(3.5)-第5章 细胞质基质与内膜系统

第五章

细胞质基质与内膜系统真核细胞内典型区室化特征示意图真核细胞的细胞内膜将细胞质分隔成不同的区域一、细胞质基质在细胞质中除了膜性细胞器以外的胶状物质二、细胞内膜系统内质网，高尔基体，溶酶体等三、其他膜包被的细胞器线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核第一节、细胞质基质的涵义与功能

第二节、内膜系统的形态结构和功能

内质网高尔基体溶酶体第一节、细胞质基质（cytoplasmicmatrix）

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。

细胞质基质的含义细胞质基质的功能

胞质溶胶：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除各种细胞器或细胞结构后的上清液。含有约70%水和溶于其中的离子及可溶性蛋白质等大分子主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系，处于动态平衡的结构体系。细胞质基质的含义网络视频/video/av26219569/?p=4温馨提示：此视频框在点击“上传手机课件”时会进行转换，用手机进行观看时则会变为可点击的视频。此视频框可被拖动移位和修改大小蛋白质核糖体mRNAtRNA完成各种中间代谢过程

如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等与蛋白质的分选有关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修饰和蛋白质选择性降解

蛋白质的修饰

控制蛋白质的寿命（泛素依赖的降解途径）

降解变性和错误折叠的蛋白质（泛素依赖的降解途径）

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（分子伴侣）

细胞质基质的功能辅酶或辅基与酶的共价修饰磷酸化与去磷酸化：调节蛋白质的生物学活性糖基化：主要发生在内质网和高尔基体上，在哺乳动物细胞的细胞质基质中发生的糖基化主要是把N-乙酰葡萄糖胺加到蛋白质的丝氨酸上N端进行甲基化修饰保护蛋白不被水解，延长寿命，如支架蛋白和组蛋白。酰基化：一类是内质网上合成的跨膜蛋白在通过内质网和高尔基体的转运过程中发生的；一类是在诸如src基因和ras基因这类细胞癌基因的产物上。蛋白质的修饰控制蛋白质的寿命N端第一个特殊氨基酸决定Met,Ser,Thr,Ala,Val,Cys,Gly,Pro稳定，其他氨基酸，则不稳定真核细胞N端第一个氨基酸合成：Met+肽链氨基肽酶去除Met氨酰-tRNA转移酶加一个氨基酸在N端依赖泛素和蛋白酶体的降解途径（Ubiquitin-dependentPathway)。泛素依赖的降解途径

（ubiquitin–dependentpathway）

泛素是一个由76个氨基酸残基组成的小肽，它的作用主要是识别要被降解的蛋白质。

蛋白酶体主要降解两种类型的蛋白质：一类是错误折叠的蛋白质，另一类就是需要进行数量调节的蛋白质。蛋白酶体TargetproteinUbiquitin蛋白酶体调节部分催化核心网络视频/video/BV1jE41117GU?p=1温馨提示：此视频框在点击“上传手机课件”时会进行转换，用手机进行观看时则会变为可点击的视频。此视频框可被拖动移位和修改大小分子伴侣（molecularchaperones）

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、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子伴侣。第二节、细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、由膜围绕细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。增加细胞的内表面积，提高了代谢和调节能力。内膜系统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小泡运送到工作部位；细胞通过内吞途径将细胞外的物质送到溶酶体降解。溶酶体胞外分泌内吞作用高尔基体一、内质网内质网在细胞分裂时，要经历解体和重建的过程；内质网的存在增大的细胞内膜的表面积，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。内质网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。网络视频/video/av29606263/?p=4温馨提示：此视频框在点击“上传手机课件”时会进行转换，用手机进行观看时则会变为可点击的视频。此视频框可被拖动移位和修改大小糙面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，膜表面附有大量的核糖体（A）；功能是合成分泌性蛋白和多种膜蛋白；分泌细胞（如胰腺腺泡细胞）和分泌抗体的浆细胞中非常发达。光面内质网常为分支管状、没有核糖体附着（B）；是脂肪合成的重要场所；合成固醇类激素的细胞，肝细胞中含量丰富。内质网（ER）的功能

ER是细胞内除核酸以外的生物大分子，如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是在内质网合成的。蛋白质合成脂类的合成蛋白质的修饰与加工新生肽的折叠与组装内质网的其他功能

蛋白质的合成在粗面内质网上合成的蛋白包括分泌蛋白、整合膜蛋白、以及内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白。分泌蛋白：包括酶、抗体黏蛋白、肽类激素和胞外基质成分等。这类蛋白质常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：其构象都具有方向性，并且在内质网上合成时就已确定。细胞器中的可溶性驻留蛋白：如酸性水解酶，合成后进入内质网腔，然后进一步包装分选。脂类的合成光滑内质网是脂类合成的重要场所（包括磷脂和胆固醇）磷脂转位因子：

在磷脂转位因子的作用下，新合成的脂类分子会由细胞质基质侧转向内质网腔面，转运速度比自然转位速度高105倍。磷脂的转运:出芽；磷脂转位蛋白；膜嵌入蛋白介导的直接接触 卵磷脂在内质网膜上合成过程的示意图 胆固醇与磷脂在供体膜与受体膜之间的转运机制A.通过膜泡转运脂质。B.通过PEP介导的脂质转运。C.膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触。蛋白质的修饰与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发生在内质网腔面；酰基化发生在ER的细胞质基质侧。

N-连接糖基化与O-连接糖基化的比较

发生在糙面内质网蛋白质N-连接的糖基化过程新生肽的折叠与组装不同蛋白在内质网上停留的时间不一，取决于蛋白质正确折叠所需的时间。内质网腔极易形成二硫键，不利于肽链的折叠。蛋白二硫键异构酶（PDI）可以切断二硫键，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装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。

ER的其他功能肝细胞的解毒作用：肝细胞光面内质网中存在细胞色素P450家族酶系，在这些酶的作用下，可以将不溶于水的有毒物质和代谢产物处理为溶于水的物质，通过尿液排出体外。

储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+

泵入肌质网腔中。肌质网：肌细胞中含有发达的特化的光面内质网。内质网应激（ERS）及其信号调控

ERS包括：未折叠蛋白质应答反应UPR；内质网超负荷反应EOR；固醇调节级联反应SREBP；ERS反应引发的细胞凋亡未折叠蛋白质应答反应（UPR）ATF6固醇调节级联反应（SREBP）依赖胆固醇的转录调控有赖于受控靶基因启动子内10个碱基对组成的固醇调控元件SRE；依赖类固醇的转录因子称作固醇调控元件结合蛋白SREBP。二、高尔基体的形态结构电镜下高尔基体结构是由排列较为整齐的扁平膜囊和大小不等的囊泡构成的；高尔基体是有极性的细胞器；高尔基体各部膜囊的4种标志细胞化学反应：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）高尔基体各部膜囊的4种标志细胞化学反应嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体顺面膜囊特异性染色；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示反面1～2层膜囊；胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近反面膜囊状和管状结构。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。

高尔基体顺面膜囊与顺面高尔基体管网状结构（cis-Golginetwork，CGN）

高尔基体中间膜囊（medialGolgi）

多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成。

高尔基体反面膜囊与反面高尔基体管网状结构（transGolginetwork，TGN）

高尔基体的3个组成部分

CGN的主要功能：

内质网（蛋白质和脂类）CGN；

蛋白丝氨酸残基发生O--连接糖基化；

跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；

TGN的主要功能：

参与蛋白质的分类与包装、运输；

某些“晚期”的蛋白质修饰;

在蛋白质与脂类的转运过程中保证单向转运。膜泡运输模型膜囊成熟模型两种假说模型网络视频/video/av67106178/?spm_id_from=333.788.videocard.3温馨提示：此视频框在点击“上传手机课件”时会进行转换，用手机进行观看时则会变为可点击的视频。此视频框可被拖动移位和修改大小高尔基体的功能

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，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。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

运输泡

进入CGN

在medialGolgi中加工

在TGN形成分泌泡

运输与质膜融合、排出。蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化类型两种糖基化形式的比较蛋白质糖基化的生物学意义

O-连接：连接到丝氨酸、苏氨酸、或在胶原纤维中的羟脯氨酸、羟赖氨酸的羟基上；N-连接：连接到天冬酰胺的酰胺氮原子上。糖蛋白或糖脂上糖的排列方向蛋白质糖基化的两种类型比较特征N-连接O-连接合成部位粗面内质网和高尔基体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天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、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（除ABO血型抗原）第一个糖残基N-乙酰葡糖胺N-乙酰半乳糖胺等蛋白质糖基化的生物学意义糖基化的蛋白质其寡糖链具有促进蛋白质折叠和增强糖蛋白稳定性作用；蛋白质糖基化修饰使不同蛋白质携带不同的标志，以利于分选包装；负责糖链和加工的酶类均由管家基因所编码；多羟基糖侧链可能影响蛋白质的水溶性及所带电荷。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质

高尔基体

切除N-端或两端的序列

成熟的多肽。蛋白质前体

高尔基体

水解

同种有活性的多肽。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。溶酶体溶酶体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。

一、溶酶体的结构类型二、溶酶体的功能一、溶酶体的结构类型溶酶体的类型溶酶体膜的特征：由单层膜围绕；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，有利于防止自身膜蛋白的降解。溶酶体的类型

溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性细胞器。异质性：不同的溶酶体的形态大小，包含的水解酶类的种类都可能不同。初级溶酶体（primarylysosome）次级溶酶体（secondarylysosome）

残余体（residualbody），又称后溶酶体。

初级溶酶体（primarylysosome）呈球形，直径0.2-0.5

m，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。含有多种水解酶类，都属于酸性水解酶类。次级溶酶体：是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡等形成的复合体。因此，可以分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。残余体：未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体或后溶酶体，可以通过胞吐方式将内容物排出细胞。二、溶酶体的功能清除无用的大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞。防御功能;其它重要的生理功能

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；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（acrosome）反应。

顶体反应：第1步，顶体外膜与精细胞质膜融合，融合区域水解或消散，形成孔道；第2步，精子通过孔道释放出顶体酶；第3步，卵子外围的放射冠及透明带溶解，出现缺口；第4步，精子穿过透明带之后精子质膜与卵膜融合，精子细胞核进入卵子，完成受精。三、溶酶体的发生发生途径分选途径多样化酶的加工方式多样化（糖侧链的部分水解、膜蛋白等）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萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑发生途径

/video/av18178131?from=search&seid=10911746342520982625溶酶体酶转运分选途径多样化依赖于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。

溶酶体与疾病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