细胞质基质和细胞内膜系统学时

第六章细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质内质网高尔基体溶酶体与过氧化物酶体细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装目前一页\总数七十二页\编于二十三点第一节细胞质基质细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）内膜系统（endomembranesystem）目前二页\总数七十二页\编于二十三点一、细胞质基质 细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半1、细胞质基质的涵义

基本概念：

细胞质基质（Cytoplasmicmatrix）：指除去能分辩的细胞器和颗粒以外的细胞质部分，是一复杂的高度有组织的胶体系统。目前三页\总数七十二页\编于二十三点主要特点：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目前四页\总数七十二页\编于二十三点2、细胞质基质化学组成

水、各种离子（K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+）、

中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构目前五页\总数七十二页\编于二十三点

完成各种中间代谢过程

如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等蛋白的合成和脂肪酸的合成

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等蛋白质的分选与运输3、细胞质基质的功能目前六页\总数七十二页\编于二十三点在基质中合成的蛋白质命运不同：

a、具N端信号肽的（分泌蛋白）合成后→内质网；b、N端具导肽的分别被转送到各种细胞器（线粒体、叶绿体、微体、细胞核等）中；c、留在细胞质中（驻留蛋白）或参与膜建成（膜蛋白）。目前七页\总数七十二页\编于二十三点

完成各种中间代谢过程蛋白的合成和脂肪酸的合成

与细胞质骨架相关的功能

蛋白质的分选与运输

蛋白质的修饰和选择性的降解

蛋白质的修饰

控制蛋白质的寿命

3、细胞质基质的功能目前八页\总数七十二页\编于二十三点控制蛋白质寿命蛋白质N端的第一个氨基酸，称信号氨基酸，决定N端的稳定或不稳定。（8种稳定aa：MTVCSGAP)泛素降解途径(ubiquitin-dependentpathway)：泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有蛋白质降解和细胞周期调控等多种生物学功能。普遍存在于真核细胞中。在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N端，然后由一种蛋白酶体（26S的蛋白酶复合体）将蛋白质完全水解目前九页\总数七十二页\编于二十三点

完成各种中间代谢过程蛋白的合成和脂肪酸的合成蛋白质的分选与运输

与细胞质骨架相关的功能

蛋白质的修饰和选择性的降解

蛋白质的修饰

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3、细胞质基质的功能目前十页\总数七十二页\编于二十三点热休克蛋白(heatshockprotein，Hsp)能选择性的与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用水解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠成正确构象。主要包括3个家族（25KD，70KD，90KD），每一家族中都有由不同基因编码的数种蛋白成员。目前十一页\总数七十二页\编于二十三点二、细胞内膜系统概述内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构，主要包括：核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体、叶绿体、各种运输小泡和液泡等。内膜系统使真核细胞内区域化（compartmentalization）目前十二页\总数七十二页\编于二十三点目前十三页\总数七十二页\编于二十三点第二节内质网

(endoplasmicreticulum,ER)

概述1945年，著名超微结构学家K.B.Porter，在电镜下观察组织培养的鸡胚成纤维细胞时，发现有各种大小的管道相连成网状，定名为内质网。内质网占到细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞总体积10%。

目前十四页\总数七十二页\编于二十三点一、内质网的形态结构（一）内质网的形态结构特点

ER是封闭的膜系统以及周围的腔形成相互沟通的网络结构。扁平囊状或分支管状。

ER在外形上呈多态性，但有三种基本的形态：

1扁平囊状排列2管道状排列3小泡状排列上述3种形状是可以互相转变的。目前十五页\总数七十二页\编于二十三点扁囊小泡小管目前十六页\总数七十二页\编于二十三点一、内质网的形态结构（一）内质网的形态结构特点（二）内质网的两种基本类型

粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）

光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）目前十七页\总数七十二页\编于二十三点目前十八页\总数七十二页\编于二十三点

关于ER的化学组成是通过离体的化学分析进行研究的，多数资料来自微粒体。

微粒体：细胞匀浆和超速离心的过程中由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡状结构，而不是细胞内固有结构。

分析表明：蛋白质约占2/3（比质膜多），主要是酶类。脂类1/3（比质膜少）在滑面内质网高于粗面内质网，主要为磷脂和胆固醇。（三）化学组成目前十九页\总数七十二页\编于二十三点二、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都是在内质网合成的。

rER的功能sER的功能目前二十页\总数七十二页\编于二十三点rER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目前二十一页\总数七十二页\编于二十三点（一）蛋白质合成内质网主要合成：分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白

其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的,包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。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”核糖体。目前二十二页\总数七十二页\编于二十三点目前二十三页\总数七十二页\编于二十三点（二）蛋白质的修饰与加工修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等

糖基化是在糖基转移酶作用下完成的，发生在ER腔面

N-连接的糖基化（Asn）

O-连接的糖基化（Ser/Thr或者Hylys/Hypro）目前二十四页\总数七十二页\编于二十三点（三）新生肽的折叠与组装合成后折叠成正确构象并装配完成

蛋白二硫键异构酶

结合蛋白（Bindingprotein，Bip）结合蛋白属于热休克蛋白70家族成员，普遍存在于内质网中，能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。

目前二十五页\总数七十二页\编于二十三点sER的功能

脂类的合成储存钙离子肝的解毒作用（Detoxification）

清除脂溶性的废物和代谢产生的有害物质，如：细胞色素P450家族酶系合成固醇类激素目前二十六页\总数七十二页\编于二十三点第三节高尔基体高尔基体的形态结构

高尔基体的功能高尔基体与细胞内的膜泡运输目前二十七页\总数七十二页\编于二十三点高尔基复合体的发现

高尔基复合体是普遍存在于真核细胞中的重要细胞器，最初由意大利医生CamilloGolgi于1898年用硝酸银染色，在猫头鹰的小脑蒲肯野氏细胞中发现，为纪念Golgi本人，称这种结构为高尔基体（Golgibody）或高尔基器（Golgiapparatus）。高尔基体是内膜系统的一部分，结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，现在称这种复杂的结构为高尔基复合体（Golgicomplex）。目前二十八页\总数七十二页\编于二十三点目前二十九页\总数七十二页\编于二十三点一、高尔基体的形态结构

电镜下高尔基体结构

高尔基体是有极性的细胞器

扁囊弯曲成凸面 又称形成面（formingface）或顺面（cisface）

面向质膜的凹面（concave）又称成熟面（matureface）或反面（transface）

目前三十页\总数七十二页\编于二十三点

高尔基体顺面网状结构（cis-Golginetwork，CGN）

高尔基体中间膜囊（medialGolgi）

高尔基体反面网状结构（transGolginetwork，TGN)

周围大小不等的囊泡高尔基体的4个组成部分目前三十一页\总数七十二页\编于二十三点二、

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目前三十二页\总数七十二页\编于二十三点（一）高尔基体参与细胞的分泌活动

目前三十三页\总数七十二页\编于二十三点（一）高尔基体参与细胞的分泌活动

蛋白质的分选及其转运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

溶酶体酶的分选

目前三十四页\总数七十二页\编于二十三点溶酶体酶的分选过程:

溶酶体酶寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生6—磷酸甘露糖（M6P），这是溶酶体酶的标志，在高尔基体反面膜囊上有M6P受体，M6P与之结合，从而与其它酶分离开，而进入一个特殊区域，最后形成溶酶体。目前三十五页\总数七十二页\编于二十三点

特征

N-连接O-连接1.合成部位

粗面内质网或高尔基体粗面内质网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N-连接与O-连接的寡糖比较

（二）蛋白质的糖基化及其修饰目前三十六页\总数七十二页\编于二十三点蛋白质糖基化生物学意义

为各种蛋白质打上不同的标记，以利于高尔基体的分类包装，同时保证糖蛋白从rER至高尔基膜囊的单方向运输。

蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象增加蛋白质的稳定性目前三十七页\总数七十二页\编于二十三点（三）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。目前三十八页\总数七十二页\编于二十三点三、高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用目前三十九页\总数七十二页\编于二十三点第四节溶酶体与过氧化物酶体

溶酶体（lysosome）几乎存在于所有的动物细胞中。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。

溶酶体的结构、化学组成及类型

溶酶体的功能

溶酶体的发生

目前四十页\总数七十二页\编于二十三点一、结构及化学组成

电镜下观察，溶酶体是外包一层单位膜的圆泡状结构，大小介于线粒体和微粒体之间。

膜内是细胞内酶的仓库，含有多种水解酶（50~60余种），能分解蛋白质、核酸和多糖及脂类。这些酶的最适PH在3~6之间，故称酸性水解酶。目前四十一页\总数七十二页\编于二十三点

溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）

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。

目前四十二页\总数七十二页\编于二十三点

溶酶体的类型

初级溶酶体

次级溶酶体

残余小体又称后溶酶体。

目前四十三页\总数七十二页\编于二十三点二、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

其它重要的生理功能目前四十四页\总数七十二页\编于二十三点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，保证发育的正常进行；受精过程中的精子的顶体反应。目前四十五页\总数七十二页\编于二十三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M6P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化识别信号：信号斑三、溶酶体的发生目前四十六页\总数七十二页\编于二十三点溶酶体的发生过程目前四十七页\总数七十二页\编于二十三点

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）

分选途径多样化目前四十八页\总数七十二页\编于二十三点第五节细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装分泌蛋白合成的模型---信号假说蛋白质分选与分选信号细胞结构体系的组装目前四十九页\总数七十二页\编于二十三点一、分泌蛋白合成的模型---信号假说信号假说(Signalhypothesis) G．Blobeletal：Signalhypothesis,1975

目前五十页\总数七十二页\编于二十三点信号假说内容

指导因子：蛋白质N-端的信号肽（signalpeptide）信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）等目前五十一页\总数七十二页\编于二十三点

信号肽的一级序列信号肽是位于分泌蛋白N端的一段特殊序列。一般有16-26个左右的氨基酸组成。包括疏水核心区，信号肽的N端和C端三部分。成熟后被切去。目前五十二页\总数七十二页\编于二十三点目前五十三页\总数七十二页\编于二十三点信号肽假说：

分泌性蛋白首先游离核糖体中合成，合成到80aa左右时，N端信号肽与信号识别颗粒（SRP)结合，肽链合成暂时中止，接着，内质网膜上的停泊蛋白（DP）与SRP结合，同时核糖体与内质网膜上的易位子结合（信号肽与易位子结合），通路打开，指导肽链以袢环的形式进入到内质网腔（耗能），肽链继续合成，在蛋白合成完成之前信号肽被切除。目前五十四页\总数七十二页\编于二十三点第五节细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装分泌蛋白合成的模型---信号假说

蛋白质分选与分选信号细胞结构体系的组装目前五十五页\总数七十二页\编于二十三点二、蛋白质分选（proteinsorting）

与分选信号（sortingsignals）

分选信号①信号序列（signalsequence）：存在于蛋白质一级结上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除。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。目前五十六页\总数七十二页\编于二十三点信号功能

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-（KDEL序列）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-信号序列目前五十七页\总数七十二页\编于二十三点目前五十八页\总数七十二页\编于二十三点分选途径（Roadmap）

两条基本途径：1.翻译后转运途径在细胞质基质中完成多肽链合成，然后分选到各种细胞器,如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位

2.共翻译转运途径在细胞质基质中多肽链合成起始后，转移到内质网，然后边合成边转入内质网腔，再经高尔基体运输至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。目前五十九页\总数七十二页\编于二十三点目前六十页\总数七十二页\编于二十三点细胞内蛋白质的分选类型目前六十一页\总数七十二页\编于二十三点细胞质基质中蛋白质的分选类型◆跨膜运输

（Acrossmembranetransport）◆膜泡运输

（Vesicletransport）

◆门控运输（gatedtransport）

●

通过核孔的运输（Transportthroughnuclearpore）◆细胞质基质中的蛋白质转运目前六十二页\总数七十二页\编于二十三点三种不同类型的包被小泡网格蛋白有被小泡COPII有被小泡COPI有被小泡目前六十三页\总数七十二页\编于二十三点

在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式: