细胞内功能区隔与蛋白质分选

IntracellularCompartmentandProteinsSorting第六章

细胞内功能区隔

与蛋白质分选第一节蛋白质分选的基本原理一、蛋白质分选信号二、蛋白质分选运输的途径第二节膜泡运输一、衣被类型二、衣被的形成三、膜泡运输的定向机制四、细胞的内吞与外排本章内容提要本章主要介绍内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体的功能和蛋白质分选关于线粒体、叶绿体和细胞核的功能与蛋白质分选将分别在章节（线粒体与叶绿体）和章节（细胞核与染色体）中讲解。第一节蛋白质分选的基本原理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特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signalsequence）。其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。一、蛋白质分选信号①信号序列（signalsequence）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，有些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，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。②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。signalsequenceandsignalpatch二、蛋白质分选运输机制1、门控运输（gatedtransport）：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP（ribonucleoprotein）复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。2、跨膜运输（transmembranetransport）：蛋白质通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（translocator）进入线粒体。3、膜泡运输（vesiculartransport）：被运输的物质在内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器第二节胞内膜泡运输细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。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状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。一、衣被类型已知三类：笼形蛋白（clathrin）COPICOPII主要作用：选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；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衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜→内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体→内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体→溶酶体，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高尔基体→内质网COPIISar1Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16内质网→高尔基体（一）笼形蛋白衣被小泡相关运输途径：质膜→内体，高尔基体→内体，高尔基体→溶酶体、植物液泡。（一）笼形蛋白衣被小泡结构：由3个重链和3个轻链组成，形成一个具有3个曲臂的形状。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有5边形网孔的笼子。衔接蛋白(adaptin)：介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。目前至少发现4种，分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡。目前至少发现4种不同类型的衔接蛋白，可分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡:如AP1参与高尔基体→内体的运输、AP2参与质膜→内体的运输、AP3参与高尔基体→溶酶体的运输。衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜→内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体→内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体→溶酶体，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高尔基体→内质网COPIISar1Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16内质网→高尔基体Clathrincoatedvesicles转到Selectivetransportbyclathrincoatedvesicles切换当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白动力素（dynamin）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1.5nm），从而导致膜融合，掐断衣被小泡。动力素是一种GTP酶，调节小泡以出芽形式脱离膜的速率。动力素可以召集其它可溶性蛋白在小泡的颈部聚集，通过改变膜的形状和膜脂的组成，促使小跑颈部的膜融合，形成衣被小泡。（二）COPI衣被小泡功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网，由7种蛋白组成。回收信号：蛋白二硫键异构酶和协助折叠的分子伴侣，在C端含有一段回收信号序列:Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）赖-天-谷-亮内质网的膜蛋白（如SRP受体）在C端有一个不同的回收信号Lys-Lys-X-X。COPI：可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。

注:SRP,信号识别颗粒，功能：识别信号肽与之结合，暂时中止新生肽的合成，同时与内质网上的停靠蛋白结合,使核糖体附着到内质网膜上，并进行新生肽的转移。CopIVesicles对照CopIandIIVesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）对照（三）COPⅡ衣被小泡介导从内质网到高尔基体的物质运输。COPII衣被由多种蛋白质构成，其中Sar1GTP酶与Sec23/Sec24复合体结合在一起，形成紧紧包围着膜的一层衣被，Sec13/Sec31复合体形成覆盖在外围的一层衣被，Sec16推测可能是一种骨架蛋白，Sec12是Sar1的鸟苷酸交换因子。在实验条件下，纯化的Sar1、Sec23/Sec24、Sec13/Sec31等5种成分足以在人工脂质体上形成小泡，说明这些成分具有改变膜的形状和掐断运输小泡的功能COPII衣被小泡形成于内质网的特殊部位，称为内质网出口，这些部位没有核糖体，由交织在一起的管道和囊泡组成网络结构。（三）COPⅡ衣被小泡由内质网到高尔基体的蛋白转运中，大多数跨膜蛋白是直接结合在COPII衣被上，但是少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与COPII衣被结合，这些受体在完成转运后，通过COPI衣被小泡返回内质网。COPII衣被所识别的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[DE]X[DE]（D为Asp，E为Glu，X为任何一种氨基酸），如Asp-X-Glu序列，其他一些具有短的疏水基序，如FF，YYM，FY，LL，IL等等（其中F为Phe，Y为Tyr，M为Met，L为Leu，I为Ile）。三种衣被小泡的功能衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜→内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体→内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体→溶酶体，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高尔基体→内质网COPIISar1Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16内质网→高尔基体二、衣被形成衣被是在一类叫作衣被召集GTP酶（coat-recruitmentGTPase）作用下形成的。衣被召集GTP酶通常为单体GTP酶，也叫G蛋白，起分子开关的作用，结合GDP的形式没有活性，位于细胞质中，结合GTP而活化，转位至膜上，能与衣被蛋白结合，促进核化和组装。G蛋白具有两类重要的调节蛋白，即：鸟苷酸交换因子（guanine-nucleotideexchangefactor,GEF）和GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。GEF的作用是使G蛋白释放GDP，结合GTP而激活。GAP的作用是激活G蛋白的酶活性，使GTP水解，G蛋白失活，G蛋白本身的GTP酶活性不高。除单体G蛋白以外，三聚体G蛋白也起分子开关的作用，控制衣被小泡的形成。二、衣被形成衣被召集GTP酶包括Arf蛋白和Sar1蛋白，ARF参与高尔基体上笼形蛋白衣被与COPI衣被的形成，Sar1参与内质网上COPII衣被的形成。衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜→内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体→内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体→溶酶体，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高尔基体→内质网COPIISar1Sec23/Sec24复合体，Sec13/31复合体，Sec16内质网→高尔基体二、衣被形成衣被召集GTP酶大量存在于细胞质中，但处于结合GDP的失活状态。当内质网上要形成COPII衣被小泡时，Sar1释放GDP结合GTP而激活，激活的Sar1暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，然后开始召集衣被蛋白，以衣被蛋白为模型形成运输小泡。活化的衣被召集GTP酶还可以激活磷脂酶D,将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白质牢固地结合在膜上。衣被召集GTP酶对衣被的形成其动态调节作用，当多数衣被召集GTP酶处于结合GTP的状态时，它催化衣被的形成；反之当多数衣被召集GTP酶处于结合GDP的状态时，它催化衣被的解体。因此衣被的形成过程是边形成便解体的动态过程，只有在组装速率大于解体速率时，才能形成衣被小泡。Coatassembly衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，马达蛋白水解ATP提供运输的动力。各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的受体识别，其中涉及识别过程的两类关键性的蛋白质是SNAREs（solubleNSFattachmentproteinreceptor,可溶性NSF附着蛋白受体）和Rabs（targetingGTPase）。其中SNARE介导运输小泡特异性停泊和融合Rab的作用是使运输小泡靠近靶膜。NSF,N-乙基马来酰亚胺敏感因子(N-ethylmaleimide-sensitivefactor)三、膜泡运输的定向机制（一）SNAREsSNAREs的作用是保证识别的特异性和介导运输小泡与目标膜的融合，动物细胞中已发现20多种SNAREs，分别分布于特定的膜上，位于运输小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。v-SNAREs和t-SNAREs都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREs复合体（trans-SNAREscomplexes），并通过这个结构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。实验证明：包含了SNARE的脂质体和包含匹配SNARE的脂质体间可发生融合，尽管速度较慢。这说明除了SNARE之外，还有其他的蛋白参与运输泡与目的膜的融合。三、膜泡运输的定向机制在SNAREs接到新一轮的运输小泡停泊之前，SNAREs必须以分离的状态存在，NSF（N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein,NSF）催化SNAREs的分离，它是一种类似分子伴娘的ATP酶，能够利用ATP作为能量通过插入几个适配蛋白（adaptorprotein）将SNAREs复合体的螺旋缠绕分开。（二）RabsRab也叫targetingGTPase，属于单体GTP酶不同膜上具有不同的Rab，每一种细胞器至少含有一种以上的Rab。Rabs的作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。与衣被召集GTP酶相似的是，起分子开关作用，结合GDP失活，位于细胞质中，结合GTP激活；位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，调节SNAREs复合体的形成。Rabs的调节蛋白与其它G蛋白的相似。Rabs还有许多效应因子（effector），其作用是帮助运输小泡聚集和靠近靶膜，触发SNAREs释放它的抑制因子（图6-14）。许多运输小泡只有在包含了特定的Rabs和SNAREs之后才能形成。图Rab的作用)。

图Rab蛋白的结构Rab蛋白在小泡的转运和融合中的调节机理可能是：供体膜上的鸟嘌呤核苷释放蛋白(GNRP)识别胞质溶胶中特异的Rab蛋白，诱导GDP的释放并和GTP结合，进而改变Rab蛋白的构型，改变了构型的Rab蛋白暴露出其脂基团，从而将Rab蛋白锚定到膜上。运输小泡形成后，在V-SNARE的引导下，到达受体膜的T-SNARE部位，Rab帮助小泡与受体膜结合。Rab蛋白上的GTP水解后从膜中释放出来，而小泡却锁定在受体膜上，释放出的Rab进入胞质溶胶进行再利用)。图9-72Rab蛋白在小泡运输和融合中的调节作用图

运输小泡寻靶与融合模型图

运输小泡寻靶与融合模型四、受体介导的内吞内吞可分为两类，批量内吞和受体介导的内吞:

批量内吞是非特异性的摄入细胞外物质，细胞表面的内陷（caveolae）是发生非特异性内吞的部位。

受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制。低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。低密脂蛋白的吸收：胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（low-densitylipoproteins，LDL），释放到血液中。LDL颗粒的质量为3X106Da，芯部含有被长链脂肪酸酯化胆固醇分子。周围由磷脂和胆固醇构成的脂单层包围，并且还有一个较大的载脂蛋白B(apo-B)

LDLParticle未酯化的LDLendocytosisRecyclingofLDLreceptors内体（endosome）内部为酸性环境，膜上具有质子泵，似乎和溶酶体相似，只是不包含水解酶，它是各类内吞小泡向溶酶体运输的中介;LDLEndocytosis受体回收途径：①大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如LDL受体；②有些进入溶酶体，在那里被消化，如EGF表皮生长因子的受体，称为受体下行调节（receptordown-regulation）；③有些被运至质膜不同的结构域，形成穿胞运输（transcytosis）。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过穿胞运输完成的。五、外排作用组成型的外排由高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。在粗面内质网中合成的蛋白质除了某些有特殊标志的蛋白驻留在ER或高尔基体中或选择性地进入溶酶体和调节性分泌泡外，其余的蛋白均沿着粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面这一途径完成其转运过程。五、外排作用调节型外排分泌物（如激素、或酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。调节性的外排途径存在于特殊机能的细胞中蛋白分选信号存在于蛋白本身，由高尔基体TGN上特殊的受体选择性地包装为运输小泡。第三节内质网K.R.Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名内质网（endoplasmicreticulum，ER）。一、形态与组成约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。分为粗面型内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）。RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。ERRERSERER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ER中合成的。ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，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，没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白，另有30多种位于内质网腔这些蛋白的分布具有异质性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。二、ER的功能（一）、蛋白质合成蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白主要有：向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；膜的整合蛋白；需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶；需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。内膜系统的蛋白质分选动画1动画2ProteinSortingC.Milstein（1972）发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞外的N端多出一段。G.Blobel和D.Sabatini等根据进一步的实验，提出了信号假说（Signalhypothesis），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。Blobel因此项发现获1999年诺贝尔生理医学奖。蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分：①信号肽（signalpeptide），是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，含有6-15个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，又称开始转移序列（starttransfersequence）。②信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP），由6种结构不同的多肽组成，结合一个7SRNA，分子量325KD，属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。③SRP受体（SPRreceptor），是膜的整合蛋白，为异二聚体蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。④停止转移序列（stoptransfersequence），肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。⑤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。蛋白质转入内质网合成的过程：信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→SRP脱离信号肽→肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止→翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation（二）、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，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。糖基化的作用：①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；②赋予蛋白质传导信号的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：O-连接的糖基化（O-linkedglycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。N-连接的糖基化（N-linkedglycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotidesugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolicholphosphate）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。ProteinglycosylationinRER（三）、新生肽链的折叠、组装和运输COPII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（exitsites）以出芽的方式排出。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组装的时间，这一过程是在属于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网，转入溶酶体中降解掉，大约90%的新合成的T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。（四）、内质网的其它作用合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移蛋白（PTP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。参与甾体类激素的合成。使葡糖6-磷酸水解，释放糖至血液中。储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。提供酶附着的位点和机械支撑作用。细胞膜所需要的最重要的磷脂是在光面内质网上合成的。在光面内质网上合成的磷脂先作为内质网膜的构成部分，然后再转运给其他的膜。图是光面内质网合成磷脂酰胆碱的过程，反应中最先形成的磷脂被包埋在内质网的膜中，但朝向胞质溶胶；合成的终产物磷脂酰胆碱仍然存在于内质网膜中。催化反应的酶类既有存在于胞质溶胶中的，也有存在于内质网中的膜蛋白。磷脂的合成磷脂酰胆碱在内质网膜上的合成过程首先，内质网膜中脂肪酸与胞质溶胶中的磷酸甘油结合，然后脱磷，并内质网膜中胆碱磷脂转移酶的作用下，将胞质溶胶中的CDP-胆碱与内质网膜中的甘油脂肪酸结合形成磷脂酰胆碱。新合成的磷脂酰胆碱朝向胞质溶胶一侧，但可在内质网膜中磷脂转位酶的作用下翻转到内质网的腔面。磷脂转位蛋白与翻转酶（flippase）磷脂的合成都是在内质网的胞质溶胶面，但在内质网上合成的磷脂几分钟之后就由胞质溶胶面转向膜的另一面，即内质网腔面，磷脂的转位是由内质网膜中磷脂转位蛋白（phospholipidtranslocator）或称翻转酶帮助的。翻转酶催化的磷脂移动也是有选择性的，如能够翻转磷脂酰胆碱的翻转酶则不能催化其他的磷脂翻转，这样保证了膜中磷脂分布的不对称。内质网中的磷脂不断合成，使得内质网的膜面积越来越大，必须有一种机制将磷脂转运到其它的膜才能维持内质网膜的平衡，这就是磷脂转运。磷脂的转运有两种方式。一种是凭借一种水溶性蛋白，叫磷脂交换蛋白（phospholipidexchangproteins，PEP）的作用一种是以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上磷脂转运（a）通过小泡运输将内质网上合成的脂转运到其他内膜系统的膜上包括细胞核膜；（b）通过磷脂转运蛋白将内质网上合成的脂转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的膜中。

分泌类固醇激素的细胞如肾上腺细胞、睾丸间质细胞和黄体细胞都有丰富的光面内质网，并在光面内质网上含有合成胆固醇和将胆固醇转化为激素的全套酶系；所以光面内质网能够合成胆固醇，然后将胆固醇氧化、还原、水解进一步转变成各种类固醇激素。类固醇激素的合成涉及多个途径中的酶，包括存在于胞质溶胶和光面内质网中的酶类。但是合成的起始物质是胆固醇前体物质甲羟戊酸（mevalonate），它的合成是由光面内质网中的HMG-CoA还原酶(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A

)催化的。类固醇激素的合成肝细胞解毒

光面内质网能够对外来的有毒物质，如农药、毒素和污染物进行解毒。多数解毒反应与氧化作用有关，有些也涉及还原和水解，或者三者结合，使有毒物质由脂溶性转变成水溶性而被排出体外，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。

细胞色素P-450（cytochromeP-450）的羟基化作用微粒体的混合功能的氧化酶系统类似一条呼吸链，由几个组分组成，核心成员是细胞色素P-450.细胞色素P-450参与有毒物质以及类固醇和脂肪酸的羟基化，羟基化涉及四个基本反应∶被氧化的物质同细胞色素P-450结合→细胞色素P-450中的铁原子被NADPH还原→氧同细胞色素P-450结合→底物结合一个氧原子被氧化，另一个氧原子用于形成水。被氧化的底物由于带上羟基，增强水溶性，容易被分泌排出。

从肝细胞中分离的微粒体在氧和NADPH存在下,将一些有毒物质氧化,并且每氧化一分子底物,要消耗一分子的氧,进而将NADPH转变成NADP+。

由于这种反应的一个氧原子出现在产物中,其他则存在于水分子中,所以将催化这种类型氧化作用的酶称为混合功能的氧化酶。肝细胞的一个重要功能是维持血液中葡萄糖水平的恒定,这一功能与葡萄糖-6-磷酸酶的作用密切相关。肝细胞是以糖原颗粒的形式储存葡萄糖，肝细胞光面内质网的胞质溶胶面附着有糖原颗粒,当肌体需要葡萄糖时，糖原即被降解。肝细胞中的糖原降解是受激素控制的，激素作为信号分子激发cAMP的浓度升高，然后由cAMP激活蛋白激酶A，蛋白激酶A能够激活将糖原水解生成1-磷酸葡萄糖的酶。由于1-磷酸葡萄糖不能够通过扩散穿过细胞质膜进入血液，需要先转变成葡萄糖-6-磷酸，然后由光面内质网中的葡萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖和无机磷，释放游离的葡萄糖进入血液,维持血液中葡萄糖水平的恒定。

在肝细胞中，糖原裂解释放葡萄糖-1-磷酸，然后再转变成葡萄糖-6-磷酸，由于磷酸化的葡萄糖不能通过细胞质膜，光面内质网上的葡萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖和磷酸后，葡萄糖就可穿过细胞质膜进入血液。5Ca2+离子的调节作用肌质网是细胞内特化的光面内质网，是贮存Ca2+的细胞器。肌质网膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶，光面内质网可构成心肌和骨胳肌肌原纤维周围的肌质网。当肌细胞膜的兴奋信号传递到肌质网时则引起肌质网释放Ca2+，从而导致肌细胞的收缩活动。当肌肉松弛时，钙离子又重新泵回肌质网。所以肌质网实际上是作为钙库，其内有钙结合蛋白，每个钙结合蛋白可以结合30个左右的Ca2+。微粒体(microsome)

在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构在体外实验中,具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。第四节高尔基体最早发现于1855年，1889年，Golgi用银染法，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。20世纪50年代以后才正确认识它的存在和结构。一、形态与组成是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器。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顺面（cisface）。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面（transface）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。扁平囊直径约1um，单层膜构成，中间为囊腔，周缘多呈泡状，4~8个扁平囊在一起(某些藻类可达一二十个)，构成高尔基体的主体(Golgistack)。TheGolgiApparatus二、功能区隔高尔基体顺面的网络结构（cisGolginetwork，CGN），是高尔基体的入口区域。高尔基体中间膜囊（medialGolgi），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发生此处。高尔基体反面的网络结构（transGolginetwork，TGN），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。三、主要功能1、参与细胞分泌活动

rER上合成蛋白质→进入ER腔→COPII运输泡→进入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成运输泡→运输与质膜融合、排出。

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。2、蛋白质的糖基化O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷糖。高尔基体分泌功能示意图第五节溶酶体与过氧化物酶体一、溶酶体的形态特征与化学组成溶酶体的一般特征：溶酶体是由一层单位膜包围而成的一种异质性(heterogeneous)的细胞器,不同来源的溶酶体形态、大小,甚至所含有酶的种类都有很大的不同。溶酶体呈小球状,大小变化很大。溶酶体的酶有60余种，这些酶的最适pH值是5.0，它们都是水解酶类，在酸性pH条件下具有最高的活性，故均为酸性水解酶

(acidhydrolases)。溶酶体的酶包括：α-葡萄糖苷酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶等，其中酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。●溶酶体的外被是一层单位膜,含有较多的鞘磷脂。●溶酶体膜中嵌有质子泵,以此维持溶酶体内部的酸性环境(pH约为5)。●具有多种载体蛋白用于水解的产物向外运送。●溶酶体膜含有高度糖基化膜整合蛋白,

这些膜整合蛋白的功能可能是保护溶酶体的膜免遭溶酶体内酶的攻击,有利于防止自身膜蛋白的降解。溶酶体的膜二、溶酶体的类型1.初级溶酶体(primarylysosome)2.次级溶酶体(secondarylysosome)3.残余体初级溶酶体(primarylysosome)

呈球形，此类溶酶体是刚刚从反面高尔基体形成的小囊泡，仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处于非活性状态。次级溶酶体次级溶酶体（消化泡）是由初级溶酶体与细胞吞噬作用所产生的吞噬体相互融合而成的溶酶体中含有水解酶和相应的底物，是一种将要或正在进行消化作用的溶酶体。

根据所消化的物质来源不同，分为

自噬性溶酶体

异噬性溶酶体自噬性溶酶体

作用底物是内源性

发生条件：①细胞内结构衰老、变性；②机体发生饥饿；③细胞本身发生病变④具有分泌功能的细胞调节细胞的分泌活动。作用底物是外源性的，常见于单核吞噬细胞系统2.异噬性溶酶体 3.残余小体（1）脂褐质：电子致密度高，常含浅亮的脂滴（2）含铁小体：50～60nm，充满含铁颗粒，正常的单核吞噬细胞常见 （3）多泡体：0.2～0.3μm，内含许多小泡（4）髓样结构：膜成分髓样排列细胞内的消化作用自溶作用对细胞外物质的消化作用三、溶酶体的功能1．异噬作用：溶酶体对外源性异物的消化过程。异噬作用的意义：①为细胞的生存提供营养物质。如胆固醇的摄取。②对机体起着防御的功能。如对病原体的消化作用。细胞内的消化作用自噬作用：溶酶体消化细胞自身受损伤的细胞结构、衰老的细胞器或细胞器碎片的过程。自噬作用的意义：①细胞新陈代谢的重要方式。如线粒体的平均寿命约10天，核糖体约5天。②机体和细胞的自我保护。应激状态时自噬作用会大大增加。如饥饿、受损伤或快要死亡的细胞等。具有分泌功能的细胞，常可通过自噬作用来调节细胞的分泌活动。2．自溶作用自溶作用是指在细胞内溶酶体膜破裂，消化酶释放出来进入细胞质，结果细胞本身被消化。在正常情况下,溶酶体的膜是十分稳定的,不会对细胞自身造成伤害。在多细胞生物的发育过程中，生物体形态建成或需废弃一些或改造形成一些器官时，机体可产生生理性自溶。如蝌蚪尾部的吸收，人体卵巢黄体的萎缩。3．溶酶体在细胞外发挥作用

溶酶体除了在细胞内具有消化作用外，也可以将水解酶释放到细胞外消化细胞外物质。如精子头部的顶端质膜下方有一膜包裹的囊状结构,称为顶体(acrosome),是一种特殊的溶酶体,在受精过程中,通过顶体反应,将顶体中的溶酶体的酶释放到细胞外,消化卵外膜滤泡细胞,使精子抵达卵子质膜,卵子和精子的细胞质膜相互融合,达到受精的目的。三、溶酶体的发生内质网上核糖体合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰→进入高尔基体cis面膜囊→磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑→将乙酰葡糖胺磷酸转移在1~2个甘露糖残基上→在中间膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配体→与trans膜囊上的受体结合→通过clathrin衣被包装成初级溶酶体。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：信号斑发生途径

糖基化溶酶体酶蛋白在膜旁核糖体上合成，进入内质网后进行N-连接糖基化,

经加工后形成带有8个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体。信号斑(signalpatch)信号斑是溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构,它是由三段信号序列构成的,可被磷酸转移酶特异性识别。将磷酸基团添加到溶酶体酶的甘露糖的第六位碳上的反应是由两种酶催化的，一种酶是N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶（N-acetyglucosaminephosphotransferase），另一个酶是N-乙酰葡萄糖苷酶，功能是释放N-乙酰葡萄糖胺

寡糖溶酶体酶GlcNAc-p-p-尿苷（UDP-N-乙酰葡萄糖胺）+甘露糖UMPGlcNAc磷酸转移酶寡糖溶酶体酶pGlcNAc磷酸糖苷酶GlcNAc寡糖溶酶体酶p甘露糖甘露糖TherecognitionofalysosomalhydrolaseinGolgiandmannosephosphorylationM6P受体蛋白(M6Preceptorprotein)M6P受体蛋白是反面高尔基网络上的膜整合蛋白,能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合,从而将溶酶体的酶蛋白分选出来。M6P受体蛋白主要存在于高尔基体的反面网络，但在一些动物细胞的质膜中发现有很多M6P受体蛋白的存在,这是细胞的一种保护机制,可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。返回依赖于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，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，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（如酸性磷酸酶、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。

内体有初级内体(earlyendosome)和次级内体(lateendosome)之分内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体酶的小囊泡。初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器。次级内体中的pH呈酸性,且具有分拣作用。内体膜上具有ATPase-H+质子泵，利用H+质子的浓度，保证了内部pH的酸性。内体(endosome)Transportofnewlysynthesizedhydrolasestolysosomes溶酶体形成的过程分选过程溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体,

并进行甘露糖残基的磷酸化。在反面高尔基网络,磷酸化的酶同M6P受体结合,通过该受体将溶酶体的酶包装到由网格蛋白包被的小泡中,然后网格蛋白外被很快解体。无包被的运输小泡很快与次级内体融合,由于次级内体中pH呈酸性,致使磷酸化的酶与M6P受体脱离,接着脱磷酸。通过次级内体的分选作用.溶酶体的酶进入从次级内体出芽形成的运输小泡,接着同溶酶体融合完成溶酶体酶的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。返回M6P分选途径的特点M6P作为分选信号包埋在高尔基体中的受体能够被网格蛋白包装成分泌小泡出芽形成的溶酶体酶的运输小泡只同酸性的次级内体融合通过次级内体的分选作用使受体再循环溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合及次级内体的分选作用

内体(endosome)在溶酶体形成过程中的作用溶酶体相关的疾病矽肺(silicosis)休克(shock)

矽肺(silicosis)

空气中的矽(SiO2)被吸入肺后，被肺部的吞噬细胞所吞噬，由于吞入的二氧化硅颗粒不能被消化，并在颗粒的表面形成硅酸。硅酸的羧基和溶酶体膜的受体分子形成氢键，使膜破坏，释放出水解酶，导致细胞死亡，结果刺激成纤维细胞产生胶原纤维结节，造成肺组织的弹性降低，肺受到损伤，呼吸功能下降。休克(shock)在休克中，由于组织缺血、缺氧，影响了供能系统，造成膜的不稳定，引起溶酶体酶的外漏，造成细胞与机体的损伤。溶酶体的酶外漏的可能机理是：缺氧→细胞pH值的下降→酸性水解酶活化→膜漏，最终导致溶酶体膜破裂→溶酶体酶释放→使细胞组织自溶在抢救休克病人时，临床上采用大剂量的糖皮质类固醇，以稳定溶酶体的膜。五、过氧化物酶体是一种具有异质性的细胞器。由单层膜围绕而成。内含一至多种依赖黄素（flavin）的氧化酶和过氧化氢酶（标志酶），已发现40多种氧化酶，如L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urateoxidase）的含量极高，以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心。发现

形态结构

过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（microbody），过氧化物酶体在1954年被发现时,由于不知道这种颗粒的功能，将它称为微体(microbody)。过氧化物酶体是由一层单位膜包裹的囊泡,通常