真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输沈婷

关于真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输沈婷第1页，共117页，2023年，2月20日，星期五形态学（电镜超薄切片）和生化：真核细胞内具有发达的细胞内膜相结构，将细胞分为不同的区室，称为细胞内区室化，是真核细胞结构和功能的基本特征之一。第2页，共117页，2023年，2月20日，星期五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：1.细胞质基质；2.细胞内膜系统；3.其他由膜包被的各类细胞器（如线粒体）第3页，共117页，2023年，2月20日，星期五第一节细胞质基质的涵义与功能在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，称细胞质基质。第4页，共117页，2023年，2月20日，星期五第一节细胞质基质的涵义与功能在真核细胞的细胞质中，除去可辨认的细胞器以外的胶状物质，称细胞质基质，是细胞的重要部分。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

11113002004001700

54612311122第5页，共117页，2023年，2月20日，星期五蛋白质占20-30%胞质溶胶——

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后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。第6页，共117页，2023年，2月20日，星期五一、细胞质基质的涵义主要成分：１）中间代谢有关的数千种酶类２）细胞质骨架结构主要特点：１）细胞质基质是一个高度有序的体系；在细胞基质中，蛋白质、分泌泡、细胞器固定在细胞质基质的某些部位，或沿细胞骨架定向运动。细胞质基质是蛋白质与脂质合成场所。

２）通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系多数蛋白质结合在微丝上，这种特异性的结合与细胞生理状态，组织的发育，细胞分化程度有关mRNA在细胞中区域性分布，对子代个体胚胎发育早期的细胞分化起着重要的作用。第7页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、细胞质基质的功能（一）细胞质基质在物质代谢中起重要作用（二）与细胞质骨架相关的。（三）细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解等方面也起着重要作用。第8页，共117页，2023年，2月20日，星期五第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统——是指在结构、功能及发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。内膜系统研究技术电镜技术：揭示超微结构；免疫标记和放射自显影技术：功能定位；离心技术：组分分离和分析；遗传突变体分析技术：膜泡运输和功能机制第9页，共117页，2023年，2月20日，星期五内膜系统的动态特征：将细胞中的生化合成、分泌和内吞作用连接形成动态的、相互作用的网络。在内质网合成的蛋白和脂通过分泌活动进入分泌泡运送到工作部位；细胞通过内吞途径将细胞外的物质送到溶酶体降解。第10页，共117页，2023年，2月20日，星期五一、内质网的形态结构与功能内质网（ER）——由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积占细胞总体积的10%以上。内质网是典型的异质性细胞器，在细胞分裂时，内质网要经历解体和重建的过程。第11页，共117页，2023年，2月20日，星期五一、内质网的形态结构与功能内质网的存在大大增加了细胞内膜的表面积，为酶反应提供了结合位点；内质网形成的封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于它们的加工和运输；内质网是细胞内除核酸以外的生物大分子如蛋白质、脂质和糖类的合成基地。第12页，共117页，2023年，2月20日，星期五一、内质网的形态结构与功能微粒体——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，包含内质网膜和核糖体两种组分。是人工产物。微粒体第13页，共117页，2023年，2月20日，星期五（一）内质网的两种基本类型粗面内质网（RER）和光面内质网（SER）RER多呈扁囊状，排列整齐，表面分布大量的核糖体。功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。易位子——是内质网膜上的一种蛋白复合体，中央有一直径2nm的通道，其功能与新合成的多肽进入内质网有关。SER呈分支管状，表面无核糖体。是脂质合成的重要场所。SER只是RER连续结构的一部分。作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。第14页，共117页，2023年，2月20日，星期五第15页，共117页，2023年，2月20日，星期五第16页，共117页，2023年，2月20日，星期五第17页，共117页，2023年，2月20日，星期五（二）ER的功能ER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质都在内质网合成。1、蛋白质的合成是RER的主要功能在粗面内质网上合成的蛋白包括分泌蛋白、整合膜蛋白、构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白（需要隔离或修饰）。其它多肽由细胞质基质中“游离”的核糖体合成。注意：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“游离”的核糖体。第18页，共117页，2023年，2月20日，星期五

1.蛋白质的合成

细胞中的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。有些蛋白质刚合成不久便转移至内质网膜上，继续进行蛋白质合成，这些蛋白质包括：⑴向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外基质成分等；⑵膜的整合蛋白：细胞质膜以及内质网、高尔基体、溶酶体膜上的膜蛋白；⑶构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白：溶酶体和植物液泡中的酸性水解酶、内质网、高尔基体中固有的蛋白。其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的，包括:（1）预定滞留在细胞质基质中的驻留蛋白：如糖酵解酶和细胞骨架蛋白；（2）质膜外周蛋白：血影蛋白和锚蛋白；（3）核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。

第19页，共117页，2023年，2月20日，星期五Translocationcobegin信号识别颗粒当SRP信号肽结合后启动新生肽链的翻译初生多聚信号肽信号肽颗粒受体与核糖体易位子作用添加到粗面内质网上的受体信号肽颗粒替换与循环开始翻译与转移粗面内质网上的SRP受体蛋白第20页，共117页，2023年，2月20日，星期五（二）ER的功能2、SER是脂质合成的重要场所合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。磷脂合成酶是膜整合蛋白，活性位点朝向细胞质。磷脂转位因子（转位酶）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，因此磷脂酰胆碱更容易被转到内质网膜的腔内，从而导致了脂类在膜上分布的不对称性。磷脂的转运方式：出芽、磷脂转换蛋白。第21页，共117页，2023年，2月20日，星期五

2.脂质的合成内质网合成的构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂所需要的三种酶（酰基转移酶、磷酸酶、胆碱磷酸转移酶）都定位于内质网膜上。在内质网膜上合成的磷脂几分钟后，就由细胞质基质一侧转向内质网腔面，这种转运可能借助一种磷脂转位因子（phospholipidtranslocator）或称转位酶（flippase）来完成。胆碱磷酸酯转移酶甘油磷脂磷脂酰胆碱甘油磷脂磷脂酸盐二磷酸甘油酯酰基转移酶磷脂转位因子第22页，共117页，2023年，2月20日，星期五杨P13213-1第23页，共117页，2023年，2月20日，星期五合成的磷脂由内质网向其它膜转运主要有两种方式：⑴以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜上；⑵凭借水溶性的载体蛋白－磷脂转运蛋白（phospholipidexchangeproteins，PEP）在膜之间转运磷脂。

内质网膜小泡细胞质膜第24页，共117页，2023年，2月20日，星期五3、蛋白质的修饰和加工细胞对蛋白质的修饰加工主要包括糖基化、羟基化、酰基化和形成二硫键等。糖基化：在糖基转移酶的作用下，把连接在磷酸多萜醇上的寡糖链转移到蛋白质的天冬酰胺残基上。糖基化主要有两种方式。N-连接的糖基化（Asn）O-连接的糖基化（Ser/Thr或Hylys/Hypro）（二）ER的功能第25页，共117页，2023年，2月20日，星期五4、新生多肽的折叠与组装内质网腔是非还原性的内腔，易于形成二硫键。蛋白二硫键异构酶（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的折叠状态。结合蛋白（Bip）：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。PDI和Bip蛋白具有4肽信号（KDEL或HDEL）以保证滞留在内质网中。Bip属于热休克蛋白70家族。（二）ER的功能第26页，共117页，2023年，2月20日，星期五5、内质网的其他功能——SER的其他功能解毒功能：肝细胞中的SER是合成外输性脂蛋白颗粒的基地。SER中有一些能清除脂溶性废物和有害物质的酶，如细胞色素P450家族酶系，可将不溶于水的有毒物质和代谢产物羟基化为溶于水的物质，经尿液排出。合成固醇类激素：生殖腺内分泌细胞的SER。储存Ca2+：肌质网（特化的SER）膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中。（二）ER的功能第27页，共117页，2023年，2月20日，星期五至少有3种不同的从内质网到细胞核的信号转导途径，其中涉及一系列信号转导分子最终调节细胞核内特异基因表达。如：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；内质网膜上膜脂成分的变化——主要是固醇缺乏。这些变化将通过不同的信号转导途径诱导不同的基因活化，最终细胞表现出相应的对策。（三）ER与基因表达调控第28页，共117页，2023年，2月20日，星期五第二部分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，后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。第29页，共117页，2023年，2月20日，星期五(一)高尔基体的形态结构和极性电镜下观察高尔基体是由一些（常常为4～8个）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，扁囊多呈弓形、半球形或球形，膜囊周围有大量的大小不等的囊泡结构；高尔基体多分布在细胞核的附近趋于细胞的一个极；高尔基体一般显示有极性，可区分出靠近细胞中心的顺面（cisface称之为反面（transface）或成熟面（maturingface）或凹面（concave）。

）或形成面（formingface）或凸面（convexity）；远细胞中心的另一面，囊腔二、高尔基体的形态结构与功能第30页，共117页，2023年，2月20日，星期五2.高尔基复合体由平行排列的扁平膜囊、大囊泡和小囊泡等三种膜状结构所组成。它有两个面:形成面和成熟面,来自内质网的蛋白质和脂从形成面逐渐向成熟面转运。高尔基体的膜囊结构及其排列第31页，共117页，2023年，2月20日，星期五高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应：嗜锇反应——cis面膜囊被特异染色；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）反应——特异显示trans面的1-2层膜囊；胞嘧啶单核苷酸酶（CMP）酶和核苷酸二磷酸酶反应——显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构。GERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成；烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）或甘露糖酶反应——显示中间膜囊。二、高尔基体的形态结构与功能第32页，共117页，2023年，2月20日，星期五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。高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构（CGN）；高尔基体中间膜囊；高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构（TGN）；周围大小不等的囊泡。二、高尔基体的形态结构与功能第33页，共117页，2023年，2月20日，星期五1、高尔基体顺面膜囊（CGN）是中间多孔而呈连续分支状的管网结构。CGN接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网。返回的蛋白质具有KDEL信号序列。第34页，共117页，2023年，2月20日，星期五高尔基复合体顺面膜囊

或顺面网状结构及其功能

为最外侧的扁平膜囊，中间多孔呈连续分支状的管网结构，膜厚度接近于内质网。1）蛋白质分类蛋白质（内质网）高尔基体cis面中间膜囊高尔基体trans面大部分KDEL2）O—连接的糖基化：蛋白质丝氨酸残基3）跨膜蛋白（高尔基体cis面）细胞质基质侧的酰基化

4）日冕病毒(呼吸道系统疾病

)的装配第35页，共117页，2023年，2月20日，星期五第36页，共117页，2023年，2月20日，星期五2、高尔基体中间膜囊形态：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系——使其具有很大的膜表面。功能：是多数糖基修饰、糖脂形成以及与高尔基体有关的多糖的合成场所。第37页，共117页，2023年，2月20日，星期五3、高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构反面高尔基体管网状结构（TGN）呈管网状，较低的pH，标志酶CMP酶阳性，TGN即为GERL区。主要功能：参与蛋白质的分类与包装与包装；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等）在蛋白质与脂类的转运过程中起“瓣膜”作用，保证这些物质的单向转运。第38页，共117页，2023年，2月20日，星期五高尔基体周围的囊泡顺面一侧的囊泡可能是内质网和高尔基体之间的物质运输小泡——ERGIC或VTCs。反面一侧是分泌泡与分泌颗粒。

此外，高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构相连；高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在微管的负极端。第39页，共117页，2023年，2月20日，星期五1)高尔基复合体顺面囊泡：小、可能是内质网与高尔基复合体间的运输小泡。2)高尔基复合体反面囊泡：大、是将高尔基复合体分类与包装的物质运送到特定部位的分泌泡与分泌颗粒。3)高尔基复合体各个膜囊间由膜性结构相连。4)高尔基复合体膜囊周缘膨大出芽形成囊泡,负责膜囊之间的物质运输。5)高尔基复合体与细胞骨架关系密切。高尔基复合体结构的复杂性第40页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定部位或分泌到胞外。高尔基体还是糖类合成的工厂。第41页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能1、高尔基体与细胞的分泌活动参与细胞分泌活动：RER上合成的蛋白质进入ER腔COPⅡ运输泡进入CGN在中间膜囊中加工在TGN形成分泌泡运输与质膜融合、排出；溶酶体酶的分选：M6P反面膜囊M6P受体。然而糖链在多数蛋白质分选中并不起决定性作用。肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。蛋白质分选及其转运信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身。如水泡性口炎病毒包膜蛋白具有双酸分选信号（Asp-X-Gln或DXE）。第42页，共117页，2023年，2月20日，星期五Caro等1965年用3H-leu证实了这一过程。3分钟放射性在RER，17分钟在高尔基体，37分钟分泌颗粒，117分钟细胞顶端。第43页，共117页，2023年，2月20日，星期五3H—亮氨酸脉冲标记胰腺腺泡细胞高尔基复合体分泌活动的证据3min银颗粒出现在糙面内质网20min银颗粒出现在高尔基复合体120min银颗粒出现在分泌泡释放第44页，共117页，2023年，2月20日，星期五N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶，N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶２）溶酶体酶的分选：M6P反面膜囊M6P受体第45页，共117页，2023年，2月20日，星期五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在内质网网腔中，蛋白二硫键异构酶和协助折叠的分子伴侣，均具有典型的回收信号Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。内质网滞留信号：内质网的功能和结构蛋白羧基端的一个同肽系列:Lys-Asp-Gly-Leu-Coo-,即KDEL信号序列。调节型分泌储藏微粒与M6P结合的蛋白质驻留蛋白第46页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能2、蛋白质的糖基化及其修饰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都没有糖基化修饰。糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成第47页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能2、蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质糖基化的特点及其生物学意义糖基化的主要作用是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；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。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。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。第48页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能2、蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化类型特征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AsnSer、Thr、羟脯氨酸、羟赖氨酸最终长度至少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-乙酰半乳糖胺第49页，共117页，2023年，2月20日，星期五蛋白质的糖基化类型N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺天冬酰胺葡萄糖胺半乳糖甘露糖半乳糖胺第50页，共117页，2023年，2月20日，星期五3.蛋白酶的水解和其他加工过程

有些多肽，需在糙面内质网中切除信号肽后才能成为有活性的成熟多肽。还有很多肽激素和神经多肽(neuropeptides)需经特异性地水解(常常发生在与一对碱性氨基酸相邻的肽键上)才成为有生物活性的多肽。二、高尔基体的功能第51页，共117页，2023年，2月20日，星期五（1)比较简单的形式是没有生物活性的蛋白原(proprotein)进入高尔基体后，将蛋白原N端或两端的序列切除形成成熟的多肽。如胰岛素。二、高尔基体的功能第52页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能3、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多肽；如胰岛素、胰高血糖素等。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；第53页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、高尔基体的功能3、蛋白酶的水解和其他加工过程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。第54页，共117页，2023年，2月20日，星期五三、溶酶体的形态结构与功能（一）溶酶体的形态结构与类型溶酶体——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。异质性——形态、大小、所含水解酶类不同；含有大量酸性水解酶。根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，分为：初级溶酶体次级溶酶体残余体小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）第55页，共117页，2023年，2月20日，星期五三、溶酶体的形态结构与功能1.初级溶酶体呈球形，直径0.2-0.5m，内容物均一，不含有明显的颗粒，外面由一层脂蛋白膜围绕，厚度为7.5nm；含有多种酸性水解酶：如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶。酸性磷酸酶是溶酶体的常用标志酶。第56页，共117页，2023年，2月20日，星期五三、溶酶体的形态结构与功能1.初级溶酶体溶酶体膜的特征：嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；具有多种载体蛋白用于向外转运水解的产物；膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。第57页，共117页，2023年，2月20日，星期五第58页，共117页，2023年，2月20日，星期五三、溶酶体的形态结构与功能2.次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体。内含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细胞器乃至细菌等。形态不规则。作用：消化作用。第59页，共117页，2023年，2月20日，星期五次级溶酶体初级溶酶体++胞饮泡或吞噬泡

异噬溶酶体

自噬泡自噬溶酶体次级溶酶体具消化功能第60页，共117页，2023年，2月20日，星期五第61页，共117页，2023年，2月20日，星期五第62页，共117页，2023年，2月20日，星期五第63页，共117页，2023年，2月20日，星期五三、溶酶体的形态结构与功能3.残余体或后溶酶体经一段时间消化后，小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体。可通过胞吐方式将内容物排出细胞。溶酶体——可看做是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性的细胞器。第64页，共117页，2023年，2月20日，星期五（二）溶酶体的功能是对生物大分子强烈的消化作用。一般概括成3种途径：胞饮作用吞噬作用自噬作用第65页，共117页，2023年，2月20日，星期五（二）溶酶体的功能1、清除无用的大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞——“清道夫”作用；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-萨氏等各种储积症。台-萨氏综合症神经元中同心圆状的溶酶体溶酶体中缺少b-氨基己糖酯酶A，导致神经节甘脂GM2不能被水解，造成积累。第66页，共117页，2023年，2月20日，星期五（二）溶酶体的功能2、防御功能某些细胞可识别并吞噬入侵的病毒和细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。如巨噬细胞。第67页，共117页，2023年，2月20日，星期五2．内吞作用——为细胞提供营养、防御功能作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养，如降解内吞的血清脂蛋白，获得胆固醇等营养成分。防御功能是某些细胞特有的功能，它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。动物细胞中有几种吞噬细胞(phagocyte)常常位于肝、脾和其他血管通道中，用以清除形成抗原抗体复合物的有机体颗粒及吞噬的细菌、病毒等入侵者。同时也不断清除衰老死亡的细胞和血管中颗粒物质。当机体被感染后，单核细胞移至感染或发炎的部位．分化成巨噬细胞，巨噬细胞中溶酶体非常丰富，并含有过氧化氢、超氧物(O2-)等与溶酶体酶等共同作用杀死细菌。第68页，共117页，2023年，2月20日，星期五某些病原体（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）。第69页，共117页，2023年，2月20日，星期五（二）溶酶体的功能3、其它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，可能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；精子的顶体反应。第70页，共117页，2023年，2月20日，星期五（三）溶酶体的发生发生途径：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：信号斑第71页，共117页，2023年，2月20日，星期五（三）溶酶体的发生溶酶体酶分选的方式：1.依赖于M6P的分选途径但该途径的效率不高，部分含有M6P的溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；但细胞质膜上也存在依赖Ca2+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。第72页，共117页，2023年，2月20日，星期五（三）溶酶体的发生溶酶体酶分选的方式：2.不依赖于M6P的分选途径在正常淋巴细胞如细胞毒T细胞和自然杀伤T细胞的溶酶体中，除溶酶体酶外，还含有水溶性蛋白穿孔素和粒酶，其进入溶酶体的方式不依赖于M6P途径。该溶酶体以分泌泡释放内含物，故称分泌溶酶体；溶酶体膜上的跨膜蛋白，如葡糖脑苷酯酶；酸性磷酸酶：依赖于自身的氨基酸残基信号进行分选。溶酶体酶的加工：在溶酶体内进行，加工方式多样。第73页，共117页，2023年，2月20日，星期五（四）溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体——又称微体，是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。1.过氧化物酶体与溶酶体的区别特征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在粗面内质网形成，经高尔基体出芽形成在细胞质中合成，经分裂装配形成标志酶酸性磷酸酶过氧化氢酶第74页，共117页，2023年，2月20日，星期五过氧化物酶体和溶酶体的在电镜下的主要差异：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

尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。第75页，共117页，2023年，2月20日，星期五过氧化物酶体的异质性过氧化物酶在不同生物的细胞中，甚至单细胞生物的不同个体中所含酶的种类及其行使的功能都有所不同。如，酵母细胞内的过氧化物酶体：在含糖培养基中，体积很小；在甲醇培养基中，体积增大，数量增多，可占胞质体积的80％以上，并能氧化甲醇；在脂肪酸培养基中，过氧化物酶体非常发达，并可把脂肪酸分解成乙酰辅酶A。第76页，共117页，2023年，2月20日，星期五2.过氧化物酶体的功能在动物细胞（肝或肾细胞）中的过氧化物酶体：可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。如酒精乙醛。依赖于黄素（FAD）的氧化酶：底物H2O2过氧化氢酶：H2O2

H2O＋O2可分解脂肪酸等高能分子直接供能。第77页，共117页，2023年，2月20日，星期五2.过氧化物酶体的功能在植物细胞中的过氧化物酶体：在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应；在种子萌发过程中，过氧化物酶体能降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。

乙醛酸循环反应故称这种过氧化物酶体为乙醛酸循环体第78页，共117页，2023年，2月20日，星期五过氧化物酶体的发生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。

过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（PTS）：PTS1为Ser-Lys-Leu，位于过氧化物酶体基质蛋白C端。PTS2为Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu，在某些基质蛋白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。过氧化物酶体膜脂可能在内质网上合成后转运而来。第79页，共117页，2023年，2月20日，星期五第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输

细胞内合成的蛋白质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于蛋白质中包含的特殊信号序列和细胞器上特定的信号识别装置。一、信号假说与蛋白质分选信号信号序列的发现和证实1972年Milstein等发现骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白分子的N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子N端的氨基酸序列多出一截。1975年Blobel和Sabatini等提出了”信号假说“1999年G.Blobel诺贝尔医学和生理学奖G.Blobel第80页，共117页，2023年，2月20日，星期五基质中核糖体半合成－粗面内质网－高尔基体－溶酶体或膜或胞外全合成－转运至细胞器二、蛋白质分选的基本途径和类型第81页，共117页，2023年，2月20日，星期五一、蛋白质分选的基本途径与类型蛋白质分选的两条途径细胞质基质线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核粗面内质网溶酶体、细胞膜、分泌到细胞外、留在高尔基体和内质网中高尔基体第82页，共117页，2023年，2月20日，星期五由于粗面内质网上合成的蛋白质包括膜蛋白、内膜结构的腔池蛋白和分泌到细胞外的蛋白,所以必须有极好的运输机制进行分选定位,这就是信号肽假说。第83页，共117页，2023年，2月20日，星期五1975年，Blobel等正式提出了信号假说,要点是:◆合成始于游离核糖体;◆N端信号序列靠自由碰撞与内质网膜接触,然后插入内质网的膜;◆蛋白质以袢环形式穿过内质网的膜;◆蛋白的存在方式:●若信号序列被信号肽酶切除:完全进入腔●若是停止转移信号:膜蛋白

第84页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、蛋白质分选的原理细胞内合成的蛋白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其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。第85页，共117页，2023年，2月20日，星期五1、蛋白质分选信号信号序列（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；信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求信号肽导肽信号斑（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。第86页，共117页，2023年，2月20日，星期五信号肽——引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列。位于新合成肽链的N端，一般16-26个氨基酸残基，包括疏水核心区（h）、信号肽的C端（c）和N端（n）三部分。信号肽无严格专一性。第87页，共117页，2023年，2月20日，星期五

除信号肽以外，指导分泌性蛋白在糙面内质网中合成还需其它因素的参与：

１）信号识别颗粒

(signalrecognitionparticle，SRP)

２）信号识别颗粒受体

（即停泊蛋白dockingprotein，DP）：位于内质网膜上。第88页，共117页，2023年，2月20日，星期五信号识别颗粒（SRP）——由6种结构不同的多肽和一个7SRNA组成的核糖核蛋白复合体。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）DP结合位点（P68/P72）SRP与信号序列结合，导致肽链延伸暂停，防止新生肽N端损伤和成熟前的折叠。信号肽识别结合位点翻译暂停结构域DP结合位点第89页，共117页，2023年，2月20日，星期五SRP受体——又称停泊蛋白（DP），是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。易位子——由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似于炸面圈的结构。第90页，共117页，2023年，2月20日，星期五

蛋白质

延伸至80个氨基酸左右

N端信号肽与信号识别颗粒（SRP）结合

肽链延伸暂时停止

SRP与停泊蛋白结合，核糖体与易位子（ER膜上）结合

SRP脱离信号肽和核糖体

肽链又开始延伸

信号肽与易位子组分结合

孔道打开

信号肽穿入内质网膜，以袢环形式进入内质网腔

信号肽酶切去信号肽

肽链继续延伸直至完成第91页，共117页，2023年，2月20日，星期五肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称为共转移。跨膜蛋白的开始转移序列和停止转移序列开始转移序列——引导肽链穿过内质网膜的信号肽。停止转移序列——肽链中还有某些序列与内质网膜具有很强的亲合力从而使之结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中。开始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数。第92页，共117页，2023年，2月20日，星期五线粒体、叶绿体中的绝大多数蛋白质和过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，这些序列称为导肽。这些蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移。蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，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。第93页，共117页，2023年，2月20日，星期五信号功能举例蛋白进入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滞留在ER中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-进入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-进入过氧化物酶体-Ser-Lys-Leu-几种典型的蛋白分选信号序列除信号肽，还有一系列蛋白分选信号序列，通称信号序列。有些能形成三维结构的信号称信号斑。第94页，共117页，2023年，2月20日，星期五二、蛋白质分选途径与类型

蛋白质分选的途径：

1、翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白

2、共转运翻译途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装并有其膜泡运送至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外。第95页，共117页，2023年，2月20日，星期五该蛋白在N-末端信号序列的作用下进行共翻译转运,当停止转移信号进入通道后,与通道内的结合位点相互作用,使通道转运蛋白失活,从而停止蛋白质的转运。由于N-末端的信号序列是可切除的,信号序列被切除后形成单次跨膜蛋白。终止转移信号与单次跨膜蛋白的形成第96页，共117页，2023年，2月20日，星期五●二次跨膜蛋白与多次跨膜蛋白所谓二次跨膜就是在蛋白质中有两个跨膜的疏水区,多次跨膜则有多个起始跨膜信号与多个停止转移信号,它们的形成与内含信号序列和终止转移信号相关。如果是二次跨膜,则含有一个内含信号序列和一个停止转移信号。二次跨膜蛋白的形成内含信号序列形成一个跨膜区,停止转移序列形成一个跨膜区,二者相加就成为二次跨膜蛋白。第97页，共117页，2023年，2月20日，星期五据蛋白质分选转运方式和机制可将蛋白质转运分为：蛋白质的跨膜转运：主要指再细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体（包括叶绿体）和过氧化物酶体等细胞器。膜泡运输：蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。选择性的门控转运：在细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体选择性地完成核输入或从细胞核返回细胞质（核输出）。细胞质基质中蛋白质的转运：可能与细胞骨架系统相关。第98页，共117页，2023年，2月20日，星期五翻译后转运非分泌途径共翻译转运的蛋白质分泌途径途径1表示核基因编码的mRNA在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成。途径2表示合成的蛋白质不含信号序列，并留在细胞质基质中。途径3.4.5分别表示通过跨膜转运方式转运至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。途径6.表示通过门控转运方式转运至细胞核。途径7表示核基因编码的mRNA在细胞质基质游离核糖体上起始合成，然后在信号肽引导下与内质网膜结合并完成蛋白质合成（途径8）。途径9表示以膜泡运输方式从内质网转运至高尔基体。途径12、11、10表示以膜泡运输方式分选至质膜、溶酶体和分泌到细胞表面。第99页，共117页，2023年，2月20日，星期五三、膜泡运输

膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白质本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。3种不同类型的有被小泡具有不同的物质运输作用。第100页，共117页，2023年，2月20日，星期五

在细胞分泌和内吞途径中三种类型的被膜小泡几运输途径第101页，共117页，2023年，2月20日，星期五介导从内质网高尔基体的物质运输。COPⅡ包被蛋白由5种蛋白亚基（Sec13p，Sec31p，Sec23p，Sec24p和Sar1p）组成；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，但也有部分蛋白被错误包装和转运。这类蛋白带有C端KDEL序列，KDEL受体位于TGN、COPⅡ和COPⅠ有被小泡的膜上。1.COPⅡ有被小泡的组装与运输第102页，共117页，2023年，2月20日，星期五COPⅠ包被小泡介导细胞内膜泡逆向运输，负责从顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运，包括再循环的膜脂双层、某些蛋白质和回收错误分选的内质网逃逸蛋白内质网。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，包被蛋白复合物的组装与去组装依赖于ARF。2.COPⅠ有被小泡的组装与运输第103页，共117页，2023年，2月20日，星期五细胞器中保留及回收蛋白质的2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，使之返回他们正常驻留的部位。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。驻留蛋白的C-端均含有回收信号序列，如内质网腔中的蛋白质具有KDEL回收信号（Lys-Asp-Glu-Leu），被存CGN膜结合蛋白的回收信号受体识别，以COPⅠ-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。2.COPⅠ有被小泡的组装与运输第104页，共117页，2023年，2月20日，星期五