细胞生物学-9细胞内功能区隔与蛋白质分选

1、细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 第一节第一节 蛋白质分选的基本原理蛋白质分选的基本原理一、蛋白质分选信号一、蛋白质分选信号二、蛋白质分选运输的途径二、蛋白质分选运输的途径第二节第二节 膜泡运输膜泡运输一、衣被类型一、衣被类型二、衣被的形成二、衣被的形成三、膜泡运输的定向机制三、膜泡运输的定向机制四、细胞的内吞与外排四、细胞的内吞与外排第三节第三节 内质网内质网一、形态与组成一、形态与组成二、二、RERRER的功能的功能三、三、ERER的其它功能的其它功能第四节第四节 高尔基体高尔基体一、形态与组成一、形态与组成二、功能区隔二、功能区隔三、主要功能三、主要功能第五节第五节

2、溶酶体与过溶酶体与过氧化物酶体氧化物酶体细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选蛋白质分选的基本原理蛋白质分选的基本原理 细胞内合成的蛋白质、脂类等物质定向的转运到特定的细胞器细胞内合成的蛋白质、脂类等物质定向的转运到特定的细胞器, ,取取决于两个方面：决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的其一是蛋白质中包含特殊的信号序列信号序列（signal sequencesignal sequence）。）。其二是细胞器上具特定的其二是细胞器上具特定的信号识别装置信号识别装置（分选受体，（分选受体，s

3、orting sorting receptorreceptor）。）。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选蛋白质分选信号蛋白质分选信号信号序列信号序列（signal sequencesignal sequence）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常通常15-6015-60个氨基酸残基，有些在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶个氨基酸残基，有些在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（signal peptidasesignal peptidase）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质

4、没有特异性要求，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。异性要求，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。信号斑信号斑（signal patchsignal patch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的）：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。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。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选signal sequence and signal patch细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功

5、能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选蛋白质分选运输机制蛋白质分选运输机制1 1、门控运输门控运输（gated transportgated transport）：如通过核孔复合体的运输。）：如通过核孔复合体的运输。2 2、跨膜运输跨膜运输（transmembrane transporttransmembrane transport）：蛋白质通过跨膜通道）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过线粒体上的转位因子进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质通过线粒体上的转位因子（translocatortranslocator）进入线粒体。）进入线粒体。3 3、膜泡运输膜泡运输（

6、vesicular transportvesicular transport）：被运输的物质在内质网或）：被运输的物质在内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选胞内膜泡运输胞内膜泡运输 细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。面识别特征。 大多数运输小泡是在膜的特定区域以

7、出芽的方式产生的。其大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coatcoat）。这种衣被）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 衣被小泡在细胞内沿微管运输。衣被小泡在细胞内沿微管运输。 与膜泡运输有关的马达蛋白有与膜泡运输有关的马达蛋白有3 3类，在这些马达蛋白的牵类，在这些马达蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。引下，可将膜泡运到特定的区域。 动力蛋白动力蛋白（dyneindyn

8、ein），趋向微管负端；），趋向微管负端； 驱动蛋白驱动蛋白（kinesinkinesin），趋向微管正端；），趋向微管正端； 肌球蛋白肌球蛋白（myosinmyosin），趋向微丝的正极。），趋向微丝的正极。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选衣被类型衣被类型类型：类型：q笼形蛋白（笼形蛋白（clathrinclathrin）qCOPICOPIqCOPIICOPII主要作用：主要作用：q选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；如同模具一样决定运输小泡的外部特征。如同模具一样决定运输小泡的外部特征。细胞生物学细

9、胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选衣被类型 GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体溶酶体，植物液泡COP IARFCOP高尔基体内质网COP IISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16内质网高尔基体细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选笼形蛋白衣被小泡笼形蛋白衣被小泡 相关运输途径相关运输途径：质膜：质膜内体，高尔基体内体，高尔基体内体，高尔基体内体，高

10、尔基体溶酶体、溶酶体、植物液泡。植物液泡。 结构结构：由：由3 3个重链和个重链和3 3个轻链组成，形成一个具有个轻链组成，形成一个具有3 3个曲臂的形状。许个曲臂的形状。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有5 5边形网孔的笼子。边形网孔的笼子。 衔接蛋白衔接蛋白(adaptin)(adaptin)：介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接：介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。目前至少发现作用。目前至少发现4 4种，分别结合不同类型的受体，形成不同性质种，分别结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡。的转运小泡。 细胞生物学细胞生物学细

11、胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Clathrin coated vesicles细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Selective transport by clathrincoated vesicles细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamindynamin聚集成一圈围聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm1.5nm），从而），从而导致膜融合，

12、掐断（导致膜融合，掐断（pinch offpinch off）衣被小泡。）衣被小泡。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选COP ICOP I衣被小泡衣被小泡功能功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteinsescaped proteins）返回）返回内质网，由内质网，由7 7种蛋白组成。种蛋白组成。回收信号回收信号：Lys-Asp-Glu-LeuLys-Asp-Glu-Leu（KDELKDEL）。）。 内质网的膜蛋白（如内质网的膜蛋白（如SRPSRP受体）在受体）在C C端有一个不同的回收信号端有一个不

13、同的回收信号Lys-Lys-X-XLys-Lys-X-X。 COP ICOP I还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Cop I Vesicles细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Cop I and II Vesicles细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选COPCOP衣被小泡衣被小泡介导从

14、内质网到高尔基体的物质运输。介导从内质网到高尔基体的物质运输。 由多种蛋白质构成，由多种蛋白质构成，Sar1GTPSar1GTP酶与酶与Sec23/Sec24Sec23/Sec24复合体结复合体结合在一起，合在一起，Sec13/Sec31Sec13/Sec31复合体覆盖在外层。复合体覆盖在外层。 衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit sitesexit sites），），该处没有核糖体。该处没有核糖体。 大多数跨膜蛋白是直接结合在大多数跨膜蛋白是直接结合在COP IICOP II衣被上，少数跨膜蛋衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与白和多数

15、可溶性蛋白通过受体与COP IICOP II衣被结合。衣被结合。 分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些包含双酸性基序包含双酸性基序DEXDE DEXDE ，如，如Asp-X-GluAsp-X-Glu序列序列 。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选衣被形成衣被形成 衣被是在一类叫作衣被是在一类叫作衣被召集衣被召集GTPGTP酶酶（coat-recruitment GTPasecoat-recruitment GTPase）作用下形成的，为单体作用下形成的，为单体GTPGTP酶（酶（monomeri

16、c GTPasemonomeric GTPase），即），即G G蛋白。调节蛋白。调节因子有：因子有： 鸟苷酸交换因子鸟苷酸交换因子（guanine-nucleotide exchange factor, GEFguanine-nucleotide exchange factor, GEF） GTPGTP酶激活蛋白酶激活蛋白（GTPase activating protein, GAPGTPase activating protein, GAP）。）。 衣被召集衣被召集GTPGTP酶包括酶包括ARFARF蛋白蛋白和和SAR 1SAR 1蛋白蛋白。 ARFARF参与参与高尔基体高尔基体上笼形蛋白

17、衣被与上笼形蛋白衣被与COP ICOP I衣被的形成。衣被的形成。 SAR 1SAR 1参与参与内质网内质网上上COP IICOP II衣被的形成。衣被的形成。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 衣被召集衣被召集GTPGTP酶存在于细胞质中，但处于结合酶存在于细胞质中，但处于结合GDPGDP的失活状态。的失活状态。内质网上形成内质网上形成COPIICOPII衣被小泡时，衣被小泡时，SAR1SAR1释放释放GDPGDP，结合，结合GTPGTP而激活。而激活。激活的激活的SAR 1SAR 1暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，促进衣被暴露出一条脂肪酸的尾巴，

18、插入内质网膜，促进衣被蛋白的核化和组装，形成运输小泡。活化的蛋白的核化和组装，形成运输小泡。活化的SAR1SAR1还可以激活磷脂酶还可以激活磷脂酶D D（phospholipase Dphospholipase D），将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固），将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。地结合在膜上。当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选膜泡运输的定向机制膜泡运输的定向机制 SNAREsSNAREs soluble NSF attachment protein

19、receptor soluble NSF attachment protein receptor的作用是的作用是介导运介导运输小泡与靶膜的融合输小泡与靶膜的融合。 动物细胞中已发现动物细胞中已发现2020多种多种SNAREsSNAREs，位于运输小泡上的叫作，位于运输小泡上的叫作v-v-SNAREsSNAREs，位于靶膜上的叫作，位于靶膜上的叫作t-SNAREst-SNAREs。 v-v-和和t-SNAREst-SNAREs都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREsSNAREs复合体（复合体（trans-SNAREs complexestrans-

20、SNAREs complexes），将运输小泡的膜与），将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选SNAREs in vesicle transport细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 NSF NSF催化催化 SNAREsSNAREs的分离，它能利用的分离，它能利用ATPATP作为能量通过插作为能量通过插入几个适配蛋白（入几个适配蛋白（adaptor

21、proteinadaptor protein）将）将SNAREsSNAREs复合体的螺复合体的螺旋缠绕分开，以便开始下一轮的转运。旋缠绕分开，以便开始下一轮的转运。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 Rabs Rabs也叫也叫targeting GTPasetargeting GTPase，属于单体，属于单体GTPGTP酶，已知酶，已知3030余种，不余种，不同膜上具有不同的同膜上具有不同的RabsRabs。 RabsRabs作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。 RabsRabs与衣被召集与衣被召集GTPGTP酶相似

22、，起分子开关作用，结合酶相似，起分子开关作用，结合GDPGDP失活，失活，位于细胞质中，结合位于细胞质中，结合GTPGTP激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，调节调节SNAREsSNAREs复合体的形成。复合体的形成。RabsRabs还有许多效应因子（还有许多效应因子（effectoreffector）。）。 RabsRabs细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Rabs in dockingRabs in docking细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选受体介导的内吞受体介导的内吞

23、 内吞可分为两类，批量内吞（内吞可分为两类，批量内吞（Bulk-phase endocytosisBulk-phase endocytosis）和受）和受体介导的内吞体介导的内吞(Receptor mediated endocytosis, RME)(Receptor mediated endocytosis, RME)，批量内吞是，批量内吞是非特异性的摄入细胞外物质，细胞表面的内陷（非特异性的摄入细胞外物质，细胞表面的内陷（caveolaecaveolae）是发生非）是发生非特异性内吞的部位。特异性内吞的部位。 受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制。低密脂蛋白、运铁蛋受体介导的内吞作用是一种

24、选择浓缩机制。低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。的内吞作用进行的。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 衣被小窝（衣被小窝（coated pitscoated pits）是质膜向内凹陷的部位，相当一个）是质膜向内凹陷的部位，相当一个分子过滤器（分子过滤器（molecular filtermolecular filter）。约占肝细胞表面积的）。约占肝细胞表面积的2%2%。受体、。受体、笼形蛋白和衔接蛋白大量集中于此处。笼形蛋白和衔接蛋白

25、大量集中于此处。 受体胞质端有一个由受体胞质端有一个由4 4个氨基酸残基组成的序列（个氨基酸残基组成的序列（Tyr-X-X-Tyr-X-X-），），X X为任何一种氨基酸，为任何一种氨基酸，为分子较大的疏水氨基酸，如为分子较大的疏水氨基酸，如PhePhe、LeuLeu、MetMet等，衔接蛋白对此序列有识别能力。等，衔接蛋白对此序列有识别能力。 受体同配体结合后启动内化作用，笼形蛋白开始组装。在受体同配体结合后启动内化作用，笼形蛋白开始组装。在dynamindynamin的作用下掐断后形成衣被小泡。的作用下掐断后形成衣被小泡。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质

26、分选Clathrin coated piton the cytosolic face of a cell细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选低密脂蛋白的吸收：低密脂蛋白的吸收： 胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（蛋白（low-density lipoproteinslow-density lipoproteins，LDLLDL），释放到血液中。），释放到血液中。 LDLLDL颗粒的质量为颗粒的质量为3X106Da3X106Da，芯部含有被长链脂肪酸酯化胆固醇，芯部含有被长链脂肪酸

27、酯化胆固醇分子。周围由磷脂和胆固醇构成的脂单层包围，并且还有一个较大分子。周围由磷脂和胆固醇构成的脂单层包围，并且还有一个较大的的Apo-BApo-B蛋白（配体）。蛋白（配体）。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Recycling of LDL receptors细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选LDL Endocytosis细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选受体回收途径：受体回收途径：大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如LDLLDL受体；受

28、体；有些进入溶酶体，在那里被消化，如有些进入溶酶体，在那里被消化，如EGFEGF的受体，称为受体下行调节的受体，称为受体下行调节（receptor down-regulationreceptor down-regulation）；）；有些被运至质膜不同的结构域，形成穿胞运输（有些被运至质膜不同的结构域，形成穿胞运输（transcytosistranscytosis）。）。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过穿胞运输完成的。抗体摄人体内，都是通过穿胞运输完成的。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区

29、隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选Transcytosis细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选外排作用外排作用 组成型的外排途径（组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathwayconstitutive exocytosis pathway）：由）：由高尔基体高尔基体TGNTGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。通过和膜脂、形成细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。通过default pathwaydefaul

30、t pathway完成蛋白质转运过程。完成蛋白质转运过程。 调节型外排途径（调节型外排途径（regulated exocytosis pathwayregulated exocytosis pathway）：分泌物）：分泌物（如激素、或酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，（如激素、或酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 K. R. Porter K. R. Porter等于等于19451945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，年发现

31、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，故名内质网因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名内质网（endoplasmic reticulumendoplasmic reticulum，ERER）。）。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选n约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。n分为粗面型内质网（分为粗面型内质网（rough endoplasmic reticulumrough endoplasmic reticulum，RERRER）和光）和光面型内质网（面型内质网（smooth e

32、ndoplasmic reticulumsmooth endoplasmic reticulum，SERSER）。）。nRERRER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。nSERSER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。n细胞不含纯粹的细胞不含纯粹的RERRER或或SERSER，它们分别是，它们分别是ERER连续结构的一部分。连续结构的一部分。nERER约有约有3030多种膜结合蛋白，另有多种膜结合蛋白，另有3030多种位于内质网腔，这些蛋白多种位于内质网腔，这些蛋白的分布具有异质性，如：葡糖的分布具有异质性，如：葡糖-6-6-

33、磷酸酶，普遍存在于内质网，磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶，核糖体结合糖蛋白（被认为是标志酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorinribophorin）只分布在）只分布在RERRER，P450P450酶系只分布在酶系只分布在SERSER。 n 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选二、化学组成二、化学组成 含有磷脂、胆固醇、含有磷脂、胆固醇、RNARNA、蛋白质和酶。、蛋白质和酶。 内质网酶及其分布内质网酶及其分布 酶酶 分布分布 酶酶 分布分布细胞色素细胞色素P450 P450 胞质面和腔面胞质面和腔面 核苷焦磷酸酶核苷焦磷酸酶 胞质面胞质面细胞色

34、素细胞色素b5 b5 胞质面胞质面 GDP-GDP-甘露糖转移酶甘露糖转移酶 胞质面胞质面NADH-NADH-细胞色素细胞色素b5 b5 还原酶还原酶 胞质面胞质面 核苷二磷酸酶核苷二磷酸酶 胞质面胞质面 NADH-NADH-细胞色素细胞色素C C还原酶还原酶 胞质面胞质面 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 胞质面胞质面 ATPATP酶酶 胞质面胞质面 葡萄糖醛酸酶葡萄糖醛酸酶 胞质面胞质面55核苷酸酶核苷酸酶 胞质面胞质面 乙酰苯胺乙酰苯胺- -水解脂酶水解脂酶 胞质面胞质面 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质

35、分选细胞内功能区隔与蛋白质分选ERER的功能的功能 蛋白质合成蛋白质合成内质网上合成的蛋白主要有：内质网上合成的蛋白主要有： 向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素； 膜的整合蛋白；膜的整合蛋白； 需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶；需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶； 需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 G. Blobel G. Blobel等等19751975年提出了信号假说年提出了信号假说(Signal hypothesis)(

36、Signal hypothesis)，认为，认为蛋白质蛋白质N N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，因此获端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，因此获19991999年诺年诺贝尔生理医学奖。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： 信号肽（信号肽（signal peptidesignal peptide），位于新合成肽链的），位于新合成肽链的N N端，一般端，一般16-3016-30个氨基酸残基，含有个氨基酸残基，含有6-156-15个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，由个连续排列的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

37、网腔的一段序列，又称开始转移序列于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer sequencestart transfer sequence）；）；细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 信号识别颗粒信号识别颗粒（signal recognition particlesignal recognition particle，SRPSRP），由），由6 6种多种多肽组成，结合一个肽组成，结合一个7S RNA7S RNA，属于一种，属于一种RNP(ribonucleoprotein)RNP(ribonucleoprote

38、in)。能与。能与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 SRPSRP受体受体（SPR receptorSPR receptor），内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可），内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与与SRPSRP特异结合。特异结合。 停止转移序列停止转移序列（stop transfer sequencestop transfer sequence），与内质网膜的亲合），与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜PrPr。 转位因子转位因子（translocatortranslocator，translocont

39、ranslocon），由），由3-43-4个个Sec61Sec61蛋白构蛋白构成的通道，每个成的通道，每个Sec61Sec61由由3 3条肽链组成。条肽链组成。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的包括糖基化、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。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

40、的作用：糖基化的作用：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；赋予蛋白质传导信号的功能；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。某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选糖基一般连接在糖基一般连接在4 4种氨基酸上，分为种氨基酸上，分为2 2种：种：qO-O-连接的糖基化（连接的糖基化（O-linked glycosylationO-linked glycosylation）：与）：与SerSer、ThrThr和和HypHyp的的OHOH连接，连接的糖为半乳糖或连接，连接的糖为半乳糖

41、或N-N-乙酰半乳糖胺，在高尔基乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。体上进行。qN-N-连接的糖基化（连接的糖基化（N-linked glycosylationN-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基）：与天冬酰胺残基的的NH2NH2连接，糖为连接，糖为N-N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。 内质网上进行内质网上进行N-N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如CMP-CMP-唾唾液酸、液酸、GDP-GDP-甘露糖、甘露糖、UDP-N-UDP-N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。 糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷

42、酸长醇（dolichol dolichol phosphatephosphate）分子上，装配成寡糖链。）分子上，装配成寡糖链。 再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-SerAsn-X-Ser或或Asn-Asn-X-ThrX-Thr）的天冬酰胺残基上。）的天冬酰胺残基上。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选新生肽链的折叠、组装和运输新生肽链的折叠、组装和运输 COP II COP II介导由内质网输出的膜泡运输，这种膜泡由内质网的排介导

43、由内质网输出的膜泡运输，这种膜泡由内质网的排出位点（出位点（exit sitesexit sites）以出芽的方式排出。）以出芽的方式排出。 不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间，这一过程是在属于质完成正确折叠和组装的时间，这一过程是在属于hsp70hsp70家族的家族的ATPATP酶酶的作用下完成的，需要消耗能量。的作用下完成的，需要消耗能量。 有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网，转入溶酶体中降有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网，转入溶酶体中降解掉，大约解掉，大约90%90%的新

44、合成的的新合成的T T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。掉，而从未到达靶细胞膜。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选内质网的其它作用内质网的其它作用n合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移蛋白（高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移蛋白（PTPPTP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。形成水溶性复合物，转至其他膜上。n解毒，如肝细胞的

45、细胞色素解毒，如肝细胞的细胞色素P450P450酶系。酶系。n参与甾体类激素的合成。参与甾体类激素的合成。n使葡糖使葡糖6-6-磷酸水解，释放糖至血液中。磷酸水解，释放糖至血液中。n储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。n提供酶附着的位点和机械支撑作用。提供酶附着的位点和机械支撑作用。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选高尔基复合体高尔基复合体 最早发现于最早发现于18551855年，年，18891889年，年，GolgiGolgi用银染法，在猫头鹰的神经细用银染法，在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定

46、名为高尔基体。胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。2020世纪世纪5050年代以后才年代以后才正确认识它的存在和结构。正确认识它的存在和结构。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 高尔基复合体是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细高尔基复合体是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面对着内质网称为形成面（对着内质网称为形成面（forming faceforming face）或顺面（）或顺面（cis facecis face

47、）。凹进）。凹进的一面对着质膜称为成熟面（的一面对着质膜称为成熟面（mature facemature face）或反面（）或反面（trans facetrans face）。）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。扁平囊直径的扁平囊直径的1um1um，由两层单位膜构成，膜厚，由两层单位膜构成，膜厚6-7nm6-7nm，中间形成囊，中间形成囊腔，周缘多呈泡状，腔，周缘多呈泡状，4-84-8个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构成高尔基体的主体。成高尔基体的主体。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内

48、功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选高尔基复合体的化学组成高尔基复合体的化学组成脂类成分脂类成分膜脂种类膜脂种类 内质网膜内质网膜 高尔基复合体膜高尔基复合体膜 质膜质膜脂类总量脂类总量 30.0 35.0 42.0磷脂磷脂 26.6 28.5 29.8鞘磷脂鞘磷脂 1.3 3.5 5.6卵磷脂卵磷脂 13.5 14.6 14.0磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺 6.4 6.6 6.9磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸 1.3 1.2 1.2磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 2.1 2.6 2.1胆固醇胆固醇 1.0 1.7 5.2糖脂糖脂 0.4 1.5 2.5酶酶

49、 糖基转移酶、磺基糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、酰基转移酶、糖苷酶等。糖基转移酶、酰基转移酶、糖苷酶等。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选功能区隔功能区隔n高尔基体顺面的网络结构（高尔基体顺面的网络结构（cis Golgi networkcis Golgi network，CGNCGN），是高尔基），是高尔基体的入口区域。体的入口区域。n高尔基体中间膜囊（高尔基体中间膜囊（medial Golgimedial Golgi），多数糖基修饰，糖脂的形成），多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。n高尔

50、基体反面的网络结构（高尔基体反面的网络结构（trans Golgi networktrans Golgi network，TGNTGN），）， 是高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。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。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选 高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：n嗜锇反应：嗜锇反应：ciscis面膜囊被特异地染色；面膜囊被特异地染色；n焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶(TPP(TPP酶酶) )：可特异显示高尔基体的：可特异显示高尔基体

51、的transtrans面的面的1 12 2层层膜囊；膜囊；n烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP(NADP酶酶) )：可显示高尔基体中间几层扁：可显示高尔基体中间几层扁平囊；平囊；n胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶(CMP(CMP酶酶) )：可显示靠近：可显示靠近transtrans面上的一些膜囊状和面上的一些膜囊状和管状结构，管状结构，CMPCMP酶也是溶酶体的标志酶。酶也是溶酶体的标志酶。 细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能1 1、参与细胞分泌活动、参与细胞分泌活动 负责对细胞合成的蛋白质进行加

52、工，分类，并运出，其过程是负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是SERSER上合成蛋白质上合成蛋白质-进入进入ERER腔腔以出芽形成小囊泡以出芽形成小囊泡进入进入CGNCGN在在medial medial GdgiGdgi中加工中加工在在TGNTGN形成大囊泡形成大囊泡囊泡与质膜融合、排出。囊泡与质膜融合、排出。2 2、蛋白质的糖基化、蛋白质的糖基化 O-O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行。在内质网形成的蛋白质连接的糖基化主要在高尔基体中进行。在内质网形成的蛋白质具有相同的寡聚糖连。由具有相同的寡聚糖连。由CisCis面进入高尔基体后，在各膜囊之间的转运面进入高尔基体后，在各

53、膜囊之间的转运过程中，发生了一系列有序的加工和修饰，从而形成具有不同功能的过程中，发生了一系列有序的加工和修饰，从而形成具有不同功能的蛋白，如质膜上的受体和溶酶体的酶，糖基化的结果使不同的蛋白质蛋白，如质膜上的受体和溶酶体的酶，糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选3 3、进行膜的转化功能、进行膜的转化功能高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高尔基

54、体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜之间，因此高尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成高尔基体大囊泡与质膜融转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成高尔基体大囊泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。合，使新形成的膜整合到质膜上。4 4、将蛋白水解为溶性物质、将蛋白水解为溶性物质如将蛋白质如将蛋白质N N端或端或C C端切除，成为有活性的物质（胰岛素端切除，成为有活性的物质（胰岛素C C端）或将端）或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。细胞生物学细胞生物学细胞内功

55、能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选5 5、参与膜泡运输、参与膜泡运输分泌性蛋白，经高尔基体加工与分装通过膜泡运输的方式送到细胞分泌性蛋白，经高尔基体加工与分装通过膜泡运输的方式送到细胞表面。表面。6 6、参与形成溶酶体和微体、参与形成溶酶体和微体细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞生物学细胞生物学细胞内功能区隔与蛋白质分选细胞内功能区隔与蛋白质分选溶酶体（溶酶体（LysosomeLysosome）溶酶体的形态特征：溶酶体的形态特征：溶酶溶酶溶酶体（体（lysosomelysosome）是）是C. de DuveC. de Duve与与B. Novikoff 1955B. Novikoff 1955年首次发年首次发现现, ,为直径很小的囊状小体，其外包以一层厚约为直径很小的囊状小体，其外包以一层厚约6 nm6 nm的单位膜，膜内含的单位膜，膜内含有活性很高的酸性水解酶有活性很高的酸性水解酶6060多种。具有异质性，形态大小及内含的水多种。具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。膜有质子泵，解酶种类都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。膜有质