医学细胞生物学：细胞的内膜系统及膜的动态

1、细胞的内膜系统及膜的动态Endomembrane system and membrane dynamics 本章内容提要The key points of this chapter内膜系统的概念及功能内膜系统的定义内膜系统的功能游离核糖体及附着核糖体所合成的蛋白内膜系统的重要细胞器内质网的定位、结构与功能高尔基复合体的定位、结构与功能溶酶体的结构特点、形成与功能过氧化物酶体的结构特点、形成与功能有被囊泡的形成及特点囊泡运输及意义囊泡运输特点囊泡运输的准确卸载囊泡运输与膜动态囊泡运输的准确起始内膜系统合成、加工及转运的蛋白的种类知识点1. 内膜系统的定义、功能及各个成员间的内在联系The def

2、inition ,functions and the connection among its members of the endomembrane system内膜系统的概念The general concept of endomembrane system细胞的分类原核细胞(Prokaryotic cells)真核细胞 (Eukaryotic Cells)（根据核） 指细胞内发生与功能上相关的膜式细胞器，包括：细胞核外膜(outer nucleus membrane)，内质网(endoplasmic reticulum)，高尔基复合体(Golgi Complex)，溶酶体(lysosom

3、e)，囊泡vesicles)，不包括线粒体(mitochondra)；过氧化物酶体(peroxisome)是内膜系统中的一个特殊成员。内膜系统的概念The general concept of endomembrane system2.细胞内膜脂及有些蛋白质的加工与运输变得:Protein processing and modification become:精细化(exquisite )专业化(specialized)有序化(in good order)高效化 (effective)内膜系统出现的意义：The significance of endomembrane system一些酶的反应

4、在相对独立的空间内进行，提高了效率。(relative separated space, high efficiency) 内膜系统发生发展的关联：The connection and origination of each member of the endomemrance system内膜系统发生发展的关联：核膜的延伸内质网高尔基复合体初级溶酶体次级溶酶体分泌小泡膜蛋白运载小泡过氧化物酶体内膜系统合成、加工及转运哪些蛋白？What are the proteins that synthesized, processed and transported by endomembrane sy

5、stem?问题：内膜系统进行了哪些系统的工程？What are the systematic engineerings for the endomembrane system ?膜质的合成与转运蛋白的合成、加工与转运细胞内的蛋白合成及转运小亚基大亚基新合成的肽定位内质网新合成的肽定位细胞浆溶酶体分泌小泡细胞膜内质网驻留蛋白细胞浆蛋白新合成的蛋白上有转运信号线粒体细胞核过氧化物酶体核糖体自由核糖体(游离核糖体）Free ribosomes内质网附着核糖体Attached ribosomes细胞核蛋白细胞浆蛋白线粒体的大部分蛋白过氧化物酶体的酶蛋白膜蛋白分泌蛋白溶酶体酶蛋白及膜蛋白内膜系统驻留蛋白

6、内膜系统重要的细胞器内质网高尔基复合体溶酶体囊泡过氧化物酶体空间定位(location)结构特点(structure characteristics)分子组成 (molecular components) 功能对内膜系统的贡献(contribution for endomembrane system)自身的一些特殊功能(specific function for its self)知识点2. 内质网的定位、结构与功能 The location ,structure and functions of endoplasmic reticulumWT rbGHRDAPImerge生长激素膜受体通过腺

7、病毒在细胞内表达内质网粗面内质网（Rough ER）滑面内质网（smooth ER）内质网的定位、结构特点及分类 location , structure, classification of endoplasmic reticulum不同组织或细胞因其生理功能不同其两类内质 网的比例相差较大(the ratio of RER and SER varies according to the function of the specific organelle .)2. 内质网的化学组成Chemical components of endoplasmic reticulum 人们在匀浆细胞获取内

8、质网时，不能得到完整的内质网，但是人们得到了微粒体（microsome）。微粒体的本质是内质网匀浆破坏后，形成的球囊小泡 。Microsome?（1）膜脂(membrane lipids)： 对不同动物组织来源的微粒体的化学组分分析的数据显示：内质网膜脂类含量约30-40%，蛋白质含量在60-70% 大鼠肝微粒体各种脂质成分的比例 lipidsGangliosides（神经节苷脂）Plasmalogen（缩醛脂）Neutral lipid（中性脂）phospholipids （磷脂） Phosphatidylcholine（卵磷脂55%）Phosphatidylethanolamine（磷脂酰

9、乙醇胺20-25%） Phosphatidylinositol（磷脂酰肌醇5-10%）Phosphatidylserine（磷脂酰丝氨酸5-10%）Sphingomylin（鞘磷脂4-7%）（2）膜蛋白(membrane proteins)： 微粒体中的蛋白种类很多，SDS分析可观察的30条不同的多肽带，表观分子量从15-150KD不等。 内质网膜含有多种酶系(Enzyme systems)参与解毒功能的氧化还原反应电子传递酶系与脂质合成相关的酶类与碳水化合物代谢相关的酶类：葡萄糖-6-磷酸酶（为内质网标志酶）内质网腔中的一些蛋白热休克蛋白70（heat shock protein 70，HS

10、P70）同源蛋白葡萄糖调节蛋白94（glucose regulated protein 94， GRP94）又称 内质蛋白（endoplasmin） 钙连蛋白（calnexin）是依赖于钙离子的凝集素样伴侣蛋白 蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase, PDI） 可帮助蛋白质肽链内形成正常的二硫键 参与或帮助蛋白折叠(Retention Proteins)（1）粗面内质网的功能 (the functions of RER)1） 粗面内质网的主要功能是内膜系统蛋白质合成的载体，是新合成蛋白质初加工修饰的场所，也是蛋白合成后转运的场所。(location of

11、endomebrane system protein synthesis, primary modification and transportation) 3. 内质网的功能(The functions of ER)问题： 附着核糖体与游离核糖体有何不同？what is the different between free ribosome and attached ribosome? 为什么要形成附着核糖体？Why should attached ribosomes are formed? 附着核糖体是怎样形成的？How does an attached ribosome form?新合成

12、的肽要进入内质网的腔而内质网的膜式结构是疏水性的。Nucear proteinsmost of Mit proteinsPeroxisome proteinsProteins in cytosolSecretion proteinsMembrane integral proeinsRetention proteins Lysosomal enzyme proteins and membrane proteins难点1. 新合成的肽如何进入内质网的腔？How does the newly synthesized peptide enter into the lumen of the ER?信号肽

13、假说(signal peptide hypothesis) ? 信号肽假说（Signal peptide hypothesis ）信号肽识别颗粒（signal peptide recognition particle)信号肽引导分泌蛋白进入内质网腔的过程及机理(the mechanism of signal peptide leads newly synthesized peptide into the ER) （信号肽假说）见视频1内质网上所合成的蛋白（分泌蛋白、溶酶体酶蛋白、 跨膜蛋白）的加工转运过程详见视频2The synthesis , modification and transpo

14、rtation of secretion protein, lysosomal protein and transmembrane protein,膜蛋白是怎样形成的？How does a transmembrane protein form?分泌蛋白形成跨膜蛋白的形成 2）新合成多肽在内质网腔内的折叠 及二硫键的形成过程 (protein folding and disulfide linkage formation)内质网中蛋白质在二硫键异构酶的作用下形成正确二硫键的过程新形成的肽在分子伴侣的帮助下形成正常的折叠Proteins are folded to their nature str

15、ucture underthe help of chaperone protein)新合成的肽在粗面内质网内进行初级的糖基化。糖基化形成的特点是先由一种特殊的寡糖链转移酶（oligosaccharyl transferase）将腔内膜脂中磷酸多萜连接的寡糖（lipid-linked oligosaccharide）转移到新肽序列Asn-X-Ser 或Asn-X-Thr（X为Pro之外的所有氨基 酸）的Asn残基上。3）蛋白质的糖基化修饰 (Protein glycosylation )寡糖转移酶细胞浆增长的肽链内质网囊腔粗面内质网磷酸多萜醇连接的寡糖链4）蛋白质的细胞内转运(protein t

16、ransportation)新合成的多肽在粗面内质网内经过折叠、糖基化修饰等过程，在内质网某个区浓缩，然后通过出芽的方式以有被小泡（coated vesicle）的形式经转运到高尔基复合体去进行进一步的加工、修饰、浓缩、分选。也有一些蛋白在内质网内合成后经折叠、加工、浓缩成为分泌泡，然后分泌到细胞外（如哺乳动物胰腺外分泌细胞）。 内质网应激 (ER-tress)What is ER-stress?内质网应激（ER-stress）内质网对蛋白的加工、修饰能力超出限度 Duty overload 内质网环境不利于工作Unfavorable environment粗面内质网的功能是对新合成蛋白进行修

17、饰加工，包括：蛋白的折叠，二硫键的形成及初级的糖基化加工 内质网加工的能力 是有限度的环境：氧化还原的状况，Ca 2+ 浓度 , ATP 的量等因素内质网内新产生的蛋白超出了其加工能力或环境因素改变不利于加工，都会导致未折叠蛋白的积累，内质网处于压力过高的状况内质网应激（ER stress）Three branches of UPR signaling Genes ExpressionER LumenCytoplasmNucleusCleavageATF6cATF6 XBP1 Chaperons CHOPcATF6IRE1PXBP1uXBP1sJNKmRNA degradationPP Pro

18、tein degradation Chaperons P58PXBP1sPERKeIF2ATF4TranslationPPP Stress response Amino acid transport and synthesis Redox reaction CHOPPATF4未折叠蛋白(Unfolded protein)未折叠蛋白反应(unfolded protein response)1）滑面内质网参与脂质的合成与转运 Lipids synthesis and transportation滑面内质网含有甘油三脂，细胞膜的磷脂及胆固醇类的酶体系。细胞内的类固醇类激素的合成也在滑面内质网内进行。

19、（2）滑面内质网的功能The functions of smooth ER脂酰转移酶磷酸甘油二脂甘油二脂磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷酸酶胆碱磷酸转移酶卵磷脂的形成过程胞嘧啶二磷酸胆碱胞嘧啶一磷酸内质网膜(membrane of ER)翻滚酶在磷脂交换蛋白（phospholipid exchange proteins ，PEP）的作用下，以形成复合物的形式自由扩散至细胞质基质，然后转运并卸载到线粒体、过氧化物酶体等膜上。磷脂交换蛋白的作用细胞质膜(cytoplasm membrane)滑面内质网上的葡萄糖-6-磷酸酶在糖原代谢中的作用.nG-1-PPPG-6-PGG糖原分子糖原磷酸化酶葡萄糖磷酸异构酶

20、光面内质网葡萄糖-6-磷酸酶Pi透过酶细胞质膜2）滑面内质网参与糖原代谢 involving in glycogen metabolism3）滑面内质网是细胞内解毒的主要细胞器 Detoxification肝细胞的滑面内质网上含有丰富的氧化还原及电子 传递酶系，OHOcytP450, NADPH-cytP450 还原酶cytb,NADH-cytb5还原酶，NADPA-cytC 还原酶等。可把毒物氧化以减轻其毒性，还可把毒物羟基化以有利于毒物从细胞内及体内排出。4）滑面内质网是细胞内的“钙库” Reservoir for Ca2+磷酸脂酶C磷脂酰肌醇（4,5）二磷酸三磷酸肌醇5） 滑面内质网与胆

21、汁的合成与分泌密切相关 Bile synthesis and secretion肝细胞中，滑面内质网有合成胆盐的酶体系。 内质网的病理变化Pathological changes of ER内质网为十分敏感的细胞器，异常时会表现出不同的变化。肿胀(swollen)水样变：在缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，ER由于水分和钠的流入，内质网变成囊泡，囊泡相互融合形成更大的囊泡，甚至使内质网胀破 。囊池塌陷(sinking) ：内质网膜的过氧化损伤可导致蛋白合成障碍， 甚至造成内质网形态的改变，往往表现为内质网囊池的塌陷脱粒( loss of ribosomes)：低氧、病毒性肝炎引起粗面内质网的

22、肿胀，往往伴随附着核糖体的脱离及内质网萎缩。肿瘤细胞内的ER：呈现多样性改变,such as annulate lamellae 知识点3. 高尔基复合体的形成、结构特点及功能Origination , structure characteristics of Golgi Comples and its functions高尔基复合体（ Golgi complex ）来源及发生(origination or formation)分布特点(characteristics of distribution)形态、分布、生理状态与细胞类型及功能有关；发达程度与细胞分化程度呈正比；高尔基体与细胞骨架关系

23、密切：高尔基体在细胞中需细胞骨架维持其相对位置。 在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(微管组织中心的一侧) 高尔基体的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmic dynein和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。 高尔基复合体（ Golgi complex ）1.高尔基复合体的形态结构及极性(structure with polar ends)EM tomography （EMT）2. 高尔基复合体的化学组成Chemical components of Golgi Complex（1）脂质是高尔基体的基本成分内质网、高尔基复合体及细胞质膜各种脂质的含量对比 脂质类型 磷

24、脂酰乙醇胺（%） 卵磷脂（%） 鞘磷脂（%） 磷脂酰丝氨酸（%） 胆固醇(%) 内质网 35.8 47.8 3.4 5.6 0.12 高尔基体 36.5 31.4 14.2 4.7 0.47 质膜 34.4 32.0 19.2 4.6 0.51PE PC SMPSCHO（2）高尔基复合体含有多种酶蛋白体系 ( contains many enzyme systems) 高尔基复合体含有多种酶系，其中，糖基转移（glycosyltransferase）是其标志酶。高尔基 复合体在其不同的区域内有不同的糖基转移酶。 顺面平囊Cis cisternae甘露糖转移酶N-乙酰半乳糖胺转移酶 中间平囊Mi

25、ddle cisternae 反面平囊Trans cisternaeN-乙酰葡萄糖胺转移酶唾液酸转移酶半乳糖基转移酶岩藻糖转移酶3. 高尔基复合体的功能The functions of Golgi Complex（1）高尔基复合体是内膜系统蛋白质转运的中间站A transition station for endomembrane protein transportation（2）高尔基复合体是内膜系统蛋白质加工修饰的重要场所An important place for protein modification1）蛋白质的糖基化修饰(glycosylation) N糖苷键的修饰 (N-link

26、ed glycosylation) N连接的糖基化修饰在ER腔内完成，仍需在高尔基复合体内进一步加工修饰（剪切和补加某些基团） 内质网2 在高尔基复合体还会形成O-糖苷键( O-linked glycosylation)与Ser、Thr的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺 两种蛋白质的糖基化比较(Comparison of two kinds of protein glycosylation) 特点 N-糖苷键 O-糖苷键1. 形成的空间 粗面内质网高尔基复合体2. 形成的方式 从一个寡聚糖链而来糖基逐个加上3. 氨基酸 AsnSer、Thr、4. 长度 至少5个糖基多数1-6个糖基

27、5. 第一个糖基NacetylglucosamineN-乙酰葡萄糖胺Galactose(半乳糖）或Nacetylgalactosamine（N-乙酰半乳糖胺）高尔基复合体糖基化的特点Characteristics of glycosylation in Golgi Complex高尔基体的糖基化修饰加工酶都是整合膜蛋白；(enzymes for modification are integrated proteins or transmembrane proteins)定位区域不同酶加工区室化；(compartment of enzymes distribution)加工酶的活性部位面向高尔基

28、体腔面；(enzyme activity lies in inner memebrane surface)作用：切去或加上单糖基；(remove or add some sugar unit)糖基化的作用(the role of glycosylation)对蛋白质有保护作用,使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；(protection)赋予蛋白质运输信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。(for transportation and folding)参与形成细胞表面的糖被，并可参与细胞识别。(involving in surface glycocalyx, for cell cell r

29、ecognition)2）蛋白质的水解加工(protein hydrolysis or cutting )如胰岛素的C-肽需要在高尔基复合体内完成酶切，然后形成成熟的AB两链的胰岛素。促甲状腺激素释放激素（3） 高尔基复合体是内膜系统脂质 更新及囊泡定向运载的重要环节 an important site for membrane lipid transportation and renewing1）许多囊泡运输的脂质要经过高尔基复合体做中转Many phospholipids pass Golgi Complex as a transition station2） 细胞膜的糖脂的糖基化修饰发生

30、在高尔基复合体 the place for Glycolipid formation and modification肥大(enlargement): 细胞分泌功能亢进，细胞内Golgi复合体会代偿性变大。 高尔基复合体的病理变化Pathological changes of Golgi Complex萎缩(shrank): 病理情况下细胞分泌活动障碍可导致高尔基复合体萎缩。如 肝中毒时，脂蛋白合成及分泌发生障碍可见Golgi萎缩、破坏甚至消失。肿瘤细胞：生长迅速、分化程度低的癌细胞其Golgi复合体不发达而分化好的癌细胞其Golgi复合体发达。知识点4. 溶酶体的结构特点及功能The str

31、ucture characteristics and functions of lysosomes1. 溶酶体的形态结构特点(the characteristics of lysosome in morphology ：溶酶体（lysosome）是细胞内单层膜包被的小体，大小差较大，直径从0.2-0.8m, 最小的在0.05m，最大的可达数微米，在不同细胞中数量差异较大。溶酶体 内含各种酸性水解酶或酶原。(contains varies acidic hydrolases) 溶酶体（lysosome）2. 溶酶体的生化组成特点：（1）溶酶体是单层单位膜组成的囊球状小体。(one unit me

32、mbrane sphere)（2）溶酶体内含有丰富的酸性水解酶 (contains acidic hydrolysis enzymes), 这些酶包括：蛋白质、核酸、脂类、糖苷类等分解的酶， 也包括磷酸酶及溶菌酶类。其中酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。 (marker enzyme is acidic phosphatase ) （3）溶酶体膜上有质子泵(proton pump)的分布，质子泵通过水解ATP 所产生 的能量用于把 细胞浆中的质子泵入溶 酶体内用以激活溶酶体内的酸性水解酶。（4）溶酶体膜上的跨膜蛋白大都高度糖基化（糖成分可占糖蛋白重量的 50%， 这些糖基化膜蛋白 的糖链中富含唾液酸

33、，可用于保护溶酶体不为自身的 水解酶降解。）(highly glycosylated transmembrane proteins in its membrane)The membrane proteins of lysosomesATPADP+PiH+Chemical components溶酶体内各种酸性水解酶3. 溶酶体的类型(classification of lysosomes)： How many types?（1）初级溶酶体（primary lysosome）： 溶酶体的酶蛋白原在高尔基复合体的反面网状结构（TGN）处浓缩、分选后，出芽形成网格蛋白小泡，网格蛋白 小泡经去被后形成的

34、小泡内含有溶酶体的酸性水解酶原，这时的小泡为初级溶酶体，因小泡内的pH值较高，酶都不具活性 。 初级溶酶体与自噬体（autophagosome） 或异噬体（heterophagosome）结合后，在质子泵的作用下细胞浆中的质子进入溶酶体内，使得其pH 值降低。 酶开始发挥其活性。（2）次级溶酶体（secondary lysosome）：自噬溶酶体（autophagolysosome）：初级溶酶体与自噬体（autophagosome）结合的产物。异噬溶酶体（heterophagolysosome）：初级溶酶体与异噬体结合的产物。异噬体包括：内体（endosome，多指受体介导的内吞作用所形成的产

35、物）、吞噬体（phagosome）和吞饮体。 又称后溶酶体（post-lysosome）或终末溶酶（telolysosome）， 次级溶酶体经水解酶消化后的产物，此时溶酶体内的酶活性已经消耗完毕 。有时会有一些没有消化的成分残留，因此也称残留小体(residual body)。（3）三级溶酶体（tertiary lysosome）：寡糖链溶酶体酶蛋白甘露糖-6-磷酸受体 4溶酶体的形成过程(the formation of lysosome)：溶酶体酶蛋白的形成 (the process of lysosomal protein formation)Golgi次级溶酶体的形成过程(second

36、ary lysosome formation)5. 溶酶体的功能 (the functions of lysosome) (1) 通俗地讲溶酶体的基本功能是细胞内的“垃圾处理器”，起“节能与环保”的双重作用。当然，因为溶酶体可清理异物，因此对细胞也起保护作用。(it is a recycle bin for resource reusing and environment cleaning, it protects the cell )(2) 参与激素的形成(involving in hormone formation)甲状腺滤泡胶体 （3） 在个体发育中起重要作用( special func

37、tions in development)1） 清除多余的或废弃的组织与细胞Getting rid of extra or old or used tissue of cells2）受精 fertilization （acrosome reaction)哺乳类子宫的周期，人的月经周期Mammal uterus cycle, human menstration如：骨组织的重建Bone remodeling 溶酶体与疾病(lysosome and diseases)（1）先天性溶酶体病：溶酶体酶的基因发生缺失或突变，或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢引起疾病。 (inherited or ge

38、netic disease)型糖原累积病葡萄糖苷酶异常心力衰竭、肌无力；脑苷脂沉积病（Gaucher） 葡萄糖苷酶异常葡萄糖脑苷脂沉 积肝、脾、淋巴结肿大、中枢神经系统萎缩变性；神经鞘磷脂沉积病（NiemannPick）神经鞘磷脂酶缺乏 神经鞘磷脂蓄积肝、脾、淋巴结肿大、中枢神经系统损害；粘多糖沉积病：缺乏粘多糖降解酶骨骼、智力、脏器异常；泰-萨氏（Tay-Sachs）（黑朦性先天愚病） -N-乙酰基糖苷酶A 缺乏神经节苷脂GM2累积渐进性失明、痴呆、瘫痪。此病的病理样 品上可观察到溶酶体的变化。泰-萨氏（Tay-Sachs）（黑朦性先天愚病） 神经元中的溶酶体（2） 后天因素所致的溶酶体疾病

39、(environmental related lysosome diseases)矽肺：溶酶体膜受损（职业病）(professional disease) 矽尘颗粒（SiO2） 巨噬细胞 吞噬性溶酶体 矽酸分子 （负电荷） 结合溶酶体膜上阳离子致溶酶体膜破裂 反复细胞自溶 胶原纤维增生 肺硬化 肺功能衰竭治疗：克矽平聚-乙烯吡啶氧化物 结合矽酸保护溶酶体膜痛风(Gout)：尿酸与溶酶体膜形成氢键(Uric Acid forms hydrogen bond with lysosomal membrane)。原发性痛风是由先天嘌呤代谢紊乱引起，是常染色体显性遗传，但外显性不完全 。 由于高尿酸血症

40、而在关节部位形成痛风石和沉积痛风石，原因是尿酸致使溶酶体膜稳定性降低，溶酶体溶解后，形成纤维化组织。 类风湿性关节炎：免疫性疾病 溶酶体膜稳定性降低 关节软骨细胞自溶 知识点5. 过氧化物酶体的结构特点及功能The structure characteristics and functions of peroxisome过氧化物酶体的基本结构及理化特征(characteristics of peroxisomes in structure and chemical and physical properties)： （1）过氧化物酶是一类高度异质的 单层膜性球囊状小体( a heterogen

41、eous uni-unit membrane sphere-like organelle)最初，称微体（microbody），跟溶酶体相近，是单层膜包被的小体，直径在02.-1.7m，也是高度异质化的细胞器。跟溶酶体不同的是过氧化酶体内含有电子致密度高、排列规则的晶格结构，这是尿酸氧化酶所形成的类核体（nucleoid）或类晶体（cystalloid）。 过氧化物酶体（peroxisome） 膜质成分主要为磷脂酰胆碱(PC)及磷脂酰乙醇胺(PE)，膜蛋白包括多种结构蛋白与酶蛋白。允许氨基酸、蔗糖、乳酸等小分子自由穿梭。（2）过氧化物酶体具有较高的物质通透性 with a higher perm

42、eability（3）过氧化物酶体所含的酶(enzymes enclosed in peroxisomes)过氧化氢酶(catalase) 是过氧化物酶体的标志酶。含有40 多种酶。(1)氧化酶类(oxidases)： 包括尿酸氧化酶(urate oxidase) 、D-氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase)、L-氨基酸氧化酶(L-amino acid oxidase)等。氧化酶类占所有酶量的50-60%。氧化酶的作用可产生过氧化氢：RH2+O2 R+ H2O2(2)过氧化氢酶(catalase)： 这种酶占过氧化物酶体的40%。其催化的反应如下： 2H2O22H2O+ O2

43、2. 过氧化物酶体的功能(the functions of peroxisome)：（1）氧化一些分子起到解毒的作用（2）调节细胞内氧浓度的作用3. 过氧化物酶的发生(the formation of peroxisome)：难点2. 过氧化物酶体的发生(the formation of peroxisome)蛋白的发生(protein origination)（1）过氧化物酶体内的蛋白（酶类）源于游离核糖体，通过过氧化物酶体蛋白的定向信号（peroxisomal targeting signal, PTS）将其导入过氧化物酶体内。（2）过氧化物酶体的膜整合蛋白也来自游离的核糖体。因此，过氧化

44、物酶体与溶酶体的来源大不相同。Peroxisomal-targeting signal，PTS）： PTS1 :Ser-lys-leu，in C terminal PTS2: Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，in N-terminal membrane protein as receptors to recoginize PTS过氧化物酶体膜的来源过氧化物酶体疾病(peroxisome and diseases)原发性过氧化物酶体缺陷与疾病( mal-production of catalase and the related genetic diseases)过

45、氧化氢酶缺乏(catalase abortive )： 遗传性无过氧化氢酶血症 过氧化酶体“空壳”：基因突变不能合成导肽受体蛋白。如Zellweger脑肝肾综合症：遗传性疾病，负责酶蛋白向过氧化物酶体转运的蛋白质（或受体）发生变异，导致过氧化物酶体空载。知识点6. 囊泡与囊泡运输Vesicles and vesicle transportation囊泡是指细胞内所有的单层膜的小泡（vesicle）的结构，是细胞内的“物流”运输的载体或运载工具。囊泡可分为有被小泡和无被小泡。1. 囊泡(vesicle)为什么要形成有被小泡？(Why should the coated vesicle be fo

46、rmed?)有被小泡的形成是暂时的，局部的。(temporary , partially located)是囊泡形成的启动方式。(a initiation form of vesicle)有被囊泡形成的位置、种类决定运输的方向。(the transportation direction is determined by the location and type of the coated vesicles)The coated vesicle vs the non-coated vesicleThe different types of vesicles（1）COPII有被小泡( COPII

47、 coated vesicles)： 产生于内质网，执行从内质网到高尔基复合体的囊泡转运。 COPII有被小泡外被内被被选的膜蛋白供体膜 COPII有被小泡的组成及形成过程（2）COPI有被小泡 (COPI coated vesicles)： 负责遣返从内质网逃逸的内质网驻留蛋白( response for sending back the escaped retention proteins to ER)。 COPI 有被小泡的形成过程细胞浆面囊泡内侧 可溶性“承载”蛋白参与有被小泡的膜整合蛋白受体有被小泡单体包被解聚无被小泡内质网囊泡转运及内质网驻留蛋白的回收示意图COPI衣被小泡（3）网

48、格蛋白有被小泡(clathrin coated vesicles)可产生于高尔基复合体的TGN也可产生于细胞质膜。细胞膜上网格蛋白包被小泡形成及动态示意图衔接蛋白(adaptor protein)：决定运输的方向(key element for vesicle orientation) 目前至少发现4种不同类型，可分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡，如 AP1：高尔基体内体的运输 AP2：质膜内体的运输 AP3：高尔基体溶酶体的运输。 有被小泡尽管各不相同，但有其共性，他们的装备都需要GTP 及GTP结合蛋白在解装备时，由GTP提供能量。 网格蛋白小泡包被成分的特性(charact

49、eristics of coated vesicles and their components)：动力素（dynamin）：（发动蛋白，缢断蛋白）可溶性蛋白，一种GTP酶。当笼形蛋白衣被小泡形成时，聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜拉近（小于1.5nm），导致膜融合，夹断（pinch off）衣被小泡。Orientations for the 3 kinds of vesicles内质网高尔基体Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体， Sec 12Sar 1COP II高尔基体内质网COPARFCOP I质膜内体高尔基体内体高尔基体溶酶体高尔基体植物液泡Clathrin

50、重链与轻链，AP2Clathrin重链与轻链，AP1Clathrin重链与轻链，AP3ARFclathrin运输方向组成与衔接蛋白 GTP结合蛋白衣被类型衣被小泡的类型与功能(types of coated vesicles , their componets and their functions)难点3. 有被小泡的共同点及特点(the common and specific properties of coated vesicles)都有GTP结合蛋白，在去被时需要分解GTP产生能量 (contains GTP binding proteins ,GTP is required for

51、de-coating)2.有跨膜的受体蛋白或“载物”蛋白承载特殊的蛋白(receptor protein or carrier proteins carry proteins for transportation) 3.对其运输方向有选择性 (have the selection for orientation)2. 囊泡转运(vesicle transportation)（1）囊泡转运是细胞内物质运输与交换的基本途径(basic ways for intracellular material exchanges) 蛋白的转运（protein transportation)细胞内物质流动分两种

52、情况Intracellular material transportation 蛋白的转运有两种形式Protein translocation借助于信号肽或信号序列及某些伴侣蛋白而完成的蛋白或多肽的转位或转移。 (depends on signal peptide or sequences)囊泡介导的运输。这种运输是封闭式的转运，比较安全的转运 。(enclosed transportation, a safe way)膜脂的转运主要靠囊泡转运: 滑面内质网上新产生的膜脂可通过囊泡转运 到细胞的其它模式细胞器。(membrane lipid transportation depends on

53、vesicle)膜质的转运(membrane lipid transportation)（2）囊泡转运是一个高度有序且受到严格选择及严格控制的“物流”运输途径Vesicle transportation is highly ordered and strictly controlled logistic transportation有被小泡的形成保证了囊泡运输的方向性；(vesicle formation guarantees the right orientation of the transportation)有被小泡形成前对进入有被小泡的蛋白有一定选择与控制；(the targeted

54、proteins for transportation is selected and controlled.) 囊泡运输是全封闭的高效的运输。囊泡运输的蛋白是封闭在单位膜内或镶嵌在单位膜内，不至于在运输中脱离。囊泡运输的蛋白数是n 而不单纯是一个分子。(it is a closed vehicle transportation）（3）特异的识别与融合是囊泡转运中得以准确卸载的保证Specific recognition and induced fusion guarantees the unloading properly转运小泡与靶标的膜式结构上分别带有特殊的膜蛋白它们可以相互识别并结合而

55、促进小泡与靶标膜之间的融合；(membrane proteins recognition)这些可识别的分子称为SNARE（soluble N-ethyl maleimide-sensitive factor attachment protein receptors）； ( molecular recognition lies in SNARE proteins)转运小泡上的SNARE称为v-SNARE（vesicle-SNARE）, 靶目标细胞器膜上的SNARE称为t-SNARE（target-SNARE），两种SNAREs 相互识别促进膜融 合。（v-SNARE and t-SNARE re

56、cognition is essential for vesicle docking and fusion or unloading)难点4 . 囊泡运输的准确卸载 vesicle docking and targeted unloading停泊融合How does it happen?转运小泡与靶向小泡或膜式结构通过v-SNARE 与t-SNARE 识别融合的示意图（1）运输囊泡停泊v-SNAREt-SNARE(2) t-SNARE与v-SNARE识别（3）钙离子从钙离子通道释放（4）钙离子与SNARE的结合促进囊泡与靶膜的融合（4）囊泡转运是细胞膜与内膜系统结构功能交接及代谢更新的主要方式

57、Vesicle transportation is the base for cytoplamic membrane and endomembrane sytem exchange and renewing (自Becker et al., 1996)内膜系统小结 (summery of endomembrane system)：细胞内在发生与功能上有联系的模式细胞器共同构成了细胞内的内膜体系，这些细胞器包括细胞核的外膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体及所有的小泡（囊泡）。内膜体系的出现保证了细胞内蛋白质加工及转运的有序性、专业性、安全性及高效性。 内质网是细胞核外膜向细胞浆中的延

58、伸，分为粗面内质网（有核糖体附着）及滑面内质网（无核糖体附着）。粗面内质网是内膜系统蛋白合成后的第一承接体，也是对这些新肽进行折叠及形成二硫键的场所，还是这些新肽进行糖基化（N-糖苷键）加工的初级场所。滑面内质网1)是细胞脂质合成的重要场所：甘油三脂，类固醇类激素的合成及细胞内膜脂的合成都在滑面内质网上进行。2)滑面内质网因含有丰富的氧化还原及电子传递酶系，因此具有解毒的功能。3)滑面内质网参与糖原的代谢。4)滑面内质网是细胞内钙离子储存的场所或称钙离子库。高尔基复合体形态多样，并有极性。沿着内质网到细胞膜的方向，高尔基体可分为：小囊泡（来自内质网）正面网状结构（cis-Golgi netwo

59、rk, CGN）扁平囊堆（cisternaes or Golgi stack）反面网状结构（trans-Golgi network, TGN）大囊泡（分泌小泡）。来自内质网的转运蛋白在高尔基复合体的不同区域，进行加标签或进一步修饰加工，最后在TGN 浓缩、分选，转运至分泌小泡。溶酶体内含有各种酸性水解酶或酶原，经激活可用于水解蛋白质、核酸、脂质、多糖等分子。溶酶体膜蛋白为高度糖基化的蛋白，糖基中含有大量的唾液酸，这种糖基化修饰可使溶酶体的膜免于自身水解酶的消化。初级溶酶体（脱离高尔基复合体而来，酶没有活性）。次级溶酶体（初级溶酶体与自噬体或异噬体结合的产物，酶被活化）三级溶酶体（二级溶酶体的酶

60、消化作用结束，酶活力耗尽）。1)溶酶体的基本功能是起“节能与环保”的双重作用。也有对细胞的保护作用。2)溶酶体在一些激素的形成，如甲状腺素的形成中起必不可缺少的作用，3)在个体发育中起重要作用过氧化物酶体是内膜系统特殊的细胞器及成员，因为它内部的酶蛋白是由细胞浆中游离核糖体合成，通过特殊的引导序列或信号在伴侣蛋白的帮助下进入过氧化酶体的腔内。过氧化物酶体在细胞内起解毒及平衡氧分压的作用。囊泡是细胞内进行物质交流的运载工具。囊泡运输特点：1.囊泡是细胞内“物流”体系的主要承担者。2.细胞内膜脂的转运与更替大多靠囊泡转运来完成。1.有被小泡的结构特点保证了囊泡转运的方向性。2.囊泡转运是一个受调控