细胞生物学_翟中和--第七章

1、细胞生物学细胞生物学第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能第二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能 第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞生物学形态学（电镜超薄切片）和生化：真核细胞内具有发达形态学（电镜超薄切片）和生化：真核细胞内具有发达的细胞内膜相结构，将细胞分为不同的区室，称为细胞的细胞内膜相结构，将细胞分为不同的区室，称为细胞内区室化，是真核细胞结构和功能的基本特征之一。内区室化，是真核细胞结构和功能的基本特征之一。细胞生物学第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能在真核细胞的细胞质中，除去可辨认的

2、细胞器以外在真核细胞的细胞质中，除去可辨认的细胞器以外的胶状物质，称细胞质基质，是细胞的重要部分。的胶状物质，称细胞质基质，是细胞的重要部分。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核内质网高尔基体溶酶体胞内体过氧化物酶体线粒体 1 1 1 1 300 200 400 1700 54 6 12 3 1 1 1 22细胞生物学一、细胞质基质的涵义主要成分：主要成分：）中间代谢有关的数千种酶类中间代谢有关的数千种酶类）细胞质骨架结构细胞质骨架结构主要特点：主要特点：）细胞质基质是一个高度有序的体系；细胞质基质是一个高度有序的体系；在细胞基质中，蛋白质、分泌泡、细胞器固定在

3、细胞质基在细胞基质中，蛋白质、分泌泡、细胞器固定在细胞质基质的某些部位，或沿细胞骨架定向运动。质的某些部位，或沿细胞骨架定向运动。细胞质基质细胞质基质是蛋白质与脂质合成场所。是蛋白质与脂质合成场所。）通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系）通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系多数蛋白质结合在微丝上，这种特异性的结合与细胞生理多数蛋白质结合在微丝上，这种特异性的结合与细胞生理状态，组织的发育，细胞分化程度有关状态，组织的发育，细胞分化程度有关mRNA在细胞中区域性分布，对子代个体胚胎发育早期的在细胞中区域性分布，对子代个体胚胎发育早期的细胞分化起着重要的作用。细胞分化起着重要的作用。细胞生

4、物学胞质溶胶胞质溶胶用差速用差速离心离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结溶酶体、高尔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分。生物构后，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。化学家多称之为胞质溶胶。 细胞质基质细胞质基质内包含由微管、微丝和中间纤维等在内的除细胞器以内包含由微管、微丝和中间纤维等在内的除细胞器以外的所有物质。其中蛋白质和其他分子以凝聚状态或暂时外的所有物质。其中蛋白质和其他分子以凝聚状态或暂时的凝聚状态存在，与周围溶

5、液的分子处于动态平衡。包括的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡。包括作为细胞质基质主要成分的多种酶和代谢中间产物，以及作为细胞质基质主要成分的多种酶和代谢中间产物，以及呈溶解状态存在的微管蛋白。呈溶解状态存在的微管蛋白。 细胞生物学PainePaine用乳胶小球实验证明，能够渗入小球用乳胶小球实验证明，能够渗入小球中的多肽只占所检测多肽总量的中的多肽只占所检测多肽总量的20%20%，80%80%的的多肽结合在细胞质基质上。多肽结合在细胞质基质上。 细胞生物学二、二、细胞质基质的功能细胞质基质的功能（一）细胞质基质在物质代谢中起重要作用（一）细胞质基质在物质代谢中起重要作用l许多中间代谢

6、过程都在细胞质基质中进行，如糖酵解许多中间代谢过程都在细胞质基质中进行，如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原的合成与部分过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原的合成与部分分解过程等等。分解过程等等。l蛋白质的合成与脂肪酸的合成也在细胞质基质中进行。蛋白质的合成与脂肪酸的合成也在细胞质基质中进行。细胞信号转导是细胞代谢及细胞增殖、分化、衰老和凋细胞信号转导是细胞代谢及细胞增殖、分化、衰老和凋亡的基本调控途径。亡的基本调控途径。l蛋白质在细胞质基质中分选及其转运机制的研究蛋白质在细胞质基质中分选及其转运机制的研究 细胞生物学（二）与细胞质骨架相关的。（二）与细胞质骨架相关的。细胞质骨架作为细

7、胞质基质的主要结构成分，不仅与维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输及能量传递有关，而且也是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点。一个直径为16m的细胞，其细胞骨架的表面积可达50103100103m2而相同直径的球形细胞的表面积仅有0.8103m2。这样大的表面积不仅限制了水分子的运动，而且把蛋白质、mRNA等生物大分子固定在特定的位点，在细胞质基质中形成了更为精细的区域，使复杂的代谢反应高效而有序地进行，其功能在某种程度上类似于细胞的内膜系统，使细胞有了细胞核与细胞质及各种膜围绕的细胞器的区分。 细胞生物学（三）细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质选择（

8、三）细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解等方面也起着重要作用。性的降解等方面也起着重要作用。 1蛋白质的修饰 2控制蛋白质的寿命 3降解变性和错误折叠的蛋白质 4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 细胞生物学 蛋白质修饰(1)辅酶或辅基与酶的共价结合。(2)磷酸化与去磷酸化：调节蛋白质的生物活性。(3)糖基化。把N-乙酰葡萄糖胺分子加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上(4)对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰。 (5)酰基化。细胞生物学2控制蛋白质的寿命l在蛋白质分子的氨酸序列有决定蛋白质寿命的信号。若N端的第一个氨基酸是Met(甲硫氨酸)、Ser(丝氨酸)、Thr(苏氨酸)

9、、Ala(丙氨酸)、Val(缬氨酸)、Cys(半胱氨酸)、Gly(甘氨酸)或Pro(脯氨酸)，则蛋白质是稳定的；如是其他12种氨基酸之一，则是不稳定的。l真核细胞的细胞质基质中，是依赖于泛素的降解途径。 细胞生物学 降解变性和错误折叠的蛋白质细胞生物学 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 这一功能主要靠热休克蛋白(heat shock protein，Hsp或称stress-response protein)来完成。DNA序列分析表明，热休克蛋白有主要3个家族（分子量为25、70、90），每一家族中都有由不同基因编码的数种蛋白成员。有的基因在正常条件下表达，有些则在温度增高

10、或其他异常情况下大量表达，以保护细胞，减少异常环境的损伤。在正常细胞中，热休克蛋白选择性地与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用水解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠成正确构象的蛋白质。 细胞生物学细胞生物学第二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能内膜系统：内膜系统：结构、功能和发生上相关的内膜结构、功能和发生上相关的内膜形成的细胞结构称为细胞内膜系统，如核被形成的细胞结构称为细胞内膜系统，如核被膜、内质网、高尔基体等。膜、内质网、高尔基体等。研究方法：研究方法：电镜技术，免疫标记，放射自显电镜技术，免疫标记，放射自显影，离心技术，遗传突变体分析技术。影，离心技术，遗传突

11、变体分析技术。细胞生物学一、内质网的形态结构与功能一、内质网的形态结构与功能由由KR. PorterKR. Porter、A. Claude A. Claude 和和 EF. FullamEF. Fullam等人等人于于19451945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做内质网内质网endoplasmic reticulumendoplasmic reticulum，ERER，后来发现，后来发现内质网不仅仅存在于细胞的内质网不仅仅存在于细胞的“内质内质”部，通常还部，通常还有

12、质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，有质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，并且常伴有许多线粒体。并且常伴有许多线粒体。细胞生物学内质网是真核细胞重要的细胞器。它由封闭的内质网是真核细胞重要的细胞器。它由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。内膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞总体积的总体积的1010以上。以上。在不同类型的细胞中，内质网的数量、类型与在不同类型的细胞中，内质网的数量、类型与形态差异很大。同一细胞在不同发育阶段和不同的形态差异很大。同一细胞在不同发育阶段和不同的生理

13、状态下，内质网的结构与功能也发生明显变化。生理状态下，内质网的结构与功能也发生明显变化。细胞生物学细胞生物学（一）内质网的两种基本类型（一）内质网的两种基本类型粗面型内质网粗面型内质网（rough endoplasmic reticulumrough endoplasmic reticulum，RERRER）：）：RERRER呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为称为ERER腔（腔（lumenlumen），膜外有核糖体附着。），膜外有核糖体附着。光面型内质网光面型内质网（smooth endoplasmic reticulumsmooth endoplasmi

14、c reticulum，SERSER）：）：SERSER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。肌肉细胞中的肌质网是一种特化的肌肉细胞中的肌质网是一种特化的SERSER，称为肌质网，称为肌质网，可贮存可贮存CaCa2+2+，引起肌肉收缩。，引起肌肉收缩。细胞生物学细胞生物学细胞生物学（二）内质网的功能（二）内质网的功能内质网是细胞内蛋白质与脂质合成的基内质网是细胞内蛋白质与脂质合成的基地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。质都是在内质网上合成的。l蛋白质的合成和转移蛋白质的合成和转移l脂质的合成脂质的合成l蛋白质

15、的修饰与加工蛋白质的修饰与加工l新生多肽的折叠与装配新生多肽的折叠与装配l其他功能其他功能细胞生物学、蛋白质的合成和转移、蛋白质的合成和转移细胞生物学蛋白质合成步骤蛋白质合成步骤 细胞生物学1)1)向细胞外分泌的蛋白质向细胞外分泌的蛋白质2 2）膜的整合蛋白）膜的整合蛋白3 3）构成细胞器中的驻留蛋白）构成细胞器中的驻留蛋白细胞生物学2脂质的合成脂质的合成ER膜能合成几乎所有细胞膜需要的脂类，包括膜能合成几乎所有细胞膜需要的脂类，包括磷脂和固醇。主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷磷脂和固醇。主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂），其他几种主要的膜磷脂：磷脂酰乙醇胺脂），其他几种主要的膜磷脂：磷脂酰乙醇胺(

16、PE)和磷脂酰丝氨酸和磷脂酰丝氨酸(PS)及磷脂酰肌醇及磷脂酰肌醇(PI)都是都是以这种方式合成的。以这种方式合成的。细胞生物学在内质网膜上合成的磷脂几分钟后就由细胞质基质侧转向内质网腔面；其转位速度比自然转位速度高105倍，可能是借助一种磷脂转位因子(phospholipid translocator)或称转位酶(flippase)的帮助来完成的。这种因子对含胆碱的磷脂要比对含丝氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂转位能力强。细胞生物学细胞生物学细胞生物学合成的磷脂由内质网向其他膜的转运主要有合成的磷脂由内质网向其他膜的转运主要有两种方式：两种方式：l一种是以出芽的方式转运到高尔基体、溶一种是以出芽的方

17、式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜上；酶体和细胞膜上；l另一种方式是凭借水溶性的载体蛋白，称另一种方式是凭借水溶性的载体蛋白，称为磷脂转换蛋白在膜之间转移磷脂，将磷脂为磷脂转换蛋白在膜之间转移磷脂，将磷脂从从ERER运输到线粒体、叶绿体和过氧化物酶。运输到线粒体、叶绿体和过氧化物酶。磷脂转换蛋白在膜之间转移磷脂，磷脂转换蛋白在膜之间转移磷脂， 细胞生物学细胞生物学、蛋白质的修饰与加工、蛋白质的修饰与加工 包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，包括糖基化、羟基化、酰基化、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。的蛋

18、白质最终被糖基化。 使蛋白质能够抵抗消化酶的使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。白只有在糖基化之后才能正确折叠。细胞生物学糖基一般连接在糖基一般连接在4种氨基酸上，分为种氨基酸上，分为2种：种：O-连接的糖基化（连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与）：与Ser、Thr和和Hyp的的OH连接，连接的糖为连接，连接的糖为半乳糖半乳糖或或N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行，在高尔基体上进行O-连接的连接的糖基化。糖基化。N-连接的糖基化（连接的糖基化（N-linke

19、d glycosylation）：与）：与天冬酰胺残基的天冬酰胺残基的NH2连接，连接，糖为糖为N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺。细胞生物学细胞生物学细胞生物学、新生多肽连的折叠与装配、新生多肽连的折叠与装配已转移到已转移到ER腔腔 内的多肽链在内的多肽链在ER 腔里进行折叠腔里进行折叠和组装。在和组装。在ER腔内有许多蛋白质是去其目的地的途腔内有许多蛋白质是去其目的地的途中，暂时经过的；中，暂时经过的；同时同时ER腔内也有高浓度的驻留蛋白，因为它含腔内也有高浓度的驻留蛋白，因为它含有有ER保留信号，即在蛋白质的保留信号，即在蛋白质的C 端有端有4个氨基酸（个氨基酸（-Lys-Asp-Glu-Leu-

20、COO-)负责保留蛋白在负责保留蛋白在ER腔中。腔中。如果这种如果这种ER保留信号用遗传工程方法去除了，则这保留信号用遗传工程方法去除了，则这些蛋白就被分泌出去；如果这信号被转移到分泌蛋些蛋白就被分泌出去；如果这信号被转移到分泌蛋白，这种蛋白便保留在白，这种蛋白便保留在ER腔中，腔中，ER驻留蛋白中。驻留蛋白中。细胞生物学细胞生物学Bip蛋白蛋白 Bip是一类分子伴侣是重链结合蛋白的简称是一类分子伴侣是重链结合蛋白的简称(heavy-chain binding protein)BiP is thought to bind to the unfolded polypeptide chain as

21、 it crosses the membrane and then mediates protein folding and the assembly of multisubunit proteins within the ER 细胞生物学细胞生物学、内质网其他功能、内质网其他功能细胞生物学Ca2+离子浓度的调节作用：离子浓度的调节作用：肌质网是细胞内特化的细胞器，是储存Ca2+的细胞器，其上有Ca2+-ATP酶。酶。细胞生物学（三三）内质网与内质网与基因表达基因表达的的调控调控内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运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

22、需要有一个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。精确调控的过程。 影响影响内质网内质网细胞核信号转导细胞核信号转导的三种因素的三种因素： 内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。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。折叠好的膜蛋白的超量积累。 内质网膜上膜脂成份的变化内质网膜上膜脂成份的变化主要是固醇主要是固醇缺乏缺乏 不同的信号转导途径，最终调节细胞核内不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达特异基因表达。细胞生物学二、高尔基体的形态结构与功能二、高尔基体的形态结构与功能最早发现于最早发现于18551855年，年，18981898年，年，GolgiG

23、olgi用用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。的结构，因此定名为高尔基体。2020世纪世纪5050年年代以后才正确认识它的存在和结构。代以后才正确认识它的存在和结构。细胞生物学（一）高尔基体的形态结构与极性（一）高尔基体的形态结构与极性是由数个扁平囊泡堆在一起形成的是由数个扁平囊泡堆在一起形成的。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面对着内质网称为形成面或半球形，凸出的一面对着内质网称为形成面（forming faceforming face）或顺面（）或顺面（cis fa

24、cecis face）。凹进的）。凹进的一面对着质膜称为成熟面（一面对着质膜称为成熟面（mature facemature face）或反面）或反面（trans facetrans face）。顺面和反面都有一些或大或小）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡，在具有极性的细胞中，高尔基体常的运输小泡，在具有极性的细胞中，高尔基体常大量分布于分泌端的细胞质中。大量分布于分泌端的细胞质中。细胞生物学细胞生物学细胞生物学细胞生物学高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的ciscis面膜囊

25、面膜囊被特异地染色；被特异地染色；焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶(TPP(TPP酶酶) )的细胞化的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的学反应，可特异地显示高尔基体的transtrans面的面的1 12 2层层膜囊；膜囊；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) )的细胞的细胞化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶(CMP(CMP酶酶) )的细胞化学反应，常常的细胞化学反应，常常可显示靠近可显示靠近transtrans面上的一些膜囊状和管状结构，面上的一些膜囊状和管状结构，CM

26、PCMP酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌产生酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌产生的。的。细胞生物学1.1.高尔基体顺面膜囊高尔基体顺面膜囊(cis Golgi)(cis Golgi)或顺面网状结构或顺面网状结构(cis Golgi network(cis Golgi network，CGN) CGN) 位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，又称位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，又称ciscis膜囊，膜囊，是中间多孔而呈连续分支的管网结构。是中间多孔而呈连续分支的管网结构。CGNCGN接受来自接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔内质网新合成的物质并将其分类后大部分

27、转入高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网（KDEL or HDELKDEL or HDEL）。）。CGNCGN区域参与蛋白丝氨酸残基的区域参与蛋白丝氨酸残基的O-O-连接糖基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域连接糖基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化等。的酰基化等。细胞生物学细胞生物学2 2高尔基体中间膜囊高尔基体中间膜囊(medial Golgi)(medial Golgi)由扁平囊与管道组成，形成不同间隔，但功能由扁平囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系。多数糖基化修上是连续的、完整的膜囊体系。多数糖基

28、化修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在中间膜囊中。扁平膜囊特殊的形合成都发生在中间膜囊中。扁平膜囊特殊的形态使其具有很大的膜表面，从而大大增加了进态使其具有很大的膜表面，从而大大增加了进行糖的合成与修饰的有效面积。行糖的合成与修饰的有效面积。细胞生物学3 3高尔基体反面的膜囊高尔基体反面的膜囊(trans Golgi)(trans Golgi)以及反面以及反面高尔基体网状结构高尔基体网状结构(trahs Golgi network(trahs Golgi network，TGN) TGN) TGNTGN位于反面的最外层，与反面的扁平膜囊

29、相连，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，形态呈管网状，并另一侧伸入反面的细胞质中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。有囊泡与之相连。TGNTGN的主要功能是参与蛋白质的的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出，某些分类与包装，最后从高尔基体中输出，某些“晚晚期期”的蛋白质修饰也发生在的蛋白质修饰也发生在TGNTGN中。中。TGNTGN在蛋白质在蛋白质与脂质的转运过程中还起到与脂质的转运过程中还起到“瓣膜瓣膜”的作用，保的作用，保证这些物质向单方向转运。证这些物质向单方向转运。细胞生物学4.4.高尔基体的周围大小不等的囊泡高尔基体的周围大小不等的囊泡

30、 顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为物质运输小泡，称之为ERGICERGIC（endoplasmic endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartmentreticulum-Golgi intermediate compartment）高尔基体的反面一侧可以见到体积较大的分泌泡高尔基体的反面一侧可以见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒，将经过高尔基体分类与包装的物质与分泌颗粒，将经过高尔基体分类与包装的物质运送到细胞特定的部位。运送到细胞特定的部位。细胞生物学（二）高尔基体的功能

31、（二）高尔基体的功能、高尔基体与细胞的分泌活动、高尔基体与细胞的分泌活动）H H标记胰腺腺泡细胞：标记胰腺腺泡细胞：minmin在在ERER，20min20min在在G G，120min120min位于分泌泡并在顶端释放。位于分泌泡并在顶端释放。细胞生物学N-N-乙酰葡乙酰葡糖胺磷酸糖胺磷酸转移酶，转移酶， N-N-乙酰葡乙酰葡糖胺磷酸糖胺磷酸糖苷酶糖苷酶）溶酶体酶溶酶体酶的分选：的分选：M6PM6P反面膜反面膜囊囊M6PM6P受体受体细胞生物学细胞生物学）蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码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该蛋白质的基因本身l流感病毒囊膜蛋白特异性地

32、转运流感病毒囊膜蛋白特异性地转运 上皮细胞游上皮细胞游离端的质膜离端的质膜l水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运上皮细上皮细胞基底面的质膜胞基底面的质膜l水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞质基质侧水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞质基质侧的双酸分选信号的双酸分选信号Asp-X-GlnAsp-X-Gln或或DXEDXE）起重要的作用起重要的作用细胞生物学细胞生物学2 2、蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化及其修饰）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l为各种蛋白质打上不同的标志，为各种蛋白质打上不同的标志，l影响多肽的构象，影响合成多

33、肽的去留。影响多肽的构象，影响合成多肽的去留。l糖基化增强糖蛋白的稳定性。糖基化增强糖蛋白的稳定性。 l多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电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。荷的性质。l对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白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。的分选信号。细胞生物学）蛋白质糖基化类型蛋白质糖基化类型细胞生物学细胞生物学所有成熟的所有成熟的N-N-连接的寡糖链都含有两个连接的寡糖链都含有两个N-N-乙酰葡乙酰葡萄糖胺和萄糖胺和3 3个甘露糖残基。根据其结构特征又可个甘露糖残基。根据其结构特征又可分为：高甘露糖分为：高甘露糖N-

34、N-连接寡糖连接寡糖(high mannose N-(high mannose N-linked oligosaccharide)linked oligosaccharide)、复杂的、复杂的N-N-连接寡糖连接寡糖(complex N-linked oligosaccharide)(complex N-linked oligosaccharide)。细胞生物学lO-O-连接、复杂的连接、复杂的N-N-连接糖基一个共同的特点是：连接糖基一个共同的特点是：最后一步加上唾液酸残基，反应都发生在高尔基最后一步加上唾液酸残基，反应都发生在高尔基器反面膜囊和器反面膜囊和TGNTGN中。中。l高尔基器功能

35、区隔化：内质网和高尔基体中所高尔基器功能区隔化：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有与糖基化及寡糖的加工有关的酶都是整合膜蛋白。它们固定在细胞的不同间隔中，其活性部位白。它们固定在细胞的不同间隔中，其活性部位均位于内质网或高尔基体的腔面；在不同的间隔均位于内质网或高尔基体的腔面；在不同的间隔中，膜上的载体蛋白也有所不同，不同的间隔完中，膜上的载体蛋白也有所不同，不同的间隔完成不同的功能。成不同的功能。细胞生物学）蛋白聚糖）蛋白聚糖(proteoglycan)在高尔基体中装配在高尔基体中装配蛋白聚糖是由一个或多个糖胺聚糖蛋白聚糖是由一个或多个糖胺聚糖(glycosam

36、inoglycans)(glycosaminoglycans)结合到核心蛋白的丝氨酸残结合到核心蛋白的丝氨酸残基上。与一般基上。与一般O-O-连接寡糖不同，它直接与丝氨酸羟连接寡糖不同，它直接与丝氨酸羟基结合的不是基结合的不是N-N-乙酰半乳糖胺而是乙酰半乳糖胺而是木糖木糖(xylose)(xylose)。蛋白聚糖多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞蛋白聚糖多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞膜上，很多上皮细胞分泌的保护性粘液常常是蛋白膜上，很多上皮细胞分泌的保护性粘液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。细胞生物学植物细胞分泌的细胞壁的多糖类成分植物细

37、胞分泌的细胞壁的多糖类成分纤维素纤维素果胶是高尔基器合成的分泌产物。果胶是高尔基器合成的分泌产物。动物细胞如软骨细胞分泌的粘多糖和糖蛋白在高动物细胞如软骨细胞分泌的粘多糖和糖蛋白在高尔基器中合成的，其中硫酸软骨素的硫酸基团是尔基器中合成的，其中硫酸软骨素的硫酸基团是在高尔基器的扁囊内加到糖蛋白的糖链部分的。在高尔基器的扁囊内加到糖蛋白的糖链部分的。细胞生物学3. 3. 蛋白酶的水解和其他加工过程蛋白酶的水解和其他加工过程 有些多肽，需在糙面内质网中切除信号肽后有些多肽，需在糙面内质网中切除信号肽后才能成为有活性的成熟多肽。还有很多肽激素和才能成为有活性的成熟多肽。还有很多肽激素和神经多肽神经多

38、肽(neuropeptides)(neuropeptides)需经特异性地水解需经特异性地水解( (常常常发生在与一对碱性氨基酸相邻的肽键上常发生在与一对碱性氨基酸相邻的肽键上) )才成为才成为有生物活性的多肽。有生物活性的多肽。细胞生物学（1)1)比较简单的形式比较简单的形式是没有生物活性的蛋是没有生物活性的蛋白原白原(proprotein)(proprotein)进进入高尔基体后，将蛋入高尔基体后，将蛋白原白原N N端或两端的序端或两端的序列切除形成成熟的多列切除形成成熟的多肽。如胰岛素。肽。如胰岛素。细胞生物学(2)(2)有些蛋白质分子在糙面内质网中合成时便是含有有些蛋白质分子在糙面内质

39、网中合成时便是含有多个相同氨基酸序列的前体，然后在高尔基体中水解多个相同氨基酸序列的前体，然后在高尔基体中水解成同种有活性的多肽，如神经肽等。成同种有活性的多肽，如神经肽等。(3)(3)某些蛋白分子的前体中含有不同的信号序列，最某些蛋白分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工成不同的产物；有些情况下，同一种蛋白质前后加工成不同的产物；有些情况下，同一种蛋白质前体在不同的细胞中可能以不同的方式加工而产生不同体在不同的细胞中可能以不同的方式加工而产生不同种的多肽，这样大大增加了细胞信号分子的多样性。种的多肽，这样大大增加了细胞信号分子的多样性。（4 4）硫酸化作用也在高尔基体中进行，硫酸化的蛋）硫

40、酸化作用也在高尔基体中进行，硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖。白质主要是蛋白聚糖。细胞生物学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。细胞生物学三、溶酶体的形态与功能三、溶酶体的形态与功能l用差速离心方法分析细胞组分用差速离心方法分析细胞组分l19551955，C. de DuveC. de Duve与与B. Novikoff B. Novikoff 年首次发现年首次发现溶酶体（溶酶体（lysosomelysosome） 。l溶酶体是由一层单位膜包裹多种酸性水解酶的溶酶体是由一层单位膜包裹多种酸性水解酶的

41、囊泡状细胞器囊泡状细胞器 l具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。细胞生物学（一）溶酶体的形态结构与类型（一）溶酶体的形态结构与类型溶酶体的形态大小差异较大，直径一般在溶酶体的形态大小差异较大，直径一般在0.20.8 0.20.8 mm，最小的为，最小的为0.05 m0.05 m，最大的达几微米。到目前，最大的达几微米。到目前已发现约有已发现约有6060余种酸性水解酶存在于其中。概括起余种酸性水解酶存在于其中。概括起来包括：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、来包括：蛋白酶、

42、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等。这些酶在酸性溶液内能分解重磷酸酶和硫酸酶等。这些酶在酸性溶液内能分解重要的生物化合物要的生物化合物蛋白质、核酸、多糖及脂类。蛋白质、核酸、多糖及脂类。细胞生物学溶酶体是一种异质性（溶酶体是一种异质性（heterogenous)heterogenous)细胞器，细胞器，根据其所处的完成其生理功能的不同阶段，大致可分根据其所处的完成其生理功能的不同阶段，大致可分为初级溶酶体、次级溶酶体和残余体。为初级溶酶体、次级溶酶体和残余体。溶酶体膜在成分上与其他生物膜有不同。在溶溶酶体膜在成分上与其他生物膜有不同。在溶酶体膜上嵌有质子泵酶体膜上嵌有质子泵(pro

43、to pump)(proto pump)依赖依赖ATPATP水解放出水解放出能量将能量将H+H+泵入溶酶体内以维持其内腔的酸性泵入溶酶体内以维持其内腔的酸性pHpH；具；具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；构成溶有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；构成溶酶体膜的蛋白质高度糖基化，可保护膜免受溶酶体内酶体膜的蛋白质高度糖基化，可保护膜免受溶酶体内蛋白酶的消化。蛋白酶的消化。细胞生物学初级溶酶体是指溶酶体中初级溶酶体是指溶酶体中只含有酶只含有酶, ,不含底物不含底物 。即。即高尔基复合体成熟面上形高尔基复合体成熟面上形成的新生溶酶体成的新生溶酶体 ，所以，所以又称又称原溶酶体或非活动性原溶酶

44、体或非活动性溶酶体溶酶体。由于这种溶酶体。由于这种溶酶体的基质均匀致密的基质均匀致密, ,也称之也称之为致密体为致密体 细胞生物学次级溶酶体是指次级溶酶体是指初级溶酶体与底初级溶酶体与底物结合的溶酶体物结合的溶酶体 ，又称活动性溶酶又称活动性溶酶体体 。细胞生物学细胞生物学细胞生物学（二（二 ）溶酶体的功能）溶酶体的功能溶酶体的主要作用是消化，是细胞内的消化器官，细胞溶酶体的主要作用是消化，是细胞内的消化器官，细胞自溶，防御以及对某些物质的利用均与溶酶体的消化作自溶，防御以及对某些物质的利用均与溶酶体的消化作用有关。用有关。细胞生物学1 1自体吞噬作用自体吞噬作用清除无用的生物大分子、衰老清除

45、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。的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞。溶酶体起着“清道夫”的作用。当溶酶体缺失或产生溶酶体酶和某些代谢环节出现故障时，上述物质不能被水解而积留在溶酶体中，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。如台-萨氏病，由于溶酶体中缺少氨基已糖酯酶A，神经细胞中的神经节苷脂GM2不能被溶酶体水解而积累在细胞内，特别是脑细胞，造成精神呆滞。细胞生物学2 2内吞作用内吞作用为细胞提供营养、防御功能为细胞提供营养、防御功能l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，获得胆固醇等营养成分。l防御功能是某些细胞特有的功能，它可

46、以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。动物细胞中有几种吞噬细胞(phagocyte)常常位于肝、脾和其他血管通道中，用以清除形成抗原抗体复合物的有机体颗粒及吞噬的细菌、病毒等入侵者。同时也不断清除衰老死亡的细胞和血管中颗粒物质。l当机体被感染后，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，并含有过氧化氢、超氧物(O2-)等与溶酶体酶等共同作用杀死细菌。细胞生物学3 3自溶作用自溶作用其他重要的生理功能其他重要的生理功能(1)在分泌腺细胞中，溶酶体常常含有摄入的分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节。甲状腺球蛋白形成甲状腺素，发挥其调节功能。 (2

47、) 通过自溶作用，引起细胞自身的溶解、死亡，整个程序性死亡细胞被周围活细胞释放的酶所消化，如两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化，昆虫变态幼虫组织的消失。细胞生物学（三）溶酶体的发生（三）溶酶体的发生细胞生物学细胞生物学细胞生物学（四）过氧化物酶体与溶酶体（四）过氧化物酶体与溶酶体过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)(peroxisome)，又称微体，又称微体(microbody)，是单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器。是单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器。过氧化物酶体是一种异质性（在同一有机体不同细胞过氧化物酶体是一种异质性（在同一有机体不同细胞中可含有不同组的酶）

48、的、多功能（含有中可含有不同组的酶）的、多功能（含有5050余种酶，余种酶，具有不同的活性）的细胞器，不同生物的细胞中，甚具有不同的活性）的细胞器，不同生物的细胞中，甚至单细胞生物的不同个体中所含酶的种类及其行使的至单细胞生物的不同个体中所含酶的种类及其行使的功能都有所不同。功能都有所不同。 细胞生物学1 1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细胞生物学2 2过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能l共同特点是内含一至多种依赖黄素（共同特点是内含一至多种依赖黄素（flavin）的氧化）的氧化酶和过氧化氢酶（标志酶）。酶和过氧化氢酶（标志酶）。l 各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成

49、过氧化氢。各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。RH2+O2R+H2O2l 过氧化氢酶又可以利用过氧化氢，将其它底物（如过氧化氢酶又可以利用过氧化氢，将其它底物（如醛、醇、酚）氧化。醛、醇、酚）氧化。RH2+H2O2R+2H2Ol 此外，当细胞中的此外，当细胞中的H2O2过剩时，过氧化氢酶亦可过剩时，过氧化氢酶亦可催化以下反应：催化以下反应：2H2O2 2H2O + O2细胞生物学3 3过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生过氧化物酶体膜包括特异的输入受体蛋白，所有过过氧化物酶体膜包括特异的输入受体蛋白，所有过氧化物酶体蛋白，包括输入受体的新拷贝都是在胞氧化物酶体蛋白，包括输入受体的新拷

50、贝都是在胞液的核蛋白体上合成的，然后输入到细胞器。液的核蛋白体上合成的，然后输入到细胞器。新合成的蛋白在信号肽的指导下进入过氧化物酶体。新合成的蛋白在信号肽的指导下进入过氧化物酶体。已发现的过氧化物酶体蛋白分选信号序列已发现的过氧化物酶体蛋白分选信号序列（peroxiso-mal targeting singal,PTS)peroxiso-mal targeting singal,PTS)为：为：PST1(-Ser-Lys-Leu-)PST1(-Ser-Lys-Leu-)存在于基质蛋白的存在于基质蛋白的C C端；端；PTS2PTS2（Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu

51、-Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu-）存在于）存在于N N端的前端的前20302030个氨基酸序列中。个氨基酸序列中。细胞生物学细胞生物学第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运至细胞的特定部位，也只有转运始合成，然后转运至细胞的特定部位，也只有转运至正确的部位并装配成结构与功能的复合体，才能至正确的部位并装配成结构与功能的复合体，才能参与细胞的生命活动。这一过程称蛋白质的定向转参与细胞的生命活动。这一过程称蛋白质的定向转运运(pro

52、tein targeting)或分选或分选(protein sorting)。细胞生物学一、信号假说如蛋白质分选信号一、信号假说如蛋白质分选信号（1）研究过程）研究过程1960s ,George Palade 示踪技术研究培养细胞中蛋示踪技术研究培养细胞中蛋白质的分泌白质的分泌Redman和和Sabatini用分离的用分离的RER小泡研究膜结合小泡研究膜结合核糖体合成的蛋白质去向核糖体合成的蛋白质去向1971年美国洛克菲勒大学的年美国洛克菲勒大学的Blobel等提出了信号等提出了信号序列序列(signal sequence)的概念。的概念。细胞生物学1975年，年，Blobel等正式提出了信号

53、假说等正式提出了信号假说,要点是要点是:合成始于游离核糖体合成始于游离核糖体;N端信号序列靠端信号序列靠自由碰撞自由碰撞与内质网膜接触与内质网膜接触,然后插然后插入内质网的膜入内质网的膜;蛋白质以袢环形式穿过内质网的膜蛋白质以袢环形式穿过内质网的膜;蛋白的存在方式蛋白的存在方式:若信号序列被信号肽酶切除若信号序列被信号肽酶切除:完全进入腔完全进入腔若是停止转移信号若是停止转移信号: 膜蛋白膜蛋白 细胞生物学是引导新合成肽链是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的的N端，一般端，一般1630个氨基酸残基，含有个氨基酸残基，含有6-15个个

54、带正电荷的非极性氨基酸，由于信号肽又是引带正电荷的非极性氨基酸，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（移序列（start transfer sequence）。）。细胞生物学（signal recognition particle，SRP），由），由6种结构不同的多肽组成，结合一个种结构不同的多肽组成，结合一个7S RNA，分子量，分子量325KD，属于一种核糖核蛋白，属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合，导致与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。蛋白质合成暂停。三个功能域三个功能域: 翻

55、译暂停结构域翻译暂停结构域(P9/P14)信号肽识别结合位点信号肽识别结合位点(P54)SRP受体蛋白结合位点受体蛋白结合位点(P68/P72)。细胞生物学细胞生物学Docking protein, DPSRP受体（SPR receptor），是膜的整合蛋白，为异二聚体蛋白由亲水的由亲水的亚基亚基, 疏水的疏水的亚基亚基，存在于内质网上，可与SRP特异结合。转位因子（转位因子（translocator），），由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似炸面圈的结构，每个Sec61蛋白由三条肽链组成。细胞生物学体外实验证明体外实验证明SRPSRP颗粒、颗粒、SRPSRP受体的作用受体的作用细胞生

56、物学细胞生物学（）（）Signal hypothesis细胞生物学SRP-DP识别的识别的GDP-GTP交交换循环换循环细胞生物学（3）Orientation of menbrane proteins细胞生物学分泌蛋白分泌蛋白在内质网上合成后通过对信号的切除，释放到内质网的腔中成为可溶性蛋白，以分泌泡的方式释放。膜蛋白膜蛋白以共翻译转运的方式释放。首先它要靠疏水区滞留在内质网的膜上。另外膜蛋白分单次跨膜和多次跨膜。还有膜蛋白在膜上的定向，即羧基端和氨基端位于内质网膜的内侧或外侧，还是同一侧。细胞生物学起始转移信号起始转移信号(start transfer signal)蛋白质氨基末端的信号序列

57、除了作为信号被蛋白质氨基末端的信号序列除了作为信号被SRP识识别外，还具有起始穿膜的作用。在蛋白质共翻译转别外，还具有起始穿膜的作用。在蛋白质共翻译转运过程中，信号序列的运过程中，信号序列的N端始终朝向内质网的外侧，端始终朝向内质网的外侧，插入蛋白转运通道后与通道内的信号序列结合位点插入蛋白转运通道后与通道内的信号序列结合位点结合。其后的肽序列以袢环的形式通过转运通道，结合。其后的肽序列以袢环的形式通过转运通道，如如N端的起始转移信号是可切除的序列，则为分泌端的起始转移信号是可切除的序列，则为分泌蛋白。蛋白。细胞生物学内部信号序列内部信号序列(internal signal sequence)

58、 (internal noncleavable signal sequences )具有疏水性，不位于具有疏水性，不位于N端，不可切除，如只含有端，不可切除，如只含有一个内部信号序列，则形成单次跨膜蛋白。一个内部信号序列，则形成单次跨膜蛋白。细胞生物学终止转移序列终止转移序列(stop transfer sequence)存在与新生肽连中使肽连终止转移的一段信号序列，存在与新生肽连中使肽连终止转移的一段信号序列，可导致蛋白质锚定在膜的脂双层中。可导致蛋白质锚定在膜的脂双层中。因终止转移信号作用而形成单次跨膜的蛋白质，那因终止转移信号作用而形成单次跨膜的蛋白质，那么该蛋白质在结构上只有一个终止转

59、移信号序列，么该蛋白质在结构上只有一个终止转移信号序列，没有内部转移信号，但在没有内部转移信号，但在N端有一个信号序列作为端有一个信号序列作为起始转移信号。起始转移信号。细胞生物学细胞生物学细胞生物学细胞生物学细胞生物学细胞生物学二次与多次跨膜蛋白二次与多次跨膜蛋白细胞生物学多个起始与终止跨膜信号多个起始与终止跨膜信号细胞生物学二、蛋白质分选的基本途径和类型蛋白质分选的基本途径和类型蛋白质的分选大体可分两条途径：蛋白质的分选大体可分两条途径：细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至膜细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体围绕的细胞器，如线粒体( (或叶绿体或叶绿体) )、过氧化物酶、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至内质网中；些还可转运至内质网中；蛋白质合成起始后转移至糙面内质网，新生肽边蛋白质合成起始后转移至糙面内质网，新生肽边合成边转入糙面内质网腔中，随后经高尔基体运至合成边转入糙面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外