第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输,教辅

1、第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能 第二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输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是真核细胞结构和功能的基本特征之一.细胞内膜被分为三类结构：细胞质基质、细胞内膜系统、膜包被的各种细胞器细胞内膜被分为三类结构：细胞质基质、细胞内膜系统、膜包被的各种细胞器1. plasma membrane 2. cytoplasmic matrix3. pinocytotic vesicle4. mitochondria5. endoplasmic r

2、eticulum6. ribosomes7. lysosomes8. vacuoles9. golgi apparatus10. centrioles11. nuclear membrane12. nucleus13. nucleolus 第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能 一、一、细胞质基质的涵义细胞质基质的涵义二、二、细胞质基质的组成细胞质基质的组成 三、三、细胞质基质的功能细胞质基质的功能 一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义 细胞质基质（细胞质基质（cytoplasmic matrix）：在真核在真核细胞细胞质中，除去可分辨的细胞器外的胶状物质。细胞细胞质中

3、，除去可分辨的细胞器外的胶状物质。 用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞溶酶体、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。基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。 细胞质基质的体积占细胞的一半。细胞质基质的体积占细胞的一半。1、完成各种中间代谢过程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2、蛋白质的蛋白质的分选分选与运输与运输3、与细胞质骨架相关的功能与细胞质

4、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 4、蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解（1）蛋白质的修饰 （2）控制蛋白质的寿命 （3）降解变性和错误折叠的蛋白质 （4）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二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能一、一、内质网的形态结构与功能内质网的形态结构与功能二、二、高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构 与与 功能功能三、三、溶酶体的形态结构与功能溶酶体的形态结构与功能 与原核细胞不同的是真核细胞具有复杂的由内膜构成的功能区隔。 细胞内膜系统是指在结构，功能乃至发生上相互关联、

5、由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。 内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能主要在于两个方面： 扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上； 是将细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的独特的环境。第二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能 内膜系统将细胞中内膜系统将细胞中的生化合成、分泌的生化合成、分泌和内吞作用连接形和内吞作用连接形成动态的、相互作成动态的、相互作用的网络。用的网络。 在内质网合成的蛋在内质网合成的蛋白和脂质通过分泌白和脂质通过分泌活动进入分泌小泡活动进入分泌小泡运送

6、到工作部位；运送到工作部位；细胞通过内吞途径细胞通过内吞途径将细胞外的物质送将细胞外的物质送到溶酶体降解。到溶酶体降解。胞外分泌regulated secretory 分泌调节示意图调节分泌途径组成分泌途径膜泡运输途径 由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的空腔形成互相沟通的三维网络结构。内质网的化学组成内质网的化学组成微微粒粒体体一、内质网的两种基本类型一、内质网的两种基本类型 根据结构与功能，内质网可以分为两根据结构与功能，内质网可以分为两种基本结构类型：种基本结构类型：1、糙面内质网、糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，rer）多呈扁囊状，排列较为整齐，因

7、在其膜表面多呈扁囊状，排列较为整齐，因在其膜表面分布着大量的颗粒（核糖体）分布着大量的颗粒（核糖体）是内质网与核糖体共同形成的复合功能结构。是内质网与核糖体共同形成的复合功能结构。主要功能：合成分泌性的蛋白和多种主要功能：合成分泌性的蛋白和多种膜膜蛋白。蛋白。在分泌细胞和分泌抗体的浆细胞中，粗面内在分泌细胞和分泌抗体的浆细胞中，粗面内质网非常发达。质网非常发达。 2.2.光滑内质网光滑内质网（smooth endoplasmic reticulum，ser） 表面没有核糖体表面没有核糖体的内质网称光滑内质网，常呈分支管状或小的内质网称光滑内质网，常呈分支管状或小泡状。泡状。 是是脂质脂质合成的

8、重要场所，广泛存在于能合成合成的重要场所，广泛存在于能合成类固醇类固醇的细胞中。的细胞中。（二）内质网的功能（二）内质网的功能 er是细胞内除核酸以外的生物大分子，是是细胞内除核酸以外的生物大分子，是蛋白质与脂类蛋白质与脂类合成的基地。几乎全部脂类和多种重合成的基地。几乎全部脂类和多种重要蛋白质都是在内质网合成的。要蛋白质都是在内质网合成的。 蛋白质合成蛋白质合成 脂类的合成脂类的合成 蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工 新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装 serser的功能的功能 1.1.蛋白质的合成蛋白质的合成 细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始细胞中的蛋白质都是在核糖体上

9、合成的，并都是起始于细胞质基质中。有些蛋白质刚合成不久便转移至内质网于细胞质基质中。有些蛋白质刚合成不久便转移至内质网膜上，继续进行蛋白质合成，这些蛋白质包括：膜上，继续进行蛋白质合成，这些蛋白质包括： 向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外基质成分等；基质成分等； 膜的整合蛋白：细胞质膜以及内质网、高尔基体、溶酶膜的整合蛋白：细胞质膜以及内质网、高尔基体、溶酶体膜上的膜蛋白；体膜上的膜蛋白； 构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白：溶酶体和植构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白：溶酶体和植物液泡中的酸性水解酶、内质网、高尔基体中固有的蛋

10、白。物液泡中的酸性水解酶、内质网、高尔基体中固有的蛋白。 2.2.脂质的合成脂质的合成内质网合成的构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，内质网合成的构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂所需要的三种酶（酰基转其中最主要的是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂所需要的三种酶（酰基转移酶、磷酸酶、胆碱磷酸转移酶）都定位于内质网膜上。移酶、磷酸酶、胆碱磷酸转移酶）都定位于内质网膜上。在内质网膜上合成的磷脂几分钟后，就由细胞质基质一侧转向内质网腔面，在内质网膜上合成的磷脂几分钟后，就由细胞质基质一侧转向内质网腔面，这种转运可能借助一

11、种磷脂转位因子这种转运可能借助一种磷脂转位因子（phospholipid translocatorphospholipid translocator）或称转位酶或称转位酶（flippaseflippase）来完成。来完成。胆碱磷酸酯转移酶甘油磷脂磷脂酰胆碱甘油磷脂磷脂酸盐二磷酸甘油酯酰基转移酶 磷脂转位因子 合成的磷脂合成的磷脂由内质网向其它膜转运主要有两种方式：由内质网向其它膜转运主要有两种方式： 以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜上；以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜上； 凭借水溶性的载体蛋白磷脂转运蛋白（凭借水溶性的载体蛋白磷脂转运蛋白（phospholipid exch

12、ange proteins，pep）在膜之间转运磷脂在膜之间转运磷脂。 内质网膜内质网膜小泡小泡细胞质膜细胞质膜3.3.蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工 进入内质网的蛋白质发生的主要化学修饰作用有糖基化、进入内质网的蛋白质发生的主要化学修饰作用有糖基化、羟基化、酰基化和二硫键的形成等，其中最主要的是糖基羟基化、酰基化和二硫键的形成等，其中最主要的是糖基化化, ,几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用糖基化的作用: :1.1.使蛋白质能够抵抗消化酶的作用使蛋白质能够抵抗消化酶的作用; ;2.2.赋予蛋白质传导信号的功能赋予蛋白质传导信

13、号的功能; ;3.3.某些蛋白只有在糖基化之后才才能正确折叠某些蛋白只有在糖基化之后才才能正确折叠. . 糖基化伴随多肽合成同时进行，是内质网中最常见糖基化伴随多肽合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰。的蛋白质修饰。 在内质网腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜在内质网腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过在膜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过在膜上的上的糖基转移酶糖基转移酶（glycosyltranferase）的作用，将寡糖基的作用，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。储藏方式活动

14、方式脂类耦联的寡聚糖脂类耦联的寡聚糖4.4.新生肽的折叠与装配新生肽的折叠与装配 不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不一。不能正确折叠不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不一。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，一般不能进的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚单位，一般不能进入高尔基体。入高尔基体。 内质网腔是非还原性的内腔，易于二硫键形成；内质网腔是非还原性的内腔，易于二硫键形成； 正确折叠涉及驻留蛋白：具有正确折叠涉及驻留蛋白：具有kdelkdel（赖天谷亮）或（赖天谷亮）或hdelhdel（组（组天谷亮）信号蛋白天谷亮）信号蛋白二硫键异构酶二硫键异构酶（protein di

15、sulfide protein disulfide isomeraseisomerase，pdipdi）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成）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。二硫键并处于正确折叠的状态。 结合蛋白（结合蛋白（binding proteinbinding protein，bipbip，chaperonechaperone）识别错误）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。配。 二硫键形成氧化脱氢非正确折叠带型重新整理带型5.5.内质网的其它功能内质网的其它功能 类固醇激素的

16、合成：生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质；类固醇激素的合成：生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质； 肝细胞的解毒作用肝细胞的解毒作用（detoxificationdetoxification）：）：肝细胞中存在细肝细胞中存在细胞色素胞色素p450家族酶系，在这些酶的作用下，可以将不溶于家族酶系，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；排出体外；储存钙离子：储存钙离子：肌质网膜上的肌质网膜上的ca2+-atp酶将细胞质基质中酶将细胞质基质中ca2+ 泵入肌质网腔中泵入肌质网腔中。电镜下观察高尔基体是由一些（常常

17、为电镜下观察高尔基体是由一些（常常为4 48 8个）排列较为整齐的扁平膜囊堆个）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，扁囊多呈弓形、半球形或球形，膜囊周围有大量的大小不等的囊叠在一起，扁囊多呈弓形、半球形或球形，膜囊周围有大量的大小不等的囊泡结构；泡结构；高尔基体多分布在细胞核的附近趋于细胞的一个极；高尔基体多分布在细胞核的附近趋于细胞的一个极；高尔基体一般显示有极性，可区分出靠近细胞中心的顺面（高尔基体一般显示有极性，可区分出靠近细胞中心的顺面（cis face）或形或形成面（成面（forming face）或凸面（或凸面（convexity）；）；远细胞中心的另一面，称远细胞中心的另一面，称之

18、为反面（之为反面（trans face）或成熟面（或成熟面（maturing face）或凹面或凹面（concave）。囊腔二、高尔基体的形态结构与功能二、高尔基体的形态结构与功能 高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运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；高尔基体至少由互相联系的与生化极性；高尔基体至少由互相联系的4 4个部分个部分组成，每组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔一部分又可能划分出更精细的间隔1 1、高尔基体、高尔基体顺面膜囊顺面膜囊（cis ）或顺面网状结构（或顺面网状结构（cgn）顺面膜囊是中间多孔而呈连续分支状的管网结构。顺面膜囊是中间多孔而呈

19、连续分支状的管网结构。rerrer（蛋白质和脂类）（蛋白质和脂类）（蛋白质（蛋白质kdelkdel或或hdelhdel）cgncgn；蛋白丝氨酸残基发生蛋白丝氨酸残基发生o-o-连接糖基化；连接糖基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；2、高尔基体高尔基体中间膜囊中间膜囊（medial golgi）由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系。的、完整的膜囊体系。多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成成 。3、高

20、尔基体反面的膜囊（、高尔基体反面的膜囊（trans）及反面高尔基体网状结构及反面高尔基体网状结构（tgn） tgn中的低中的低ph值；标志酶值；标志酶cmp酶阳性。酶阳性。 tgn的主要功能：的主要功能： 参与蛋白质的分类与包装、运输；参与蛋白质的分类与包装、运输； 某些某些“晚期晚期”的蛋的蛋白质修饰（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原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣膜瓣膜”作作用，保证单向转运用，保证单向转运 。4、周围大小不等的囊泡、周围大小不等的囊泡 高尔基体周围常见大小

21、不等的囊泡。其顺面一侧的囊泡可能高尔基体周围常见大小不等的囊泡。其顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为或称管状是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为或称管状小泡丛小泡丛vtcs。反面可见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒反面可见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒,将经过高尔基分类与包装的物质运送到细胞特定的部位将经过高尔基分类与包装的物质运送到细胞特定的部位.回收逃逸蛋白到er定位于er的逃逸的蛋白 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

22、其它加工过程参与细胞分泌活动参与细胞分泌活动：rer上合成的蛋白质上合成的蛋白质进入进入er腔腔cop运输泡运输泡进入进入cgn 在在medial golgi中加工中加工在在tgn形成分泌泡形成分泌泡运输与质膜融合、排出。运输与质膜融合、排出。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本身溶酶体酶的分选：溶酶体酶的分选：m6p高尔基体高尔基体反面膜囊反面膜囊的的m6p受体受体。 在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于m6p的另一种分选途的另一种分选途径。径。 参与细胞分泌活动参与细胞分泌活动 蛋白质的糖

23、基化类型 两种糖基化形式的比较 蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 蛋白聚糖的合成 参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果 胶质n连接寡糖与连接寡糖与o连接寡糖的区别连接寡糖的区别n连接寡糖连接寡糖o连接寡糖连接寡糖连接的基团连接的基团nh2oh连接的氨基连接的氨基酸残基酸残基天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸，苏氨酸，丝氨酸，苏氨酸，羟赖氨酸羟赖氨酸第一个糖残第一个糖残基基n乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺n乙酰半乳糖乙酰半乳糖胺，半乳糖胺，半乳糖糖链长度糖链长度525个糖残基个糖残基14个寡糖基，个寡糖基，最多最多56个个合成部位合成部位糙面内质网糙面内质网糙面内质网或高糙面内质网或高尔基体尔基体糖基化方式糖基化方式

24、合成好的寡糖链一次性合成好的寡糖链一次性连接连接糖残基单个添加糖残基单个添加 溶酶体中的水解酶类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖溶酶体中的水解酶类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质都没有糖基化蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质都没有糖基化修饰。修饰。 糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成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糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构

25、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。 3.3.蛋白酶的水解和其它加工过程蛋白酶的水解和其

26、它加工过程无生物活性的蛋白质无生物活性的蛋白质高尔基体高尔基体切除切除n-n-端或两端的序列端或两端的序列成熟的多肽成熟的多肽；蛋白质前体蛋白质前体高尔基体高尔基体水解水解同种有活性的多肽，如神同种有活性的多肽，如神经肽经肽等；等；含有不同信号序列的蛋白质前体含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体高尔基体加工成不同加工成不同的产物；的产物；同一种蛋白质前体同一种蛋白质前体不同细胞以不同的方式加工不同细胞以不同的方式加工不同的不同的多肽多肽； 加工方式多样性的可能原因：加工方式多样性的可能原因： 确保小肽分子的有效合成；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；弥补缺少包装

27、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。有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。 lysosome为为de duve与与novikoff 1955年年发现。发现。peroxisome由由rhodin 1954在鼠肾在鼠肾小管上皮细胞中发现。小管上皮细胞中发现。 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单单层膜层膜围绕、内含多种围绕、内含多种酸性水解酶类酸性水解酶类的的囊泡状细胞器囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。其主要功能是进行细胞内的消化作用。（一）（一）溶酶体的形态结构与类型溶酶体的形态结构

28、与类型（二）（二）溶酶体的功能溶酶体的功能（三）（三）溶酶体的发生溶酶体的发生（四）（四）溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体溶酶体（溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊状细胞器，其主要功能是进行细胞内的消化作用。类的囊状细胞器，其主要功能是进行细胞内的消化作用。溶酶体是一种溶酶体是一种异质性异质性细胞器，根据溶酶体的细胞器，根据溶酶体的不同生理阶段不同生理阶段，可分为可分为初级初级溶酶体溶酶体（primary lysosome）、）、次级次级溶酶体溶酶体（secondary lysosome）和和残余体残余体（residual

29、 body）。）。 （一）溶酶体的形态结构与类型（一）溶酶体的形态结构与类型 初级初级溶酶体溶酶体呈球形呈球形不含明显的颗粒物质，外面由一层不含明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋脂蛋白膜围绕白膜围绕。其中含有。其中含有多种水解酶类多种水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和磷酸脂酶等，酶的糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和磷酸脂酶等，酶的最适最适ph值为值为5左右。溶酶体膜左右。溶酶体膜在成分上也与其它生物膜不同：在成分上也与其它生物膜不同： 嵌有嵌有质子泵质子泵，借助水解，借助水解atp释放出的能量将释放出的能量将h+泵入溶酶泵入溶酶体内，以形成和维持酸性的内环

30、境；体内，以形成和维持酸性的内环境； 具有具有多种载体蛋白多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；用于水解的产物向外转运； 膜蛋白高度糖基化膜蛋白高度糖基化，可能有，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。利于防止自身膜蛋白的降解。 次级次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体融合形成的复合体，分别，分别称之为称之为自噬溶酶体自噬溶酶体（autophagolysosome）和和异噬溶酶体异噬溶酶体（phagolysosome），），二者都是二者都是进行进行消化作用的溶酶体消化作用的溶酶体。 进入进入次级溶酶体的

31、物质次级溶酶体的物质经过一段时间的消化后，经过一段时间的消化后，小分子物质可通过其膜上的载体蛋白转运到细胞小分子物质可通过其膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢利用。未被消化的物质残质基质中，供细胞代谢利用。未被消化的物质残存在溶酶体中形成存在溶酶体中形成残余小体残余小体或或后溶酶体后溶酶体。残余小残余小体可通过体可通过类似胞吐类似胞吐的方式将内容物排除细胞。的方式将内容物排除细胞。 动物细胞溶酶体系统示意图动物细胞溶酶体系统示意图 1.1.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细胞 2.2.防御功能防御功能 3.

32、3.其它重要的生理功能其它重要的生理功能 作为细胞内的消化作为细胞内的消化“器官器官”为细胞为细胞提供营养；提供营养； 在分泌腺细胞中，溶酶体常常含有摄入的分泌颗粒，可在分泌腺细胞中，溶酶体常常含有摄入的分泌颗粒，可能能参与分泌过程的调节；参与分泌过程的调节； 某些某些特定细胞编程性死亡特定细胞编程性死亡及及周围活细胞对其清除；周围活细胞对其清除； 精子的顶体（精子的顶体（acrosome）相当于特化的溶酶体，在受相当于特化的溶酶体，在受精过程中的能精过程中的能溶解卵细胞膜。溶解卵细胞膜。 溶酶体溶酶体酶酶是是在粗面内质网上在粗面内质网上合成合成并并经经n-连接的糖基化修连接的糖基化修饰饰，然

33、后，然后转至高尔基体，转至高尔基体，在在高尔基体的高尔基体的顺面膜囊顺面膜囊中中寡糖寡糖链链的的甘露糖残基甘露糖残基发生发生磷酸化磷酸化形形成成m6p，在高尔基体的在高尔基体的反反面膜囊面膜囊和和tgn膜膜上上存在存在m6p受体受体，将溶酶体的酶与其它，将溶酶体的酶与其它蛋白蛋白区分区分开来，并得以开来，并得以浓缩浓缩，最后以最后以出芽出芽的方式的方式转运转运至溶至溶酶体中。酶体中。 （三）溶酶体的发生（三）溶酶体的发生1 1、溶酶体酶蛋白的、溶酶体酶蛋白的m6p(mannose 6-phosphate, m6p)标记标记 l 糖基化糖基化 进入内质网后进行进入内质网后进行n-连接糖基化连接糖

34、基化, 经加工后形成带有经加工后形成带有8个个甘露糖残基和甘露糖残基和2个个n-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体。尔基体。 l 信号斑信号斑(signal patch) 溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构，它是由三溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构，它是由三段信号序列构成的，可被磷酸转移酶特异性识别。段信号序列构成的，可被磷酸转移酶特异性识别。 甘露糖磷酸化的酶甘露糖磷酸化的酶 将磷酸基团添加到溶酶体酶的甘露糖的第六位碳上的反应是由两种酶催化的： n-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶(n-acetyglucosamine phosp

35、hotransferase)； n-乙酰葡萄糖苷酶乙酰葡萄糖苷酶，功能是切除n-乙酰葡萄糖胺。 the recognition of a lysosomal hydrolase in golgi and mannose phosphorylation 磷酸化反应磷酸化反应 反应中磷酸基的供体是反应中磷酸基的供体是udp-n-udp-n-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺(n-(n-acetyglucosamineacetyglucosamine，glcnacglcnac), ), 甘露糖残基磷酸化甘露糖残基磷酸化的位点是第六位碳原子。的位点是第六位碳原子。 每个溶酶体酶蛋白至少有一个甘露糖残基被磷酸化。

36、每个溶酶体酶蛋白至少有一个甘露糖残基被磷酸化。 2、溶酶体酶的、溶酶体酶的m6p分选途径分选途径 l m6p受体蛋白受体蛋白(m6p receptor protein) m6p受体蛋白是高尔基反面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。 transport of newly synthesized hydrolases to lysosomes溶酶体酶的合成及溶酶体酶的合成及n-连接的糖基化修饰（连接的糖基化修饰（rer） 高尔基体高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化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乙

37、酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体高尔基体trans-膜囊和膜囊和tgn膜（膜（m6p受体）受体）溶酶体酶分选与局部浓缩溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体以出芽的方式转运到前溶酶体n-乙酰乙酰葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑磷酸化识别信号：信号斑 依赖于依赖于m6p m6p 的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过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。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在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的m6pm6p受体，同样可受体，同样可 与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将与胞外的溶酶体酶结合，通

38、过受体介导的内吞作用，将 酶送至前溶酶体中，酶送至前溶酶体中，m6pm6p受体返回细胞质膜，反复使用。受体返回细胞质膜，反复使用。 还存在不依赖于还存在不依赖于m6pm6p的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌 溶酶体的溶酶体的perforinperforin和和granzymegranzyme） （四）溶酶体与过氧化物酶体（四）溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（又称微体（microbody），），是由是由单层单层膜膜围绕的、内含一种或几种围绕的、内含一种或几种氧化酶类氧化酶类的细胞器。的细胞器。 动物细胞中的过氧化物酶体动物

39、细胞中的过氧化物酶体植物细胞中的过氧化物酶体植物细胞中的过氧化物酶体结晶状的核心 rhodin 1954年发现于鼠肾小管上皮细胞。 具有异质性，由单层膜围绕而成。 特点：含过氧化氢酶（标志酶）含过氧化氢酶（标志酶）和一至多种依赖黄素（fad）的氧化酶，已发现40多种氧化酶。氧化酶特点是将底物氧化后生成过氧化氢，而过氧化氢酶又利用h2o2去氧化其它底物。 rh2+o2r+h2o2 h2+h2o2r+2h2o1、过氧化物酶体与溶酶体的区别、过氧化物酶体与溶酶体的区别过氧化物酶体的特征：过氧化物酶体的特征：和溶酶体形态大小类似，所含尿酸氧化酶等呈晶格状结构；和溶酶体形态大小类似，所含尿酸氧化酶等呈晶

40、格状结构；含有氧化酶类；含有氧化酶类；内环境内环境ph值为值为7左右；左右；酶在细胞质基质中合成，经分选与装配形成；酶在细胞质基质中合成，经分选与装配形成；识别的标志酶为过氧化氢酶。识别的标志酶为过氧化氢酶。过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较在动物中：参与脂肪酸的在动物中：参与脂肪酸的-氧化；氧化； 具有解毒作用，过具有解毒作用，过氧化氢酶氧化有害物质，饮入的酒精氧化氢酶氧化有害物质，饮入的酒精1/2是在过氧化物是在过氧化物酶体中氧化为乙醛。酶体中氧化为乙醛。在植物中：参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化在植物中：参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢。在萌发的种子中，

41、进行脂肪的为乙醛酸和过氧化氢。在萌发的种子中，进行脂肪的-氧化，产生乙酰辅酶氧化，产生乙酰辅酶a，经乙醛酸循环，由异柠檬酸，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环。因涉及乙醛裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环。因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体。酸循环，又称乙醛酸循环体。 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。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，

42、然后转运到过氧化物酶体中。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过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（peroxisomal-targeting signal，pts）：）： pts1为为ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的，多存在于基质蛋白的c c端。端。 pts2为为arg/lys-leu/lle-5x-his/gln-leu，存在于某些基质，存在于某些基质蛋白蛋白n-n-端。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。过氧化物酶体

43、的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。 一、信号假说与蛋白质分选信号一、信号假说与蛋白质分选信号 二、蛋白质分选的基本途径与类型二、蛋白质分选的基本途径与类型 三、膜泡运输三、膜泡运输 第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 1975年blobel和sabatini等提出了信号假说信号假说（signal hypothesis），即分泌性分泌性蛋白蛋白n端作为序列信号肽端作为序列信号肽（signal sequence或signal peptide），指导分泌性蛋白到指导分泌性蛋白到内质网膜内质网膜上合成，在蛋白合成结上合成，在蛋白合成结束前束前信号肽被切除信号肽被切

44、除。信号识别颗粒信号识别颗粒(srp)和内质网膜上的信号和内质网膜上的信号识别颗粒的识别颗粒的受体受体（停泊蛋白（停泊蛋白,dp）等因子协助完成这一过程。）等因子协助完成这一过程。blobel with members of his laboratorygnter blobelblobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质n端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：1、信号肽：、信号肽： 一般位于新合成肽链的一般位于新合成肽链的n端，有的端，有的可位于中部可位于中部。一般。一般1535个氨基

45、酸个氨基酸残基：残基：n端含有至少端含有至少1个带正电荷的氨个带正电荷的氨基酸；中部含有基酸；中部含有6-12个疏水氨基酸；个疏水氨基酸；c端具有可被信端具有可被信号肽酶识别的位点。号肽酶识别的位点。 作用：作用：通过与通过与srp的识别和结合的识别和结合, 引导核糖体与内质引导核糖体与内质网结合网结合; 通过信号序列的疏水性，引导新生肽跨膜转通过信号序列的疏水性，引导新生肽跨膜转运。运。 又称开始转移序列（又称开始转移序列（start transfer sequence）。）。 信号肽信号肽（signal peptide）：引导新合成的肽链转移到内质）：引导新合成的肽链转移到内质网上合成的网

46、上合成的信号序列称为信号肽信号序列称为信号肽，位于位于新合成肽链的新合成肽链的n端，一端，一般般16-26个氨基酸残基，含有个氨基酸残基，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，包括疏水核心区、信号肽的性氨基酸，包括疏水核心区、信号肽的c端和端和n端三部分。由于端三部分。由于信号肽又是信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移又称开始转移序列序列（start transfer sequence）；信号肽没有严格的专一性，）；信号肽没有严格的专一性，目前尚未发现共同的信号序列。目前尚未发现共同的信号序列。旦赖-色 缬 苏

47、笨异丝丝亮亮笨亮笨- 丝丝丙络丝-蛋白质蛋白质n-端的信号肽端的信号肽3、srp受体（受体（停泊蛋白，停泊蛋白，docking protein）er膜的整合蛋白，异二聚体：膜的整合蛋白，异二聚体：亚基亲水性位于亚基亲水性位于细胞质面；细胞质面；亚基疏水性嵌入内质网膜内。亚基疏水性嵌入内质网膜内。 可使可使srp信号肽新生肽链核糖体的复合体信号肽新生肽链核糖体的复合体连接到连接到er膜上，使正在合成蛋白质的核糖体停膜上，使正在合成蛋白质的核糖体停泊在泊在er上。上。 分泌性蛋白分泌性蛋白n n端序列为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，在蛋端序列为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，在蛋白合成结

48、束之前信号肽被切除。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识白合成结束之前信号肽被切除。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（停泊蛋白）等因子协助完成这一过程。别颗粒的受体（停泊蛋白）等因子协助完成这一过程。信号识别颗粒的受体信号识别颗粒的受体信号识别颗粒 4. 转位因子转位因子（ translocon），），由3-4个sec61蛋白构成的通道，直径2 nm 。哺乳动物细胞中有三种类型的sec61, 即、和。 5. 停止转移序列（停止转移序列（stop transfer sequence），），又称终止转移肽，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。新生蛋白链接子因链接子因

49、子子 单次跨膜蛋白单次跨膜蛋白： 由内部信号序列或停止转移序列n-信号肽产生 内含信号序列内含信号序列(internal signal sequence) 它不位于它不位于n-末端，但具信号序列的作用。末端，但具信号序列的作用。它可作为蛋白质共翻译转移的信号被它可作为蛋白质共翻译转移的信号被srp识别，识别，同时它也是起始转移信号。同时它也是起始转移信号。 内部信号序列在膜蛋白穿膜时，总保持信号序列内部信号序列在膜蛋白穿膜时，总保持信号序列中含正电荷多的一端朝向细胞质基质面中含正电荷多的一端朝向细胞质基质面，导致膜蛋白在内质网上取向的不对称性。 二次跨膜蛋白二次跨膜蛋白：含有一个内部信号序列和

50、一个停止转移序列； 多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白：含多个内部信号序列和停止转移序列。 一些典型的分选信号一些典型的分选信号功能功能信号序列信号序列输入细胞核输入细胞核-pro-pro-lys-lys-lys-arg-lys-val- 脯脯-脯脯-赖赖-赖赖-赖赖-精精-赖赖-缬缬输出细胞核输出细胞核-leu-ala-leu-lys-leu-ala-gly-leu-asp-ile-输入线粒体输入线粒体+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-

51、leu-输入质体输入质体+h3n-met-val-ala-met-ala-met-ala-ser-leu-gln-ser-ser-met-ser-ser-leu-ser-leu-ser-ser-asn-ser-phe-leu- gly-gln-pro-leu-ser-pro-ile-thr-leu-ser-pro-phe-leu- gln-gly-输入过氧化物酶体输入过氧化物酶体-ser-lys-leu-coo-输入内质网输入内质网+h3n-met-met-ser-phe-val-ser-leu-leu-leu-val-gly-ile-leu-phe-trp-ala-thr-glu-ala-g

52、lu-gln-leu-thr-lys-cys- glu-val-phe-gln-返回内质网返回内质网-lys-asp-glu-leu-coo-（kdel）由质膜到内体由质膜到内体tyr-x-x-二、蛋白质分选途径与类型二、蛋白质分选途径与类型蛋白质分选的途径：蛋白质分选的途径： 1、翻译后转运途径：、翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白可

53、溶性驻留蛋白和支架蛋白 2、共转运翻译途径：、共转运翻译途径：蛋白质合成在游离核糖体上起蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导始之后由信号肽引导转移至糙面内质网转移至糙面内质网，然后新生肽边合，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装并有其膜成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装并有其膜泡运送至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外。泡运送至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外。翻译后转运非分泌途径共翻译转运的蛋白质分泌途径途径途径1 表示核基因编码的表示核基因编码的mrna在细胞在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合质基质游离核糖体上完成多肽链的合成。成。途径途径2 表示合成的蛋白质

54、不含信号序列，表示合成的蛋白质不含信号序列，并留在细胞质基质中。并留在细胞质基质中。途径途径3.4.5 分别表示通过跨膜转运方式分别表示通过跨膜转运方式转运至线粒体、叶绿体和过氧化物酶转运至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。体。途径途径6 .表示通过门控转运方式转运至表示通过门控转运方式转运至细胞核。细胞核。途径途径7 表示核基因编码的表示核基因编码的mrna在细在细胞质基质游离核糖体上起始合成，然胞质基质游离核糖体上起始合成，然后在信号肽引导下与内质网膜结合并后在信号肽引导下与内质网膜结合并完成蛋白质合成（途径完成蛋白质合成（途径8）。）。途径途径9 表示以膜泡运输方式从内质网转表示以膜泡运输方

55、式从内质网转运至高尔基体。运至高尔基体。途径途径12、11、10 表示以膜泡运输方式表示以膜泡运输方式分选至质膜、溶酶体和分泌到细胞表分选至质膜、溶酶体和分泌到细胞表面。面。 肽链边合成边转移肽链边合成边转移至内质网腔中至内质网腔中的方式称为的方式称为共转移共转移。 跨膜蛋白的跨膜蛋白的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 起始转移序列起始转移序列：蛋白质氨基末端的信号序列除作为信：蛋白质氨基末端的信号序列除作为信号被号被srp识别外，还具有起始穿膜转移的作用。识别外，还具有起始穿膜转移的作用。 停止转移序列停止转移序列：肽链中还有某些序列与肽链中还有某些序列与内质网膜内质网膜

56、具有很具有很强的亲合力而结合在脂双层之中，强的亲合力而结合在脂双层之中，能能阻止阻止肽链继续进入内质肽链继续进入内质网腔，使其成为网腔，使其成为跨膜蛋白质跨膜蛋白质，称为停止转移序列。称为停止转移序列。 内部信号序列内部信号序列： 跨膜蛋白的跨膜蛋白的类型类型及其取向及其取向起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数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类型及其取向跨膜蛋白的类型及其取向血型蛋白ldl受体流感病毒ha胰岛素受体生长因子激素受体唾液酸糖蛋白受体转铁蛋白受体蔗糖神经源蛋白高尔基体半乳糖转移酶高尔基体硅铝酸转移酶流感hn蛋白细胞色素p450g蛋白连接因子受体

57、葡萄糖转座子电压门ga2+通道跨膜蛋白的类型及其取向跨膜蛋白的类型及其取向peptidase初生肽链开启易位子跨膜蛋白的类型及其取向跨膜蛋白的类型及其取向易位子跨膜蛋白的类型及其取向跨膜蛋白的类型及其取向 肽链中的某些序列与内质网膜有很强的亲和力。而结合在内质网膜的脂质双层中且不再转入内质网腔中的肽链序列，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。 跨膜蛋白的类型及其取向跨膜蛋白的类型及其取向基本的特征： 指导蛋白质进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的信号序列称为导肽导肽。 某些蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器中称后转移后转移（p

58、ost translocation）。 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。 precursor前体蛋白定位于线粒体基质中的蛋白质转运图示定位于线粒体基质中的蛋白质转运图示进入线粒体基质的蛋白质进入线粒体基质的蛋白质进入内质网腔的蛋白质进入内质网腔的蛋白质蛋白质分选的类型：蛋白质分选的类型： 1、蛋白质的跨膜转运：在细胞、蛋白质的跨膜转运：在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器；酶体等细胞器； 2、膜泡运输：通过不同

59、类型的、膜泡运输：通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位；至细胞的不同部位； 3、选择性的门控转运：通过核、选择性的门控转运：通过核孔复合体选择性的核输入和输出；孔复合体选择性的核输入和输出； 4、细胞质基质中的蛋白质转运。、细胞质基质中的蛋白质转运。门控转运门控转运跨膜转运跨膜转运膜泡转运膜泡转运 三膜泡运输三膜泡运输膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方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，

60、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还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。的调控过程。 1 1、copiicopii包被小泡介导从内质网包被小泡介导从内质网高尔高尔基体的运输，顺向运输；基体的运输，顺向运输； 2 2、copicopi包被小泡负责将蛋白从高尔基包被小泡负责将蛋白从高尔基体体 内质网，逆向运输；内质网，逆向运输； 3 3、网格蛋白网格蛋白有被小泡介导从高尔基体有被小泡介导从高尔基体tgntgn质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡等的运输；在等的运输；在受体介导受体介导的细胞的细胞内吞途径内吞途径也也负责将物质