因此所有的N-连接的寡糖链都有一个共同的前体，在糙面内质网以及在通过高尔基体各间隔转移过程中寡糖链经一系列酶的加工，切除和添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白。所有成熟的N-连接的寡糖链都含有2个N-乙酰葡糖胺和3个甘露糖残基。 根据结构特征，分为高甘露糖N-连接寡糖（只含N-乙酰葡糖胺和甘露糖）、复杂的N-

31、连接寡糖（N-乙酰葡糖胺、甘露糖、岩藻糖、半乳糖、唾液酸）。O-连接糖基化：丝氨酸或苏氨酸或胶原纤维中的羟赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上。在高尔基体中进行。由于不同的糖基转移酶催化，每次加上一个单糖，最后一步加上唾液酸残基（发生在反面膜囊和TGN中），完成全部糖基的加工与修饰。内质网和高尔基体中所有与糖基化及寡糖的加工有关的酶都是整合膜蛋白。N-连接与O-连接的寡糖比较特征N0合成部位糙面内质网和高尔基体高尔基体合成方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去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血型抗原较长第一个糖残基N-乙酰葡糖胺

32、N-乙酰半乳糖胺寡糖链的合成与加工像在一条组织流水线上，需要的酶固定在膜内壁上蛋白聚糖在高尔基体中组装。它是由一个或多个糖胺聚糖结合到核心蛋白的丝氨酸残基上，直接与丝氨酸羟基结合的是木糖。是胞外基质的成分。胞外保护性黏液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。蛋白酶的水解和其他加工过程【不考？】（1）很多蛋白质经与高尔基体结合的蛋白水解酶的作用，经特异性的水解才成为有生物活性的多肽。不同的蛋白质在高尔基体中酶解加工方式不同：没有生物活性的蛋白原进入高尔基体，将N端或两端的序列切除形成成熟的多肽，如胰岛素、胰高血糖素、血清蛋白。在糙面内质网合成时就是含有多个相同氨基酸序列的前体，在高尔基体中

33、水解成同种有活性的多肽。神经肽一个蛋白质分子的前体中含有不同的信号序列，加工形成不同的产物；同一种蛋白前体在不同细胞以不同方式加工产生不同的多肽，增加细胞信号分子的多样性。（2）硫酸化作用【重点？】：硫酸根供体是3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸(PAPS),它从细胞质基质中转入高尔基体膜囊内，在酶的催化下，将硫酸根转移到肽链中酪氨酸残基的羟基上。硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖。1）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）Ú高尔基体Ú切除N-端或两端的序列Ú成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。 蛋白质前体Ú高尔基

34、体Ú水解Ú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Ú高尔基体Ú加工成不同的产物。 同一种蛋白质前体Ú不同细胞、以不同的方式加工Ú不同的多肽。2）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。三、高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用4.4. 溶酶体 4.4.1.掌握溶酶体的形态结构及化学组成特点溶酶体的结构： 1、定义：是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细

35、胞内消化，维持细胞正常代谢活动；防御。具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同，标志酶为酸性磷酸酶。 2、分布：存在于所有的动物细胞中，植物细胞有类似的细胞器，如 原球体和液泡。 3、溶酶体膜的特征：1）嵌有质子泵，借助水解ATP释放的能量将H+泵入溶酶体，使溶酶体中的H+浓度比细胞质中高100倍以上，形成和维持酸性的内环境；2） 具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；3） 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。4. 标志反应：辨认不同形态与大小的溶酶体。标志酶：酸性磷酸酶。5. 少量的溶酶体酶泄漏到细胞质基质中，不会引起细胞损伤，原因：细胞质基质pH为7.0左右

36、，溶酶体酶为酸性水解酶，它们的最适pH为5左右，在这种环境中溶酶体酶活性降低。 Lysosomes are called suicide sacks. They are produced by the golgi body. They consist of a single membrane surrounding powerful digestive enzymes.They dissolve bacteria and other foreign bodies. Under some conditions the lysosomes in a cell will break open and

37、 a cell will self destruct in a process called autolysis (giving rise to the name "suicide sacks"). 4、溶酶体的类型：共同特征：含酸性水解酶。 1）初级溶酶体（primary lysosome） 呈球形，直径约0.20.5um，膜厚7.5nm，内含物均一，无明显颗粒物质，是高尔基体分泌形成的。含有多种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有酶活性。这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适PH值为5左右。 溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同，主要区别是：膜有质子

38、泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。 2）次级溶酶体（secondary lysosome） 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，可分为异噬溶酶体（phagolysosome）和自噬溶酶体（autophagolysosome），前者消化的物质来自外源，后者消化的物质来自细胞本身的各种组分。3) 残余小体（residual body），又称后溶酶体 已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过胞吐作用将内容物排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。 4.4.2.理解并掌握溶酶体的功能l 溶酶体的基本功能消化作

39、用及溶酶体的亚类划分l 溶酶体的其他功能(动物受精过程中和免疫反应中的作用等)溶酶体消化作用的3种途径:吞噬、胞饮、自噬作用。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（1）溶酶体病：溶酶体酶缺失或产生溶酶体酶的某个代谢环节出现故障，在发育中和成体中凋亡的细胞不能被水解，积累在溶酶体中，结果细胞成分 与结构得不到更新，直接影响细胞的代谢，引起疾病。台-萨氏病：溶酶体中缺少ß-氨基己糖酯酶A；储积症。（2）溶酶体的酶对水解底物似乎没有选择性，暂不需要的大分子和衰老的细胞器选择性地进入自噬泡，溶酶体识别与之结合，这是一个调控过程。对衰老细胞的清除：巨噬细胞。2.防御功

40、能防御功能某些细胞的特有功能，它可以识别并吞噬入侵的病毒细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。巨噬细胞的寿命短？机体被感染后，单核细胞移至感染或发炎的部位，分化成巨噬细胞，巨噬细胞中溶酶体非常丰富，含有过氧化氢、超氧物等与溶酶体酶等共同作用杀死细菌，电镜下巨噬细胞常常可以见到较多残余体，这也是寿命短的原因。3. 其他功能：作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养，如降解内吞的血清脂蛋白，获得胆固醇等。在分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒，参与分泌过程的调节。甲状腺中，甲状腺球蛋白储存在腺体内腔，通过吞噬作用进入分泌细胞内并与溶酶体融合，甲状腺球蛋白被水解成甲状腺素，然后分泌到细胞外的毛细血管中

41、。免疫应答反应中：抗原呈递过程需要溶酶体的参加。细胞的自溶作用，清除动物发育过程中的细胞。如无尾两栖类蝌蚪尾巴的退化，哺乳动物断奶后乳腺的退行性变化。参与清除赘生组织或退行性变化的细胞在受精过程中，精子的顶体（acrosome）相当与特化的溶酶体，溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞 4.4.3. 了解溶酶体的发生1、发生途径【溶酶体酶存在的信号为依赖于溶酶体酶的构象或三级结构形成的信号斑】1）溶酶体酶是在糙面内质网上合成并经N-连接的糖基化修饰，转至高尔基体，在顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基被磷酸化形成M6P，在反面膜囊和TGN膜上存在M6P的受体，这样溶酶体的酶与其他蛋白

42、质区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运到溶酶体中。2）.溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化先后由两种酶催化：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶，磷酸葡糖苷酶。3）TGN上形成的转移小泡首先将溶酶体酶转运到前溶酶体（基本特征是脂蛋白膜上具有质子泵，腔内PH为6左右），在此，M6P受体与M6P分离，受体返回高尔基体；此外，溶酶体酶蛋白中的M6P去磷酸化，进一步促使M6P受体与之分离。2、分选途径多样化 1） 依赖于M6P 的分选途径： 这类途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中

43、，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。 2）不依赖于M6P的分选途径：酸性磷酸酶常作为鉴定溶酶体的主要标志酶。4.5. 微体（microbody）【或称过氧化物酶体（peroxisome）？】 4.5.1.掌握微体的两种类型【？】及其共同的形态结构和酶特征在动物细胞中含有过氧化物酶体；在原生动物动基体目的生物中含有糖酵解酶体；而植物细胞中，既有过氧化物酶体，又有乙醛酸循环体，植物细胞中的过氧化物酶体和乙醛酸循环体是同一细胞器在不同发育阶段的不同表现形式。过氧化物酶体的主要功能是利用氧化酶和过氧化氢酶将有害物质氧化，具有解毒的作用和对细胞起保护作用。植物细胞内的乙醛酸循环体参与乙醛酸循环；动基体目

44、的生物细胞内的糖酵解酶体主要具有糖酵解和嘌呤再利用的功能。1.过氧化物酶体：单层膜，内含一种或几种氧化酶类。异质性细胞器。标志酶：过氧化氢酶。2.过氧化物酶体与溶酶体的区别。过氧化物酶体中的尿酸氧化酶常形成晶格状结构，可以作为电镜下识别的主要特征。特征初级溶酶体过氧化物酶体形态大小球形，直径0.2-0.5m，无酶晶体球形，哺乳动物直径0.15-0.25m酶种类酸性水解酶氧化酶类PH5左右7左右是否需O2不需要需要功能细胞内的消化作用多种功能发生酶在糙面内质网中合成，经高尔基体出芽形成酶主要在细胞质基质中合成，经分裂与组装形成；由老细胞分裂和装配形成识别的标志酶酸性水解酶等过氧化氢酶 4.5.2

45、.理解过氧物酶体的酶特点和功能解毒作用，植物光呼吸中的乙醇酸代谢 4.5.3.掌握乙醛酸循环体的酶特点和功能参与种子萌发中的糖异生作用3.过氧化物酶体的功能使毒性物质失活:氧化血液中的有毒成分，例如，饮进的酒精被氧化成乙醛。过氧化物酶体中含有两种酶，依赖于黄素（FAD）的氧化酶，作用是将底物氧化成过氧化氢；过氧化氢酶，作用是将过氧化氢分解，形成水和氧气，这两种酶的耦联，使细胞免受过氧化氢的毒害。对氧浓度的调节作用：脂肪酸的氧化：向细胞直接提供热能。绿色植物叶肉细胞中，过氧化物酶体催化二氧化碳固定反应副产物的氧化，即光呼吸反应；另外，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存在种子中的脂肪酸产生乙酰

46、辅酶A，并进一步形成琥珀酸，后者离开过氧化物酶体转变为葡萄糖。（这个过程伴随着乙醛酸循环的反应，因此过氧化物酶体又叫乙醛酸循环体，动物细胞没有乙醛酸循环反应，因此动物细胞不能将脂肪中的脂肪酸转化成糖。）【过氧化物酶体降解储存的脂肪酸Ú乙酰辅酶AÚ琥珀酸Ú葡萄糖】4.5.4.了解关于微体的发生问题1） 已有的过氧化物酶体经分裂后形成子代的过氧化物酶体，子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形成成熟的细胞器； 2） 组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中； 与过氧化物酶体发生相关的基因称为pex基因。 3）过氧化物酶体蛋白分

47、选的需要信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）指导； 4） 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来； 5） 内质网也参与过氧化物酶体的发生。4.6. 线粒体 4.6.1.熟练掌握显微形态特征和主要功能概要1、线粒体的形态、大小、数量与分布 1）形态：以杆状、线状和颗粒状最为常见 2）大小：直径为0.5微米，长约1.53.0微米 3）数量与分布：从几百到几千不等，在不同的细胞中，以及同一细胞的不同时期，其数量和分布也各不相同。线粒体功能： 1、线粒体的主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞的生命活动提供直接能量。 2、与细胞中氧自由基

48、的生成、调节细胞氧化还原和信号转导，调控细胞凋亡、基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡。Cellular respiration is the process of oxidizing food molecules, like glucose, to carbon dioxide and water. The energy released is trapped in the form of ATP for use by all the energy-consuming activities of the cell.The process occurs in two phases

49、: glycolysis, the breakdown of glucose to pyruvic acid the complete oxidation of pyruvic acid to carbon dioxide and water 4.6.2.掌握超微结构与功能定位及各部的结构和化学的组成特点2、线粒体的超微结构 1）整体结构：线粒体（mitochondrion）是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构，包括：外膜（outer membrane）、内膜（inner membrane）、膜间隙（intermembrane space）和基质或内室（matrix）四个功能区隔，内膜向内折

50、叠形成嵴（cristae） 。1、The mitochondrion is the powerhouse of the cell. It is the site of respiration.It has a double membrane. From this view you can see very little; 2、With the outer membrane removed it is much easier to see the contents of the mitochondrion. The white foldedstructure is the inner membr

51、ane. Most of aerobic respiration occurs along this membrane3、The inner membranes is ruffled. It has a very large surface area. These ruffles are called cristae. Mitochondria have their own DNA and manufacture some their own proteins.2）外膜：线粒体最外面的一层单位膜，光滑而有弹性，含有孔蛋白，通透性较高。使得膜间隙中的环境几乎与胞质溶胶相似。标志酶：单胺氧化酶。3

52、）内膜：标志酶：细胞色素氧化酶。 位于外膜内侧，把膜间隙与基质分开，通透性很低，严格控制离子或分子通过，有利于ATP的形成。富含的心磷脂与离子不可透有关。 内膜向内折叠形成嵴，扩大内膜表面积，其上含有能量转换相关蛋白。 在内膜和嵴上存在基粒，基粒为F1，是ATP合酶的头部。4）膜间隙：内、外膜之间封闭腔隙，含许多可溶性酶、底物及辅助因子。标志酶：腺苷酸激酶（催化ATP分子末端磷酸基团转移到AMP，生成ADP）5）基质或内室：内膜所包围的嵴外空间，其中充满可溶性蛋白性质的胶状物质，含有三羧酸循环（TCA循环）酶系，脂肪酸氧化，AA降解等有关酶存在于基质中，线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA、

53、RNA、核糖体等。此间酶最多。Mitochondria are membrane-enclosed organelles distributed through the cytosol of most eukaryotic cells. Their main function is the conversion of the potential energy of food molecules into ATP. Mitochondria have: an outer membrane that encloses the entire structure an inner membrane t

54、hat encloses a fluid-filled matrix between the two is the intermembrane space the inner membrane is elaborately folded with shelflike cristae projecting into the matrix. a small number (some 510) circular molecules of DNA二、线粒体的化学组成及酶定位 1、线粒体的化学组成 1）蛋白质(线粒体干重的6570) 可溶性蛋白：基质中的酶和膜的外周蛋白； 不溶性蛋白：膜的镶嵌蛋白、结构

55、蛋白和部分膜蛋白。 2）脂类(线粒体干重的2530)： 主要是磷脂，磷脂占3/4以上，外膜主要是卵磷脂，内膜主要是心磷脂。 线粒体脂类和蛋白质的比值: 0.3:1（内膜）；1:1（外膜）2、线粒体酶的定位 线粒体约有140种酶，分布在各个结构组分中，其中37%是氧化还原酶，10%是合成酶，水解酶不到9%，标志酶30种。TCA循环是物质氧化的最终共同途径，氧化磷酸化是生物体获能的主要途径。 4.6.3.理解内膜进行能量转化(氧化磷酸化)的分子和超分子结构基础与转化机制【P131】胞质中糖酵解产生的NADH不能透过内膜进入线粒体，但是其上的电子可以通过两种“穿梭”途径进入线粒体：苹果酸-天冬氨酸穿

56、梭途径，进入的电子传递给NAD+合成NADH，经复合物I进入呼吸链，传给氧时大约生成2.5个ATP；甘油-3-磷酸穿梭途径，进入的电子传递给FAD合成FAD2，经复合物II进入呼吸链，大概生成1.5个ATP。【需要甘油-3-磷酸脱氢酶催化，在内膜和基质中的作用相反？P133】（二）、氧化磷酸化的分子结构基础1、电子传递链（呼吸链）【electron transport/respiratory chain】 1）概念：在线粒体内膜上存在的有关氧化磷酸化的脂蛋白复合物，他们是传递电子的酶体系，是由一系列能可逆地接受和释放电子或H+的化学物质组成，他们在内膜上相互关联的有序排列构成呼吸链。有2条呼吸链。电子在呼吸链的流动，称为电子传递。电子载体：电子传递过程中，与释放的电子结合并将电子传递下去的化合物称为电子载体。参与电子传递链的电子载体有5种：黄素蛋白；细胞色素；泛醌；铁硫蛋白；铜原子，它们都具有氧化还原作用。除泛醌外，氧化还原中