真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输翟中和细胞生物学

关于真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输翟中和细胞生物学第一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二第一节细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的概念细胞质基质的涵义细胞质基质的功能第二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二一、细胞质基质的概念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。细胞质基质是细胞的重要的组分，其体积占细胞质的一半。第三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二主要成分：

中间代谢有关的数千种酶类

细胞质骨架结构糖原、脂滴结构体系：

细胞质基质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。二、细胞质基质的涵义第四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二细胞质基质与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。生物化学家多称之为胞质溶胶。第五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二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、蛋白质合成、脂肪酸的合成等。蛋白质在细胞基质中的分选及其转运机制的研究与细胞质骨架相关的功能

维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递细胞质基质结构体系的组织者，提供锚定位点。

蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解

蛋白质的修饰：类型

控制蛋白质的寿命

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，形成正确的分子构象(热休克蛋白）三、细胞质基质的功能第六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统概述细胞内膜系统组成第七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二一、细胞内膜系统概述概念：是指细胞内在结构、功能乃至发生上相互关联、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）研究内膜系统的有效技术主要包括：

揭示超微结构的电镜技术

用于功能定位研究的免疫标记和放射自显影技术用于组分分离与分析的离心技术用于研究膜泡运输和功能机制研究的遗传突变分析技术第八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二二、细胞内膜系统组成内质网高尔基体溶酶体与过氧化物酶体第九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二（一）内质网

(ENDOPLASMICRETICULUM,ER)内质网的概述内质网的类型及形态结构内质网的空间分布内质网的功能内质网与基因表达的调控

第十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1、内质网的概述内质网

是真核细胞重要的细胞器，它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，体积约占细胞总体积的10％以上。内质网的发现

比线粒体和高尔基体等细胞器晚得多。

1945年，Porter（波特）等人，在组织培养细胞中初次观察到细胞质的内质部分有网状结构，建议叫内质网。1954年，Palade（帕拉德）和Porter（波特）等人证实内质网是由膜围绕的囊泡所组成。第十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1、内质网的概述微粒体（细胞质中分离）

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、它包含内质网膜与核糖体两种基本组分。原核细胞内没有内质网

由细胞膜代行其类似的职能。

第十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2、内质网的类型及形态结构根据结构与功能，内质网可分为两种基本类型：糙面内质网（RER）：多呈扁囊状，排列较为整齐，因在其膜表面分布着大量的核糖体而命名。

是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构。

主要功能：合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。光面内质网（SER）：表面没有核糖体结合的内质网称光面内质网。光面内质网常为分支管状、形成较为复杂的立体结构。

主要功能：是脂质合成的重要场所。所占的区域通常较小，往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。第十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二内质网的空间分布在间期细胞中，内质网的分布与微管的走向一致，且总是延微管向细胞周缘延伸。

已发现一种微管马达蛋白——驱动蛋白与内质网结合，推测内质网的一端固定在核膜上，另一端在驱动蛋白牵引下沿着微管向外延伸形成复杂的网状结构。第十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3、内质网的功能

ER是细胞内蛋白质与脂质合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。3.1RER的功能3.2SER的功能第十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.1RER的功能

蛋白质合成

蛋白质的修饰与加工

新生肽的折叠与组装

第十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二

3.1.1蛋白质合成是糙面内质网的主要功能

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。有些蛋白质刚起始合成不久便转移到内质网膜上，继续进行蛋白质合成。在糙面内质网上，多肽链一边延伸一边穿过内质网膜进人内质网腔中，以这种方式合成的蛋白质主要包括以下三类：第十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二

蛋白质合成

向细胞外分泌的蛋白质

酶、抗体、多肽类激素等。以分泌泡的形式通过胞吐作用输送到细胞外。

膜的整合蛋白

质膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜上的膜蛋白。

构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白

内质网、高尔基复合体、溶酶体、胞内体、小泡和植物液泡

需要与其他细胞组分严格隔离的蛋白：酸性水解酶合成后需要进行修饰与加工的蛋白第十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二蛋白质合成其它的蛋白质是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的：(a)细胞质基质中的驻留蛋白,如糖酵解酶和细胞骨架蛋白。(b)质膜内表面的外周蛋白,如血影蛋白和锚蛋白。(c)核输入蛋白。(d)将掺人到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的蛋白。第十九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.1.2蛋白质的修饰与加工

在糙面内质网合成并进入内质网腔的蛋白质发生的主要化学修饰作用有：

糖基化酰基化

发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸→跨膜蛋白的半胱氨酸残基高尔基体、膜蛋白向细胞质膜转移过程中。羟基化二硫键的形成第二十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二糖基化(GLYCOSYLATION)糖基化（伴随着多肽合成同时进行）

在ER腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上。当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过位于膜上的糖基转移酶（glycosyltransferase）的作用下，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。（例：书P180页图7-8）

磷酸多萜醇

氨基酸残基

寡糖链寡糖链

糖基转移酶第二十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二糖基化(GLYCOSYLATION)糖基化的类型与发生部位

N—连接的糖基化（N-linkedglycosylation）

发生在内质网中（天冬酰胺残基Asn）+（N—乙酰葡糖胺）

O—连接的糖基化（O-linkedglycosylation）

发生在高尔基中（丝氨酸/苏氨酸or羟赖氨酸/羟脯氨酸）+（N—乙酰半乳糖胺）

此外，在细胞质中也可进行糖基化修饰，但糖基化修饰较简单，种类少。

第二十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.1.3

新生肽的折叠与组装

非还原性的内腔，易于二硫键形成

正确折叠涉及驻留蛋白类型

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折叠的状态。

结合蛋白（Bip）识别错误折叠的蛋白或未组装好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与组装。

正确折叠涉及驻留蛋白结构特征：

具有4肽信号KDEL

或

HDEL

，保证滞留在内质网腔中，并维持很高的浓度。第二十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二错误折叠的多肽链会被降解位点：ER外细胞质基质中。错误折叠的蛋白以逆转运

(reversetranslocation)的形式从它们进入ER腔的路线返回。一旦进入细胞质基质，就会被降解蛋白质的装置蛋白酶体（proteasomes)所降解。这个过程称为质量控制(qualitycontrol),以确保畸变蛋白不会运到细胞的其它部位。第二十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.2

SER的功能

脂质的合成

肝的解毒功能

肝细胞中SER含有一些酶，用以清除脂溶性废物和代谢产生的有害性物质。

固醇类激素的合成

某些合成固醇类激素的细胞中SER含有制造胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列酶。

储存钙离子的功能

肌细胞中含有发达的特化的SER，称肌质网。

肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中，储存起来。第二十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.2.1脂类的合成

ER（主要是SER)

合成构成细胞所需的包括磷脂和胆固醇在内的绝大多数膜脂,其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。

两种例外

鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgicomplex完成）

某些单一脂类是在它们的膜上合成的细胞内脂类合成的场所（细胞器）第二十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.2.1脂类的合成

磷脂合成与磷脂转运在ER的细胞质基质侧合成

合成磷脂所需要的3种酶都定位在内质网膜上，活性部位在膜的细胞质基质侧。合成磷脂的底物来自细胞质基质。过程：增大膜面积——确定新合成磷脂的种类。

磷脂的转位

合成磷脂几分钟后由细胞质基质侧转向内质网的腔面借助磷脂转位因子/转位酶（phospholipidtranslocator/flippase）

磷脂的转运

膜出芽

磷脂转换蛋白（PEP）：水溶性的载体蛋白。第二十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二4、内质网与基因表达的调控

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。

影响内质网

细胞核的信号转导的三种因素：

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。

内质网膜上膜脂成份的变化——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第二十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二（二）高尔基体高尔基体的形态结构

高尔基体的功能第二十九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1、高尔基体的形态结构

高尔基体的发现高尔基体的概念高尔基体的形态高尔基体的极性高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应高尔基体4个组成部分高尔基体的空间分布第三十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二高尔基体的发现1898年，意大利医生Golgi用镀银法首次在神经元内观察到一种网状结构，命名为内网器。在很多细胞中相继发现了类似的结构并称之为高尔基体。很多人认为是由于固定和染色产生的人工假象。20世纪50年代电子显微镜技术的应用和超薄切片的发展，证实了高尔基体的存在。第三十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二

高尔基体的概念高尔基体又称高尔基器或高尔基复合体，是比较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器。高尔基体是由大小不一、形态多变的囊泡体系组成的。在不同的细胞，甚至在细胞生长的不同阶段都有很大的区别。第三十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二高尔基体是由较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，膜囊多呈弓形。膜囊周围有大量的大小不等的囊泡结构。在不同的细胞中囊膜的数目差异很大。第三十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二

高尔基体是有极性的细胞器：

靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面又称形成面

或顺面（cisface）。

形态、组成和化学性质与ER相似。

面向质膜的一面凹面又称成熟面或反面（transface）。

形态、组成和化学性质逐渐改变最终达到与细胞膜相似。

高尔基体的极性第三十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应

根据高尔基体的各部分膜囊特有的成分，可用电镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的分析。常用的4种标志细胞化学反应是：嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的cis面膜囊被特异地染色；

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面1～2层膜囊；

胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans面膜囊状和管状结构；

GERL结构：60年代初，诺维克夫（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磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊。第三十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构（cis-Golginetwork，CGN）

位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，又称cis膜囊，是中间多孔而呈连续分支的管网结构。

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高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网。

高尔基体中间膜囊（medialGolgi）

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。多数糖基化修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在中间膜囊中。高尔基体的4个组成部分

高尔基体至少由互相联系的4个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔：第三十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二

高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体管网状结构（transGolginetwork，TGN）

TGN位于反面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入反面的细胞质中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。

TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出，某些“晚期”的蛋白质修饰也发生在TGN中。TGN在蛋白质与脂质的转运过程中还起到“瓣膜”的作用，保证这些物质向单方向转运。周围大小不等的囊泡（vesicles)

顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为ERGIC，或称VTCs。

高尔基体的反面一侧可以见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒，将经过高尔基体分类与包装的物质运送到细胞特定的部位。高尔基体的4个组成部分第三十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二高尔基体的空间分布

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。在分离的高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（胞质臂动力蛋白和驱动蛋白）和微丝的马达蛋白。

最近还发现特异的血影蛋白网架也存在于高尔基体处。它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。第三十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2、高尔基体的功能

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酶的水解和其它加工过程第三十九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二高尔基体与细胞的分泌活动

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

·流感病毒包膜蛋白特异性地转运上皮细胞游离端的质膜

·水疱性口炎病毒包膜蛋白特异性地转运上皮细胞基底面的质膜

将克隆的两种病毒包膜蛋白的基因同时在上皮细胞中表达，结果两种病毒包膜蛋白的合成、转运途径及在细胞膜上的分布与两种病毒同时感染细胞时，病毒包膜蛋白在质膜上的分布相同。溶酶体酶的分选：甘露糖-6-磷酸（M6P）高尔基体顺面膜囊中：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶和N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶作用下，甘露糖残基磷酸化产生M6P。高尔基体反面膜囊中：结合M6P受体，由于溶酶体酶的许多位点上都可形成M6P，增大了受体的亲和力，使溶酶体的酶与蛋白质分离并起到局部浓缩的作用。第四十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二蛋白质的糖基化及其修饰

真核细胞中普遍存在的糖基化，如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。

蛋白质糖基化类型

蛋白质糖基化的特点及其生物学意义

蛋白聚糖在高尔基体中组装

第四十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二蛋白质糖基化类型

特征N-连接O-连接1.合成部位

糙面内质网和高尔基体高尔基体2.合成方式

来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去3.与之结合的氨基酸残基

天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸4最终长度

至少5个糖残基一般1～4个糖残基，但ABO血型抗原较长5.第一个糖残基

N—乙酰葡糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-连接与O-连接的寡糖比较

第四十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二蛋白质糖基化的特点及其生物学意义糖基化的特点：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。糖基化的主要作用：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。

帮助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

多羟基糖侧链可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质进化上的意义，因为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。

第四十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二一个或多个糖胺聚糖（通过木糖）结合到

核心蛋白的丝氨酸（SER）残基上

与一般的O-连接不同，直接与丝氨酸羟基

连接的不是N-乙酰半乳糖胺，而是木糖

蛋白聚糖在高尔基体中组装

第四十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二蛋白酶的水解和其它加工过程蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除N-端或两 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。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。

硫酸化作用也在高尔基体中进行第四十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二(三）溶酶体与过氧化物酶体

溶酶体的概述

溶酶体的结构类型

溶酶体的功能溶酶体的发生溶酶体与过氧化物酶体第四十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1.溶酶体的概述1.1溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。主要功能是进行细胞内的消化作用。1.2溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞中与溶酶体功能类似的细胞器：圆球体糊粉粒植物中央液泡第四十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1.溶酶体的概述1.3溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶1.4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，用于水解的产物向外转运膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。

第四十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2.溶酶体的结构类型初级溶酶体（primarylysosome）

呈球形，直径约为0.2~0.5μm，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕。其中的酶都属酸性水解酶。。

溶酶体是一种异质性（heterogenous)细胞器，根据其所处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为初级溶酶体、次级溶酶体和残余体

：第四十九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二次级溶酶体（secondarylysosome）

由初级溶酶体和细胞内各种小泡（自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬跑）融合而成复合体。形状常不规则，较大。水解酶具活性，具有催化功能。

自噬溶酶体（autophagolysosome） 异噬溶酶体（phagolysosome）第五十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二残余小体（residualbody）又称后溶酶体。次级溶酶体内进行消化作用完成后，形成的小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢用。未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体。残余体可通过类似胞吐作用的方式将内容物排出细胞。

第五十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.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（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）

其它重要的生理功能

第五十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二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反应

第五十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二4.溶酶体与过氧化物酶体

过氧化物酶体(peroxisome)又称微体(microbody)，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。

过氧化物酶体与溶酶体的区别

过氧化物酶体的功能第五十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P）和其它细胞器如线粒体（M）等（Albertetal.，1989）第五十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二过氧化物酶体与溶酶体的区别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。第五十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较第五十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二过氧化物酶体的功能动物细胞（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。 过氧化物酶体中常含有两种酶：

依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成H2O2；

过氧化氢酶，作用是将H2O2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。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CO2固定反应副产物的氧化， 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 降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。第五十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输分泌蛋白合成的模型—信号假说蛋白质分选信号蛋白质分选的基本途径与类型膜泡运输细胞结构体系的组装第五十九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二一、信号假说

(SIGNALHYPOTHESIS)信号假说的概念信号假说的结构因子信号假说的工作模型

第六十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1.信号假说的概念

即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过易位子复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。第六十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2.信号假说的结构因子2.1蛋白质N-端的信号肽——指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成的决定因素。

结构：

位于新合成的多肽链的N端，一般含有16-26个氨基酸残基，期间至少含有9个疏水氨基酸残基形成疏水核心区。因此，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端3部分。特点：没有严格的专一性。（原核细胞一些分泌性蛋白N端也具有信号序列）功能：引导新生肽链跨膜进入内质网腔。第六十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2.信号假说的结构因子2.2信号识别颗粒（SRP）

结构：是一种核糖核蛋白复合体。由6种不同的蛋白和一个300个核苷酸组成的7SRNA

结合组成。一般存在于细胞质中。

功能：

即能与新生肽链的信号肽和核糖体结合，又能与停泊蛋白信号识别颗粒受体结合。第六十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2.信号假说的结构因子

2.3信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）

分子量为72×103，位于内质网上可特异地与SRP结合。

2.4核糖体受体—易位子

蛋白质复合体，直径8.5nm，中间有一直径为2nm的通道

2.5信号肽酶

位于ER腔面，切除信号肽第六十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.信号假说的工作模型

（书P202图7-20）

3.1

活化后的mRNA与细胞质基质中游离的核糖体结合开始翻译蛋白质，当多肽链延伸至80个氨基酸左右，N端的信号肽暴露出核糖体并与SRP结合，形成“SRP-信号肽-新生肽链-核糖体”复合体，导致肽链延伸暂时停止。

3.2

由于SRP与内质网膜上的DP的识别作用，使得‘SRP-信号肽-新生肽链-核糖体’复合体与内质网膜上的易位子结合，随后SRP脱离复合体返回细胞质基质中重复使用，肽链重新开始延伸。第六十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.信号假说的工作模型

3.3以环化构象存在的信号肽与易位子结合使孔道打开，引导肽链以袢环的形式边延伸边穿过内质网膜进入内质网腔内，随后信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。3.4肽链继续延伸直，直至完成整个多肽链的合成，蛋白质进入腔内并折叠。核糖体离开内质网，分成大小两个亚基，游离在细胞质基质中，易位子关闭。第六十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二二、蛋白质分选信号

信号肽（Signalpeptide）与共转移（Cotranslocation）

导肽（Leaderpeptide）与后转移（Posttranslocation）

几种典型的蛋白质分选信号（proteinsortingsignalsequence)第六十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二信号肽与共转移共转移（cotranslocation）

肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。起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：肽链中的某种序列与内质网膜有很强的亲和力而结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔中。开始转移序列和停止转移序列的数目决定多肽跨膜次数第六十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二导肽与后转移后转移（posttranslocation）

蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到细胞器中（线粒体、叶绿体）。导肽决定的特征：

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。第六十九页，共八十七页，编辑于2023年，星期二几种典型的蛋白质分选信号信号功能

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-

有些信号序列可能形成三维结构的信号称信号斑，指导蛋白转运至细胞的特定部位。第七十页，共八十七页，编辑于2023年，星期二三、蛋白质分选的基本途径与类型大体上分两条途径：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。共翻译转运途径：

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运至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。第七十一页，共八十七页，编辑于2023年，星期二三、蛋白质分选的基本途径与类型蛋白质的跨膜转运（transmembranetransport）

主要指在细胞质基质合成的蛋白质转运至内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。

膜泡运输（vesiculartransport）蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选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（gatedtransport）指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。细胞质基质中的蛋白质转运：与细胞骨架系统密切相关。第七十二页，共八十七页，编辑于2023年，星期二四、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。三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用第七十三页，共八十七页，编辑于2023年，星期二（一）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

COPI有被小泡的组装与运输网格蛋白有被小泡的组装与运输第七十四页，共八十七页，编辑于2023年，星期二1、COPII有被小泡的组装与运输负责从内质网高尔基体的物质运输（顺向运输）COPII有被蛋白由5种蛋白亚基组成COPII有被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩:

选择性的确定：

1、因为COPⅡ蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白胞质面一端的信号序列；

2、跨膜内质网蛋白的腔面一端作为受体与ER腔中的可溶性蛋白(如分泌蛋白)结合。第七十五页，共八十七页，编辑于2023年，星期二2、COPI有被小泡的组装与运输结构:

COPI包被含有7种蛋白亚基、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。功能:

介导膜泡逆向运输。（顺面高尔基体网状区到内质网膜泡转运）负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回

ER。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。

通过识别驻留蛋白C-端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL)

的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。第七十六页，共八十七页，编辑于2023年，星期二3.网格蛋白有被小泡的组装与运输

高尔基体TGN区是网格蛋白有被小泡形成的发源地：

既是细胞分泌途径中物质转运的主要分选位点，又是网格蛋白有被小泡的组装位点。功能：负责蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞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质从质膜内吞泡(细胞质)

胞内体溶酶体运输第七十七页，共八十七页，编辑于2023年，星期二四、细胞结构体系的组装生物大分子的组装方式组装具有重要的生物学意义

第七十八页，共八十七页，编辑于2023年，星期二生物大分子的组装方式

生物大分子向复杂的细胞结构及结构体系的组装方式大体可分为：自我组装（self-assembly）信息存在于组装亚基的本身，外界提供组装环境如pH、离子浓度等。