电子科大细胞生物学第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输

1、细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半体积约占细胞质的一半 。细胞质基质细胞质基质肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比细细 胞胞 组组 分分 数数 目目 体体 积积 比比细胞质基质细胞质基质 1 54 细胞核细胞核 1 6内质网内质网112高尔基体高尔基体1 3溶酶体溶酶体 3001胞内体胞内体 2001过氧化物酶体过氧化物酶体400 1线粒体线粒体1700 22 用差速离心法分离细胞匀浆物组分，用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、先后除去细胞核、线粒体线粒体、

2、溶酶体、溶酶体、高尔、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。分。生物化学家多称之为胞质溶胶。 1、 细胞质基质的概念细胞质基质的概念成分极为复杂，按分子量大小大致可分三类：成分极为复杂，按分子量大小大致可分三类： 2、化学组成、化学组成如水、无机离子（如水、无机离子（K+K+、Na+Na+、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+、Cl-Cl-等）和等）和溶解的气体。溶解的气体。（1）小分子类：）小分子类：如脂类、糖（葡萄糖、果糖、蔗糖等）、氨基酸、核如脂类、

3、糖（葡萄糖、果糖、蔗糖等）、氨基酸、核苷酸及其衍生物。苷酸及其衍生物。（2）中分子类：）中分子类：（3）大分子类：）大分子类：如蛋白质、多糖、脂蛋白及如蛋白质、多糖、脂蛋白及RNARNA等。同时，也含有很多等。同时，也含有很多酶，特别是一些与大分子物质合成和参与主要代谢过酶，特别是一些与大分子物质合成和参与主要代谢过程所必需的酶。程所必需的酶。细胞质基质细胞质基质含酶含酶蛋白质合成：几乎所有参与蛋白质合成的氨基酸激酶。蛋白质合成：几乎所有参与蛋白质合成的氨基酸激酶。核酸合成：核酸合成： 所有使胸腺嘧啶核苷酸掺入到所有使胸腺嘧啶核苷酸掺入到DNADNA中必须中必须的酶，也有不少合成核酸所需要的酶

4、。的酶，也有不少合成核酸所需要的酶。脂肪代谢的合成：脂肪代谢的合成： 大部分脂肪酸合成的酶。大部分脂肪酸合成的酶。糖酵解及戊糖磷酸过程：这两个反应过程所需的酶。糖酵解及戊糖磷酸过程：这两个反应过程所需的酶。糖原代谢作用：合成和分解糖原的两个最重要的酶，即糖原代谢作用：合成和分解糖原的两个最重要的酶，即尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖- -葡聚糖葡萄糖转葡聚糖葡萄糖转移酶和葡萄糖磷酸化酶。移酶和葡萄糖磷酸化酶。（1 1）细胞质基质在生长时期，由于质同化作用大于）细胞质基质在生长时期，由于质同化作用大于异化作用，故其异化作用，故其体积体积增加，到一定程度就进行增加，到一定程度就进行分裂。分裂。（2

5、 2）细胞质基质是）细胞质基质是物质反应的场所物质反应的场所。细胞内的一些。细胞内的一些生化反应主要在细胞内外环境或主要细胞器的生化反应主要在细胞内外环境或主要细胞器的接触面进行，同时，也在整个细胞质内进行。接触面进行，同时，也在整个细胞质内进行。（3 3）细胞质基质的）细胞质基质的激应性激应性。细胞质对外界环境的影。细胞质对外界环境的影响，将产生不同的反应，如细胞质的运动、收响，将产生不同的反应，如细胞质的运动、收缩等特性。缩等特性。（4 4）细胞质基质本身还具有）细胞质基质本身还具有外部运动和内部运动外部运动和内部运动的的特性特性。如变形虫伸出伪足和不断改变形状；胞如变形虫伸出伪足和不断改

6、变形状；胞质环流等。质环流等。3、细胞质基质的生物学特性、细胞质基质的生物学特性（1 1）完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程：如：如糖酵解糖酵解过过程、程、磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径、糖醛酸途径糖醛酸途径等等。蛋白质合成与脂肪酸合成蛋白质合成与脂肪酸合成也在细胞质也在细胞质基质中完成。基质中完成。（2 2）维持细胞形态、细胞运动、胞内物质维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等运输及能量传递等。这些这些与细胞质骨与细胞质骨架相关架相关。（3 3）在）在蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解解等等方面也起重要作用。方面也起重要作用。4、细胞质基质的功能细胞质基

7、质的功能 细胞内膜系统概念：细胞内膜系统概念： 细胞内，在结构、功能及发生上有一定联细胞内，在结构、功能及发生上有一定联系的膜性结构的总称。系的膜性结构的总称。内膜系统的区域化衍生形成各种内膜系统的区域化衍生形成各种细胞细胞器（器（organelles） 一层单位膜围成的管状、泡状和囊状一层单位膜围成的管状、泡状和囊状的结构的结构。相互连接形成一个。相互连接形成一个连续的内腔相连续的内腔相通的膜性管道系统通的膜性管道系统。在靠近细胞核的部位，在靠近细胞核的部位，可与外层核膜相连可与外层核膜相连；在靠近质膜的部位，在靠近质膜的部位，可与质膜内褶相连可与质膜内褶相连。第二节第二节 内内 质质 网网

8、一、一、 形态结构形态结构endoplasmic reticulum, ER 已分化细胞中，内质网较发达。已分化细胞中，内质网较发达。未分化细胞中，内质网较不发达，未分化细胞中，内质网较不发达，而游离核糖体却非常丰富。故而游离核糖体却非常丰富。故内质内质网发达与否可作为判断细胞分化程网发达与否可作为判断细胞分化程度和功能状态的一种形态学指标度和功能状态的一种形态学指标。粗面内质网：粗面内质网： rough endoplasmic reticulum， rER二、基本类型二、基本类型光面内质网：光面内质网： smooth endoplasmic reticulum， sER 原核生物细胞内无原核

9、生物细胞内无内质网，而由细内质网，而由细胞膜代行其某些类似职能。胞膜代行其某些类似职能。 ER是细胞内是细胞内蛋白质与脂类合成蛋白质与脂类合成的基地的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网白都是在内质网上上合成的。合成的。三三、ER的功能的功能rER主要合成外输性蛋白质。主要合成外输性蛋白质。 1）分泌性蛋白质（外输性蛋白质）分泌性蛋白质（外输性蛋白质） 2）膜整合蛋白质）膜整合蛋白质（1） 合成蛋白质合成蛋白质 3）内膜系统内膜系统构成的各种细胞器中的可溶性构成的各种细胞器中的可溶性蛋白蛋白包括质膜蛋白、驻留在包括质膜蛋白、驻留在rER、 sER、高尔、高尔基

10、体、溶酶体膜上的蛋白质。基体、溶酶体膜上的蛋白质。包括包括定位于高尔基复合体、滑面内质网、定位于高尔基复合体、滑面内质网、溶酶体的蛋白质溶酶体的蛋白质（这些这些蛋白蛋白需要隔离或修需要隔离或修饰）。饰）。rER 合成合成的的蛋白质蛋白质主要主要有：有： u 上述几类蛋白质在上述几类蛋白质在rER上合成，是上合成，是边合成边合成边转移边转移至至rER腔中。腔中。 u 其它多肽是在细胞质基质中其它多肽是在细胞质基质中的的“游离游离”核糖核糖体上合成的体上合成的。包括：细胞质基质中的驻留包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、到线粒体

11、、叶绿体和过氧物酶体的蛋白叶绿体和过氧物酶体的蛋白。u 细胞中细胞中所有蛋白质的合成都在核糖体上进所有蛋白质的合成都在核糖体上进行，并都是起始于细胞质基质中行，并都是起始于细胞质基质中“游离游离”核核糖体糖体。主要化学修主要化学修饰饰有有：糖基化、羟基化、酰基化、：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等二硫键形成等。（2）蛋白质修饰与加工蛋白质修饰与加工 糖基化是糖基化是ER最常见的蛋白质修饰。糖基最常见的蛋白质修饰。糖基化发生在化发生在ER腔面腔面，伴随着多肽合成同时进行。，伴随着多肽合成同时进行。 酰基化发生在酰基化发生在ER的细胞质基质侧的细胞质基质侧，通常，通常是是软脂酸共价结合在跨膜蛋

12、白的软脂酸共价结合在跨膜蛋白的CysCys残基上残基上。寡糖基转移到蛋白质有两种方式：寡糖基转移到蛋白质有两种方式：u N-连接（连接（ N-linked glycosylation ） AA: Asn 糖基：糖基：-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺uO-连接（连接（ O-linked glycosylation ） AA：Ser/Thr or Hylys/Hypro 糖基：糖基：-乙酰半乳糖（主要乙酰半乳糖（主要 发生在高尔基体中）。发生在高尔基体中）。N-连接与连接与O-连接的寡糖比较连接的寡糖比较 特特 征征N-N-连接连接O-O-连接连接1.1.合成部位合成部位粗面内质网粗面内质网粗面内质网或

13、高尔粗面内质网或高尔基体基体2.2.合成方式合成方式来自同一个寡糖前体来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去一个个单糖加上去3.3.与之结合的与之结合的氨基酸残基氨基酸残基天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨羟赖氨酸、羟脯氨酸酸4.4.最终长度最终长度至少至少5 5个糖残基个糖残基一般一般1 14 4个糖残基，个糖残基，但但ABOABO血型抗原较长血型抗原较长5.5.第一个糖残第一个糖残基基 NN乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺NN乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等特定三肽序列特定三肽序列为：为： Asn-X-Ser 或或 Asn-X-Thr （其中（其中X为除以外的任何氨基酸）为除

14、以外的任何氨基酸）N-连接机制连接机制供体：磷酸多萜醇供体：磷酸多萜醇糖基：糖基：14个糖残基的寡糖链从供体磷酸多个糖残基的寡糖链从供体磷酸多萜醇上转移到新生肽链的特定三肽萜醇上转移到新生肽链的特定三肽序列的序列的Asn残基上。残基上。u 信号肽（信号肽（signal peptide）概念概念信号肽假说信号肽假说 （G.Blobel et al，1975）u 信号肽结构信号肽结构u信号肽假说信号肽假说分泌蛋白合成模型分泌蛋白合成模型 蛋白质首先在细胞质游离核糖体上起始合成。蛋白质首先在细胞质游离核糖体上起始合成。当多肽链延伸至当多肽链延伸至80个个aa左右后，左右后，N端信号序列与端信号序列与

15、SRP结合使肽链延伸暂时停止，并防止新生肽结合使肽链延伸暂时停止，并防止新生肽N端端损伤和成熟前折叠，直至损伤和成熟前折叠，直至SRP颗粒与颗粒与ER膜上的停膜上的停泊蛋白（泊蛋白（SRP受体）结合，核糖体与受体）结合，核糖体与ER膜的易位膜的易位子（子（translocon）结合。此后，结合。此后，SRP颗粒脱离信号颗粒脱离信号序列和核糖体，返回细胞质基质中重复使用，肽链序列和核糖体，返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸。以环化构象存在的信号肽与易位子组又开始延伸。以环化构象存在的信号肽与易位子组分结合并使孔道打开，信号肽穿入分结合并使孔道打开，信号肽穿入ER膜并引导肽膜并引导肽链以袢环

16、形式进入链以袢环形式进入ER腔中，这是一个需腔中，这是一个需GTP的耗的耗能过程。与此同时，位于腔面的信号肽酶切除信号能过程。与此同时，位于腔面的信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。肽链继续延伸，直至完成整个肽并快速使之降解。肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成。蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释多肽链的合成。蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，易位子关闭。放，易位子关闭。 引导肽链穿过内质网的信号肽可以看做为开始引导肽链穿过内质网的信号肽可以看做为开始转移序列（转移序列（start transfer sequence）。）。肽链中还可肽链中还可能存在某些序列与内质网膜有很强亲和力从而使之能存在某些

17、序列与内质网膜有很强亲和力从而使之结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔中，结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔中，称之为停止转移序列（称之为停止转移序列（stop transfer sequence） 。如果一种多肽只有如果一种多肽只有N端信号序列而没有停止转移序端信号序列而没有停止转移序列，该多肽合成后则进入列，该多肽合成后则进入ER腔中；如果一种多肽腔中；如果一种多肽的停止转移序列位于分子的中部，该多肽最终则成的停止转移序列位于分子的中部，该多肽最终则成为跨膜蛋白。含有多个起始转移序列和多个停止转为跨膜蛋白。含有多个起始转移序列和多个停止转移序列的多肽则成为多次跨膜蛋白。移序列

18、的多肽则成为多次跨膜蛋白。SRP：信号识别颗粒信号识别颗粒信号识别颗粒受体：信号识别颗粒受体：又称停泊蛋白（又称停泊蛋白（ docking protein，DP ）（signal recognition particle） 起始转移序列和终止转移序列的数目决起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数定多肽跨膜次数共转移：共转移：肽链边合成边转移至肽链边合成边转移至ER腔中。腔中。u 信号肽与共转移信号肽与共转移起始转移序列起始转移序列: 引导肽链穿过引导肽链穿过ER的信号肽的信号肽称为起始转移序列。称为起始转移序列。终止转移序列：终止转移序列：肽链中与肽链中与ER膜有很强亲合膜有很强亲合

19、力的那段肽链序列。力的那段肽链序列。导肽与后转移导肽与后转移线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧物酶体中的蛋白质是在细胞质基质中合成以后再物酶体中的蛋白质是在细胞质基质中合成以后再转移到细胞器中的，称为后转移（转移到细胞器中的，称为后转移（post translocation）。其转移也需要某些信号序列指导）。其转移也需要某些信号序列指导才能进入细胞器。这些对蛋白质多肽链的转移起才能进入细胞器。这些对蛋白质多肽链的转移起指导作用的信号序列称为导肽或前导肽（指导作用的信号序列称为导肽或前导肽（leader peptide）。）。 蛋白质跨膜转移过程需要蛋白

20、质跨膜转移过程需要ATP使多肽使多肽去折叠去折叠，还需要一些还需要一些蛋白质帮助（如热休克蛋白蛋白质帮助（如热休克蛋白Hsp70）使）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白其能够正确地折叠成有功能的蛋白。 比较比较 新生肽需要进一步新生肽需要进一步折叠折叠组装组装。有些。有些多肽还要进一步多肽还要进一步装配成寡聚体装配成寡聚体。不能正确不能正确折叠的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白折叠的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚单位，不论是在质亚单位，不论是在ER膜上还是在膜上还是在ER腔腔中，一般都不能进入高尔基体中，一般都不能进入高尔基体。 这类多这类多肽一旦被识别，便通过肽一旦被识别，便通过Sec61p

21、复合体复合体从从ER腔转移至细胞质基质，进而被腔转移至细胞质基质，进而被蛋白酶蛋白酶体体所降解。所降解。（3）新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装非还原性的非还原性的 ER 内腔易于二硫键形成内腔易于二硫键形成。 PDI附于腔面，附于腔面，可可切断二硫键切断二硫键，形成自，形成自由能最低的蛋白构象，以帮助新合成的蛋白由能最低的蛋白构象，以帮助新合成的蛋白质质重新形成重新形成二硫键二硫键并处于正确折叠状态。并处于正确折叠状态。u正确折叠涉及驻留蛋白正确折叠涉及驻留蛋白蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI） 折叠好的蛋白质，其内部往往有个

22、疏水折叠好的蛋白质，其内部往往有个疏水核心。未折叠好的蛋白质，其疏水核心外露，核心。未折叠好的蛋白质，其疏水核心外露，即使在浓度很低时，也很容易发生凝集，甚即使在浓度很低时，也很容易发生凝集，甚至与其他未折叠的蛋白质形成复合物。至与其他未折叠的蛋白质形成复合物。 ER含有结合蛋白含有结合蛋白Bip，可，可识别识别不正确折叠不正确折叠的蛋白质或未装配好的蛋白亚单位，的蛋白质或未装配好的蛋白亚单位，并促使其并促使其重新折叠与装配重新折叠与装配。一旦这些蛋白质形成正确构。一旦这些蛋白质形成正确构象或装配完成，即可与象或装配完成，即可与Bip 分离，进入高尔基分离，进入高尔基体。体。 PDI 和和 B

23、ip 具有具有KDEL（赖天谷亮）或或HDEL（组天谷亮）信号信号。u 结合蛋白结合蛋白（Binding protein，Bip，chaperone） Bip为分子伴侣，可与为分子伴侣，可与Ca2+结合，属于热结合，属于热休克蛋白休克蛋白70家族成员，遍布家族成员，遍布ER中，进化上非中，进化上非常保守。常保守。 细胞中的某些蛋白质分子可以细胞中的某些蛋白质分子可以识识别别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并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与多肽的某些部位相结合结合，从而帮助这，从而帮助这些多肽些多肽转运、折叠或装配转运、折叠或装配，这一类分子，这一类分子本身并不参与最终产物的形

24、成本身并不参与最终产物的形成，因此称，因此称为分子为分子“伴侣伴侣”。 分子分子“伴侣伴侣”（molecular chaperones） 为为多亚基多亚基结构，结构，沉降系沉降系数为数为26S，由一个中空的由一个中空的20S催化核心催化核心（为圆柱体，由（为圆柱体，由14种多肽，种多肽，28个亚基组成，分个亚基组成，分4个环层，每层个环层，每层7个亚基，中个亚基，中间间2层蛋白分别称为层蛋白分别称为 1-7，具酶活性；上下两层命名为具酶活性；上下两层命名为 1-7 ，无酶切活性，无酶切活性）和）和两两个个19S的帽子（为调节部分，的帽子（为调节部分， 又称又称PA700，由由15个亚基组个亚基

25、组成）组成。成）组成。蛋白酶体含量占蛋白酶体含量占细胞总蛋白的细胞总蛋白的1%。蛋白质酶体（蛋白质酶体（proteosome）如：人如：人IkB 、 -catenin、HIV-Vpu等等: -Asp-Ser-Gly-X-X-Ser- Cyclin A、B1、B2等等: -Arg-Leu-Gly-X-X-X-Ile-Gly-酵母多种蛋白：酵母多种蛋白：N端降解子（端降解子（N-degron），），PEST(脯谷脯谷丝苏，位蛋白质内部丝苏，位蛋白质内部) 是一个由是一个由76个氨基酸残基组成的小分子蛋个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有多种功能。在蛋白质降解过程中，多白，具有多种功能。在蛋白质降解过

26、程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基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的蛋白质的N端，然后，被端，然后，被26S的蛋白酶体的蛋白酶体（proteosome）完全水解。完全水解。 被降解蛋白质被降解蛋白质赖氨酸残基赖氨酸残基上单个或连续多上单个或连续多个附着泛素分子的过程。个附着泛素分子的过程。 泛素（泛素（ubiquitin） 蛋白质泛素化蛋白质泛素化利用利用ATP能量使自身分子的能量使自身分子的Cys的的-SH基与泛素分子上的基与泛素分子上的 Gly残基形成高能硫残基形成高能硫酯键，使之能与酯键，使之能与E2结合。结合。 蛋白质泛素化系统蛋白质泛素化系统a. 泛素

27、激活酶泛素激活酶E1b.泛素结合蛋白泛素结合蛋白E2 使连接在使连接在E1分子上的泛素分子转移到分子上的泛素分子转移到欲降解的靶蛋白上。欲降解的靶蛋白上。Ubiquitin:泛素就像标签一样，被贴上标签的蛋白质通常就会泛素就像标签一样，被贴上标签的蛋白质通常就会发生降解。因此，泛素又被人称作发生降解。因此，泛素又被人称作“死神之吻死神之吻”。 与欲降解的靶蛋白结合。与欲降解的靶蛋白结合。c.c.靶蛋白泛素连接酶靶蛋白泛素连接酶E3（4）脂类的合成脂类的合成 ER合成细胞所需合成细胞所需的包括的包括磷脂和胆固醇磷脂和胆固醇在内的几乎在内的几乎全部全部膜脂膜脂。其中其中最主要的为磷最主要的为磷脂酰

28、胆碱（卵磷脂）脂酰胆碱（卵磷脂）。 合成合成磷脂的磷脂的3 3种种酶酶（包括酰基转移酶、磷酸酶（包括酰基转移酶、磷酸酶和胆碱磷酸转移酶）和胆碱磷酸转移酶）是是ER膜整合蛋白，活性膜整合蛋白，活性位点朝向位点朝向细胞基质一侧细胞基质一侧。 细胞基质一侧合成的磷脂可能借助细胞基质一侧合成的磷脂可能借助phospholipd translocator（磷脂转位因子磷脂转位因子 ） / flippase（转位酶）使其从细胞基质一侧转移转位酶）使其从细胞基质一侧转移到到ER腔中。腔中。 肝细胞肝细胞sER还含一些酶，可以清除脂溶性废还含一些酶，可以清除脂溶性废物和有害物质物和有害物质。因而。因而sER具

29、有解毒功能。具有解毒功能。u 肝的解毒作用（肝的解毒作用（Detoxification） 药物苯巴比妥机理：苯巴比妥药物苯巴比妥机理：苯巴比妥肝细胞肝细胞sER成倍增加，解毒大量合成，成倍增加，解毒大量合成，解毒解毒 一般情况下，一般情况下，sER所占比例很小，但在某些所占比例很小，但在某些细胞（如肝细胞）中细胞（如肝细胞）中sER很丰富。很丰富。肝细胞是合成肝细胞是合成外输性脂蛋白颗粒的基地外输性脂蛋白颗粒的基地。u 肝细胞肝细胞sER是合成是合成外输性脂蛋白颗粒外输性脂蛋白颗粒的基地的基地u类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）和肾上腺皮质）u肝

30、细胞葡萄糖的释放（肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG ）u储存钙离子：肌质网膜上的储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶酶将细胞质基质中将细胞质基质中 Ca2+ 泵入肌质网腔中泵入肌质网腔中。第三节第三节 高尔基体高尔基体 为一套为一套由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成的膜性网状系统的膜性网状系统，在结构和功能上表现出在结构和功能上表现出明显的明显的极性极性。可可分为四部分分为四部分：又称又称cis膜囊膜囊、或形成面、或凸面，靠近内质网，是膜性、或形成面、或凸面，靠近内质网，是膜性小泡融合的部位。小泡融合的部位。又称又称 trans面、或分泌面、成熟面、凹面，朝向质膜

31、，面、或分泌面、成熟面、凹面，朝向质膜，是极性小泡出芽的部位。是极性小泡出芽的部位。 顺面高尔基网（顺面高尔基网（cis-Golgi network，CGN） 中间高尔基中间高尔基网网（medial Golgi）（）（又称又称高尔基高尔基堆）堆） 反面高尔基网（反面高尔基网（trans Golgi network，TGN） 周围大小不等的囊泡周围大小不等的囊泡 高尔基高尔基复合体的发达程度与复合体的发达程度与细胞的类细胞的类型型及细胞的及细胞的分化状态分化状态有关。在有关。在分泌性细胞分泌性细胞和成熟型细胞中和成熟型细胞中高尔基高尔基复合体发达复合体发达。相反，。相反，在非分泌性细胞和未分化细

32、胞中在非分泌性细胞和未分化细胞中高尔基高尔基复复合体不发达。合体不发达。 例外者，成熟红细胞和白细胞中，例外者，成熟红细胞和白细胞中，高高尔基尔基复合体显著萎缩甚至消失。复合体显著萎缩甚至消失。 高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在性细胞中，高尔基体分布在微管组织中心微管组织中心（MTOC）负端负端。 高尔基的膜囊上存在高尔基的膜囊上存在微管马达蛋白微管马达蛋白（cytoplasmic dynein和和kinesin）和和微丝马达微丝马达蛋白蛋白（myosin）。）。最近还发现特异的最近还发现特异的血影蛋血影蛋白（白（spectrin）网

33、架网架。它们在维持高尔基体。它们在维持高尔基体动动态的空间结构态的空间结构以及复杂的以及复杂的膜泡运输膜泡运输中起重要中起重要的作用。的作用。 高尔基复合体高尔基复合体膜脂类成分膜脂类成分的含量介的含量介于于ER和质膜之间，表明和质膜之间，表明高尔基复合体是高尔基复合体是介于介于ER与质膜之间的一种过渡型膜性细与质膜之间的一种过渡型膜性细胞器胞器。1、脂类成分、脂类成分 高尔基复合体含有多种酶。高尔基复合体含有多种酶。糖基转移酶为特征糖基转移酶为特征酶酶，能将寡糖转移到蛋白质分子上形成糖蛋白。，能将寡糖转移到蛋白质分子上形成糖蛋白。 糖基转移酶糖基转移酶 催化糖蛋白生物合成。如唾液酸催化糖蛋白

34、生物合成。如唾液酸转移酶、转移酶、N-乙酰基葡萄糖胺半乳糖基转移酶、糖蛋乙酰基葡萄糖胺半乳糖基转移酶、糖蛋白白-半乳糖基转移酶、半乳糖基转移酶、UDP-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖-糖蛋白糖蛋白N-乙酰基葡萄糖胺基转移酶。乙酰基葡萄糖胺基转移酶。 磺基磺基-糖基转移酶糖基转移酶 催化糖脂生物合成。催化糖脂生物合成。 酰基转移酶酰基转移酶 糖苷酶糖苷酶 其他酶类其他酶类2、高尔基复合体的酶、高尔基复合体的酶 高尔基复合体并非为同质性结构，而高尔基复合体并非为同质性结构，而是具有是具有极性极性和和异质性异质性的细胞器。的细胞器。高尔基复高尔基复合体的各种结构（包括顺面高尔基网、顺合体的各种结构（包括顺

35、面高尔基网、顺面扁囊、中间扁囊、反面扁囊和反面高尔面扁囊、中间扁囊、反面扁囊和反面高尔基网）形成相对独立的基网）形成相对独立的 生化区室，其中生化区室，其中含有不同的酶类，这些酶对底物依次进行含有不同的酶类，这些酶对底物依次进行加工、修饰。加工、修饰。 将内质网合成的多种将内质网合成的多种蛋白质蛋白质进行加工、分进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。定的部位或分泌到细胞外。 内质网上合成的内质网上合成的脂质脂质一部分也要通过一部分也要通过高高尔基体尔基体向细胞膜和溶酶体膜等部位运输。向细胞膜和溶酶体膜等部位运输。 细胞内细胞

36、内糖类合成糖类合成的工厂。的工厂。细胞内物质运输的中转站或交通枢纽细胞内物质运输的中转站或交通枢纽 顺面高尔基网顺面高尔基网的主要功能是的主要功能是分选分选由内质由内质网合成的蛋白质和脂类。分选后将其大网合成的蛋白质和脂类。分选后将其大部分转入中间高尔基堆，小部分返回内部分转入中间高尔基堆，小部分返回内质网。质网。 中间高尔基网中间高尔基网主要执行主要执行加工、修饰加工、修饰功能功能（包括对蛋白质、脂类的糖基化，溶酶（包括对蛋白质、脂类的糖基化，溶酶体酶的磷酸化、某些蛋白质的水解等）。体酶的磷酸化、某些蛋白质的水解等）。 反面高尔基网反面高尔基网对加工、修饰后的产物进对加工、修饰后的产物进行行

37、分选、浓缩和发送分选、浓缩和发送。N-连接与连接与O-连接的寡糖比较连接的寡糖比较 特特 征征N-N-连接连接O-O-连接连接1.1.合成部位合成部位粗面内质网粗面内质网粗面内质网或高尔粗面内质网或高尔基体基体2.2.合成方式合成方式来自同一个寡糖前体来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去一个个单糖加上去3.3.与之结合的与之结合的氨基酸残基氨基酸残基天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨羟赖氨酸、羟脯氨酸酸4.4.最终长度最终长度至少至少5 5个糖残基个糖残基一般一般1 14 4个糖残基，个糖残基，但但ABOABO血型抗原较长血型抗原较长5.5.第一个糖残第一个糖残基基

38、 NN乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺NN乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等蛋白质糖基化的特点及其生物学意义蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同酶在细胞不同间隔中加工完成。不同酶在细胞不同间隔中加工完成。进化上进化上，寡糖链具有一定刚性，从而限制寡糖链具有一定刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这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外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。的形状与运动。 细胞分子识别。细

39、胞分子识别。 糖基化的主要作用是糖基化的主要作用是使蛋白质在成熟过程中使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折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性。多多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所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，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糖基化并非作为蛋白质的分选信号。高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。中。 溶酶体（溶酶体（lysosomelysosome）是）是由

40、由单层膜单层膜围围绕的绕的、内含多种酸性水解酶类内含多种酸性水解酶类的囊泡状的囊泡状细胞器。其细胞器。其主要功能是细胞内消化主要功能是细胞内消化。第四节第四节 溶酶体溶酶体小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，M：线粒体，线粒体，L：溶酶体溶酶体 一层一层单位膜单位膜围成的围成的囊状小体囊状小体，多为，多为圆圆形或卵圆形形或卵圆形。形态结构上具。形态结构上具多型性多型性和和异质性异质性，很难用一种描述来概括其全部形态。很难用一种描述来概括其全部形态。一、一、溶酶体的结构类型溶酶体的结构类型 球

41、形，直径约球形，直径约0.2-0.5um，内容物均一，不含明显的内容物均一，不含明显的颗粒物质，外由一层脂蛋白膜围绕，厚度为颗粒物质，外由一层脂蛋白膜围绕，厚度为.nm。内内含多种水解酶类含多种水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶脂酶、磷脂，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶脂酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等，其酶、磷酸酶和硫酸酶等，其共同特征都属于酸性水解酶，共同特征都属于酸性水解酶，最适最适pH为左右为左右。 溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性（态大小，执行不同生理功能的一类异质性（heterogenous）的细

42、胞器的细胞器 。自噬溶酶体（自噬溶酶体（autophagolysosome） 异噬溶酶体（异噬溶酶体（phagolysosome）初级溶酶体初级溶酶体次级溶酶体次级溶酶体残余小体残余小体动物细胞溶酶体系统示意图动物细胞溶酶体系统示意图 含含6060多种水解酶多种水解酶。包括蛋白酶、核酸酶、。包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、磷酸酶、溶菌酶等。在酸性脂酶、糖苷酶、磷酸酶、溶菌酶等。在酸性环境下将蛋白质、脂类、糖类和核酸等多种环境下将蛋白质、脂类、糖类和核酸等多种物质进行水解，是细胞内的消化器官。物质进行水解，是细胞内的消化器官。 最适最适pH=5.0pH=5.0。 溶酶体的标志酶：溶酶体的标志酶

43、：酸性磷酸酶酸性磷酸酶。 （1 1）嵌有质子泵嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸，形成和维持溶酶体中酸性的内环境性的内环境。 （2 2）具有多种载体蛋白具有多种载体蛋白，用于水解的产用于水解的产物向外转运物向外转运。 （3 3）膜蛋白膜蛋白高度糖基化高度糖基化，可能有利于防，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。止自身膜蛋白的降解。 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡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的细胞。二、二、溶酶体的功能溶酶体的功能 防御功能防御功能：识别并吞噬入侵的病毒或细菌识别并吞噬入侵的病毒或细菌 其它重要的生理功能其它重要的生理功能）作为）作为细胞

44、内的消化器官细胞内的消化器官，为细胞提供营养，如降解内，为细胞提供营养，如降解内吞的血清脂蛋白，饥饿时分解细胞内生物分子以保证吞的血清脂蛋白，饥饿时分解细胞内生物分子以保证所需能量。所需能量。）在分泌腺细胞中，溶酶体常含有）在分泌腺细胞中，溶酶体常含有摄入的分泌颗粒摄入的分泌颗粒，参参与分泌过程。与分泌过程。）蝌蚪尾巴退化蝌蚪尾巴退化，哺乳动物断奶后，哺乳动物断奶后乳腺的退行性乳腺的退行性变化，变化，某些某些特定细胞凋亡特定细胞凋亡等。等。）受精过程中）受精过程中精子顶体精子顶体细胞内消化细胞内消化溶酶体酶的合成及溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（连接的糖基化修饰（rER） 高尔基体高尔基

45、体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体高尔基体trans-膜囊和膜囊和TGN膜（膜（M6P受体）受体）溶酶体酶分选与局部浓缩溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸葡萄糖苷酶三、三、溶酶体的发生溶酶体的发生 溶酶体伴随溶酶体酶的成熟而形成溶酶体伴随溶酶体酶的成熟而形成，形成过程复杂，有，形成过程复杂，有内质网、高尔基复合体、细胞内吞作用共同参与。内质网、高尔基复合体、细胞内吞作用共同参与。 rER上的核糖体合成溶酶体酶前体蛋白上的核糖体合成溶酶体酶前体

46、蛋白入内质入内质网腔中网腔中(N-连接，糖基富含甘露糖连接，糖基富含甘露糖)出芽形成膜性小出芽形成膜性小泡（含前体溶酶体酶）泡（含前体溶酶体酶）运输至顺面高尔基体网运输至顺面高尔基体网融融合合顺面高尔基体网腔中，甘露糖磷酸化形成甘露糖顺面高尔基体网腔中，甘露糖磷酸化形成甘露糖-6-P（M-6-P）运送到反面高尔基体网的胞质面组运送到反面高尔基体网的胞质面组装装出芽形成有被小泡出芽形成有被小泡有被小泡脱被有被小泡脱被与晚期内吞与晚期内吞体融合形成前溶酶体体融合形成前溶酶体酸性环境下（酸性环境下（pH=5.0），），前溶前溶酶体与受体分离酶体与受体分离前溶酶体酶上的甘露糖去磷酸化前溶酶体酶上的甘露

47、糖去磷酸化酶成熟成为溶酶体酶，溶酶体成熟酶成熟成为溶酶体酶，溶酶体成熟 可见，可见，溶酶体酶是一种糖蛋白（富含甘露糖），溶酶体溶酶体酶是一种糖蛋白（富含甘露糖），溶酶体的酶来自的酶来自rER，溶酶体酶的分选发生在高尔基复合体，溶酶溶酶体酶的分选发生在高尔基复合体，溶酶体的膜主要来自晚期内吞体体的膜主要来自晚期内吞体。 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)又称又称微体微体(microbody)，是由单层膜围绕的内含一是由单层膜围绕的内含一种或几种种或几种氧化酶类氧化酶类的的异质性异质性细胞器。细胞器。第五节第五节 过氧化物酶体过氧化物酶体鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P）和其

48、它细胞器如线粒体（M）等（Albert et al. ，1989）过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征主要特征。通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体一、一、过氧化物酶体与溶酶体的区别过氧化物酶体与溶酶体的区别。动物细胞（肝细胞或肾细胞）中动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用液中的有毒成分，起到解毒作用。过氧化物

49、酶体中常含有过氧化物酶体中常含有两种酶：两种酶：依赖于黄素（依赖于黄素（FADFAD）的氧化酶的氧化酶，其作用是将底物氧化形成，其作用是将底物氧化形成H H2 2O O2 2。 过氧化氢酶过氧化氢酶，作用是将，作用是将H H2 2O O2 2分解，形成水和氧气。分解，形成水和氧气。二、二、 过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在植物细胞中过氧化物酶体的功能： 在绿色植物叶肉细胞中，在绿色植物叶肉细胞中，它催化它催化COCO2 2固定反应副产物的氧化固定反应副产物的氧化，即所谓，即所谓 光呼吸反应光呼吸反应。 乙醛酸循环的反应乙醛酸循环的反应：在种子萌发过程中，在

50、种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存在过氧化物酶体降解储存在种子中的种子中的脂肪酸脂肪酸产生产生乙酰辅酶乙酰辅酶A A，并进一步形成琥珀酸，琥珀酸离，并进一步形成琥珀酸，琥珀酸离开过氧化物酶体进一步转变为开过氧化物酶体进一步转变为葡萄糖葡萄糖。 过氧化物酶体降解储存的脂肪酸过氧化物酶体降解储存的脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸葡萄糖。葡萄糖。过氧化物酶体过氧化物酶体分解分解脂肪酸脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能等高能分子向细胞直接提供热能。第六节第六节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装一、蛋白质分选与分选信号一、蛋白质分选与分选信号KDEL基本途径

51、基本途径: 可分两条可分两条2）多肽链）多肽链在在细胞质基质中完成其合成细胞质基质中完成其合成，然后转运，然后转运到膜围绕的细胞器，如线粒体（或叶绿体）、到膜围绕的细胞器，如线粒体（或叶绿体）、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位。最近发现有些还可转运到内质网。位。最近发现有些还可转运到内质网。 1）蛋白质）蛋白质合成起始后转移到粗面内质网合成起始后转移到粗面内质网，新生肽，新生肽边合成边转入粗面内质网腔中，随后经高尔基边合成边转入粗面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。内质体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。内质网和高尔基

52、体本身的蛋白质的分选也是通过这网和高尔基体本身的蛋白质的分选也是通过这一途径完成的。一途径完成的。跨膜运转（跨膜运转（transmembrane transport）基质中合成的蛋白质转运到内质网、线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）和过氧化物粒体、质体（包括叶绿体）和过氧化物酶体等细胞器。酶体等细胞器。膜泡运输（膜泡运输（vesicular transport）蛋白质通过不同类型的转运小泡从其粗蛋白质通过不同类型的转运小泡从其粗面内质网合成部位转运到高尔基体然后面内质网合成部位转运到高尔基体然后分选到细胞的不同部位。分选到细胞的不同部位。选择性选择性门控运转（门控运转

53、（gated transport）细胞质基质中的蛋白质的转运细胞质基质中的蛋白质的转运蛋白质通过核孔复合体选择性地进行蛋白质通过核孔复合体选择性地进行的核输入和核输出。的核输入和核输出。在细胞骨架参与下，蛋白质在细胞质在细胞骨架参与下，蛋白质在细胞质基质中完成运转。基质中完成运转。 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的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、加工和组程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。复杂的调控过程。每种小泡

54、表面都有特殊的标志每种小泡表面都有特殊的标志以保以保证将转运物质运到特定的细胞部位。证将转运物质运到特定的细胞部位。二、膜泡运输二、膜泡运输1、网格蛋白包被小泡网格蛋白包被小泡 、COPII包被小泡包被小泡 3、COPI包被小泡包被小泡 在细胞合成与分泌途在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式不同的膜泡运输方式: 1. 1. 网格蛋白包被小泡网格蛋白包被小泡介导从高尔基体介导从高尔基体TGNTGN质质膜和胞内体及溶酶体的运膜和胞内体及溶酶体的运输；输； 2. COPII2. COPII包被小泡介包被小泡介导从内质网导从内质网高尔基体的高尔基体的运输；运

55、输； 3. COPI3. COPI包被小泡负责包被小泡负责将蛋白从高尔基体将蛋白从高尔基体 内质网。在从内质网内质网。在从内质网高高尔基体和尔基体和/ /或从高尔基体或从高尔基体的的ciscis面面transtrans面的物质面的物质转运中也可能涉及到转运中也可能涉及到COPI包被小泡。包被小泡。负责蛋白质从负责蛋白质从高尔基体高尔基体TGN质膜、质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡胞内体或溶酶体和植物液泡运输运输在在受体介导的细胞内吞受体介导的细胞内吞途径也负责将途径也负责将物质从物质从质膜质膜内吞泡内吞泡(细胞质细胞质) 胞胞内体内体溶酶体溶酶体运输运输高尔基体高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形

56、是网格蛋白包被小泡形成的发源地成的发源地 细胞内吞过程中，胞内体被认为是膜泡运输的主要分选站之一。被运转的大分子物质被运转的大分子物质（配体）与细胞表面的（配体）与细胞表面的互补性受体结合互补性受体结合相应相应部位质膜在网格蛋白参部位质膜在网格蛋白参与下形成有被小窝与下形成有被小窝有有被小窝深陷并脱离质膜被小窝深陷并脱离质膜形成有被小泡形成有被小泡有被小有被小泡与泡与胞内体融合并脱被胞内体融合并脱被胞内体将胞吞作用新胞内体将胞吞作用新摄入的物质转运到溶酶摄入的物质转运到溶酶体体溶酶体降解被吞入溶酶体降解被吞入的物质的物质。受体介导的细胞内吞受体介导的细胞内吞负责从负责从内质网内质网高尔基体的物

57、质运输高尔基体的物质运输； COPII包被蛋白由包被蛋白由5种蛋白亚基组成种蛋白亚基组成； 包被包被蛋白的装配是受控的；蛋白的装配是受控的； COPII包被小泡具有对转运物质的包被小泡具有对转运物质的选择性选择性并并使之使之浓缩浓缩。因为。因为: COPII能识别并结合跨膜内质网蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白（即内质网跨膜受体）胞质面一端的信号序（即内质网跨膜受体）胞质面一端的信号序列列 ; 跨膜内质网蛋白的腔面一端作为受体跨膜内质网蛋白的腔面一端作为受体能与能与ER腔中的可溶性蛋白腔中的可溶性蛋白(如分泌蛋白如分泌蛋白)结合结合。、 COPII包被小泡包被小泡Sar-GTP与内质网膜的结合起始与内质网膜的结合起始COPII亚基亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体