第7章细胞质基质与细胞内膜系统

1、第一节第一节 细胞质基质及其功能细胞质基质及其功能 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内内 质质 网网 高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体过氧化物酶体过氧化物酶体细胞质基质细胞质基质 （cytoplasmic matrix or cytoplasmic matrix or cytomatrixcytomatrix）（一）、（一）、 内质网内质网(endoplasmic reticulum,ER)的的两种基本两种基本类型类型（二）、（二）、ER的功能的功能 （三）、（三）、内质网应激及其信号调控内质网应激及其信号调控 l由意大利科学家Camillo Golgi在1898年发现的,它

2、是普遍存在于真核细胞中的一种细胞器。（一）（一）高尔基体的形态结构与极性高尔基体的形态结构与极性 （二）（二）高尔基体的功能高尔基体的功能 n溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。n溶酶体溶酶体(lysosome):(lysosome):单层膜围绕、内含多种酸性单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。水解酶类的囊泡状细胞器。n主要功能：进行细胞内的消化作用。主要功能：进行细胞内的消化作用。 溶酶体的结构类型溶酶体的结构类型 溶酶体的功能溶酶体的功能 溶酶体的发生溶酶体的发生 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体分泌蛋白合成的模型分泌蛋白合成的模型-信号

3、假说信号假说 蛋白质分选与分选信号蛋白质分选与分选信号膜泡运输膜泡运输 细胞结构体系的组装细胞结构体系的组装 细胞质基质是细胞的重要结构成分，其细胞质基质是细胞的重要结构成分，其 体积体积约占细胞质的一半约占细胞质的一半 细胞质基质的概念和组成细胞质基质的概念和组成 细胞质基质的功能细胞质基质的功能 基本概念：基本概念：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、 线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构线粒体、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。生物化学后，存留在上清液中的主

4、要是细胞质基质的成分。生物化学 家多称之为胞质溶胶。家多称之为胞质溶胶。 主要成分：主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。 主要特点：主要特点：细胞质基质细胞质基质是一个高度有序的体系；是一个高度有序的体系； 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。细胞质基质的涵义细胞质基质的涵义 完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 蛋白质的分选与运输蛋白质的分选与运输 与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞

5、形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命（泛素和蛋白酶体所介导的蛋白质降解控制蛋白质的寿命（泛素和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径）途径） 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 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子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构象细胞质基质的功能细胞质基质的功能 细胞内膜系统概述细胞内膜系统概述 细胞内膜系统的研究方法细胞内膜系统的研究方法 l虽然电子显微镜能够获得高度

6、清晰的细虽然电子显微镜能够获得高度清晰的细胞内膜系统的结构胞内膜系统的结构,但是不能研究单个膜但是不能研究单个膜结合细胞器的结构和功能。结合细胞器的结构和功能。离心分离技离心分离技术、同位素示踪技术和突变技术术、同位素示踪技术和突变技术是有效是有效的研究内膜系统的方法。的研究内膜系统的方法。细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相 关关 的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。真核细胞细胞内的区域化（真核细胞细胞内的区域化（compartmentalization）：）： 细胞骨架纤维为组织者的细胞骨架纤维为组织者的C

7、ytomatrix形成形成 有序的动态结构；有序的动态结构； 细胞内的膜相结构细胞内的膜相结构-细胞器（细胞器（organelles）。）。 细胞内膜系统的特点细胞内膜系统的特点 l内膜系统的最大特点是动态性质内膜系统的最大特点是动态性质( (图图9-3), 9-3), 内内膜系统中的结构是不断变化的，其各自的位置膜系统中的结构是不断变化的，其各自的位置是处于流动状态。是处于流动状态。l这种流动状态这种流动状态, ,将细胞的合成活动、分泌活动将细胞的合成活动、分泌活动和内吞活动连成了一种网络结构和内吞活动连成了一种网络结构, , 在各内膜结在各内膜结构之间常常看到一些小泡来回穿梭，这些小泡构之

8、间常常看到一些小泡来回穿梭，这些小泡分别是从内质网、高尔基体和细胞质膜上产生分别是从内质网、高尔基体和细胞质膜上产生的，这就使内膜系统的结构处于一个动态平衡。的，这就使内膜系统的结构处于一个动态平衡。内质网的两种内质网的两种基本类型基本类型 粗面内质网（粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum，rER） 光面内质网（光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER） 微粒体微粒体（microsome） ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。脂类和多种重要蛋

9、白都是在内质网合成的。 rER的功能的功能 sERsER的功能的功能 蛋白质合成蛋白质合成 蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装l光面内质网具有很多重要的功能光面内质网具有很多重要的功能, ,如类固醇如类固醇激素的合成、激素的合成、肝细胞的脱毒作用肝细胞的脱毒作用、糖原分、糖原分解释放葡萄糖、肌肉收缩的调节等。解释放葡萄糖、肌肉收缩的调节等。l光面内质网能够对外来的有毒物质光面内质网能够对外来的有毒物质, ,如农药、如农药、毒素和污染物进行解毒。多数解毒反应与氧毒素和污染物进行解毒。多数解毒反应与氧化作用有关化作用有关, ,有些也涉及还原和水解有些也涉及还原

10、和水解, ,或者三或者三者结合者结合, ,使有毒物质由脂溶性转变成水溶性而使有毒物质由脂溶性转变成水溶性而被排出体外被排出体外, ,此过程称为肝细胞的解毒作用此过程称为肝细胞的解毒作用, , 主要在肝细胞的光面内质网中进行。主要在肝细胞的光面内质网中进行。n 分泌蛋白分泌蛋白; ; 整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。n 其它的多肽是在细胞质基质中其它的多肽是在细胞质基质中“游离游离”核糖体核糖体上合成的上合成的, ,包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白

11、、转运到线粒体、叶绿膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。体和过氧物酶体的蛋白。n 注意注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中并都是起始于细胞质基质中“游离游离”核糖体核糖体修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等 糖基化糖基化在糖基转移酶（在糖基转移酶（glycosyltransferase）作用下发）作用下发生在生在ER腔面腔面N连接的糖基化：连接的糖基化：N- linked glycosylation（Asn） O连接的糖基化：连接的糖基化： O-

12、linked glycosylation（Ser/Thr or Hylys/Hypro）酰基化发生在酰基化发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸的细胞质基质侧：软脂酸Cysn内质网腔为非还原性的内腔内质网腔为非还原性的内腔，易于二硫键形成；，易于二硫键形成； n正确折叠涉及正确折叠涉及驻留蛋白驻留蛋白（具有具有4肽信号肽信号 KDEL or HDEL，保证滞留在内质网并维持高浓度）：保证滞留在内质网并维持高浓度）：n蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫

13、键并处于正确折叠的状态正确折叠的状态n结合蛋白结合蛋白（Binding protein，Bip）：）：识别错误折叠的蛋识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。 nsER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）n两种例外两种例外：鞘磷脂和糖脂（：鞘磷脂和糖脂（ER开始开始Golgi complex完完成）；成）；Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。某些单一脂类是在它们的膜上合成的。n最重要的磷脂：磷脂酰胆碱最重要的磷脂：磷脂酰胆碱n磷脂合成酶是磷脂合成酶是ER膜整合

14、蛋白，活性位点朝向膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol；（磷脂由细胞质侧通过（磷脂由细胞质侧通过磷脂转位酶磷脂转位酶运至内质网腔面）运至内质网腔面）n磷脂的转运磷脂的转运（P119，图，图7-5） transport by budding：ERGC、Ly、PM；transport by PEP （磷脂转换蛋白）；（磷脂转换蛋白）； 内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔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。基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。 影响内质网影响内质网细胞核信号转导的三种因素：细胞核信号转导的

15、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缺乏主要是固醇缺乏 不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达n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n高尔基体是有极性的细胞器高尔基体是有极性的细胞器n高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应n高尔基体至少由互相联系的高尔基体至少由互相联系的4 4个部分组成个部分组成n高尔基体与细胞骨架关系密切：高

16、尔基体与细胞骨架关系密切：n在非极性细胞中，高尔基体分布在微管的负端；在非极性细胞中，高尔基体分布在微管的负端；n高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白和微丝的马达蛋白；高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白和微丝的马达蛋白；n特异的血影蛋白网架特异的血影蛋白网架 n 结构结构上的极性上的极性: :n靠近内质网的一面称为靠近内质网的一面称为顺面顺面(cis face), (cis face), 或称形或称形成面成面(forming face)(forming face)；n高尔基体高尔基体中间膜囊中间膜囊(medial Golgi); (medial Golgi); n靠近细胞质膜的一面称为靠近细胞质膜的

17、一面称为反面反面 (trans face)(trans face)。n 功能功能上的极性上的极性: :高尔基体执行功能时是高尔基体执行功能时是“流水式流水式”操操作作, ,上一道工序完成了上一道工序完成了, ,才能进行下一道工序。才能进行下一道工序。 嗜锇反应的高尔基体嗜锇反应的高尔基体ciscis面膜囊；面膜囊； 焦磷酸硫胺素酶（焦磷酸硫胺素酶（TPPTPP酶）细胞化学反应，显示酶）细胞化学反应，显示transtrans面面1 12 2层膜囊；层膜囊； 胞嘧啶单核苷酸酶（胞嘧啶单核苷酸酶（CMPCMP酶）细胞化学反应，显示靠近酶）细胞化学反应，显示靠近transtrans面膜囊状面膜囊状 和

18、管状结构和管状结构 GERL GERL结构：结构：6060年代初，年代初，NovikoffNovikoff发现发现CMPCMP和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一 侧，称这种结构为侧，称这种结构为GERLGERL，意为与高尔基体（，意为与高尔基体（G G）密切）密切相关，但相关，但 它是内质网（它是内质网（ERER）的一部分，参与溶酶体（）的一部分，参与溶酶体（L L）的生成。）的生成。 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADPNADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊高尔基体顺面网状结构（高尔基体顺面网状结构（CG

19、NCGN）高尔基体中间膜囊（高尔基体中间膜囊（medial Golgimedial Golgi）: : 多数糖基化修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多数糖基化修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成多糖的合成 高尔基体反面网状结构（高尔基体反面网状结构（TGNTGN）周围大小不等的囊泡周围大小不等的囊泡 顺面囊泡称顺面囊泡称ERGIC/VTCsERGIC/VTCs 反面可见体积较大的分泌泡与分泌颗粒反面可见体积较大的分泌泡与分泌颗粒 高尔基体的高尔基体的4 4个组成部分个组成部分 rER（蛋白质和脂类）（蛋白质和脂类）（蛋白质（蛋白质KDEL或或HDEL）CGN； 蛋白丝氨酸残基发生蛋白丝

20、氨酸残基发生O-连接糖基化；连接糖基化； 跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化； TGN中的低中的低pH值；值； TGN的主要功能：的主要功能：参与蛋白质的分类与包装、运输；参与蛋白质的分类与包装、运输；某些某些“晚期晚期”的蛋白质修饰的蛋白质修饰 高尔基体与细胞的分泌活动高尔基体与细胞的分泌活动 蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化及其修饰 蛋白酶的水解和其它加工过程蛋白酶的水解和其它加工过程 蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质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的基因本身流感病毒囊膜蛋白特异性地转运流感病毒囊膜蛋白特

21、异性地转运 上皮细胞游离端的质膜上皮细胞游离端的质膜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胞基底面的质膜上皮细胞基底面的质膜 水泡性口炎病毒囊膜蛋白等：水泡性口炎病毒囊膜蛋白等：存在双酸分选信号（存在双酸分选信号（Asp-X-GlnAsp-X-Gln或或DXEDXE） 溶酶体酶的分选：溶酶体酶的分选：M6PM6P反面膜囊反面膜囊M6PM6P受体受体 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 蛋白质糖基化类型蛋白质糖基化类型 蛋白聚糖在高尔基体中组装蛋白聚糖在高尔基体中组装 特特 征征 N- N-连接连接 O- O-连接连接1. 1.

22、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基体粗面内质网或高尔基体2. 2. 合成方式合成方式来自同一个寡糖来自同一个寡糖前体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、羟脯氨酸羟赖氨酸、羟脯氨酸4 4 最终长度最终长度 至少至少5 5个个 糖残基糖残基一般一般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.第一个糖残基第一个糖残基NN乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖胺胺NN乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等N-N-连接与连接与O-O-连接的寡糖比较连接的寡糖比

23、较 n 蛋白质的蛋白质的N-连接糖基化是在内质网中进行的连接糖基化是在内质网中进行的,而而对糖基的修饰则是在高尔基体中完成的。对糖基的修饰则是在高尔基体中完成的。n 形成高甘露糖基寡聚糖侧链形成高甘露糖基寡聚糖侧链:切除切除3分子的葡萄糖分子的葡萄糖和个别甘露糖分子和个别甘露糖分子(在在RER中完成的中完成的)(图图9-32),其余甘露糖的切除（在高尔基体）。其余甘露糖的切除（在高尔基体）。n 形成复合寡聚糖形成复合寡聚糖:切除切除5分子甘露糖分子甘露糖,加上加上2分子分子N-乙酰葡萄糖胺、乙酰葡萄糖胺、2分子半乳糖、分子半乳糖、2分子唾液酸分子唾液酸(9-33),有时还要加上岩藻糖有时还要加

24、上岩藻糖n 糖蛋白寡糖链的合成与加工都糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板；没有模板；n 糖基化的主要作用影响多肽的构糖基化的主要作用影响多肽的构象和增加蛋白质的稳定性；象和增加蛋白质的稳定性；n 多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及所带电荷的性质；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及所带电荷的性质；n 对多数分选的蛋白质来说，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；n 进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，限制了其它大分子接近进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白细胞表面的膜蛋白 无生物活性的蛋白原（无生物活性的蛋白原（pr

25、oproteinproprotein）高尔基体高尔基体切除切除N-N-端或两端或两端的序列端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。 蛋白质前体蛋白质前体高尔基体高尔基体水解水解同种有活性的多肽，如神经肽等。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含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体高尔基体加工成不同的产物。加工成不同的产物。 同一种蛋白质前体同一种蛋白质前体不同细胞、以不同的方式加工不同细胞、以不同的方式加工不同的多肽。不同的多肽。加工方式多样性的可能原因加工方式多样性的可能原因：确保小肽分子的有效合成；确保小

26、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；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。有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。在高尔基体中进行的肽链酪氨酸残基的硫酸化作用在高尔基体中进行的肽链酪氨酸残基的硫酸化作用 溶酶体溶酶体膜膜的特征：的特征：嵌有嵌有质子泵质子泵，形成和维持溶酶体中，形成和维持溶酶体中酸性酸性的内环境；的内环境；具有多种具有多种载体蛋白载体蛋白用于水解的产物向外转运；用于水解的产物向外转运； 膜蛋白膜蛋白高度糖基化高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。 溶酶体的标志酶：

27、酸性磷酸酶（溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acid phosphataseacid phosphatase） 类型类型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态大小，执行不同生理功能的一类异质性异质性（heterogenousheterogenous）的）的细胞器细胞器 。初级溶酶体初级溶酶体（primary lysosomeprimary lysosome） 次级溶酶体次级溶酶体（secondary lysosomesecondary lysosome） 自噬溶酶体（自噬溶酶体（autophagolysosome

28、autophagolysosome） 异噬溶酶体（异噬溶酶体（phagolysosomephagolysosome） 残余小体（残余小体（residual bodyresidual body），又称后溶酶体。），又称后溶酶体。 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老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损伤和死亡的细胞 防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）噬细胞而吞噬、消化） 其它重要的生理功能其它重要的生理功能 溶酶体与疾病溶酶体与疾病 作为细胞内的消化作为细胞内的消化“器官器官”为细胞提供营养；为细胞提供营

29、养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；受精过程中的精子的受精过程中的精子的顶体顶体（acrosome）反应。）反应。 溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引起疾病。如台响细胞代谢，引起疾病。如台-萨氏（萨氏（Tay-Sachs）等各种储积症）等各种储积症. p135 发生途径发生途径 分选途径多样化分选途径多样化 酶的加工方式多样化酶的加工方式多样化 糖侧链的部分水解、膜蛋白等溶酶体酶的合成及N-连接的

30、糖基化修饰（RER） 高尔基体cis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高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑 依赖于依赖于M6PM6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运的分选途径的效率不高，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离子的M6PM6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体受体，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，介导的内吞作用，将酶

31、送至前溶酶体中，M6PM6P受体返回细胞受体返回细胞质膜，反复使用。质膜，反复使用。 还存在不依赖于还存在不依赖于M6PM6P的分选途径（如水溶性蛋白穿孔素和的分选途径（如水溶性蛋白穿孔素和粒酶）粒酶） 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)(peroxisome)又称微体又称微体(microbody)(microbody)，是，是 由单层膜由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。 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 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鼠肝细胞超薄切片所显

32、示的过氧化物酶体（鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P P）和其它细胞器如线粒体（）和其它细胞器如线粒体（M M）等）等（Albert et al. ，1989）过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大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尿酸氧化小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。识别的主要特征。过氧化物酶体和溶酶体的过氧化物酶体和溶酶体的差别差别 特 征 溶 酶 体 微 体 形 态 大 小 多 呈 球 形 ， 直 径0.2 0.5 m， 无 酶 晶 体 球形，哺乳动物细胞中直径多 在 0.

33、150.25 m， 内 常 有 酶 的 晶 体 酶 种 类 酸 性 水 解 酶 含 有 氧 化 酶 类 pH值 5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 粗 面 内 质 网 合 成 经 高 尔 基 体 出 芽 形 成 酶 在 细 胞 质 基 质 中 合 成 ， 经 分 裂 与 组 装 形成 识 别 的 标 志 酶 酸 性 水 解 酶 等 过 氧 化 氢 酶 动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液动物细胞（肝细胞或肾细胞）中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。中的有毒成分，起

34、到解毒作用。 过氧化物酶体中常含有两种酶：过氧化物酶体中常含有两种酶： 依赖于黄素（依赖于黄素（FADFAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成H H2 2O O2 2； 过氧化氢酶，作用是将过氧化氢酶，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。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。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，它催化在绿色植物叶肉细胞中，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

35、光呼吸反应；即所谓光呼吸反应； 乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体 降解储存的脂肪酸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。 氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，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。还需要进一步装配形成成熟的细胞器。 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。中合成，然后转运到过氧化物酶体中。 过氧化物酶体蛋白分选的信号

36、序列过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）：）： PTS1为为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的，多存在于基质蛋白的C C端。端。 PTS2为为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白，存在于某些基质蛋白N-N-端。端。 过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。 内质网也参与内质网也参与过氧化物酶体的发生过氧化物

37、酶体的发生 过氧化物酶体发生过程的示意图信号假说信号假说(Signal hypothesis) GBlobel et al：Signal hypothesis,1975 信号肽（信号肽（Signal peptide）与共转移）与共转移（Cotranslocation） 导肽（导肽（Leader peptide）与）与后转移后转移（Post translocation） 信号假说信号假说内容内容 指导因子指导因子： 蛋白质蛋白质N-端的信号肽（端的信号肽（signal peptide） 信号识别颗粒（信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）信号识别颗粒的受体

38、（又称停泊蛋白信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白docking protein，DP）l即即SRP在内质网膜上的受体蛋白在内质网膜上的受体蛋白, 能与结合有信号序列的能与结合有信号序列的SRP牢牢地结合牢牢地结合,使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。实验组别含有编码信号含有编码信号 SRP DP 微粒微粒体序列的体序列的mRNA结 果 1 + - - - 产生含信号肽的完整多肽2 + + - - 合成70100氨基酸残基后，肽链停止延伸3 + + + - 产生含信号肽的完整多肽4 + + + + 信号肽切除，多肽链进入微粒体中 * “+”和“-”分

39、别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。信号肽（信号肽（Signal peptides）与）与 信号斑（信号斑（Signal patches） 起始转移序列和终止转移序列起始转移序列和终止转移序列 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数基本的特征：基本的特征： 蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称些细胞器中，称后转移后转移（post translocation）。）。 蛋白质跨膜转移过程需要蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热

40、休克蛋白还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。 分选途径分选途径 分选信号分选信号门控运输（门控运输（gated transport）；）；跨膜运输（跨膜运输（transmembrane transport）；）；膜泡运输（膜泡运输（vesicular transport） 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白存于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定

41、向运输及其复杂的调控过程。膜泡定向运输及其复杂的调控过程。 三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用作用 膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控组装、去组装的复杂调控 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 COPI包被小泡包被小泡 负责蛋白质从高尔基体负责蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞质膜、胞 内体或溶酶体和植物液泡运输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在受体介导的细胞内吞途径也负责将物 质从质膜质从质膜内吞泡内吞泡(细胞质细胞质) 胞内

42、体胞内体溶酶体运输溶酶体运输高尔基体高尔基体TGN是网格蛋白是网格蛋白包被小泡形成的发源地包被小泡形成的发源地 负责从内质网负责从内质网高尔基体的物质运输；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； 包被蛋白的装配包被蛋白的装配是受控的；是受控的； COPII包被小泡具有对转运物质的选择包被小泡具有对转运物质的选择 性并使之浓缩。性并使之浓缩。 COPI包被含有包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配 与去装配依赖于与去装配依赖于ARF(GTP-binding protein)； 负责回收、转运内质网逃逸蛋白负责回收

43、、转运内质网逃逸蛋白 ER。 细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制： 转运泡将应被保留的驻留蛋白转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥排斥在外，防止出芽转运；在外，防止出芽转运； 通过识别驻留蛋白通过识别驻留蛋白C-端的端的回收回收信号信号(lys-asp-glu-leu,KDEL) 的特异性受体，以的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式包被小泡的形式捕获逃逸蛋白捕获逃逸蛋白。 COPI-包被小泡在非选择性的批量运输中行使功能包被小泡在非选择性的批量运输中行使功能, 负责负责 rER Golgi SV PM。 COPI-包被小泡除行使包被小泡除行使GolgiER逆行

44、转运外，也可行逆行转运外，也可行 使顺行转运功能使顺行转运功能, 从从ERER-Golgi ICGolgi。 膜泡融合是特异性的膜泡融合是特异性的选择性融合选择性融合，从而指导细胞，从而指导细胞内膜流的方向内膜流的方向选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异特异性相互作用性相互作用（如神经细胞质膜的（如神经细胞质膜的syntaxin特异结合特异结合突触小泡膜上的突触小泡膜上的VAMP)内质网：内质网：“开放的监狱开放的监狱” 高尔基体：高尔基体：“运输枢纽运输枢纽”生物大分子的组装方式：生物大分子的组装方式：有些装配过程需有些装配过程需ATP或或GTP提

45、供能量或其它成份的提供能量或其它成份的 介入或对装配亚基的修饰介入或对装配亚基的修饰 自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供 的装配环境的装配环境装配具有重要的生物学意义：装配具有重要的生物学意义：分子分子“伴侣伴侣”（molecular chaperones）自我装配（自我装配（self-assembly）协助装配（协助装配（aided-assembly）直接装配（直接装配（direct-assembly）复合物与细胞结构体系的组装复合物与细胞结构体系的组装 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 减少所需的遗传物质

46、信息量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通过装配与去装配更容易调节与控制 多种生物学过程多种生物学过程 细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合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，配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为因此称为分子分子“伴侣伴侣”。 细 胞 组 分 数 目 体 积 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 30

47、0 200 400 1700 54 6 12 3 1 1 1 22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 （引自Albert.1998） l(1)(1)分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体; ;l(2)(2)合成的合成的N-N-端信号序列露出核糖体后端信号序列露出核糖体后, ,靠自由碰撞与靠自由碰撞与内质网膜接触内质网膜接触, ,然后靠然后靠N-N-端信号序列的疏水性插入内端信号序列的疏水性插入内质网的膜质网的膜; ;l(3)(3)蛋白质继续合成蛋白质继续合成, ,并以袢环形式穿过内质网的膜并以袢环形式穿过内质网的膜; ;l(4)(4)如果

48、合成的是分泌的蛋白如果合成的是分泌的蛋白, ,除了信号序列被信号肽除了信号序列被信号肽酶切除外酶切除外, ,全部进入内质网的腔全部进入内质网的腔, ,若是膜蛋白若是膜蛋白, ,则由一则由一个或多个停止转移信号将蛋白质锚定在内质网膜上。个或多个停止转移信号将蛋白质锚定在内质网膜上。l核糖体同内质网的结合受制于核糖体同内质网的结合受制于mRNA中特定的密码中特定的密码序列序列(信号肽信号肽)，具有这种密码序列的新生肽才能连同，具有这种密码序列的新生肽才能连同核糖体一起附着到内质网膜的特定部位。核糖体一起附着到内质网膜的特定部位。l核糖体同内质网的结合是核糖体同内质网的结合是功能性功能性结合，具有功能性和结合，具有功能性和暂时性暂时性，并受时间和空间的限制。，并受时间和空间的限制。l信号序列的两个基本作用是信号序列的两个基本作用是:通过与通过与SRP的识别和的识别和