真核细胞内膜系统的结构和功能

第五章真核细胞内膜系统、的结构和功能目前一页\总数一百五十五页\编于二十二点

真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统，将细胞内环境分割成许多功能不同的区室。虽然这些区室具有各自独立的结构和功能，但它们有是密切相关的，尤其是它们的膜结构式相互转换的，转换的机制则是通过蛋白质分选和膜运输实现的。目前二页\总数一百五十五页\编于二十二点

细胞内区室化是真核细胞结构和功能的基本特征之一。细胞内区室化TheCompartmentalizationinEukaryoticCells细胞内被膜区分为3类结构：细胞质基质(cytoplasmicmatrix)、细胞内膜系统(endomembranesystem)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）。目前三页\总数一百五十五页\编于二十二点一、细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytosol

）细胞质基质是细胞的重要结构成分，其体积约占细胞质的一半。目前四页\总数一百五十五页\编于二十二点表5-1肝细胞中细胞质基质及细胞其他组分的数目及所占的体积比细胞器每细胞所含数量细胞内的百分比细胞质基质154线粒体170022内质网112细胞核16高尔基体13过氧化物酶体4001溶酶体3001胞内体2001目前五页\总数一百五十五页\编于二十二点(一)细胞质基质的含义

1.细胞质基质的概念

真核细胞的细胞质中除去细胞器和内含物以外的、较为均质半透明的液态胶状物质称为细胞质基质（cytoplasmicmatrix)。

2.细胞质基质的组成

中间代谢有关的酶类、细胞质骨架结构。3.特点

细胞质基质是一个高度有序的体系；蛋白质与蛋白质之间、蛋白质与其它大分子之间都是通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。目前六页\总数一百五十五页\编于二十二点FigureInternalmembranesandthecytosol.(B)Therestofthecell,excludingalltheseorganelles,iscalledcytosol.细胞质基质目前七页\总数一百五十五页\编于二十二点目前八页\总数一百五十五页\编于二十二点为物质中间代谢提供场所

细胞内所有的中间代谢过程均发生在细胞质中，其中大部分是在细胞质基质中进行的，如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等.2.与细胞质骨架功能相关

维持细胞形态、运动、胞内物质运输及能量传递等.(二)细胞质基质的功能目前九页\总数一百五十五页\编于二十二点3.

在蛋白质的修饰以及选择性的降解中发挥作用

蛋白质的修饰：磷酸化和去磷酸化、糖基化、N-端甲基化、酰基化

控制蛋白质的寿命:依赖于泛素的降解途径（ubiquitin-dependentpathway)——2004年诺贝尔化学奖

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：主要靠热休克蛋白（heatshockprotein,stress-responseprotein)来完成。目前十页\总数一百五十五页\编于二十二点泛素化蛋白酶体所介导的

蛋白质降解途径2004年10月16日瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。目前十一页\总数一百五十五页\编于二十二点细胞内蛋白质标记及降解的理论模型

目前十二页\总数一百五十五页\编于二十二点Cellscarefullymonitortheamountofmisfoldedproteins.Anaccumulationofmisfoldedproteinsinthecytosoltriggersaheat-shockresponse,whichstimulatesthetranscriptionofgenesencodingcytosolicchaperonesthathelptorefoldtheproteins.目前十三页\总数一百五十五页\编于二十二点二、膜结合细胞器(Membrane-boundedorganelles)

在细胞内的分布

膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的.目前十四页\总数一百五十五页\编于二十二点图7-1动物细胞中膜结合的细胞器及分布Figure7-1Themajormembrane-boundedorganellesofananimalcell.目前十五页\总数一百五十五页\编于二十二点

膜结合细胞器在细胞的生命活动中具有重要作用。表5-2真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器（区室）

主要功能内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用胞内体内吞物质的分选过氧化物酶体毒性分子的氧化线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用目前十六页\总数一百五十五页\编于二十二点

在这些膜结合的细胞器中,线粒体、叶绿体、过氧化物酶体独立性很强,并且有特别的功能；其他几种膜结合细胞器,如内质网、高尔基体、溶酶体和小泡,虽然有不同的结构和功能,但是它们都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输,形成了一个特别的细胞内系统。目前十七页\总数一百五十五页\编于二十二点定义：位于细胞质内，在结构、功能和发生上相关的由膜围绕的细胞器或细胞结构称为细胞内膜系统，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。三、细胞内膜系统（EndomembraneSystem）及其功能目前十八页\总数一百五十五页\编于二十二点目前十九页\总数一百五十五页\编于二十二点功能：区隔化；增加内表面积，提高代谢和调节能力。从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷和内共生。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，具有核外遗传的特性。目前二十页\总数一百五十五页\编于二十二点（一）内质网的形态结构与功能K.R.Porter和等于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）。内质网是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。内质网是细胞内除核酸以外一系列重要的大分子如蛋白质、脂质和糖类合成的基地。目前二十一页\总数一百五十五页\编于二十二点目前二十二页\总数一百五十五页\编于二十二点

1.内质网的结构

根据其结构和功能,内质网可分为两种基本类型:粗面内质网(RER)和滑面内质网(SER)

。目前二十三页\总数一百五十五页\编于二十二点目前二十四页\总数一百五十五页\编于二十二点

粗面内质网(roughendoplasmicreticulum,RER)

多呈大的扁平膜囊状,在电镜下观察排列极为整齐。它是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构,普遍存在于分泌蛋白质的细胞中,主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶蛋白。目前二十五页\总数一百五十五页\编于二十二点rER目前二十六页\总数一百五十五页\编于二十二点

滑面内质网(smoothendoplasmicreticulum,SER)

无核糖体附着的内质网称为光面内质网,通常为小的膜管和小的膜囊状,而非扁平膜囊状,

广泛存在于各种类型的细胞中，包括合成胆固醇的内分泌腺细胞、肌细胞、肾细胞等。脂类合成的重要场所,它往往作为出芽的位点,将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基体。目前二十七页\总数一百五十五页\编于二十二点sER目前二十八页\总数一百五十五页\编于二十二点内质网的功能FunctionsoftheER蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网膜上，继续进行蛋白质合成。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；构成内膜系统细胞器中的可驻留蛋白；需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。目前二十九页\总数一百五十五页\编于二十二点FigureAcommonpoolofribosomesisusedtosynthesizeboththeproteinsthatstayincytosolandthosethataretransportedintomembrane-enclosedorganells,includingtheER.一个共同的核糖体库用于合成留在胞质溶胶内和转运到包括内质网在内的膜被细胞器中的蛋白质。mRNA编码的胞质蛋白质依然在细胞质内游离细胞质内游离的多核糖体细胞质内总核糖体亚基库多核糖体通过多重新生肽链结合到内质网膜mRNA编码蛋白质靶向的内质网依然是膜结合的内质网的信号序列目前三十页\总数一百五十五页\编于二十二点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。目前三十一页\总数一百五十五页\编于二十二点糖基一般连接在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-linked:linkedtothehydroxylgroupserineorthreonineviaGalNac(inGolgi)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。

N-linked:linkedtotheamidenitrogenofasparagine(ER)内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。目前三十二页\总数一百五十五页\编于二十二点FigureManyProteinsareglycosylatedintheRER目前三十三页\总数一百五十五页\编于二十二点

粗面内质网的主要功能是进行膜结合核糖体合成的蛋白质的运输，并在运输的同时对这些蛋白质进行加工修饰和折叠，以帮助这些蛋白质准确到达目的地。目前三十四页\总数一百五十五页\编于二十二点

滑面内质网是脂质合成的重要场所

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。目前三十五页\总数一百五十五页\编于二十二点

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,叫磷脂转换蛋白（PEP）的作用在膜之间转移蛋白;另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。目前三十六页\总数一百五十五页\编于二十二点膜磷脂转移的两种方式目前三十七页\总数一百五十五页\编于二十二点滑面内质网的其他功能

肝细胞的解毒作用类固醇激素的合成Ca2+

的调节作用糖原分解释放游离的葡萄糖目前三十八页\总数一百五十五页\编于二十二点（二）高尔基体的形态结构与功能

ThestructureandfunctionsofGolgicomplex目前三十九页\总数一百五十五页\编于二十二点

高尔基体（Golgibody）又称高尔基器（Golgiapparatus）或高尔基复合体（Golgicomplex），是比较普遍存在于真核细胞内的一种细胞器。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。目前四十页\总数一百五十五页\编于二十二点1.高尔基体（Golgibody）的形态结构与极性

电子显微镜所观察到的高尔基体最富有特征性的结构是由一些(通常是4～8个)排列较为整齐的扁平膜囊(saccules)堆叠在一起,构成了高尔基体的主体结构。扁囊多呈弓形,也有的呈半球形或球形,均由光滑的膜围绕而成,膜表面无核糖体颗粒附着

,膜囊周围有大量的大小不等的囊泡结构。

目前四十一页\总数一百五十五页\编于二十二点

高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性。靠近细胞核的一面扁囊弯曲成凸面又称形成面或顺面（cisface），面向细胞膜的一面常成凹面又称成熟面或反面（transface）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。

目前四十二页\总数一百五十五页\编于二十二点高尔基体的膜囊结构及其排列目前四十三页\总数一百五十五页\编于二十二点

高尔基体至少由互相联系的3个部分组成，每一部分可能又分化出更精细的间隔。

功能区室①高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构（cisGolginetwork,CGN)

位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，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高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质（有KDEL或HDEL序列）与脂质再返回内质网。目前四十四页\总数一百五十五页\编于二十二点②高尔基体中间膜囊（mediaGolgi）由扁平膜囊与管道组成，形成不同的间隔，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这。目前四十五页\总数一百五十五页\编于二十二点③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。

小泡(vesicle)

在扁平囊的周围有许多小囊泡,直径400-800Å。这些小囊泡较多地集中在高尔基复合体的形成面。一般认为它是由附近的粗面内质网出芽形成的运输泡.它们不断地与高尔基体的扁平膜囊融合,使扁平膜囊的膜成分不断得到补充。目前四十六页\总数一百五十五页\编于二十二点TheGolgiApparatus目前四十七页\总数一百五十五页\编于二十二点高尔基体的极性结构上的极性:高尔基体的结构可分为几个层次的区室;①靠近内质网的一面称为顺面(cisface),或称形成面(formingface)；②高尔基体中间膜囊(medialGolgi);③靠近细胞质膜的一面称为反面高尔基网络(transGolginetwork，TGN)。功能上的极性:高尔基体执行功能时是“流水式”操作,上一道工序完成了,才能进行下一道工序。目前四十八页\总数一百五十五页\编于二十二点2.高尔基体的功能TheFunctionsofGolgicomplex

高尔基体的主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装,并分门别类地运送到细胞的特定部位或分泌到细胞外。内质网上合成的脂类一部分也要通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位运输。因此,高尔基体是细胞内大分子运输的一个主要交通枢纽。目前四十九页\总数一百五十五页\编于二十二点目前五十页\总数一百五十五页\编于二十二点Copyright2009JohnWiley&Sons,Inc.51ProcessingandPackaging目前五十一页\总数一百五十五页\编于二十二点

在高尔基体中进行的物质运输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。目前五十二页\总数一百五十五页\编于二十二点DeDuve,A.ClaudeandG.Palade,1974NobelPlrize目前五十三页\总数一百五十五页\编于二十二点

蛋白质的糖基化及其修饰

GlycosylationintheGolgicomplex

高尔基体对蛋白质的修饰与加工，主要是对糖蛋白寡糖链的修剪、蛋白质的糖基化和特异蛋白质水解等。N-连接和O-连接的糖基化，是蛋白质两类不同的糖基化修饰。N-连接的寡糖蛋白的合成起始于糙面内质网，完成于高尔基体。O-连接的主要或全部是在高尔基体内进行的。目前五十四页\总数一百五十五页\编于二十二点

特征N-连接O-连接1.合成部位

糙面内质网糙面内质网或高尔基体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—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等表3N-连接与O-连接的寡糖比较目前五十五页\总数一百五十五页\编于二十二点目前五十六页\总数一百五十五页\编于二十二点内质网和高尔基体中，所有与糖基化及寡糖的加工有关的酶都是整合膜蛋白。它们固定在细胞的不同间隔中，其活性部位均位于内质网或高尔基体的腔面。目前五十七页\总数一百五十五页\编于二十二点脊椎动物细胞糖蛋白N-连接寡糖在内质网和高尔基体各膜囊区间的加工过程？目前五十八页\总数一百五十五页\编于二十二点蛋白聚糖(proteoglycan)的合成

除了蛋白质的糖基化以外，高尔基体中也可以进行多糖的合成。动物细胞中合成的多糖主要是透明质酸，这是一种氨基聚糖,是细胞外基质的主要成分。植物细胞壁中的几种多糖，包括半纤维素、果胶也是在高尔基体中合成的。目前五十九页\总数一百五十五页\编于二十二点蛋白酶的水解和其他加工过程蛋白质在高尔基体中酶解加工的方式有三种：一是将没有生物活性的蛋白原N端或两端的序列切除形成有活性的多肽，如胰岛素；二是将含有重复氨基酸序列的前体切割成有活性的多肽，如神经肽；三是根据前体中不同的信号序列或同一前体在不同细胞中的不同加工方式而加工成不同种的多肽。目前六十页\总数一百五十五页\编于二十二点举例：

胰岛素是在胰岛B细胞中合成的,刚从内质网合成的多肽在N-末端有信号肽链,称前胰岛素原(preproinsulin),相对分子质量为12,000。随后在内质网的信号肽酶的作用下,切除信号肽,成为胰岛素原(proinsulin),相对分子质量9,000,含84个氨基酸。运输到高尔基体后,通过蛋白酶的水解作用,生成一个分子由51个氨基酸残基组成的胰岛素和一个分子C肽。目前六十一页\总数一百五十五页\编于二十二点

胰岛素分子的加工成熟和运输

目前六十二页\总数一百五十五页\编于二十二点

小泡(Secretory

vesicle)

在扁平囊的周围有许多小囊泡,直径400-800Å。这些小囊泡较多地集中在高尔基复合体的形成面。一般认为它是由附近的粗面内质网出芽形成的运输泡.它们不断地与高尔基体的扁平膜囊融合,使扁平膜囊的膜成分不断得到补充。目前六十三页\总数一百五十五页\编于二十二点

(三)溶酶体的结构与功能

ThestructureandfunctionsofLysosomes

ChristiandeDuve等（1955）用生化手段分析大鼠肝细胞匀浆的梯度组分时发现的一种颗粒。溶酶体是由一层单位膜包着丰富的磷酸水解酶而构成，存在于所有的动物细胞中。溶酶体是细胞内消化的主要场所，在维持细胞正常代谢活动、防御及细胞的分化与衰老等方面起着重要的作用。目前六十四页\总数一百五十五页\编于二十二点1.溶酶体（lysosome)的结构类型（1）溶酶体的形态溶酶体（lysosome)：单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类，囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内消化作用。

溶酶体是一种异质性(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，直径一般0.25～0.8μm，最大的可超过1μm,最小的直径只有25～50nm。目前六十五页\总数一百五十五页\编于二十二点溶酶体膜的稳定性溶酶体的外被是一层单位膜,内部没有任何特殊的结构。由于溶酶体中含有各种不同的水解酶类,所以溶酶体在生活细胞中必须是高度稳定的。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目前六十六页\总数一百五十五页\编于二十二点

溶酶体的酶类

溶酶体内含有60多种酶类,这些酶的最适pH值是5.0,故均为酸性水解酶(acidhydrolases)。溶酶体的酶都有一个共同的特点∶都是水解酶类，在酸性pH条件下具有最高的活性。溶酶体的酶包括∶蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等。目前六十七页\总数一百五十五页\编于二十二点溶酶体的形态、大小、及所含主要酶类及膜中的V-型质子泵示意图

A

lysosomecontainshydrolyticenzymesandaH+pump目前六十八页\总数一百五十五页\编于二十二点（2）溶酶体的类型

由于溶酶体在形态上的多样性和异质性，曾发现各种不同类型的溶酶体。根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段,大致分为初级溶酶体（primarylysosome)、次级溶酶体(secondarylysosome)和残余体(residualbody)。目前六十九页\总数一百五十五页\编于二十二点

初级溶酶体（primarylysosome）呈球形，直径约0.2~0.5um，是高尔基体分泌形成的，有多种酸性水解酶，但没有底物，酶处于非活性状态，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余种，反应的最适PH值为5左右。目前七十页\总数一百五十五页\编于二十二点次级溶酶体(secondarylysosome)

是初级溶酶体与细胞内的自噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，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,分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。

自噬溶酶体(autolysosome)

是一种自体吞噬泡,作用底物是内源性的,即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质。这种溶酶体广泛存在于正常的细胞内，在细胞内起“清道夫”作用。

异噬溶酶体(heterolysosome)

又称异体吞噬泡,它的作用底物是外源性的,即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质。异噬性溶酶体实际上是初级溶酶体同内吞泡融合后形成的。目前七十一页\总数一百五十五页\编于二十二点Secondarylysosome目前七十二页\总数一百五十五页\编于二十二点残体（residualbody）

又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣。残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。目前七十三页\总数一百五十五页\编于二十二点肝细胞脂褐质目前七十四页\总数一百五十五页\编于二十二点动物细胞溶酶体系统示意图目前七十五页\总数一百五十五页\编于二十二点2.溶酶体的功能

消化和防御功能：溶酶体的基本功能是对生物大分子强烈的消化作用，这对于维持细胞的正常代谢活动及防御微生物的侵染都有重要的意义。目前七十六页\总数一百五十五页\编于二十二点其消化底物的来源有三种途径:①自体吞噬,吞噬的是细胞内原有的物质;②通过吞噬形成的吞噬体提供的有害物质;③通过内吞作用提供的营养物质。由于吞噬作用和内吞作用提供的被消化的物质都是来自细胞外,又将这两种来源的物质消化作用统称为异体吞噬(heterophagy)。目前七十七页\总数一百五十五页\编于二十二点目前七十八页\总数一百五十五页\编于二十二点溶酶体的类型及在细胞消化过程中的作用图中简示了溶酶体的四种消化作用:A.吞噬作用;B自噬作用;C.自溶作用;D.细胞外消化作用。目前七十九页\总数一百五十五页\编于二十二点3.溶酶体的发生BiogenesisofLysosomes

溶酶体酶是在糙面内质网上合成并经N-连接的糖基化修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基被磷酸化形成M6P，在高尔基体的反面膜囊和TGN膜上存在M6P受体，这样溶酶体的酶与其他蛋白质区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运到溶酶体中。知识拓展：目前八十页\总数一百五十五页\编于二十二点Thetransportofnewlysynthesizedlysosomalhydrolasestolysosomes.目前八十一页\总数一百五十五页\编于二十二点溶酶体的酶寻靶过程、涉及的细胞器及机理目前八十二页\总数一百五十五页\编于二十二点在细胞器更新中的作用：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在受精过程中的作用：受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。目前八十三页\总数一百五十五页\编于二十二点溶酶体酶的合成及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：信号斑发生过程

目前八十四页\总数一百五十五页\编于二十二点（1）溶酶体酶蛋白的M6P标记

溶酶体的酶上都有一个特殊的标记∶6-磷酸甘露糖(mannose6-phosphate,M6P)。这一标记是溶酶体酶合成后在粗面内质网和高尔基体通过糖基化和磷酸化添加上去的。

目前八十五页\总数一百五十五页\编于二十二点PhosphorylationofmannoseresiduesonlysosomalenzymescatalyzedbytwoenzymesRecognitionsitebindstoSignalpatchGlcNAcphosphotransferasephosphodiesterase目前八十六页\总数一百五十五页\编于二十二点（2）溶酶体酶的M6P分选途径这一途径的两个关键是:M6P标记和M6P受体蛋白。

M6P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。目前八十七页\总数一百五十五页\编于二十二点分选途径

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纤维状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。M6P受体也位于细胞质膜中,它能够同偶尔分泌到细胞外磷酸化的溶酶体酶结合,并形成由网格蛋白包被的运输泡,最后同样被传递给溶酶体。目前八十八页\总数一百五十五页\编于二十二点溶酶体酶的甘露糖6-磷酸分选途径和溶酶体形成的主要过程目前八十九页\总数一百五十五页\编于二十二点M6P分选途径的特点:

①M6P作为分选信号;②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;③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;④通过次级内体的分选作用使受体再循环。目前九十页\总数一百五十五页\编于二十二点（四）溶酶体与过氧化物酶体

过氧化物酶体(peroxisom)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。

Rhodin1954年发现于小鼠肾近曲小管上皮细胞，称其为微体。C.deDube建议把微体命名为过氧化物酶体。

目前九十一页\总数一百五十五页\编于二十二点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）目前九十二页\总数一百五十五页\编于二十二点1.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。通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体过氧化物酶体和溶酶体的差别

目前九十三页\总数一百五十五页\编于二十二点TritonWR1339目前九十四页\总数一百五十五页\编于二十二点过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较目前九十五页\总数一百五十五页\编于二十二点2.过氧化物酶体的功能解毒作用

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。对氧浓度的调节作用

过氧化物酶体中的氧化酶都是利用分子氧作为氧化剂，催化下面反应：RH2+O2R+H2O2

过氧化物酶体具有使细胞免受高浓度氧的毒性作用。脂肪酸的氧化

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。含氮物质的代谢

尿酸氧化酶对于尿酸的氧化是必需的。尿酸是核苷酸和某些蛋白质降解代谢的产物，尿酸氧化酶可将这种代谢废物进一步氧化去除。目前九十六页\总数一百五十五页\编于二十二点3.过氧化物酶体的发生通过二裂法进行增殖：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装配形成成熟的细胞器。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。

过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。目前九十七页\总数一百五十五页\编于二十二点过氧化物酶体发生过程的示意图目前九十八页\总数一百五十五页\编于二十二点

除线粒体和植物细胞叶绿体中能合成少量蛋白质外，绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运至细胞的特定部位，也只有转运至正确的部位并组装成结构和功能的复合体，才能参与细胞的生命活动。这一过程称蛋白质的定向转运或蛋白质分选（proteinsorting)。四、蛋白质的分选及运输目前九十九页\总数一百五十五页\编于二十二点目前一百页\总数一百五十五页\编于二十二点蛋白质的合成

SynthesisofProteins1）游离核糖体（on“free”ribosomes）(a)留在细胞质基质中的蛋白质

proteinsdestinedtoremaininthecytosol(b)细胞质内表面的外周蛋白

peripheralproteinsoftheinnersurfaceoftheplasmamembrane(c)转移到细胞核的蛋白质

proteinsthataretransportedtothenucleus(d)转移到过氧化物体,叶绿体和线粒体的蛋白质

proteinstobeincorporatedintoperoxisomes,chloroplasts,andmitochondria.目前一百零一页\总数一百五十五页\编于二十二点2）粗面内质网上的核糖体（onribosomesattachedtotheRERmembranes）(a)分泌性蛋白

proteinssecretedfromthecell(secretoryproteins)跨膜蛋白

integralmembraneproteins(c)留在内膜系统的蛋白质

solubleproteinsthatresidewithincompartmentsoftheendomembranesystem目前一百零二页\总数一百五十五页\编于二十二点

在细胞质基质中合成的蛋白质分子的命运都取决于其自身的氨基酸序列，这些氨基酸序列中包含指导蛋白质到所需的细胞器去的分选信号。

典型的蛋白质分选信号是一段连续的氨基酸序列，通常有15~60个氨基酸长。这个信号序列经常（但不总是）在分选任务完成后从蛋白质上被切除。

信号序列对于指导一个蛋白质到达一个特定的细胞器是必要和足够的。1.蛋白质的分选信号目前一百零三页\总数一百五十五页\编于二十二点表15-3一些典型的信号序列

注：带正电荷氨基酸以红色表示，带负电荷氨基酸以蓝色表示。一个疏水氨基酸的延伸区段以绿色表示。+H3N表示蛋白质的氨基端，COO-表示羧基端，内质网滞留信号通常用它的单字母氨基酸缩写表示，KDEL。目前一百零四页\总数一百五十五页\编于二十二点目前一百零五页\总数一百五十五页\编于二十二点“SignalHypothesis”信号假说

--G.Blobel&D.Sabatini,1975.

例如:分泌性蛋白在粗面内质网上的核糖体合成过程(1)信号肽(singnalpeptide)与共转运（Cotranslationaltranslocation）目前一百零六页\总数一百五十五页\编于二十二点AmodelfortheSignalMechanismofCotranslationalImport目前一百零七页\总数一百五十五页\编于二十二点信号假说（SignalHypothesis）1975年,G.Blobel和

D.Sabatini根据对信号序列的研究成果,正式提出了信号假说，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蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。现已确认，指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽，信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白）等因子协助完成这一过程。

目前一百零八页\总数一百五十五页\编于二十二点

信号肽（ERsignalsequence）

位于蛋白质的N端，一般有16～26个氨基酸残基，其中包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三部分。

信号肽的一级序列信号肽一级序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三个区域构成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，显示出两者的n区长度明显不同。目前一百零九页\总数一百五十五页\编于二十二点Signalpeptides(信号肽）目前一百一十页\总数一百五十五页\编于二十二点

信号识别颗粒（Signal-recognitionparticle,

SRP)

1981年,发现了信号识别颗粒(signalrecognitionpartical,SRP),是一种核糖核蛋白复合体,沉降系数为11S，含有分子量为72kDa、68kDa、54kDa、19kDa、14kDa及9kDa的6条多肽和一个由300个核苷酸组成的7SRNA,它的作用是识别信号序列,并将核糖体引导到内质网上。

信号识别颗粒受体(dockingprotein,DP)

即SRP在内质网膜上的受体蛋白,它能够与结合有信号序列的SRP牢牢地结合,使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。目前一百一十一页\总数一百五十五页\编于二十二点表5-4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

实验组别含有编码信号SRPDP微粒体序列的mRNA结果

1+---

产？生含信号肽的完整多肽2++--

合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸3+++-

产生含信号肽的完整多肽4++++

信号肽切除，多肽链进入微粒体中

*“+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。目前一百一十二页\总数一百五十五页\编于二十二点

分泌性蛋白在内质网上合成的共翻译转运过程：

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，同时信号肽打开易位子通道→新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止→合成体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为共翻译转运（co-translationaltranslocation）。目前一百一十三页\总数一百五十五页\编于二十二点FigureAsolubleproteincrossestheERmembraneandentersthelumen.可溶性蛋白穿过内质网膜进入腔内。多肽链从核糖体脱离关闭的转运通道切除的信号肽信号肽酶在内质网腔内成熟的可溶性蛋白质转运通道信号肽目前一百一十四页\总数一百五十五页\编于二十二点开始转移序列（starttransfersequence)和终止转移序列（stoptransfersequence)起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数知识拓展：目前一百一十五页\总数一百五十五页\编于二十二点开始转移序列（starttransfersequence)和停止转移序列（stoptransfersequence)起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数单次跨膜蛋白开始转移序列终止转移序列目前一百一十六页\总数一百五十五页\编于二十二点两次跨膜蛋白目前一百一十七页\总数一百五十五页\编于二十二点多次跨膜蛋白目前一百一十八页\总数一百五十五页\编于二十二点

(2)导肽（leaderpeptide)与翻译后转运（post-translationaltranslocation）。

线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及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的。在细胞质中合成的线粒体和叶绿体中的前体蛋白由成熟形式的蛋白质和N端的导肽（leaderpeptide)共同组成。目前一百一十九页\总数一百五十五页\编于二十二点导肽（导向序列，导向信号，转运肽）导肽的性质长约20~80个氨基酸，通常带正电荷的碱性氨基酸，含量较为丰富序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸羟基氨基酸如丝氨酸含量也较高可形成既具亲水性又具疏水性的α螺旋结构，这种结构特征有利于穿越线粒体的双层膜。导肽的特异性具有细胞结构的特异性前导肽的不同片段含有不同的信息目前一百二十页\总数一百五十五页\编于二十二点

翻译后转运（post-translationaltranslocation）蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称翻译后转运（post-translationaltranslocation）。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。目前一百二十一页\总数一百五十五页\编于二十二点

线粒体蛋白质的运送与组装◆定位于线粒体基质的蛋白质的运送◆定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送叶绿体蛋白质的运送及组装

目前一百二十二页\总数一百五十五页\编于二十二点定位于线粒体基质的蛋白质的运送目前一百二十三页\总数一百五十五页\编于二十二点定位于线粒体内膜或膜间隙的蛋白质运送目前一百二十四页\总数一百五十五页\编于二十二点叶绿体蛋白质的运送及组装目前一百二十五页\总数一百五十五页\编于二十二点summary决定新合成的多肽转移到细胞的哪个部位的信息存在于多肽本身：

信号肽决定细胞质基质中开始合成的蛋白质转移到内质网膜上；缺少信号肽的多肽，只能在细胞质基质中完成蛋白质的合成，然后再根据自身的信号转移到细胞的其他部位；信号序列对于指导一个蛋白质到达一个特定的细胞器是必要和足够的。目前一百二十六页\总数一百五十五页\编于二十二点FigureSignalsequencesdirectproteinstothecorrectorganelle.信号序列指导蛋白质到正确的细胞器。内质网信号序列结合到胞质溶胶蛋白质胞质溶胶内的蛋白质（无信号序列）有信号序列的内质网蛋白质转移有内质网信号序列的胞质溶胶蛋白质转移的信号序列内质网信号序列内质网蛋白质目前一百二十七页\总数一百五十五页\编于二十二点目前一百二十八页\总数一百五十五页\编于二十二点新合成的多肽如何正确折叠成为有功能的蛋白质？蛋白质氨基酸一级结构中的信号；分子“伴侣”：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、折叠或组装，这一类分子本身并不参与最终产物的形成。

信号识别颗粒（SRP);热休克蛋白Hsp70家族目前一百二十九页\总数一百五十五页\编于二十二点2.蛋白质分选的基本途径与类型

（1）蛋白质分选的基本途径两条途径：

①翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体中完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位；

②共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始后由信号肽引导转移至糙面内质网，新生肽边合成边转入粗面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。目前一百三十页\总数一百五十五页\编于二十二点目前一百三十一页\总数一百五十五页\编于二十二点Roadmapofproteinsorting

共翻译转运途径翻译后转运途径成熟的胞质蛋白质线粒体叶绿体过氧化物酶体细胞核内质网高尔基体细胞表面溶酶体质膜目前一百三十二页\总数一百五十五页\编于二十二点（2）蛋白质分选的类型：

跨膜转运（transmembranetransport)膜泡运输(vesiculartransport)选择性的门控转运(gatedtransport)

细胞质基质中的蛋白质的转运

分选指令存在于多肽自身，继信号肽假说提出与确证后，人们又发现了一系列的信号序列，指导蛋白质的定向转运。目前一百三十三页\总数一百五十五页\编于二十二点FigureThreemainmechanismsbywhichmembrane-boundedorganellesimportproteins.膜被细胞器通过三种机制之一输入蛋白质。通过核孔转运跨膜转运膜泡转运目前一百三十四页\总数一百五十五页\编于二十二点目前一百三十五页\总