细胞生物学-第七章

第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输,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,第一节细胞质基质,细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）细胞内膜系统（endomembranesystem）,第二节内质网,内质网(endoplasmicreticulum,ER)的形态结构ER的功能内质网与基因表达的调控,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,第四节溶酶体与过氧化物酶体,溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。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。其主要功能是进行细胞内的消化作用。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内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有重要意义,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膜泡运输细胞结构体系的组装,一、细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）,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,细胞质基质的涵义细胞质基质的功能,基本概念：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。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；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。,细胞质基质的涵义,完成各种中间代谢过程如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等蛋白质的分选与运输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,细胞质基质的功能,二、细胞内膜系统（endomembranesystem）,细胞内膜系统概述细胞内膜系统的研究方法,细胞内膜系统概述,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包绕形成的细胞器或细胞结构。真核细胞细胞内的区域化（compartmentalization）：细胞骨架纤维为组织者的Cytomatrix形成有序的动态结构；细胞内的膜相结构-细胞器（organelles）。,细胞内膜系统的研究方法,DeDuve,A.ClaudeandG.Palade,1974NobelPlrize放射自显影（Autoradiography）;生化分析（Biochemicalanalysis）;遗传突变分析（Geneticmutants）,一、内质网的形态结构,内质网的两种基本类型粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）微粒体（microsome）,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,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脂类的合成,sER的功能,类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）肝的解毒作用（Detoxification）Systemofoxygenases-cytochromep450family；肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG）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,返回,蛋白质合成,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（需要隔离或修饰）。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。,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在glycosyltransferase（糖基转移酶）作用下发生在ER腔面N-linkedglycosylation（Asn）O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）酰基化发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸Cys,新生肽的折叠与组装,新生肽的折叠组装：非还原性的内腔，易于二硫键形成，为肽链的正确折叠带来很大困难。正确折叠涉及驻留蛋白：蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，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（Bindingprotein，Bip，chaperone）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。蛋白二硫键异构酶和Bip等蛋白都具有4肽信号（KDELorHDEL）以保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度。,脂类的合成,ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。两种例外：鞘磷脂和糖脂（ER开始Golgicomplex完成）；Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。各种不同的细胞器具有明显不同的脂类组成：phosphatidylcholine卵磷脂（PC）：ERGCPM（高低）phosphatidylserine磷脂酰丝氨酸（PS）：PMGCER（高低）phospholipdtranslocator磷脂转位因子/flippase（转位酶）与膜脂转位内质网膜上合成的磷脂几分钟内就由细胞质基质侧转向内质网腔面，比自然转位快10万倍，可能就是借助转位酶的作用完成的。它对含胆碱的磷脂比对含丝氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂转位能力强，因此磷脂酰胆碱更容易转到内质网膜的腔面。磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol胞液；磷脂的转运:transportbybudding出芽：ERGC、Ly、PMtransportbyphospholipidexchangeproteins（PEP磷脂转换蛋白）：ERotherorganelles（includingMitandChl）。,三、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,一、高尔基体的形态结构,电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成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高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应：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MTOC(负端)高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmicdynein和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。最近还发现特异的血影蛋白（spectrin）网架。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。,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种标志细胞化学反应,嗜锇反应的高尔基体cis面膜囊；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面12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，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,高尔基体顺面网状结构（cis-Golginetwork，CGN）又称cis膜囊高尔基体中间膜囊（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网状结构（transGolginetwork，TGN）周围大小不等的囊泡顺面囊泡称ERGIC/VTC-ERGIC53/58蛋白（结合Mn）反面体积较大的分泌泡与分泌颗粒,高尔基体的4个组成部分,高尔基体顺面网状结构,RER（蛋白质和脂类）（蛋白质KDEL或HDEL）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；日冕病毒的装配,高尔基体反面网状结构,TGN中的低pH值；标志酶CMP酶阳性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（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣膜”作用，保证单向转运,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,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囊膜蛋白特异性地转运上皮细胞游离端的质膜水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运上皮细胞基底面的质膜水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞质基质侧的双酸分选信号Asp-X-Gln或DXE）起重要的作用溶酶体酶的分选：在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。,蛋白质的糖基化及其修饰,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植物细胞中高尔基体合成和分泌多种多糖除少数酶共价结合在细胞壁上外，多数酶都存在于内质网和高尔基体中。,蛋白质糖基化类型,N-连接与O-连接的寡糖比较,蛋白质糖基化的特点及其生物学意义,糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。糖基化的主要作用是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；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。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。进化上的意义：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。,蛋白聚糖在高尔基体中组装一个或多个糖胺聚糖（通过木糖）结合到核心蛋白的Ser残基上蛋白聚糖多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞质膜上，很多上皮细胞分泌的保护性黏液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。,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。为什么有这么多类型？,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。在高尔基体中进行的肽链酪氨酸残基的硫酸化作用硫酸根供体（3磷酸腺苷5磷酸硫酸，PAPS）从细胞质基质中转入高尔基体膜囊内，在酶催化下，将硫酸根转移到肽链中酪氨酸残基的羟基上。硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖。,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,膜泡运输的主要途径,其中多数与高尔基体直接相关,一、溶酶体的结构类型,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。溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）类型,类型,初级溶酶体（primarylysosome）此类溶酶体是刚刚从反面高尔基体形成的小囊泡,仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处于非活性状态。次级溶酶体（secondarylysosome）自噬溶酶体（autophagolysosome）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（phagolysosome）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。残余小体（residualbody），又称后溶酶体。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（heterogenous）的细胞器。,phagocytosis吞噬作用phagosomeEndocytosis胞吞作用earlyendosomelateendosomelysosomeautophagy自我吞噬作用autophagosome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溶酶体与疾病,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（acrosome）反应。,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。如台-萨氏（Tay-Sachs）等各种储积症（隐性的遗传病）某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境）,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,M6P,N-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,发生途径,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）Perforin：穿孔蛋白Granzyme：粒酶，由细胞毒性T细胞及大颗粒淋巴细胞通过颗粒胞吞的方式分泌的丝氨酸蛋白酶。,分选途径多样化,四、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过氧化物酶体的发生,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）,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。怎样通过离心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,微体与初级溶酶体的特征比较,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，过氧化物酶体可以降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。,过氧化物酶体的发生,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。过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targetingsignal，PTS）：PTS1为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的C端。PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白N-端。过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。内质网也参与过氧化物酶体的发生,过氧化物酶体发生过程的示意图,一、分泌蛋白合成的模型-信号假说,信号假说(Signalhypothesis)GBlobeletal：Signalhypothesis,1975信号肽（Signalpeptide）与共转移（Cotranslocation）导肽（Leaderpeptide）与后转移（Posttranslocation）,信号假说,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,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,*“+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。,信号肽与共转移,信号肽（Signalpeptides）与信号斑（Signalpatches）信号斑(signalpatch)信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面,这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。起始转移序列和终止转移序列起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数跨膜蛋白的取向疏水性原则脂双层的碳氢链区是高度疏水的区域蛋白质的跨膜区域必定是高度疏水区域蛋白质一般以-螺旋形式跨膜跨膜-螺旋的长度一般为20个氨基酸以20个氨基酸为单位，计算蛋白质序列的疏水性蛋白质中疏水性大的序列，即为可能的跨膜区域,导肽(leadingpeptide)又称转运肽(transitpeptide)或导向序列(targetingsequence)，它是游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号。导肽是新生蛋白N-端一段大约2080个氨基酸的肽链,通常带正电荷的碱性氨基酸(特别是精氨酸和赖氨酸)含量较为丰富,如果它们被不带电荷的氨基酸取代就不起引导作用，说明这些氨基酸对于蛋白质的定位具有重要作用。这些氨基酸分散于不带电荷的氨基酸序列之间。转运肽序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸，并且有形成两性螺旋的倾向。转运肽的这种特征性的结构有利于穿过线粒体的双层膜。不同的转运肽之间没有同源性，说明导肽的序列与识别的特异性有关，而与二级或高级结构无太大关系。导肽运送蛋白质时具有以下特点:需要受体;消耗ATP;需要分子伴侣;要电化学梯度驱动;要信号肽酶切除信号肽;通过接触点进入;非折叠形式运输。基本的特征：蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称后转移（posttranslocation）。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。,二、蛋白质分选（proteinsorting）与分选信号（sortingsignals）,分选途径分选信号,分选途径（Roadmap）,从蛋白质分选的类型或机制的角度，可分为四种基本类型。门控转运（gatedtransport）；跨膜转运（transmembranetransport）；膜泡运输（vesiculartransport）细胞质基质中的蛋白质的转运,三膜泡运输,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。膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、去组装的复杂调控,三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用,网格蛋白包被小泡COPII包被小泡COPI包被小泡,网格蛋白包被小泡,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)胞内体溶酶体运输高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地,COPII包被小泡,负责从内质网高尔基体的物质运输；COPII包被蛋白由5种蛋白亚基组成；包被蛋白的装配是受控的；COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。,COPI包被小泡,COPI包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于ARF(GTP-bindingprotein)；负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escapedproteins）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，防止出芽转运；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。COPI-包被小泡在非选择性的批量运输(bulkflow)中行使功能,负责rERGolgiSVPM。COPI-包被小泡除行使GolgiER逆行转运外，也可行使顺行转运功能,从ERER-GolgiIC中介组分Golgi。,膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装-去组装的复杂调控,膜泡融合是特异性的选择性融合，从而指导细胞内膜流的方向选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用（如神经细胞质膜的syntaxin特异结合突触小泡膜上的VAMPvesicle-associatedmembraneprotein)在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回收信号，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内质网比喻成“开放的监狱”（openprison）。高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)附近并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有各自特异的成分，这是行使复杂的膜泡运输功能的物质基础，但是在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间隔本身成分特别是膜成分的相对恒定。,四、细胞结构体系的组装,生物大分子的组装方式：有些装配过程需ATP或GTP提供能量或其它成份的介入或对装配亚基的修饰自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配环境装配具有重要的生物学意义：分子“伴侣”（molecularchaperones）,生物大分子的组装方式,自我装配（self-assembly）协助装配（aided-assembly）直接装配（direct-assembly）复合物与细胞结构体系的组装,装配具有重要的生物学意义,减少和校正蛋白质合成中出现的错误减少所需的遗传物质信息量通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程,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”。,肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比（引自Albert.1998）,微粒体(microsome)是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。,(a)通过小泡运输将内质网上合成的脂转运到其他内膜系统的膜上包括细胞核膜;(b)通过磷脂转运蛋白将内质网上合成的脂转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的膜中。,高尔基体的膜囊结构及其排列,烟草根尖细胞高尔基体的电镜照片,有被小泡,中心结构域,高尔基体顺面网状结构,顺面膜囊,中间膜囊,反面膜囊,高尔基体反面网状结构,小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）,动物细胞溶酶体系统示意图,溶酶体的发生过程,他们根据一次偶然的实验观察，设计了一个很好的方法:用一种去垢剂TritonWR1339注射小鼠，这种去垢剂在细胞内主要积累在溶酶体中，并使溶酶体的浮力密度降低到1.1-1.14g/cm3，这样就可以将尿酸氧化酶与溶酶体和线粒体分开。,deDuve和他的同事通过梯度离心分离到溶酶体之后发现至少有一种酶与溶酶体酶的性质不同:尿酸氧化酶不是酸性水解酶，但离心时总是与酸性水解酶在一起，只是沉降行为稍有不同。,通过蔗糖密度梯度离心，发现尿酸氧化酶存在的密度区是1.25g/cm3，而线粒体和溶酶体分别是1.19g/cm3和1.20g/cm31.24g/cm3，由于密度差异太小，而溶酶体自身的密度范围又很宽，如何将尿酸氧化酶与溶酶体的酶分开?,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,起始转移信号(start-transfersignal)蛋白质氨基末端的信号序列除了作为信号被SRP识别外,还具有起始穿膜转移的作用。在蛋白质共翻译转运过程中,信号序列的N-端始终朝向内质网的外侧,插入蛋白质转运通道后与通道内的信号序列结合位点(受体)结合,其后的肽序列是以袢环的形式通过运输通道。不过N-端的起始转移序列是可切除的序列,它的旁边有信号肽酶的作用位点,以N-端信号序列作为起始转移信号的一般都是分泌蛋白。,停止转移肽又称停止转运信号(halttransfersignal),它是存在于新生肽中能够使肽链通过膜转移停止的一段信号序列,结果导致蛋白质锚定在膜的双脂层,停止转运信号以螺旋的形式锚定在双脂层。因停止转移信号的作用而形成单次跨膜的蛋白,那么该蛋白在结构上只有一个停止转移信号序列,没有内含转移信号,但在N-端有一个信号序列作为转移起始信号。,停止转移肽(stop-transferpeptide),由于膜蛋白总是从胞质溶胶穿入内质网膜,并且总是保持信号序列中含正电荷多的氨基酸一端朝向胞质溶胶面,因而相同蛋白质在内质网中的取向也必然相同。结果造成内质网膜中蛋白质取向的不对称性,并由此决定了该蛋白在其它膜结合细胞器的膜结构中的方向。,正电荷氨基酸向内原则对大量已知结构的膜蛋白统计分析表明，荷正电的氨基酸倾向于位于胞质一侧线粒体、叶绿体中正电荷的氨基酸则位于基质一侧此规则只适用于长度小于60个氨基酸的片断随片断长度的增加，正电荷氨基酸位于内侧的几率降低,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:1.笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞内体及溶酶体的运输；2.COPII包被小泡介导从内质网高尔基体的运输；3.COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体内质网。在从内质网高尔基体和/或从高尔基体的cis面trans面的物质转运中也可能涉及到COPI包被小泡(物质沿内吞途径的转运未表示在图中)。,在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图,COPII包被小泡的装配Sar-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白,内质网驻留蛋白的回收图解,由于NSF/SNAPs能够介导不同类型小泡的融合,说明它没有特异性。据此Rothman等提出一种假设:膜融合的特异性是由另外的膜蛋白提供的，把这种蛋白称为SNAP受体蛋白(SNAPreceptors)，或称为SNAREs，这种蛋白可以作为膜融合时SNAPs的附着点。按照Rothman的SNARE假说，每一种运输小泡都有一个特殊的V-SNARE(vesicle-SNAPreceptor)标志，能够同适当的靶膜上的T-SNARE(target-SNAPreceptor)标志相互作用。一种运输小泡在没有找到合适的靶位点之前有可能同几种不同的膜位点进行过暂时性地接触，这种接触是不稳定的，只有找到真正的靶位点才会形成稳定的结构。也就是说,不同的小泡上具有不同的V-SNARE,它能识别靶膜上特异的T-SNARE并与之结合,以此保证运输小泡到达正确的目的地。存在于小泡膜上的V-SNAREs是在外被体外被形成时共包装到转运小泡上的，它同靶位点膜上的T-SNAREs蛋白的结合决定了转运小泡的选择性地停靠。,SNARE假说是JamesRothman和他的同事根据对动物细胞融合研究的发现提出的。他们发现动物细胞融合需要一种可溶性的细胞质蛋白,叫做N-乙基马来酰亚胺敏感的融合蛋白(N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein,NSF)以及其它几种可溶性的NSF附着蛋白(solubleNSFattachmentprotein,SNAPs)。NSF是一种四聚体，四个亚基都相同。SNAPs有-、-和-SNAPs等几种不同形式。,膜泡锚定与融合的特异性是通过转运泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用获得的,信号肽（signalpeptide），是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般1630个氨基酸残基，含有6-15个带正电荷的非极性氨基酸，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的