第七章 真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输

1、第七章第七章 真核细胞内膜系统、真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输蛋白质分选与膜泡运输 第第2节练习节练习Chap7 自测自测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内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能细胞质基质的含义与功能细胞质基质的含义与功能第一节第一节 细胞质基质的含义与功能细胞质基质的含义与功能n是细胞重要的结构成分，约占胞质体积的是细胞重要的结构成分，约占胞质体积的1/2；n细胞内的物质运输、能量交换和信息传递；细胞内的物质运输、能量交换和信息传递；n很多中间代谢反应的场所；很多中间代谢反应的场所； 可以说可以说细胞质基质细胞质基质是一种高度有序而又不断变是一

2、种高度有序而又不断变化的结构体系，细胞质骨架贯穿其中。化的结构体系，细胞质骨架贯穿其中。一、一、细胞质基质的涵义细胞质基质的涵义：细胞质基质的化学组成：细胞质基质的化学组成：n水分子水分子n与中间代谢有关的数千种与中间代谢有关的数千种酶类酶类n与维持细胞形态和胞内物质运输有关的与维持细胞形态和胞内物质运输有关的细胞质细胞质骨架结构骨架结构。n糖原和脂滴等内含物糖原和脂滴等内含物* 它呈复杂的胶体性质，可随环境条件而改变：它呈复杂的胶体性质，可随环境条件而改变：溶胶状态溶胶状态 凝胶状态，这成为某些细胞运凝胶状态，这成为某些细胞运动方式的动力。动方式的动力。二、细胞质基质的功能：二、细胞质基质的

3、功能：n参与各种生化活动（中间代谢过程）：参与各种生化活动（中间代谢过程）：蛋白质合成蛋白质合成 脂肪酸合成脂肪酸合成 糖的酵解糖的酵解 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖醛酸途径糖醛酸途径糖原代糖原代谢谢核苷酸代谢。核苷酸代谢。n提供离子环境，以维持各细胞器的实体提供离子环境，以维持各细胞器的实体完整性。完整性。 n提供底物（原料）。以供细胞器行使功提供底物（原料）。以供细胞器行使功能（物质库）。能（物质库）。n提供物质运输的通路：细胞与环境、细提供物质运输的通路：细胞与环境、细胞质与细胞核、细胞器之间的物质运输、胞质与细胞核、细胞器之间的物质运输、能量交换、信息传递等都需通过细胞质能量交换、信息传

4、递等都需通过细胞质基质来完成。基质来完成。n细胞形态的维持、细胞运动。细胞形态的维持、细胞运动。n为细胞质基质中的其他成分和细胞器提为细胞质基质中的其他成分和细胞器提供锚定位点。供锚定位点。n影响细胞分化：如卵子细胞质对于分化影响细胞分化：如卵子细胞质对于分化起重要作用。起重要作用。n蛋白质修饰：蛋白质修饰：辅酶或辅基与酶的共价辅酶或辅基与酶的共价结合结合 磷酸化与去磷酸化磷酸化与去磷酸化 糖基化糖基化(GlcNAc-Ser) 甲基化甲基化 酰基化。酰基化。n蛋白质选择性降解：蛋白质选择性降解：控制蛋白质的寿控制蛋白质的寿命命 降解变性和错误折叠的蛋白质降解变性和错误折叠的蛋白质 帮帮助变性或

5、错误折叠的蛋白质重新折叠，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。（形成正确的分子构象。（和和与与UDP 有关；有关；与与分子伴侣分子伴侣有关）有关）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n内质网的形态结构与功能内质网的形态结构与功能n高尔基体的形态结构与功能高尔基体的形态结构与功能n溶酶体的形态结构与功能溶酶体的形态结构与功能一、内质网的形态结构与功能一、内质网的形态结构与功能n由由KR. Porter、A. Claude 和和 EF. Fullam等人于等人于1945年发现，他们在观察培养的年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质的内质小鼠成纤维细

6、胞时，发现细胞质的内质部分具有网状结构，建议叫做内质网部分具有网状结构，建议叫做内质网(endoplasmic reticulum，ER)。n内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。内质网是由内膜真核细胞中最多的膜。内质网是由内膜构成的封闭的网状管道系统。具有高度构成的封闭的网状管道系统。具有高度的多型性。的多型性。 （一）内质网的两种基本类型（一）内质网的两种基本类型n粗面型内质网（粗面型内质网（rough endoplasmic reticulum，rER ）：呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附）：呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。其功能是合

7、成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。着。其功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。膜上有膜上有”易位子易位子” 。n光面型内质网（光面型内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）：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。是脂质合成的重要场所。是脂质合成的重要场所。n细胞不含纯粹的细胞不含纯粹的rER或或sER，它们分别是，它们分别是ER连连续结构的一部分。续结构的一部分。nER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。中合成的。nER膜中含大约膜中含大约60%的蛋

8、白和的蛋白和40%的脂类，的脂类，脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。胆固醇。nER约有约有30多种膜结合蛋白，另有多种膜结合蛋白，另有30多种多种位于内质网腔，这些蛋白的分布具有异位于内质网腔，这些蛋白的分布具有异质性，如：质性，如：葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶，普遍存在磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶于内质网，被认为是标志酶，核糖体结，核糖体结合糖蛋白（合糖蛋白（ribophorin）只分布在）只分布在rER，而细胞色素而细胞色素P450酶系只分布在酶系只分布在sER（与（与解毒

9、有关）。解毒有关）。（二）内质网的功能（二）内质网的功能n蛋白质都是在核糖体上合成的，并且都起蛋白质都是在核糖体上合成的，并且都起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转到内质网上合成，这些蛋开始不久后便转到内质网上合成，这些蛋白主要有：白主要有： 向细胞外分泌的蛋白，如抗体、激素等向细胞外分泌的蛋白，如抗体、激素等 膜的整合蛋白（其方向性在膜的整合蛋白（其方向性在ER合成时即合成时即已确定已确定）1. 蛋白质合成蛋白质合成 需要与其它细胞组分严格分开的酶，即需要与其它细胞组分严格分开的酶，即细胞器中的可溶性驻留蛋白，如溶酶体细胞器中的可溶性驻留蛋

10、白，如溶酶体中的各种水解酶。中的各种水解酶。 需要进行修饰与加工的蛋白，如糖蛋白。需要进行修饰与加工的蛋白，如糖蛋白。2. 蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工n包括包括糖基化糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形、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都被糖基化。内质网上合成的蛋白质最终都被糖基化。n糖基化的作用：糖基化的作用：使蛋白质能够抵抗消化使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；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某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。叠。n糖

11、基一般连接在糖基一般连接在4种氨基酸上，种氨基酸上，分分2种种： O-连接的糖基化：与连接的糖基化：与Ser、Thr、Hyp或或Hyl的的-OH连接，连接的单糖为半乳连接，连接的单糖为半乳糖或糖或N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)，在高尔，在高尔基体上进行。基体上进行。 N-连接的糖基化：与连接的糖基化：与Asn的的-NH2连接，连接，连接的糖为连接的糖为N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺(GlcNAc)。n内质网上进行内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如为核苷糖，如CMP-唾液酸、唾液酸、GDP-甘露糖、甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。n糖分子

12、首先被糖分子首先被糖基转移酶糖基转移酶转移到膜上的转移到膜上的磷磷酸多萜醇（酸多萜醇（dolichol phosphate）分子上，分子上，装配成寡糖链。装配成寡糖链。n再被再被寡糖转移酶寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残）的天冬酰胺残基上。（基上。（X不能为不能为Pro）3. 新生肽链的折叠、组装和运输新生肽链的折叠、组装和运输nCOP II介导由内质网输出的膜泡运输，这介导由内质网输出的膜泡运输，这种膜泡由内质网的排出位点（种膜泡由内质网的排出位点（exit sites）以出芽的方式排出。以出芽的方式排出。n不同的

13、蛋白质在内质网腔中停留的时间不不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白质完成正确折叠和同，这主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间，这一过程是在属于组装的时间，这一过程是在属于hsp70家家族的族的ATP酶（如酶（如PDI和和Bip）的作用下完成）的作用下完成的，需要消耗能量。的，需要消耗能量。n无法完成正确折叠的蛋白质由易位子被无法完成正确折叠的蛋白质由易位子被输出内质网，通过泛素化途径被降解掉，输出内质网，通过泛素化途径被降解掉，如大约如大约90%的新合成的的新合成的T细胞受体亚单位细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉，而从未到和乙酰胆碱受体都被降解掉，而从未到达靶细胞

14、膜。达靶细胞膜。4. 内质网的其它作用内质网的其它作用n合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽出芽的方的方式转运至高尔基体、溶酶体和质膜上，或借式转运至高尔基体、溶酶体和质膜上，或借磷磷脂转换蛋白（脂转换蛋白（PEP）形成水溶性复合物，转至形成水溶性复合物，转至其他膜上。其他膜上。n解毒，如肝细胞的细胞色素解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。酶系。n甾体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内分甾体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中，泌细胞中，SER、线粒体，可能还有高尔基体、线粒体，可能还有高尔基体上的一些酶共同参与甾体类激素的合成。上的一些酶共同参与甾体

15、类激素的合成。n调节血糖浓度：使葡糖调节血糖浓度：使葡糖6-磷酸水解，释磷酸水解，释放葡萄糖至血液中。放葡萄糖至血液中。n储存钙离子，作为细胞内信号物质，如储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。肌质网。n提供酶附着的位点和机械支撑作用。提供酶附着的位点和机械支撑作用。二、高尔基复合体二、高尔基复合体n1898年，年，C. Golgi用银染法，在猫头鹰的用银染法，在猫头鹰的神经细胞内观察到了一种清晰的网状结构，神经细胞内观察到了一种清晰的网状结构，当时命名为内网器当时命名为内网器(internal reticular apparatus)，后来为纪念他而称为高尔基，后来为纪念他而称为高尔基体

16、。体。20世纪世纪50年代以后由于电子显微技术年代以后由于电子显微技术和超薄切片技术的发展和应用，才正确认和超薄切片技术的发展和应用，才正确认识到它的存在和结构。识到它的存在和结构。Golgis drawings of the “internal reticular apparatus” that he observed in spinal ganglia（the different drawings illustrate the variety of features Golgi observed with his metal impregnation, from Opera Omnia）.

17、 This intracellular structure is universally known nowadays as Golgi apparatus. Camillo Golgi意大利意大利帕维亚大学帕维亚大学1843年年-1926年年 Santiago Ramn y Cajal西班牙西班牙马德里大学马德里大学1852年年-1934年年 1906年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖表彰他们对神经系统结构的研究表彰他们对神经系统结构的研究（一）形态结构与极性（一）形态结构与极性n高尔基体是由数个扁平囊泡堆叠在一起高尔基体是由数个扁平囊泡堆叠在一起形成的具有极性的细胞器。形成的具有

18、极性的细胞器。n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。或半球形。n凸出的一面对着内质网称为形成面或顺凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面（面（cis face）。凹进的一面对着质膜称）。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面（为成熟面或反面（trans face）。顺面和）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。反面都有一些或大或小的运输小泡。n扁平囊直径约扁平囊直径约1m，由单层膜构成，中，由单层膜构成，中间为囊腔，周缘多呈泡状，间为囊腔，周缘多呈泡状，48个扁平个扁平膜囊膜囊(saccules)在一起（某些藻类可达在一起（某些藻类可达一二十个），构成高尔

19、基体的主体结构一二十个），构成高尔基体的主体结构(Golgi stack)。n高尔基体膜含有大约高尔基体膜含有大约60%的蛋白和的蛋白和40%的脂类，的脂类，具有一些和具有一些和ER共同的蛋白成分。膜脂中磷脂共同的蛋白成分。膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于酰胆碱的含量介于ER和质膜之间，中性脂类和质膜之间，中性脂类主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。n高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基-糖糖基转移酶、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、转移酶和磷脂酶等不同的类型。甘露糖苷酶、转移酶

20、和磷脂酶等不同的类型。n标志酶为标志酶为糖基转移酶糖基转移酶。高尔基体的功能区隔：高尔基体的功能区隔：n高尔基体顺面膜囊或顺面管网状结构高尔基体顺面膜囊或顺面管网状结构(cis Golgi network ，CGN)，是高尔基体的入口区域，接，是高尔基体的入口区域，接受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。n高尔基体中间膜囊高尔基体中间膜囊(medial Golgi)，多数糖基修，多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生在此处。发生在此处。n高尔基体反面膜囊和反面管网状结构（高尔基体反面膜囊和

21、反面管网状结构（trans Golgi network,TGN），是高尔基体的出口区域，），是高尔基体的出口区域，功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输出。功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输出。n高尔基体各部分膜囊具有不同的细高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：胞化学反应： 嗜锇反应：经锇酸浸染后，嗜锇反应：经锇酸浸染后，cis面膜囊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酶）的细胞化学酶）的细胞化学反应：可特异显示高尔基体反应：可特异显示高尔基体trans面的面的12层膜囊；层膜囊；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酶酶)的的细

22、胞化学反应：可显示高尔基体中间几细胞化学反应：可显示高尔基体中间几层扁平囊；层扁平囊；胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶酶)的细胞化学的细胞化学反应反应 ：可显示靠近：可显示靠近trans面上的一些膜囊面上的一些膜囊状和管状结构，状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标酶也是溶酶体的标志酶。志酶。（二）高尔基体的功能（二）高尔基体的功能1、参与细胞的分泌活动、参与细胞的分泌活动nrER上合成蛋白质上合成蛋白质进入进入ER腔腔COPII运运输泡输泡进入进入CGN在在medial Gdgi中加工中加工在在TGN形成运输小泡形成运输小泡运输运输 与质膜与质膜融合、排出。融合、排出。n高尔基体对蛋

23、白质的分类，依据的是蛋白高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。质上的信号肽或信号斑。2、蛋白质的糖基化、蛋白质的糖基化nO-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷酸单糖。的供体为核苷酸单糖。3、进行膜的转化功能（膜流）、进行膜的转化功能（膜流）n内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输小泡与后，经过修饰和加工，形成运输小泡与质膜融合。质膜融合。4、将蛋白水解为活性物质、将蛋白水解为活性物质n如将蛋白质如将蛋白质N端或端或C端切除，成为有活性端切除，成为有活性的物质，如胰岛素（的物质

24、，如胰岛素（C端）；或将含有多端）；或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽（多肽，如神经肽（5个氨基酸残基）。个氨基酸残基）。5、参与形成溶酶体。（、参与形成溶酶体。（M6P受体）受体）6、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。果胶质。三、溶酶体的形态结构与功能三、溶酶体的形态结构与功能n溶酶体为溶酶体为C. de Duve与与B. Novikoff 1955年首次发现。年首次发现。n是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类是单层膜围绕、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的囊泡状细胞器，

25、其主要功能是进行细胞内的消化作用。胞内的消化作用。（一）溶酶体的形态结构与类型（一）溶酶体的形态结构与类型n具有异质性，其形态大小及内含的水解具有异质性，其形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同。酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酸性磷酸酶是标志酶酶是标志酶。n膜有质子泵，将膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其泵入溶酶体，使其pH值降低。值降低。n膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。身膜蛋白降解。n膜上具有多种载体蛋白用以向外转运水膜上具有多种载体蛋白用以向外转运水解产物。解产物。溶酶体的结构类型：溶酶体的结构类型：n初级溶酶体（初级溶酶体（p

26、rimary lysosome）：直）：直径约径约0.20.5m，有多种酸性水解酶，有多种酸性水解酶，但没有活性，包括蛋白酶，核酸酶、但没有活性，包括蛋白酶，核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等酸酶等60余种。（这些酶的最适余种。（这些酶的最适pH值值是是5左右）左右）primary lysosomen次级溶酶体（次级溶酶体（secondary lysosome）：是）：是正在进行或完成消化作用的溶酶体，内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，可分为自噬溶含水解酶和相应的底物，可分为自噬溶酶体（酶体（autophagolysosome

27、）和异噬溶酶）和异噬溶酶体体(phagolysosome) ，前者消化的物质来，前者消化的物质来自细胞本身的各种组分，后者消化的物自细胞本身的各种组分，后者消化的物质来自胞外。质来自胞外。secondary lysosomen残余体（残余体（residual body）：又称后溶酶）：又称后溶酶体（体（post-lysosome），已失去酶活性，），已失去酶活性，仅留未消化的残渣，故名。残余体可通仅留未消化的残渣，故名。残余体可通过胞吐作用将内容物排出细胞，也可能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，如表皮细胞的老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。年斑、肝

28、细胞的脂褐质。（二）溶酶体的功能（二）溶酶体的功能n细胞内消化细胞内消化：如高等动物内吞低密度脂：如高等动物内吞低密度脂蛋白获得胆固醇，单细胞真核生物利用蛋白获得胆固醇，单细胞真核生物利用溶酶体消化食物。溶酶体消化食物。n自体吞噬自体吞噬：清除无用的生物大分子，衰：清除无用的生物大分子，衰老细胞、细胞器、个体发育中多余的细老细胞、细胞器、个体发育中多余的细胞。许多生物大分子的半衰期只有几小胞。许多生物大分子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约约10天左右。天左右。n防御作用防御作用：如巨噬细胞杀死病原体。：如巨噬细胞杀死病原体。n参与分泌过程的

29、调节：如将甲状腺球参与分泌过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。蛋白降解成有活性的甲状腺素。n形成精子的顶体。形成精子的顶体。（三）溶酶体的发生（三）溶酶体的发生n初级溶酶体是在高尔基体的初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形面以出芽的形式形成的，形成过程为：成的，形成过程为：GlcNAc磷酸转移酶磷酸转移酶：将：将UDP-GlcNAc上的上的GlcNAc-P转移到甘转移到甘露糖残基上；露糖残基上；磷酸葡糖苷酶磷酸葡糖苷酶：除去末端的：除去末端的GlcNAc，最终形成，最终形成M6P标志。标志。分泌溶酶体分泌溶酶体：指细胞毒：指细胞毒T细胞和自然杀伤细胞的溶细胞和自然

30、杀伤细胞的溶酶体（其中的穿孔素、粒酶，不依赖于酶体（其中的穿孔素、粒酶，不依赖于M6P途径）。途径）。（四）（四）溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体n过氧化物酶体又称微体，过氧化物酶体又称微体， 1954年年Rhodin首先在鼠肾小管上皮细胞发现。首先在鼠肾小管上皮细胞发现。n是一种具有异质性的细胞器。直径通常是一种具有异质性的细胞器。直径通常0.5m，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，由单层膜围绕而成。由单层膜围绕而成。n特点：含特点：含过氧化氢酶过氧化氢酶（标志酶）（标志酶）和一至多和一至多种种依赖黄素（依赖黄素（flavin）的氧化酶）的氧化酶，已发现，已发现

31、40多种氧化酶，各类氧化酶的共性是将底物多种氧化酶，各类氧化酶的共性是将底物氧化后生成过氧化氢。而过氧化氢酶又利氧化后生成过氧化氢。而过氧化氢酶又利用用H2O2，将其它底物（如醛、醇、酚）氧，将其它底物（如醛、醇、酚）氧化。化。RH2+H2O2R+2H2O过氧化物酶体的功能：过氧化物酶体的功能：过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生 类似于线粒体和叶绿体类似于线粒体和叶绿体第三节第三节 细胞内细胞内蛋白质的分选蛋白质的分选 与膜泡运输与膜泡运输n细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到细胞特定的部位取决于能够定向的转运到细胞特定的部位取决于两个方面

32、：其一是蛋白质中包含有特殊的两个方面：其一是蛋白质中包含有特殊的信号序列（信号序列（signal sequence）。其二是细。其二是细胞器等具有特定的胞器等具有特定的信号识别装置（分选受信号识别装置（分选受体，体，sorting receptor）。一、一、信号假说信号假说与蛋白质分选信号与蛋白质分选信号n1972年，年，C. Milstein等：细胞中的免疫球蛋等：细胞中的免疫球蛋白（抗体）分子其白（抗体）分子其N端为什么比分泌到胞外端为什么比分泌到胞外的同一种免疫球蛋白（抗体）分子的的同一种免疫球蛋白（抗体）分子的N端氨端氨基酸序列多出一截？基酸序列多出一截？nMilstein C, B

33、rownlee GG, Harrison TM, Mathews MB. A possible precursor of immunoglobulin light chains. Nature: New biology,1972,239(91):117-120.n信号肽（信号肽（signal peptide）：存在于蛋白质一级：存在于蛋白质一级结构上结构上N端的线性序列，一般端的线性序列，一般16-26个氨基酸残个氨基酸残基，在蛋白质合成结束前被信号肽酶（基，在蛋白质合成结束前被信号肽酶（signal peptidase）切除；通常信号肽对所引导的蛋白）切除；通常信号肽对所引导的蛋白质没有特异

34、性要求。质没有特异性要求。n信号序列（信号序列（signal sequence）：存在于蛋白质：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，其位置不定，通常一级结构上的线性序列，其位置不定，通常15-60个氨基酸残基。个氨基酸残基。n信号斑（信号斑（signal patch）：亦称信号区，：亦称信号区，存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间（在一级结构上）可斑的信号序列之间（在一级结构上）可以不相邻，但通过折叠，形成一个在空以不相邻，但通过折叠，形成一个在空间上相邻的三维结构，构成蛋白质分选间上相邻的三维结构，构成蛋白质分选的信号。的信号。二、蛋白质分选的基

35、本途径与类型二、蛋白质分选的基本途径与类型n途径：途径：翻译后转运途径（后转移）：细胞质基翻译后转运途径（后转移）：细胞质基质中完成合成的蛋白质。质中完成合成的蛋白质。共翻译转运途径（共转移）：转移到内共翻译转运途径（共转移）：转移到内质网上合成的蛋白质。质网上合成的蛋白质。类型：类型：n跨膜转运跨膜转运(transmembrane transport)：蛋白质通：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过线粒体上的转位因子（质通过线粒体上的转位因子（translocator）进入）进入线粒体。线粒体。n膜泡运输膜泡运输(vesicula

36、r transport)：被运输的物质在：被运输的物质在内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。运输到靶细胞器。n选择性的门控转运选择性的门控转运(gated transport)：如：如通过核孔复合体的运输、通过胞间连丝通过核孔复合体的运输、通过胞间连丝的蛋白质转运。的蛋白质转运。n细胞质基质中的蛋白质的转运：与细胞细胞质基质中的蛋白质的转运：与细胞骨架系统密切相关。骨架系统密切相关。A simplified “road map” of protein traffic三、膜泡运输三、膜泡运输n细胞内膜系统之间的物质传递常常通过细胞内

37、膜系统之间的物质传递常常通过膜泡运输膜泡运输方式进行。各类运输泡之所以方式进行。各类运输泡之所以能够被准确地运到靶细胞器，主要取决能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的于膜的表面识别特征表面识别特征。n大多数运输小泡是在膜的特定区域以出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状的由蛋白质构成的衣被（衣被（coat）。这。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。之前解体。n衣被小泡在细胞内沿微管（或微丝）运输。衣被小泡在细胞内沿微管（或微丝）运输。n与膜泡运输有关的马达蛋白有

38、与膜泡运输有关的马达蛋白有3类，在这些马类，在这些马达蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。达蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。（一）衣被类型（一）衣被类型n已知的衣被有三类：已知的衣被有三类： 网格蛋白网格蛋白(clathrin)； COP I； COP II。n衣被的主要作用：衣被的主要作用： 选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；运输小泡； 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。三种衣被小泡的功能三种衣被小泡的功能epsilon; zita; Arf: ADP-ribosylation factor; Sar

39、11 1、网格蛋白衣被小泡、网格蛋白衣被小泡n相关运输途径：质膜相关运输途径：质膜内体，高尔基体内体，高尔基体内体，高尔基体内体，高尔基体溶酶体、植物液泡。溶酶体、植物液泡。n网格蛋白的网格蛋白的结构结构：由：由3条重链和条重链和3条轻链条轻链组成包被结构单位组成包被结构单位三脚蛋白复合体三脚蛋白复合体，形成一个具有形成一个具有3个曲臂形状的结构。许多个曲臂形状的结构。许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起，形成网格蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有五边形网孔的笼子。具有五边形网孔的笼子。n衔接蛋白衔接蛋白(adaptin)：即接合素蛋白，介：即接合素蛋白，介于网格蛋白与配体受体复合物之间，起于网格

40、蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。目前至少发现连接作用。目前至少发现4种，分别结合种，分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡。小泡。adaptinn当网格蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白当网格蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小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（小于泡柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），），从而导致膜融合，掐断（从而导致膜融合，掐断（pinch off）衣被小）衣被小泡。泡。2、COP I衣被小泡衣被小泡n功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白

41、(escaped proteins)返回内质网，由返回内质网，由7种蛋白组成。种蛋白组成。n回收信号：回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。）。n内质网膜蛋白（如内质网膜蛋白（如SRP受体）在受体）在C端有一个不端有一个不同的回收信号同的回收信号Lys-Lys-X-X。nCOP I还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。质运输。3、COP衣被小泡衣被小泡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由多种蛋白质构成，由多种蛋白质构成，Sar1GTP酶与酶与Sec23/Sec24复合体结合在一起，复合体结合在一起，Se

42、c13/Sec31复合体覆盖在外层。复合体覆盖在外层。n衣被小泡形成的部位，称为内质网出口衣被小泡形成的部位，称为内质网出口位点（位点（exit sites），该处没有核糖体。），该处没有核糖体。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 II衣衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与通过受体与COP II衣被结合。衣被结合。n分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，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形式多样，有些包含双酸性基序DEXDE ，如，如Asp-X-Glu序列。序列。（二）衣被形成（二）衣被形成n衣被

43、是在一类叫作衣被是在一类叫作衣被召集衣被召集GTP酶酶（coat-recruitment GTPase）作用下形作用下形成的，为单体成的，为单体GTP酶（酶（monomeric GTPase），即），即G蛋白。调节因子有：蛋白。调节因子有：鸟苷酸交换因子（鸟苷酸交换因子（guanine-nucleotide exchange factor, GEF）；）；GTP酶激活酶激活蛋白（蛋白（GTPase activating protein, GAP）。）。n衣被召集衣被召集GTP酶包括酶包括 Arf 蛋白蛋白和和 Sar1 蛋白。蛋白。nArf 参与高尔基体上网格蛋白衣被与参与高尔基体上网格蛋白衣

44、被与COP I 衣被的形成。衣被的形成。nSar1 参与内质网上参与内质网上 COP II 衣被的形成。衣被的形成。n衣被召集衣被召集 GTP 酶存在于细胞质中，但酶存在于细胞质中，但处于结合处于结合 GDP 的失活状态。的失活状态。n内质网上形成内质网上形成COP II 衣被小泡时，衣被小泡时，Sar1释放释放 GDP，结合，结合GTP 而激活。而激活。n激活的激活的 Sar1 暴露出一条脂肪酸的尾巴，暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，促进衣被蛋白的活化和插入内质网膜，促进衣被蛋白的活化和组装，形成运输小泡。组装，形成运输小泡。n活化的活化的 Sar1 还可以激活磷脂酶还可以激活磷脂酶

45、D（phospholipase D），将一些磷脂水解，），将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。n当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。解体。（三）（三） 膜泡运输的定向机制膜泡运输的定向机制1. SNAREsnsoluble NSF attachment protein(SNAP) receptor 的作用是介导运输小泡与靶膜的作用是介导运输小泡与靶膜的融合。的融合。n动物细胞中已发现动物细胞中已发现20多种多种SNAREs，位，位于运输小泡上的叫作于运输小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶，位于靶膜上的叫作膜

46、上的叫作t-SNAREs。NSF：N-ethylmaleimide-sensitive factor, N-乙基乙基马来酰亚胺马来酰亚胺-敏感因子。敏感因子。SNAP：NSF附着蛋白。附着蛋白。nv-SNAREs 和和t-SNAREs 都具有一个螺都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨旋结构域，能相互缠绕形成跨 SNAREs复合体（复合体（trans-SNAREs complexes），），将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。运输小泡特异性停泊和融合。小突触泡蛋白小突触泡蛋白 突出小囊联系蛋白突出小囊联系蛋白 突触融合蛋白突触融合蛋白

47、n在神经细胞中在神经细胞中SNAREs负责突触小泡的负责突触小泡的停泊（停泊（docking）和融合（）和融合（fusion）。）。n破伤风毒素和肉毒素破伤风毒素和肉毒素等细菌分泌的神经等细菌分泌的神经性毒素实际上是一类特殊的蛋白酶，能性毒素实际上是一类特殊的蛋白酶，能够选择性地降解够选择性地降解 SNAREs，从而阻断神，从而阻断神经传导。经传导。n病毒融合蛋白病毒融合蛋白的工作原理与的工作原理与 SNAREs 相相似，介导病毒与宿主质膜的融合。似，介导病毒与宿主质膜的融合。2. Rab (ras-like in rat brain)nRab 也叫也叫 targeting GTPase，属于

48、单体，属于单体GTP 酶，已知的有酶，已知的有30余种，不同膜上具余种，不同膜上具有不同的有不同的 Rab。nRabs 的作用是促进和调节运输小泡的停的作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。泊和融合。nRab与衣被召集与衣被召集GTP 酶相似，起酶相似，起分子开关分子开关作用，结合作用，结合GDP 失活，位于细胞质中，失活，位于细胞质中，结合结合GTP 激活，位于细胞膜、内膜和运激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，调节输小泡膜上，调节SNAREs 复合体的形成。复合体的形成。Rab 还有许多效应因子还有许多效应因子(effector)。细胞结构体系的装配细胞结构体系的装配n生物大分子的装配方

49、式大致可以分为：生物大分子的装配方式大致可以分为：自我装配：如血红蛋白、中间丝的装自我装配：如血红蛋白、中间丝的装配、囊泡出芽配、囊泡出芽协助装配：如协助装配：如T4噬菌体的装配噬菌体的装配直接装配：如细胞膜成分的装配直接装配：如细胞膜成分的装配p装配的生物学意义：装配的生物学意义：减少和校正蛋白质合成中出现的错误；减少和校正蛋白质合成中出现的错误；可大大减少所需的遗传物质信息量；可大大减少所需的遗传物质信息量；通过装配与去装配更容易调节与控制多通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程。种生物学过程。n分子伴侣（分子伴侣（molecular chaperones）：如：如SRP、Hsp7

50、0家族的蛋白、家族的蛋白、Cpns60等。等。Ubiquitin Dependant PathwayUb：泛素：泛素E1：泛素激：泛素激活酶；活酶；E2：泛素结：泛素结合酶；合酶；E3：泛素：泛素-蛋蛋白连接酶白连接酶PS：蛋白酶：蛋白酶体体Pt：小肽：小肽E1+AMPE1-UbUb-E2E2+ATPPrE2-Pr-E3-Ub-Ub-Ub-UbE3+PS-Pr-E3-Ub-Ub-Ub-UbE2PSUbUbUbUbPtPtN-连接和连接和O-连接糖基化比较连接糖基化比较N-连接连接O-连接连接连接的基团连接的基团-NH2 -OH连接的连接的AA残基残基AsnSer/Thr/HLys第一个糖残基第

51、一个糖残基GlcNAcGalNAc/Gal糖链长度糖链长度5-25个糖残基个糖残基1-4个个/5-6个个合成部位合成部位rERGB糖基化方式糖基化方式一次性连接一次性连接单个添加单个添加第二节第二节 练习练习1. 一般来说，动物的一般来说，动物的 含有大量的内含有大量的内质网。质网。2. 肝细胞的解毒作用主要是在肝细胞的解毒作用主要是在 上进行，上进行，因为上面含有丰富的因为上面含有丰富的 系统，使有害系统，使有害物质转化。物质转化。3. * 在匀浆和离心的过程中，细胞中破碎的内质在匀浆和离心的过程中，细胞中破碎的内质网常形成近似球形的囊泡结构，称为网常形成近似球形的囊泡结构，称为 。4. *

52、细胞质基质在蛋白质的修饰过程中起重要细胞质基质在蛋白质的修饰过程中起重要作用，例如可以将作用，例如可以将 加到蛋白质丝氨酸加到蛋白质丝氨酸残基的羟基上，使其糖基化；或使某些蛋残基的羟基上，使其糖基化；或使某些蛋白白(如如src编码的酪氨酸激酶编码的酪氨酸激酶)与与 共价结共价结合，从而定位于细胞质膜。合，从而定位于细胞质膜。 （* 1999南开大学硕士研究生入学考试细胞生物学）南开大学硕士研究生入学考试细胞生物学）5. 磷脂合成是在光面内质网的磷脂合成是在光面内质网的 面上进行面上进行的，合成的磷脂向其他细胞部位转移的的，合成的磷脂向其他细胞部位转移的方式主要是方式主要是 和和 。 *6. 粗

53、面内质网是合成粗面内质网是合成 的场所，其合成的场所，其合成的产物在粗面内质网中可能发生的修饰的产物在粗面内质网中可能发生的修饰和变化有和变化有 、 、 和和 ，折叠成正，折叠成正确的空间结构。确的空间结构。* （*1992浙江大学）浙江大学）n6. Which of the following is NOT synthesized in the ER? （哈尔滨医科大学（哈尔滨医科大学 S-PBL）A. All lysosomal enzymes B. All the proteins in the excellular matrix C. All mitochondrial protein

54、s D. All transmembrane proteins found in the plasma membrane 12与蛋白质、脂类和糖类的合成都有关与蛋白质、脂类和糖类的合成都有关的细胞器是的细胞器是 A核糖体核糖体 B溶酶体溶酶体 C内质网内质网 D中心体中心体 （2003全国中学生生物学联赛理论试卷）全国中学生生物学联赛理论试卷）8. 下列细胞中，粗面内质网最发达的是下列细胞中，粗面内质网最发达的是 A. 胚胎细胞胚胎细胞 B. 干细胞干细胞 C. 肿瘤细胞肿瘤细胞 D. 成纤维细胞成纤维细胞 （2005年广东省中学生生物学联赛试卷）年广东省中学生生物学联赛试卷）网格蛋白及其形成

55、的被网格蛋白及其形成的被糖基化（糖基化（Glycosylation）nGlycosylation is the process or result of addition of saccharides to proteins and lipids. The process is one of four principal co-translational and post-translational modification steps in the synthesis of membrane and secreted proteins and the majority of proteins

56、 synthesized in the rough ER undergo glycosylation. It is an enzyme-directed site-specific process, as opposed to the non-enzymatic chemical reaction of glycation. Two types of glycosylation exist: N-linked glycosylation to the amide nitrogen of asparagine side chains and O-linked glycosylation to t

57、he hydroxy oxygen of serine and threonine side chains.N-连接糖基化连接糖基化(N-linked glycosylation) n新合成蛋白进行糖基化修饰的一种方式。糖通新合成蛋白进行糖基化修饰的一种方式。糖通过与蛋白质的天冬酰胺的自由过与蛋白质的天冬酰胺的自由“-NH2”基连接，基连接，所以将这种糖基化称为所以将这种糖基化称为N-连接的糖基化。这一连接的糖基化。这一过程在内质网中进行的。糖基化的第一步是将过程在内质网中进行的。糖基化的第一步是将一个一个14糖的核心寡聚糖添加到新形成多肽链的糖的核心寡聚糖添加到新形成多肽链的天冬酰胺上，其氨

58、基酸的特征序列是天冬酰胺上，其氨基酸的特征序列是Asn-X-Ser/Thr（X代表任何一种氨基酸），天冬酰胺代表任何一种氨基酸），天冬酰胺作为受体。作为受体。n核心寡聚糖是由核心寡聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺（乙酰葡萄糖胺（2GlcNAc）、）、甘露糖（甘露糖（9Man）和葡萄糖（）和葡萄糖（3Glc）组成。这种）组成。这种寡聚糖同寡聚糖同ER膜中的磷酸多萜醇膜中的磷酸多萜醇(dolichol phosphate)紧紧相连。被转移到新生肽上的寡紧紧相连。被转移到新生肽上的寡聚糖在聚糖在ER中会进一步加工，主要是切除三分子中会进一步加工，主要是切除三分子葡萄糖和一分子甘露糖。多萜醇是长链的醇，葡萄糖

59、和一分子甘露糖。多萜醇是长链的醇，具有很长的疏水尾部能够紧紧的结合在膜的双具有很长的疏水尾部能够紧紧的结合在膜的双脂层上。核心寡聚糖链是结合在多萜醇的磷酸脂层上。核心寡聚糖链是结合在多萜醇的磷酸基上，当基上，当ER膜上有蛋白质合成时，整个糖链一膜上有蛋白质合成时，整个糖链一起转移。起转移。O-连接的糖基化连接的糖基化(O-linked glycosylation)n是将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟是将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的赖氨酸的-OH的氧原子上。的氧原子上。O-连接的糖基化是连接的糖基化是由不同的糖基转移酶催化的，每次加上一个单由不同的糖基转移酶催化的，每次加上

60、一个单糖。同复杂的糖。同复杂的N-连接的糖基化一样，最后一步连接的糖基化一样，最后一步是加上唾液酸残基，这一反应发生在高尔基体是加上唾液酸残基，这一反应发生在高尔基体反面膜囊和反面膜囊和TGN中。中。n细胞质基质（细胞质基质（cytomatrix）-是在真核是在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。亦称胞质溶胶。以外的胶状物质。亦称胞质溶胶。n内膜系统（内膜系统（endomembrane system）-是在结构、功能乃至发生上相关的，由是在结构、功能乃至发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构。主要包括膜围绕的细胞器或细胞结构。主要包括内质网