真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输

真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输第一页，共六十页，编辑于2023年，星期一真核细胞在进化上一个显著特点就是出现了细胞内的区隔（intracellularcompartment），细胞质被分隔成不同的由膜包裹的区室，即被膜细胞器（MembraneBoundOrganelles

）。第二页，共六十页，编辑于2023年，星期一内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等虽然具有各自独立的结构和功能，但它们之间又紧密相关，每个细胞器都作为相互协调的功能单位的一部分而发挥作用。因而被总称为细胞内膜系统（endomembranesystem）。(seenext)第三页，共六十页，编辑于2023年，星期一EndosymbiosisEvolutionofNuclearMembraneandER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。第四页，共六十页，编辑于2023年，星期一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（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）。第五页，共六十页，编辑于2023年，星期一本章内容第一节细胞质基质的涵义与功能第二节细胞内膜系统及其功能第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输第六页，共六十页，编辑于2023年，星期一第一节细胞质基质的涵义与功能也被称为：细胞液(cellsap)，透明质(hyaloplasm)，胞质溶胶(cytosol)成分：主要含有与中间代谢有关的数千种酶类，与维持细胞形态和细胞内物质运输有关的细胞质骨架。水和无机离子（K、Na、Mg、Ca、Cl)脂、糖、氨基酸、核苷酸及其衍生物蛋白质、脂蛋白、多糖、RNA糖原等一些处于贮存状态的重要化合物第七页，共六十页，编辑于2023年，星期一细胞质基质的功能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、蛋白质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

第八页，共六十页，编辑于2023年，星期一第二节细胞内膜系统及其功能内质网高尔基体溶酶体第九页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、内质网K.R.Porter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）。分类组成功能第十页，共六十页，编辑于2023年，星期一根据是否附有核糖体：粗面内质网（糙面内质网，routhendoplasmicreticulum,rER)有核糖体附着光面内质网（滑面内质网，smoothendoplasmicreticulum,sER)无核糖体附着光面内质网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。1、分类第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一2、结构和组成形态结构ER由封闭的膜系统及其形成的腔构成相互沟通的网状结构。它从核膜延伸至细胞质中，靠近细胞质内侧。（next）ER是真核细胞中最大的细胞器ER的膜占细胞膜系统的一半所包围的体积占细胞总体积的10%第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一超薄和扫描电镜观察的内质网上部介透射电镜照片,下部是扫描电镜照片粗面内质网呈扁平囊状，排列整齐光面内质网呈分支管状或小泡状第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一特征：大大增加了细胞内膜的表面积，为多种酶体系提供了大面积的结合位点。完整的封闭体系将其上合成的物质与细胞基质中合成的物质分隔开，利于它们的加工和运输。组成：内质网是膜囊结构，所以构成内质网的主要化学成份是蛋白质和脂。葡萄糖-6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一微粒体(microsome)：内质网的一种特化类型在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构。在体外实验中,具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一3、内质网的功能（1）蛋白质的合成

分泌性蛋白质；膜整合蛋白；细胞器中的可溶性驻留蛋白。（2）脂质的合成（3）蛋白质的修饰与加工（4）新生多肽的折叠与装配（5）内质网的解毒功能（6）内质网具有储存Ca2+的功能第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一脂质的合成内质网合成构成细胞所需的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂所需要的3种酶（如酰基转移酶，磷酸酶，胆碱磷酸转移酶）都定位在内质网膜上，其活性部位在膜的细胞质基质一侧。第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一

Thesynthesisofphosphatidylcholine.Thisphospholipidissynthesizedfromfattyacyl-coenzymeA(fattyacylCoA),glycerol3-phosphate,andcytidine-bisphosphocholine(CDP-choline)第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一转位：在内质网上合成的磷脂几分钟之后就由胞质溶胶面转向膜的另一面，即内质网腔面,磷脂的转位是由内质网膜中磷脂转位蛋白(phospholipidtranslocator)或称翻转酶（flippase）帮助的。转运:内质网中的磷脂向其它膜的转运有两种方式：出芽(budding)：ER→GC、Ly、PM磷脂转换蛋白(phospholipidexchangeproteins,PEP）：磷脂分子+PEP→细胞质基质→靶膜（线粒体、过氧化物酶体的膜）(seenext)第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一糖原分解与游离葡萄糖释放在肝细胞中,糖原裂解释放葡萄糖-1-磷酸,然后再转变成葡萄糖-6-磷酸,由于磷酸化的葡萄糖不能通过细胞质膜,光面内质网上的葡萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖和磷酸后,葡萄糖就可穿过细胞质膜进入血液第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期一解毒作用(detoxification)肝细胞中的光面内质网很丰富，其中含有一些酶，用以清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质。如细胞色素P-450家族酶系能使聚集在光面内质网上的不溶于水的废物或代谢产物羟基化而完全溶于水转运出细胞进入尿液中。第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一贮Ca2+功能：肌质网(sarcoplasmicreticullum)是肌细胞内特化的光面内质网,是贮存Ca2+的细胞器。第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一TranslocationofsolubleproteinsacrossER蛋白质的合成向细胞外分泌的蛋白质膜的整合蛋白质细胞器中可溶性驻留蛋白质（solubleproteinsthatresidewithincompartmentsoftheendomembranesystem）第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一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：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。在进化上，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。第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一内质网上进行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。ProteinglycosylationinRER第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一新生多肽的折叠与装配二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI：ER驻留蛋白）催化新合成的蛋白形成和改组二硫键，形成正确的折叠状态。分子伴侣BiP（Bindingprotein）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。不能正确折叠的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚单位，不能进入高尔基体。这些多肽一旦被识别，便从内质网腔转至细胞质基质（通过Sec61p复合体），被蛋白酶体（proteasomes－protein-degradingmachine）所降解。（seenext）第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、高尔基体高尔基体（Golgibody），也称高尔基器(Golgiapparatus)或高尔基复合体(Golgicomplex)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。1909年诺贝尔奖。GolgiApparatusinaplantparenchymacellfromSauromatumguttatum(TEMx145,700).第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一组成：高尔基体膜含有大约60%的蛋白和40%的脂类。从蛋白质含量看,高尔基复合体高于内质网和质膜（分别为20%和40%）。从总磷脂看,高尔基体介于内质网和质膜之间。标志酶为糖基转移酶。还有磺基-糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。1、形态和组成第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一功能区隔：CGNMedialGolgiTGN第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期一CGN最内侧称高尔基体顺面网络结构（cisGolginetwork，CGN），呈相互连接的管网结构（interconnectednetworkoftubules）,是高尔基体的入口区域。DiagramofGolgibody.Vesiclesarriveatthecisfaceandleavefromtransface.Theinternalcompartmentofeachmembranesaciscalleda“cisterna”(pl.cisternae).第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一GolgiStack：高尔基体的主体由一系列大的、扁平膜囊和管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的。可分为顺面膜囊（ciscisternae）、中间膜囊（medialcisternae）和反面膜囊（transcisternae）。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此。第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一TGN：反面最外侧称高尔基体反面网络结构（transGolginetwork，TGN），呈管网状，并有囊泡与之相连。是高尔基体的出口区域，功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输出。第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一2、高尔基体的功能蛋白质运输和分选（sorting）蛋白质修饰水解糖基化硫酸化：蛋白聚糖膜循环：内质网上合成的脂质一部分转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡，向细胞膜和溶酶体膜等部位运输。第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一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。(见第三节)第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一糖基化O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷糖（半乳糖或N-乙酰半乳糖胺）。将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基上。N-连接的寡聚糖进一步加工内质网上：磷酸多萜醇上的糖基转移到多肽的天冬酰胺（Asn）上；高尔基体：加工，切除葡萄糖和部分甘露糖分子，添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白。第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一蛋白质糖基化类型特征

N-连接

O-连接1.合成部位粗面内质网高尔基体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—乙酰半乳糖胺等第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一蛋白质在高尔基体中酶解加工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。第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一三、溶酶体与过氧化物酶体（一）溶酶体及其类型1955年,deDuve与Novikoff首次发现溶酶体(lysosome)。它是单层膜围绕、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消化。溶酶体几乎存在于所有动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器――圆球体及液泡。第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同，主要区别是：①膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其pH值降低。②具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运。③膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期一溶酶体是一种异质性的细胞器，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同，标志酶为酸性磷酸酶。根据完成其生理功能的不同阶段可分为:

（1）初级溶酶体(primarylysosome)

（2）次级溶酶体(secondarylysosome)

（3）残余小体(residualbody)第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一内含物均一，无明显颗粒，由高尔基体分泌形成，含有多种水解酶，已知60余种，均属于酸性水解酶，反应的最适PH值为4.6（5.0）左右。（1）初级溶酶体（primarylysosome）第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一Secondarylysosome是正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，可分为：

自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体(phagolysosome)。（2）次级溶酶体（secondarylysosome）第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一肝细胞脂褐质又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣，故名。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。（3）残体（residualbody）第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一（二）溶酶体的功能1、清除无用的生物大分子、衰老细胞器、衰老损伤和死亡的细胞、个体发育中多余的细胞；2、防御作用(如巨噬细胞杀死病原体)；3、通过细胞内消化为细胞提供营养（如高等动物内吞低密度脂蛋白获得胆固醇，单细胞真核生物利用溶酶体消化食物。4、参与分泌过程的调节（如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素）；5、在受精过程中的作用。第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一动物细胞溶酶体系统示意图第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一（三）溶酶体的发生溶酶体酶的合成及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N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶磷酸葡萄糖苷酶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第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一溶酶体的发生h11shengke1@126.com第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一（四）溶酶体与疾病1、矽肺2、肺结核3、类风湿性关节炎4、各类贮积症第四十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一（五）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。

1、过氧化物酶体与溶酶体的区别2、过氧化物酶体的功能3、过氧化物酶体的发生第五十页，共六十页，编辑于2023年，星期一第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输蛋白质分选（Proteinsorting）:绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，随后，或在细胞质基质中或运至糙面内质网上继续合成。然后，通过不同的途径转运到细胞的特定部位，也只有转运到正确的部位并装配成结构与功能复合体，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分选。第五十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、信号假说与与分泌性蛋白质的合成（一）信号假说为什么有些蛋白质在细胞质基质中合成，而有些在糙面内质网上合成呢？Blobel推测分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。这就是1975年，美国纽约洛克菲勒大学的GunterBlobel等提出的信号肽假说（G.Blobel因此而获得1999年诺贝尔生理学/医学奖）。第五十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一现已确认，指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成的决定因素除了蛋白质N端的信号肽（signalsequence或signalpeptide）外，还有信号识别颗粒（signalrecognitionparticle,SRP）以及位于内质网膜上的信号识别颗粒受体（又称停泊蛋白dockingprotein,DP）和易位子等组分。

第五十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一分泌性蛋白在内质网上的合成过程如下：①蛋白质首先在细胞质基质游离核糖体上起始合成，当多肽链延伸至80个氨基酸左右后，N端的信号肽与信号识别颗粒结合使肽链延伸暂时停止，并防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直至信号识别颗粒与内质网膜上的停泊蛋白结合，核糖体与内质网膜上的易位子结合。②核糖体结合到内质网膜上后，信号识别颗粒脱离信号序列和核糖体，返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸。③信号肽与易位子结合并使孔道打开，信号肽穿入内质网膜并引导肽链以袢环形式进入内质网腔中，与此同时，腔面上的信号肽酶切除信号