第六部分细胞质基质与内膜系统

第六部分

细胞质基质与内膜系统细胞内区室化是真核细胞结构和功能的基本特征之一，细胞内被膜区分为3类结构：细胞质基质、细胞内膜系统和其他由膜包被的各种细胞器（诸如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核）。第一节、细胞质基质的含义与功能

主要成分：中间代谢有关的数千种酶类，细胞质骨架结构。主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键的相互作用处于动态平衡。离开了细胞质骨架的支持与组织，细胞质基质便无法维系这种复杂的高度有序的结构，也就无法完成各种生物学功能。从细胞骨架的角度看，骨架的主要成分，特别是微管和微丝的装配与解聚与周围的液相始终处在一种动态平衡之中，离开这种特定的环境，骨架系统也难以行使其功能。

蛋白质的修饰辅酶或辅基与酶的共价结合磷酸化与去磷酸化：调节蛋白质的生物学活性。糖基化作用：主要发生在内质网和高尔基体。对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰——不易被细胞内的蛋白水解酶水解，使蛋白质在细胞中维持较长的寿命。组蛋白甲基化修饰既可抑制也可增强基因表达。酰基化：一类是内质网上合成的跨膜蛋白在通过内质网和高尔基体的转运过程中发生的；一类是在诸如src基因和ras基因这类癌基因的产物上。

蛋白质选择性降解—泛素依赖的降解途径

（ubiquitin–dependentpathway）泛素是一个由76个氨基酸残基组成的小分子球蛋白，具热稳定性，它的作用主要是识别要被降解的蛋白质。蛋白酶体（proteasome)：降解蛋白质的大分子复合体（约50种），富含ATP依赖的蛋白酶活性。由一个筒状的20S的催化核心和其两端各一个19S的调节部分组成，存在于细胞质基质或细胞核中。

在ATP供能的情况下泛素的C端与非特异性泛素激活酶E1的半胱氨酸残基共价结合，形成E1-泛素复合体。E1-泛素复合体再将泛素转移给另一个泛素结合酶E2。E2结合的泛素羧基和靶蛋白赖氨酸侧链的ε-氨基之间形成异肽键，该反应由一个特异的泛素连接酶E3催化完成。蛋白酶体主要降解两种类型的蛋白质：一类是不稳定、错误折叠或异常的蛋白质，另一类就是需要进行存量调节的蛋白质。功能：

蛋白质质量监控

影响细胞代谢

信号转导与受体调整

免疫反应细胞周期转录调节和DNA修复等"forthediscoveryofubiquitin-mediatedproteindegradation"蛋白质的折叠—分子伴侣（molecularchaperones）

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，因此称为分子伴侣。

Molecularchaperones：whichbindandstabilizeunfoldorpartlyfoldproteins，therebypreventingtheseproteinsfromaggregatingandbeingdegraded。

Chaperonins：whichdirectlyfacilitatethefoldingofproteins。1、细胞内结构房室化的生物学意义（或高尔基体区室化对糖蛋白加工作用的意义）2、试述蛋白质磷酸化和去磷酸化在信号转导中的作用，并举例。3、举例说明蛋白磷酸化与去磷酸化在细胞周期调控中的作用。4、泛素依赖的降解途径。5、蛋白质的水解在细胞周期中有什么作用？

6、试述分子伴侣在细胞内物质运输中的作用7、举例说明“分子伴侣”（molecularchaperone）的作用第二节、细胞内膜系统概述从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷。从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原有内膜系统的分裂。内膜系统的生物学意义形成了一些特定的功能区域和微环境(细胞内功能分化)

合理使用资源

集团化管理

提高工作效率动态性质

保证了膜结构的一致性

使细胞“青春常在内膜系统的动态性质内膜系统将细胞内的生化合成、分泌和胞吞作用连接形成动态的、相互作用的网络。细胞内膜系统的研究方法

放射自显影（Autoradiography）生化分析（Biochemicalanalysis）遗传突变分析（Geneticmutants）应用放射自显影技术研究生物大分子在细胞内的合成动态

利用放射性同位素电离辐射对乳胶（含AgBr或AgCl)的感光作用，对细胞内生物大分子进行定性、定位与半定量研究的一种细胞化学技术。实现对细胞内生物大分子进行动态和追踪研究步骤：同位素标记的生物大分子前体的掺入细胞内同位素所在位置的显示同位素标记的前体物在生物大分子合成过程中掺入细胞内即标记（标记：持续标记和脉冲标记）标记后的组织或细胞按常规方法制片在暗室中像样品表面均匀涂上一层乳胶，曝光、显影、定影后于显微镜下观察。细胞中银颗粒所在的部位既代表放射性同位素的标记部位遗传突变体分析一、内质网的形态结构与功能微粒体（microsome）在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，称为微粒体。虽然这是形态上的人工产物，但在生化研究中常把它与内质网等同看待。内质网的基本类型

内质网膜上具有易位子（translocon）—Sec61p复合体

内质网的分布常与微管的走向一致（驱动蛋白）

内质网对外界因素的作用非常敏感

蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能细胞中蛋白质的合成都是起始于细胞质基质中游离核糖体。在糙面内质网上合成的蛋白包括分泌蛋白、整合膜蛋白和内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的。包括细胞质基质中的驻留蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白。信号假说蛋白质N-端的信号肽（signalpeptide）信号识别颗粒（SRP）—由6种结构不同的蛋白和一个7SRNA（长约300bp）组成的复合物，SRP上有3个功能部位：信号肽识别结合位点（P54）、翻译暂停结构域（P9/P14）、SRP受体蛋白结合位点（P68/P72）。信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）为异二聚体膜整合蛋白，存在于内质网膜上，可与SRP特异结合。转位因子（translocon）—转位因子由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似于炸面圈的结构，每个Sec61蛋白由三条肽链组成。信号序列（signalsequence）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常由15-60个氨基酸残基组成，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signalpeptidase）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求。信号斑（signalpatch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。

信号肽（signalpeptide）引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列称为信号肽，位于新合成肽链的N端，一般有16-26个氨基酸残基，包括疏水核心区（h)、信号肽的C端和N端三部分。由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（starttransfersequence）；信号肽没有严格的专一性，目前尚未发现共同的信号序列。几种典型的蛋白质分选信号序列信号假说

在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系实验组别编码信号序列的mRNASRPDP微粒体结果1+———产生含信号肽的完整多肽2++——合成70—100AA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，肽链延伸入微粒体中"forthediscoverythatproteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransportandlocalizationinthecell"导肽的结构特征含有丰富的带正电荷的碱性氨基酸，特别是精氨酸；羟基氨基酸如丝氨酸含量也较高；几乎不含带负电荷的酸性氨基酸；可形成既具有亲水性又具有疏水性的α螺旋结构，这种结构特别有利于穿越线粒体的双层膜。定位于线粒体基质的蛋白质运送线粒体表面的受体（TOM22/20)识别导肽序列。内膜两侧的膜电位对前体蛋白进入内膜起着启动作用，但转运过程的完成并不一定依靠膜电位。前体蛋白在通过内外膜接触点输入通道（Tom40和Tim23/17)之后，其导肽会被酶切除，并同时重新折叠为成熟的蛋白质分子。定位于线粒体内膜的蛋白质运送定位于线粒体膜间隙的蛋白质运送类囊体蛋白的定向输入过氧化物酶体蛋白的分选核定位信号（NLS）NLS是存在于亲核蛋白内的一些短的氨基酸序列片段，富含碱性氨基酸残基，如Lys、Arg，此外还常含有Pro。这些氨基酸残基片段可以是一段连续的序列（T抗原），也可以分成两段，两段之间间隔约10个氨基酸残基。在不同的NLS之间尚未发现共有的特征序列。NLS序列可存在于亲核蛋白的不同部位，并在指导亲核蛋白完成核输入后并不被切除。NLS只是亲核蛋白入核的一个必要条件而非充分条件。亲核蛋白入核转运的步骤亲核蛋白通过NLS与受体结合，形成转运复合物；在importinβ的介导下，转运复合物与核孔复合体的胞质纤维结合；转运复合物通过改变构象的核孔复合体从胞质面被转移到核质面；转运复合物在核质面与Ran-GTP结合，并导致复合物解离，亲核蛋白释放；受体亚基与结合的Ran返回胞质，通过GTP的水解实现与受体的分离。新生多肽的折叠与组装不能正确折叠的畸形肽链或未组装的蛋白亚基从内质网腔转到细胞质基质，通过泛素依赖的降解途径被蛋白酶体降解。内质网腔是非还原性的环境，极易形成二硫键。蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态。结合蛋白（Bindingprotein，Bip）识别不正确折叠的蛋白或未组装好的蛋白亚单位，并促进它们重新折叠与组装。蛋白二硫键异构酶和Bip等蛋白都具有KDEL或HDEL4肽信号以保证它们滞留在内质网中。光面内质网是脂质合成的重要场所ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）

两种例外：鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgicomplex完成）

Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向细胞质；磷脂转位因子：将新合成的脂类分子会由细胞质基质侧转向内质网腔面，它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，因此导致了磷脂分子在膜上分布的不对称性。磷脂的转运：出芽或磷脂转换蛋白SM：鞘磷脂；PC：磷脂酰胆碱；PS：磷脂酰丝氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CI：胆固醇内质网的其他功能肝细胞的解毒作用（Detoxification）：肝细胞中存在细胞色素P450家族酶系，在这些酶的作用下，可以使在光面内质网上的不溶于水的毒物或代谢产物羟基化而完全溶于水的物质，并通过尿液排出体外。类固醇激素的合成储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中。为细胞质基质中很多蛋白提供了附着位点二、高尔基体的形态结构与极性电镜下高尔基体是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成，并且是一种有极性的细胞器。高尔基体至少由互相联系的3个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔。周围大小不等的囊泡：顺面囊泡称ERGIC/VTC；反面体积较大的分泌泡与分泌颗粒。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MTOC(负端)。顺面高尔基体管网状结构（cis-Golginetwork，CGN）RER（蛋白质和脂类）（蛋白质KDEL或HDEL）蛋白丝氨酸残基发生O-连接糖基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；高尔基体中间膜囊（medialGolgi）多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成反面高尔基体管网状结构（trans-Golginetwork，TGN）参与蛋白质的分类与包装、运输；

某些“晚期”的蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工）在蛋白质与脂质转运过程中的“瓣膜”作用，保证单向转运。

高尔基体的3个组成部分功能之一—参与细胞的分泌活动RER上合成的蛋白质进入ER腔COPⅡ运输泡进入CGN

在medialGolgi中加工在TGN形成分泌泡运输与质膜融合、排出。蛋白质分选及其转运是由其自身氨基酸序列决定的功能之二—蛋白质的修饰与加工

细胞对蛋白质的修饰加工主要包括糖基化、羟基化、酰基化和二硫键的形成等。糖基化在糖基转移酶的作用下发生在ER腔面糖基化主要有两种方式

N-连接的糖基化（Asn）：N-乙酰葡萄糖胺

O-连接的糖基化（Ser/Thr或Hylys/Hypro）：主要发生在高尔基体，N-乙酰半乳糖胺。细胞质基质蛋白糖基化修饰非常简单。蛋白质糖基化的特点及其生物学意义溶酶体中的水解酶类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质缺少糖基化修饰。糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。对多数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号。糖基化的主要作用可能是有助于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。进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制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的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。蛋白质糖基化的两种类型比较特征N-连接O-连接

合成部位粗面内质网主要在高尔基体合成方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去与之结合的氨基酸残基天冬酰氨丝氨酸、苏氨酸、羟脯、羟赖最终长度至少5个糖残基1-4个糖残基第一个糖残基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺复杂的N-连接寡糖的加工过程反应底物——核苷酸单糖（UDP-单糖）细胞质基质中糖基化是把N-乙酰葡糖胺分子加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上；与一般O-连接寡糖不同，直接与丝氨酸羟基结合的不是N-乙酰半乳糖胺而是木糖（xylose)。蛋白酶的水解和其他加工过程无生物活性的蛋白原高尔基体切除N端或两端的序列成熟的多肽。蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽等。含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物。同一种蛋白质前体不同细胞以不同的方式加工不同的多肽。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。高尔基体与细胞内的膜泡运输三、溶酶体的形态结构与功能溶酶体是单层膜围绕、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胞内的消化作用。溶酶体是一种异质性（heterogenous）的细胞器，不同溶酶体的形态大小、甚至其中所包含的水解酶的种类都有很大的不同。溶酶体的类型

初级溶酶体（primarylysosome）

次级溶酶体（secondarylysosome）

残余体（residualbody）

溶酶体的功能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；防御功能—某些细胞（如巨噬细胞）可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；其他重要的生理功能

作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；

分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节；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顶体（acrosome）反应。

溶酶体与疾病

溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，细胞溶酶体内充满了未被降解的物质，影响细胞代谢，如台-萨氏（Tay-Sachs—缺少β-氨基己糖酯酶）、Ⅱ型肝糖原储积病（缺少α-葡萄糖苷酶）等各种储积症，是一种隐性遗传病。溶酶体吞入了不能消化的成分，从而造成溶酶体膜破裂，释放出其中的水解酶，最终导致细胞死亡。如肺部细胞吞噬二氧化硅所引起的矽肺和石棉肺（释放巨噬细胞纤维化因子，刺激成纤维细胞产生胶原纤维小结，造成肺组织的弹性降低）。I-细胞病溶酶体与休克：休克过程中，由于组织缺血、缺氧，影响供能系统，造成膜的不稳定，引起溶酶体酶的外漏，从而造成细胞和机体的损伤。某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境）溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（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：信号斑溶酶体的发生

M6P受体与M6P分离，酶蛋白中M6P去磷酸化溶酶体分选途径多样化

依赖于M6P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离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的胞吞作用，将酶送至前溶酶体，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。

还存在不依赖于M6P的分选途径（分泌溶酶体的perforin和granzyme）溶酶体膜上的跨膜蛋白的分选不涉及M6P途径，它是依赖于自身的氨基酸残基信号进行分选的。

亨特综合症（Hunter’ssyndrome）和赫尔勒综合症（Hunler’ssyndrome）都是隐形黏多糖代谢病，患者一般在20岁之前就会死亡。这些患者由于溶酶体中缺少特异的糖胺聚糖水解酶，导致这些成分不能被分解而积累在溶酶体中。当将两种不同患者的细胞融合在一起后，糖胺聚糖则能正常水解，说明它们缺失了不同类型的水解酶。甚至将这两种患者的细胞共培养时，仍然可以获得相同的效果——即相互弥补对方的缺陷。最令人吃惊的是培养赫尔勒综合症细胞的培养液可以弥补亨特综合症细胞的缺陷（反之也是一样）。培养基中起到弥补作用的因子经过不同方法（蛋白酶、或者过碘酸破坏糖基、或者碱性磷酸酶水解磷酸）处理后都可以导致该因子的失活。（1）你认为这种因子是什么？它是通过何种途径来弥补溶酶体缺陷的？（2）为什么这种因子在蛋白酶、过碘酸和碱性磷酸酶的作用下能够失活？（3）是否能够用同样的方式来弥补细胞质中各种酶的突变或缺失？为什么？过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较特征初级溶酶体过氧化物酶体形态大小多为球形，直径0.2-0.5μm，无酶晶体球形，哺乳动物中直径多为0.15-0.25μm，内常有酶晶体酶种类酸性水解酶含有氧化酶类pH值5左右7左右是否需氧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形成经高尔基体出芽形成酶在细胞质中合成，经分裂与组装形成标志酶酸性磷酸酶过氧化氢酶过氧化物酶体的发生从已有的过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组装形成成熟的细胞器。

组成过氧化物酶体的蛋白均由细胞核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。

过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（peroxisomal-targetingsignal，PTS）：

PTS1为Ser-lys-leu(SKL)，多存在于基质蛋白的C端。

PTS2为Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白N端。

过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的受体过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。三种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用

COPII有被小泡的组装与运输介导细胞内顺向运输，负责从内质网高尔基体的物质运输；COPII包被由5种蛋白亚基组成，包括Sec13p、Sec31p、Sec23p、Sec24p和Sar1p；包被蛋白的装配是受控的；COPII有被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。脱被后暴露的v-SNARE与高尔基体cis面膜上的同类蛋白t-SNARE相互配对，介导膜泡与靶膜融合，内含物释放进入高尔基体。COPⅠ有被小泡的组装与运输介导细胞内膜泡的逆向运输，负责从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运以及回收错误分选的内质网逃逸蛋白返回内质网COPI包被含有7种蛋白亚基和一种调节膜泡转运的GTP结合蛋白ARF(GTP-bindingprotein)，包被蛋白复合物的组装与去组装依赖于ARF；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排斥在外，防止出芽转运；对逃逸蛋白的回收机制，使之返回它们正常驻留的部位。COPI-有被小泡除介导Golgi→ER逆向运输外，在高尔基体内膜囊间的运输也涉及到COPI有被小泡。逃逸的内质网蛋白的回收是通过回收信号介导的特异性受体完成的

网格蛋白有被小泡的组装与运输负责蛋白质从高尔基体TGN向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡的运输。在受体介导的细胞胞吞途径中也负责将物质从质膜胞吞泡(细胞质)

胞内体溶酶体运输。高尔基体TGN是网格蛋白有被小泡形成的发源地在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图膜泡运输是一个特异性过程，涉及多种

蛋白识别、组装、去组装的复杂调控选择性融合是保证细胞内定向膜流的因素之一。通过v-SNARE和t-SNARE两类蛋白间的互补性和相互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚定与融合。转运膜泡寻靶：SNARE假说膜泡运输、融合及Rab

蛋白的作用膜泡融合模型

转运膜泡寻靶：SRNRE假说

Rothman和他的同事发现动物细胞融合需要一种可溶的细胞质融合蛋白N-乙基马来酰亚胺敏感因子（N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein，NSF）和几种可溶性NSF附着蛋白（solubeNSFattachmentprotein，SNAP），NSF/SNAP负责介导不同类型膜泡的融合，没有明显特异性。提供特异性保障的是SNAP受体（SNAPreceptor，又称SNARE）。每种转运膜泡都有特异的v-SNARE（vesicle-SNAPreceptor）标志，能识别并与靶膜上的t-SNARE（target-SNAPreceptor）相互作用。通过v-SNARE和t-SNARE两类蛋白间的互补性和相互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚定与融合。膜泡运输、融合及Rab蛋白的作用供体膜上的GEF识别并结合特异性Rab

蛋白，诱发GTP置换GDP，进而引发Rab

蛋白构象改变并暴露其共价结合的脂质基团，从而帮助Rab

蛋白锚定在供体膜上，并随膜泡转移，在靶膜上Rab-GTP与Rab效应器结合。在转运膜泡与靶膜伴随SNARE复合物的形成而融合后，Rab蛋白上的GTP水解后从膜中释放出来，并与GDP解离抑制物结合。1、细胞内膜系统由哪几部分组成？并说明其功能。2、试述细胞内膜系统的各种细胞器在结构、功能和发生上的关系。3、试述内质网、高尔基体、溶酶体在结构、功能和发生上的关系。4、二硫键异构酶和结合蛋白（Bip）可以帮助新合成的蛋白质正确折叠与装配，它们都游离在内质网腔中。（－）5、微粒体实际上是破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，又被称为微体。6、粗面内质网合成哪几种蛋白质？在合成过程中需要那些主要结构参与？它们是如何协同作用完成肽链在内质网合成的？7、由粗面内质网合成的驻留蛋白能被滞留于内质网内，是由于其N端末尾具有驻留信号肽。8、肝的解毒作用主要由肝细胞的粗面内质网来完成。

9、新生的多肽链折叠成的蛋白质分子受哪些因素控制?10、蛋白质糖基化有何生物学意义。11、粗面内质网合成哪几种蛋白质？在合成过程中需要那些主要结构参与？它们是如何协同作用完成肽链在内质网合成的？12、内质网膜的蛋白质含量比细胞膜多，含有大量的酶。下列蛋白中哪些不是内质网特有的酶：

A．葡萄糖－6－磷酸酶B．细胞色素C氧化酶

C．细胞色素C还原酶D．细胞色素P45013、你用纯化的微粒体研究蛋白质的翻译和转运但是你发现输入的效率非常之低。下面提供的5种物质中预期有一种能够提供输入效率，方法是将该物质添加到蛋白质和微粒体的混合物中，请指出是哪一种物质，并加以解释。A．BipB.细胞质Hsp70C.游离核糖体D.Sec61复合物E．SRP14、新生蛋白在ER中进行糖基化修饰时，首先是将一个含有14糖的预制件（糖链）加到肽链特定氨基酸残基上，请问这一方式具有哪些优越性？15、新合成的蛋白质在ER腔中不能形成S-S（二硫键），原因是在ER腔中有含硫的还原剂，阻止了二硫键的形成。16、蛋白质进入线粒体和叶绿体都需要Hsp70分子伴侣，但是为什么共翻译进入ER的蛋白质则不需要？17、假定您已经获得多个工程基因，每一个都能编码一种蛋白质，但具有相互冲突的两种定位信号。如果将这些基因在细胞中表达，请推测各种蛋白质在细胞中的最终去向。A.同时具有输入细胞核和内质网（ER）的信号B.同时具有进入线粒体和内质网（ER）中的滞留的信号C.同时具有进入细胞核和输出细胞核的信号18、核定位信号进入细胞核后不被切除，而转运到其他区室的信号在蛋白质定位后通常被切除，请推测核定位信号不被切除的原因何在？

19、结合高尔基复合体的结构和功能论述该细胞器是极性细胞器。20、从GERL结构，讨论Golgi复合体的功能。21、在高尔基体内糖蛋白的合成有何特点，它与在内质网中糖蛋白的合成有何不同？22、下列蛋白中那个是高尔基体中间膜囊的标志酶。

A.葡萄糖－6－磷酸酶B.NADH-细胞色素b5还原酶

C.NADP酶D.NADH-细胞色素c还原酶23、试述高尔基复合体在蛋白质加工、分选、膜泡运输以及膜转化过程中的作用。24、在高尔基体内糖蛋白的合成有何特点，它与在内质网中糖蛋白的合成有何不同？25、多肽如何正确折叠，以及是否进一步加工或组装成寡聚体的信号都存在于蛋白质的一级结构中，或者说这些信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身。

26、一个蛋白质具有一个不被切除的内含信号序列，但并不含有一个停止转移信号序列，这个蛋白质的膜取向为

。A、N端朝向胞质侧的单跨膜蛋白B、C端朝向胞质侧的单跨膜蛋白C、N端和C端都朝向胞质侧的双跨膜蛋白D、是一个分泌蛋白27、在间期细胞中，内质网的分布常常与

的走向一致，已发现一种马达蛋白

与内质网结合。A、微丝、驱动蛋白B、微管、驱动蛋白C、微管、动力蛋白D、微丝、肌球蛋白28、在下列细胞中，含高尔基体和内质网较多的细胞是A、神经胶质细胞B、肌细胞C、汗腺细胞D、胰腺外分泌部细胞29、如果用碱性物质（如氨或氯奎）处理细胞，将会使细胞器中的pH升高近中性。请推测此时M6P受体蛋白位于何种细胞器的膜中，原因是什么？30、用能够使微管去聚合的药物处理细胞时，Golgi发生片段化，成为小的膜泡，散布在细胞中。将药物除去后，细胞恢复原状并正常生长。若用电子显微镜对这种恢复生长的细胞进行检查，可观察到Golgi非常正常，这是否意味着Golgi已经重新合成了？还是另有原因？31、Ifyouthinkoftheproteinasatraveler,whatkindofvehiclewouldbestdescribethesortingreceptor：aprivatecar,ataxi,orabus？Explainyourchoice.32、内膜系统的形成解决了进化过程中出现的三大矛盾表面积与体积比、关键分子浓度对反应的影响和细胞质膜的合成。

33、蛋白质的糖基化主要发生在内质网和高尔基体中，在细胞质基质中发生的糖基化是指在哺乳动物的细胞中把N-乙酰葡萄糖胺分子加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上。34、试述细胞外被中糖蛋白在细胞内合成、组装和运输的全过程及其对于细胞的主要生理功能。35、不能正确折叠的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚基，不论在内质网上还是在内质网腔中，一般都不能进入高尔基体36、生物大分子的装配方式大体可分为自我组装、协助组装和直接组装以及更为复杂的细胞结构及结构体系之间的装配。37、用什么方法追踪活细胞中蛋白质合成与分泌过程？包括哪几个步骤？利用该技术试述细菌被巨噬细胞吞噬后其蛋白质中放射性标记氨基酸的命运。38、哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，是与很多膜蛋白糖侧链上的唾液酸残基的存在有关。39、试述细胞中跨膜蛋白合成的过程与相关机制。40、关于高尔基复合体形成并得以维持的两种模型是什么？各有什么长处？41、简述膜泡的主要类型（包括有被小泡和其他形式小泡）及各类型膜泡的结构、运输途径与生物学功能。42、何谓细胞内的蛋白质分选（sorting）?细胞内蛋白质分选的途径与生物学意义是什么？细胞的能量转换──

线粒体和叶绿体一、线粒体的超微结构外膜：含有孔蛋白(porin)，通透性较高。内膜：高度不通透性（富含心磷脂，缺乏胆固醇）；向内折叠形成嵴（cristae）；含有与能量转换相关的蛋白（电子传递链、ATP合成酶和内膜转运蛋白）膜间隙：含可溶性的酶、底物及辅助因子。基质（matrix）：含三羧酸循环酶系、线粒体基因表达酶系等以及线粒体DNA,RNA，核糖体。

线粒体各部分主要酶的分布

部位酶的名称部位酶的名称外膜单胺氧化酶NADH-细胞色素C还原酶犬尿酸氧化酶酰基辅酶A合成酶膜间隙腺苷酸激酶二磷酸激酶核苷酸激酶单磷酸激酶内膜细胞色素氧化酶ATP合成酶系琥珀酸脱氧酶β-羟丁酸和β-羟丙酸脱氢酶肉毒碱酰基转移酶丙酮酸氧化酶NADH脱氢酶基质柠檬酸合成酶，苹果酸脱氢酶延胡索酸酶，异柠檬酸脱氢酶顺乌头酸酶，谷氨酸脱氢酶脂肪酸氧化酶系天门冬氨酸转氨酶蛋白质和核酸合成酶系丙酮酸脱氢酶复合物二、线粒体的功能

线粒体主要功能是进行三羧酸循环及氧化磷酸化合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量；与细胞中氧自由基的生成，调节细胞氧化还原电位和信号转导、调控细胞凋亡、基因表达、细胞内多种离子的跨膜转运及电解质稳态平衡。电子转运复合物复合物Ⅰ：NADH-CoQ还原酶（既是电子传递体又是质子移位体）组成：含42个蛋白亚基，至少6个Fe-S中心和1个黄素蛋白；作用：催化1对电子从NADH辅酶Q；泵出4H+复合物Ⅱ：琥珀酸-CoQ还原酶（是电子传递体而非质子移位体）组成：含FAD辅基，2Fe-S中心；作用：催化1对低能电子FADFe-S辅酶Q(无H+泵出)复合物Ⅲ：CoQ-细胞色素c还原酶（既是电子传递体又是质子移位体）组成：包括1个cytc1、1个cytb、1个Fe-S蛋白作用：催化电子从UQH2cytc；泵出4H+

（2个来自UQ，2个来自基质）复合物Ⅳ：细胞色素c氧化酶（既是电子传递体又是质子移位体）组成：二聚体，每一单体含13个亚基；

作用：催化电子从cytc分子O2

形成水，2H+泵出，2H+

参与形成水

ATP形成机制—氧化磷酸化氧化(电子传递、放能)与磷酸化(ADP+Pi，储能)同时进行，密切耦联，分别由两个不同的结构体系实现，F1颗粒具有ATP酶活性。用超声波将线粒体破碎，线粒体内膜碎片可自然卷成颗粒朝外的小膜泡，这种小膜泡称为亚线粒体小泡或亚线粒体颗粒。ATP合成酶的分子结构结合变构机制质子梯度的作用并不是用于形成ATP，而是使ATP从酶分子上解脱下来。ATP合酶上的3个β亚基的氨基酸序列是相同的，但它们的构象不同，即在任一时刻，3个β催化亚基以3种不同的构象存在。ATP通过旋转催化而合成，在此过程中，通过F0通道的质子流引起c亚基环和附着于其上的γ亚基纵轴在α3β3的中央进行旋转。旋转是由F0质子所进行的质子跨膜运动来驱动的。可逆性复合酶，即既能利用质子电化学梯度储存的能量合成ATP,又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。氧化磷酸化的耦连机制—化学渗透学说

电子传递链各组分在线粒体内膜中不对称分布，当高能电子沿其传递时，所释放的能量将H+从基质泵到膜间隙，由于膜对H+是不通透的，在内膜两侧形成H+电化学梯度。在这个梯度驱使下，H+穿过ATP合成酶回到基质，同时合成ATP,电化学梯度中蕴藏的能量储存到ATP高能磷酸键。三、线粒体与疾病线粒体疾病都为母系遗传。细胞中线粒体的数量随年龄增长而减少，而体积却随年龄增长而增大。人类线粒体疾病其原发机制都是mtDNA异常（突变、缺失、重排）引起的遗传性疾病，表现为电子传递酶系和氧化磷酸化酶系的异常。诱导因素之一为氧自由基，机体衰老即退行性疾病时，Mn-SOD活性降低，氧自由基就积累在线粒体中，从而导致多种疾病的发生。氧自由基造成mtDNA氧化损伤的积累量可比核DNA高16倍，同时mtDNA不具有核基因的修复装置，因此mtDNA发生突变的频率比细胞核高10倍以上。四、线粒体和叶绿体是半自主性细胞器半自主性细胞器的概念：自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、自身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。mtDNA复制的时间主要在细胞周期的S期及G2期，DNA先复制，随后线粒体分裂。ctDNA复制的时间在G1期。复制仍受核的控制。内共生学说真核细胞的组先是一种体积巨大的、不需氧的、具有吞噬能力的细胞，通过糖酵解取得能量。线粒体的组先－原线粒体则是一种革兰氏阴性菌，含有进行三羧酸循环所需的酶系和电子传递链。这种细菌被吞噬后，即与宿主细胞间形成互利的共生关系。在漫长的进化过程中，这种细菌逐渐失去了原有的一些特征，关闭、丢失或向核内转移了一些基因，逐渐演化为现在细胞内的线粒体。内共生起源学说的主要论据基因组在大小、形态和结构方面与细菌相似。有自己完整的蛋白质合成系统，能独立合成蛋白质，蛋白质合成机制有很多类似细菌而不同于真核生物。两层被膜有不同的进化来源，外膜与细胞的内膜系统相似，内膜与细菌质膜相似。以分裂的方式进行繁殖，与细菌的繁殖方式相同。能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有的自主性与共生性的特征。线粒体的祖先很可能来自反硝化副球菌或紫色非硫光合细菌。发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构--蓝小体，其特征在很多方面可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。线粒体类似于细菌的特征环形DNA；70S核糖体；RNA聚合酶被溴化乙锭抑制，不被放线菌素D所抑制；tRNA和氨