细胞生物学第六章细胞内膜系统 复习题

1、第六章细胞内膜系统基本概念题解学习要求：掌握细胞质基质和细胞内膜系统各部分的结构与功能。掌握细胞内膜系统各个部分间的关系和细胞内蛋白分悬于细胞结构的装配及其相关知识。基本概念：.细胞质基质(cytoplasmicmatrix)：在真核细胞的细胞质中，除可分辨的细胞器以外的胶状物质，成为细胞质基质。它是一种高度有序且不断变化的结构体系。在确保与协调各种代谢反应、胞内物质运输与信息传递等方面，起重要作用。.内膜系统(endomembranesystem):指真核细胞内在结构、功能乃至发生上相关的由膜围绕的细胞器或细胞结构。或者说是由膜分隔而形成的具有连续功能的系统，主要指核膜、内质网、高尔基体以及

2、细胞质的各种囊泡。而质膜、液泡膜以及溶酶体是这些内膜体系活动的最后产物，一般叶绿体、线粒体的膜也可直接或间接与内膜系统相联系但不包含在内膜系统内。.内质网(endoplasmicreticulum,ER):是分布于细胞质中由膜构成的网状管道系统，管道以各种形状延伸和扩展，成为各类管、泡、腔交织的状态。内质网有两种：粗面内质网和滑面内质网。前者指膜上附有核糖体颗粒。后者膜外面不附有核糖体，表面光滑，主要是合成和运输类脂和多糖，它也可能是细胞之间通讯与传递系统。细胞中内质网可以与细胞核的外膜相连，同时也可与细胞表面的质膜相连，而且还可能随同胞间连丝穿过细胞壁，与相邻细胞的内质网发生联系。因此有人认

3、为内质网构成了一个从细胞核到质膜，甚至与相邻细胞相连而直接贯通的管道系统。.易位子(translocon):指内质网膜上的一种蛋白质复合体，8.5nm,2nm的通道，其功能与新合成的多肽进入内质网腔有关。.高尔基体(Golgibody):是由一些堆叠的扁平囊所组成。主要功能是分泌活动、蛋白质加工以及合成多糖参与新细胞壁的形成。.溶酶体(lysosome):是由单层膜围绕、内含多种酸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。根据其所处的完成生理功能的不同阶段，可分为初级溶酶体、次级溶酶体和残余体。.热休克蛋白(heatshockprotein):在热作用或其他因素作用下而大量合成

4、的一类蛋白质；其功能可能是抵御外界的作用而保证细胞存活；在正常条件下，也有少量的热休克蛋白表达，已发现某些热休克蛋白如Hsp70和线粒体中Hsp60在多肽的折叠中起重要作用。.前导肽序列(leadersequence):指核编码的线粒体蛋白质N-端带有2080个氨基酸序列，富含带正电荷的碱性氨基酸，分布在不具电荷的氨基酸序列之间，成为前导肽；它含有导向信息，引导前体蛋白跨膜，可被金属蛋白酶水解。.蛋白质分选(proteinsorting)：新生肽由其合成部位正确地运转到其行使功能部位的过程。包括细胞质基质中合成多肽的分选途径和粗面内质网上合成多肽的分选途径。.分子伴侣(chaperone):指

5、一组细胞中普遍存在的蛋白质，它们在于细胞中靶蛋白短暂结合的过程中改变蛋白质的空间构象从而调节它们的功能，这一过程通常需要ATP提供能量。经过活化的蛋白质随即与分子伴侣分离，使之能继续参与其他靶分子调节。目前已知的分子伴侣主要是热休克蛋白家族的成员，其中的HSP70、HSP60参与新合成肽的折叠和亚细胞结构间的转移，HSP90可能参与丝裂原激活通路中Raf-1活性的调节和糖皮质激素受体的活化。.膜泡运输(vesiculartransport):细胞通过内吞作用和外派作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输方式和胞内蛋白质通过不同的转运小泡从内质网转运到高尔基体进而分选运至细胞的不同部位的运输方式，由

6、于在转运过程中，物质包裹在脂双层膜围绕的囊泡中，故称膜泡运输。.过氧化酶体(peroxisome):又称微体(microbody)，是由单层膜围绕的、内含一种或多种氧化酶类的细胞器。是一类异质性的细胞器，其确切的生理功能不清楚。.停靠蛋白质(dockingprotein):又叫信号识别颗粒受体，是内质网膜上的一种蛋白质，它在指导分泌性蛋白质附着到内质网膜上合成的过程中起重要作用。.共转移(cotranslocation):指有信号肽系列的蛋白质在开始合成后不久即附着到内质网膜上，信号肽穿入内质网膜并引导肽链以袢环的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肽，肽链继续延伸直至完成整

7、个多肽链的合成。这种肽链边合成边转移至内质网腔中的方式叫共转移。.信号肽(signalsequence或signalpeptide)：是分泌性蛋白质N-端的一个肽段，可指导其在内质网膜上合成，这一肽段在蛋白质合成结束之前被切除。信号肽一般有1626个氨基酸残基，其中包括疏水核心区、信号肽的C端和N端等三个部分。.停止转移序列(stoptransfersequence):在内质网上合成的蛋白质通过共转移的方式进入内质网腔中，引导肽链穿过内质网膜的信号肽可以看作为开始转移序列。肽链中还可能有某些序列与内质网膜有很强的亲和力而结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中，称为停止转移序列。.逃逸蛋白(

8、escapedprotein):指带有内质网居留信号的蛋白质伴随着其输出蛋白质的出芽膜泡一同从内质网输出的蛋白质，这些逃逸蛋白随后要通过回收信号介导的特异性受体来完成回收。.内体endosome来自质膜的细胞内小泡，是一种含有游离受体与配体的酸性非溶酶体小泡。由初级内体和次级内体之分，初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器，刺激内体pH呈酸性，具有分拣作用，能够分选与配体结合的受体，让他们再循环到细胞质膜表面或高尔基体反面网络。.初级溶酶体primarylysosome有高尔基体反面膜囊出芽形成的新生溶酶体，体积较小，含有无活性水解酶，没有作用底物及消化产物。.次级溶

9、酶体secondarylysosome此类溶酶体中含有水解酶和相应的底物，是一种将要或正在消化作用的溶酶体。根据所消化物质的来源，分为自噬性溶酶体与异噬性溶酶体。.信号识别颗粒signalrecognitionpartical,SRP是一种核糖核蛋白体，与信号肽、核糖体相结合形成SRP-信号肽-核糖体复合物，由SRP介导引向内质网膜上的SRP受体，并与之结合。问答题分析：蛋白质进入内质网腔的机制是什么？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个氨基酸左右时，N端有信号肽序列即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

10、上的停泊蛋白结合，核糖体与内质网膜的易位子结合。此后信号识别颗粒脱离了信号序列和核糖体，返回细胞质基质中重新使用，肽链又开始延伸，以环化构象存在的信号肽与易位子组分结合并使其孔道打开，信号肽穿入内质网膜并引导肽链以袢环的形式进入内质网腔中，这是一个需要GTP的耗能过程。与此同时，腔面上的信号肽酶切除信号肽，肽链继续延伸，并边合成边转移进入内质网腔，直至完成整个多肽链的合成和转移。什么是分子伴侣？在真核生物中它们有什么功能？分子伴侣是1978年Laskey等在研究核质蛋白时首先提出来的一个名词。1987年Ellis便把凡是促进其他蛋白质正确折叠和组装的一类蛋白质分子统称为分子伴侣，并提出了分子伴

11、侣的概念：是在蛋白质折叠和装配过程中，能防止多肽链内和链间的错误折叠或集聚作用，并能破坏多肽链中已形成的错误结构，但其自身并不参加最终产物组成的一类蛋白质分子或其复合物。分子伴侣是进化上相当保守的一些蛋白质家族，目前已被确认的有热激蛋白60、70、90等。它们广泛分布于原核细胞和真核细胞的细胞质、线粒体和内质网中，属于细胞中恒定型表达的蛋白质，是细胞正常生长和增值所必需的。分子伴侣除了与蛋白质的合成和成熟有关外，还参与一系列其他的细胞过程（如蛋白质的跨膜移位和运输，如某些分子伴侣在新生多肽链与核糖体上合成时就与其结合，协助该肽链从真核生物60S核糖体亚单位的孔道中移出。其他分子伴侣可使正在翻译

12、的多肽链保持一个非折叠的构象，以此协助他们通过膜而进入内质网或线粒体中。一旦跨过相应的膜，该多肽被传递给另外一个不同的分子伴侣，并由此分子伴侣协助其正确的折叠成功能性蛋白质）、调控信息传递通路和DNA的副职及转录、参与微观形成和修复、各种应激反应以及蛋白质降解等。概述细胞内的膜泡运输状况。细胞内的膜泡运输是一个相当复杂的过程，可将分为几个部分：从内质网象高尔基复合体的膜泡运输。在内质网上合成的蛋白质，已有被小泡的方式被运送到高尔基复合体进行加工、分拣和包装。内质网的特定区域（五核糖体附着区）将合成的蛋白质等包入到以出芽方式形成的膜泡肿。从内质网中进入膜泡的蛋白质必需是已正确折叠和正确组装的，而

13、那些还未完全包装好或错误折叠的蛋白质则不能进入运输膜泡，还需要留在内质网腔中继续装配，而一旦完成组装，便可被包装入膜泡中。那些折叠错误的蛋白质需要进行纠正修饰，这种纠正工作是由内质网中一种称为结合蛋白的分子伴侣来完成。如果再结合蛋白的帮助下仍不能折叠成正确构象，则会在内质网腔中被降解掉。分子伴侣在蛋白质正确折叠变化中进起辅助作用，起决定作用的还是肽链的一级结构。由此可见，内质网的特定区域在将合成的蛋白质包装成膜泡时，对合成物具有严格的检验和筛选功能，以确保运往高尔基复合体的蛋白质质量。最近的研究发现，在内质网和高尔基复合体之间，除自内质网到高尔基复合体方向的膜泡运输外，还存在有由高尔基复合体向

14、内质网方向运输的膜泡运输，这种反向运输是沿着微管进行的。实验证明：从内质网到高尔基复合体方向的膜泡运输，可谓布雷菲尔德菌素A所抑制；而高尔基复合体向内质网方向的反向运输，则可被nocodazole阻断。分泌小泡的外排运输。高尔基复合体在胞内运输、分泌小泡的外排和内吞小泡的运输过程中均具有重要作用。目前，对高尔基复合体膜泡运输的机制还了解不多，但一些实验结果表明，高尔基复合体中有G蛋白的存在，此G蛋白对高尔基复合体膜泡运输具有调控作用。在高尔基复合体上加工过的各种蛋白质，经分拣包装成小泡后，要分别运送至各自的目的地。高尔基复合体反面管网小泡的运输主要有三种途径：（1）溶酶体酶经高尔基复合体的单独

15、分拣和包装，已有被小泡的形式运往溶酶体；（2）分泌蛋白被包装进分泌泡，以有被小泡的形式运往细胞质膜并分泌到细胞外；（3）其余的部分蛋白质被包装成分泌小泡后，暂时春存在细胞质中，一旦需要，在被释放到细胞外，如储存胰蛋白酶和肽类激素的分泌小泡。内吞小泡的运输。受体介导的内吞运输中，以有被小泡的形式将外源物质吞入细胞后，内吞体便把所吞入的外源物质与受体分开，将外源物质送交溶酶体进行消化处理，同时也将部分受体运回细胞质膜，参与有被小泡的再运输。也有一部分有被小泡转运到高尔基体，参与溶酶体酶的有被小泡运输。在细胞内的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要的集散中心。各种膜泡循序运

16、动。用以完成多种物质的运输，对细胞生活动的完成起着非常重要的作用。溶酶体蛋白的合成、加工与分选的途径。溶酶体蛋白的合成开始于细胞质基质中的核糖体上，由于有信号肽而被搬运到内质网膜上合成，并结合在内质网膜上或送入腔中，经N-连接糖基化修饰后转运至高尔基体。在高尔基体顺面膜囊中，溶酶体蛋白被特异性识别，而由N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶将单糖核苷酸UDP-GlcNAc上的Glc-Nac-P转移到高甘露糖寡糖链上的a-1,6-甘露糖残基上，再将第二个GlcNAc-P加到a-1,3-甘露糖残基上，接着在高尔基中间膜囊中的磷酸葡萄糖苷酶的作用下，除去末端的GlcNAc，暴露出磷酸集团，形成M6P标志。在高尔

17、基体的TGN中，含有多个M6P的溶酶体酶与M6P受体结合。受体分子集中的分布在TGN末的某些部位，使溶酶体酶与其它蛋白质分离并得到局部浓缩，从而保证了他们以出芽的方式向溶酶体中转移。载有溶酶体酶的转运小泡从TGN出芽的过程需要网格蛋白的帮助。运输小泡形成后，网格蛋白脱离，随后M6P受体也从运输小泡上出芽并返回TGN而循环使用。剩下含有大量酸性水解酶的囊泡即为初级溶酶体。微体是如何发生的？已有证据表明，微体的发生过程与线粒体和叶绿体类似，即由已有的微体经过分裂形成新的子代微体，经进一步装配后形成成熟微体。但微体不同与线粒体和叶绿体的是不含有DNA。细胞生物学和生化的研究表明，微体的质膜来源于内质

18、网。微体所含有的酶类均是由核基因编码、在细胞质基质中合成的，且不进行糖基化。在所含酶类中，研究较清楚的是过氧化物酶，它是一个含血红素的四聚体蛋白，其单体是在细胞质基质中合成的，在特定的信号序列指导下进入过氧化物酶体，此信号序列在完成使命后不会被切除。最近发现，至少有部分信号序列与过氧化氢酶弹体分子C端的三个氨基酸（Ser-Lys-Leu）序列有关。此序列称为（微体）输入信号，试验表明，如果将此序列连接到某一种非微体蛋白上，此种蛋白也能进入到过氧化物酶体中。据推测，在过氧化物酶体膜的胞质面上存在有信号识别序列的受体，在过氧化物酶腔中，单体与血红素结合并形成四聚体。目前认为，形成过氧化物酶体的所有

19、膜蛋白及膜脂也都是通过细胞质基质转运而来的，膜脂可能是在内质网上合成后通过磷脂转换蛋白来完成其转运的。众所周知，线粒体使细胞内进行氧化作用的一种重要细胞器，那么为什么细胞内还要存在具有氧化作用的过氧化物酶体呢？有人推测，在进化过程中，当真核细胞进入需氧生活阶段时，便产生了过氧化物酶体这种细胞器。后来，随着线粒体的出现，线粒体便开始了占据进行氧化作用的主导地位，过氧化物酶体也就开始逐渐退化，其所含有酶的种类和数量减少，甚至在某些细胞类型中完全消失。但由于其仍有一定功能，故而在许多细胞类型中被保留下来。滑面内质网的主要功能是什么？不同类型细胞中滑面内质网的功能各有不同，主要有：（1）参与脂质和胆固

20、醇的合成与运输。脂质和胆固醇的合成是滑面内质网最明显的功能，合成的脂质分子可以通过运输小泡运送到高尔基复合体，也可以通过特殊的磷脂交换蛋白送往各膜结合细胞器。（2）与糖原的合成和分解有关。肝细胞中常见滑面内质网与糖原相伴存在，肝糖原丰富时，滑面内质网增多；肝糖原减少时，滑面内质网减少。滑面内质网膜含有葡萄糖6-磷酸酶，是糖原降解为葡萄糖的关键酶，由此说明糖原的合成与分解与滑面内质网有关。（3）解毒作用。滑面内质网能合成分解一些脂溶性毒素的酶类。生化研究表明，滑面内质网上集中着重要的氧化酶系，将药物与毒物进行解毒或转化，消除毒性。（4）与肌肉收缩有关。肌肉中的肌质网是钙离子的储存部位，钙离子释放

21、可触发肌肉收缩。试述溶酶体的发生过程溶酶体来自高尔基复合体。溶酶体酶有一个基本特征，即寡糖链含有磷酸化甘露糖残基，可被反面高尔基体的M6P受体识别与结合，从而被分拣出来。溶酶体的酶类在内质网上合成，跨膜进入内质网的腔，再顺面高尔基体带上干露糖-6-磷酸标记后在反面高尔基体网络形成溶酶体分泌小泡，最后经过脱磷酸成为成熟的溶酶体。溶酶体具有异质性，根据不同阶段，可分为以下几种：初级溶酶体：刚从反面高尔基体形成的小囊泡，仅含非活性水解酶类；次级溶酶体：是将要或正在进行消化作用的溶酶体。何谓细胞内的蛋白质分选，细胞内蛋白质分选的途径与生物学意义是什么？由于细胞各个部位所需蛋白质在结构和功能上各不相同，

22、为了能准确运送蛋白质，在进化中每种蛋白质形成了一个明确的地址签，细胞通过对地址签的识别进行运送，这就是蛋白质分选。蛋白质分选有两种主要方式：翻译后运输和功翻译运输。内膜系统参与共翻译运输，是蛋白质分选的主要系统。分选是由内膜系统特定部位的受体蛋白促成的，这些受体蛋白结合具有特定地址签的蛋白质，将其装入正确的运输小泡，而没有地址签的蛋白质装入非特异性运输小泡。细胞生命周期的各个阶段要不断补充及更新蛋白质，以满足细胞器的增殖，细胞的分裂生长，蛋白质的消耗等。所以蛋白质分选是细胞最重要的生命活动之一。比较蛋白聚糖合成中的N-连接与O-连接。在糙面内质网上合成的蛋白质的糖即可由两种途径添加：通过天冬氨

23、酸残基的N-原子或通过丝氨酸苏氨酸的O-原子。N-连接糖蛋白合成的第一步在糙面内质网上进行，一个糖链的核心部分从一脂受体磷酸多萜醇上转移至新生肽链上，糖链的核心部分在高尔基体中被修饰。O-连接的糖基完全在高尔基体中被添加在蛋白质上。共翻译转运与翻译后转运的主要区别。共转运转运是指新生肽链在进行翻译的同时就开始了定向转移，这是糙面内质网上核糖体合成蛋白质转运的方式，翻译后转运是指多肽合成后，再进行折叠或者在分子伴侣的协助下维持解折叠状态并进行转运，因此，这种蛋白质的定向转运是在翻译完成之后进行的，独立于翻译过程。细胞内蛋白质合成及去向如何？分泌蛋白：包括肽类激素、生长因子、消化酶类、血清蛋白及细

24、胞外基质蛋白；释放到内质网腔的蛋白：包括RER中的酶类、高尔基复合体的酶、溶酶体酶；整合膜蛋白：如ER膜蛋白、高尔基体膜糖蛋白、溶酶体膜糖蛋白、质膜合膜糖蛋白、脂锚定质膜蛋白、质膜外侧面的外周蛋白。游离核糖体合成可溶性胞质溶胶蛋白、脂锚定蛋白、质膜报纸面的外周蛋白、核基因编码的线粒体/叶绿体蛋白、过氧化物酶体蛋白、核蛋白。说明信号序列的结构和功能。信号序列具有一些共同特征：长度一般为1535个氨基酸残基，N端含有一个或多个带正电荷的氨基酸，其后是6-12个连续的疏水残基。起始转移信号：N端信号序列可被SRP识别，还具有起始穿膜转移作用，其附近有信号肽酶作用位点，可被切除，一般与分泌蛋白有关。内

25、含信号序列：并不位于蛋白质N端，也可被SRP识别并具有起始穿膜转移作用，但不可切除，因此是跨膜蛋白的组成成分。停止转移肽：停止转运信号可以a螺旋的形式锚定在脂双层。单次跨膜蛋白、二次跨膜蛋白或多次跨膜蛋白的形成与否取决于分子内所含各种信号序列的种类及数量。何谓信号序列假说？是怎样提出的？核糖体与内质网的结合受制于mRNA中特定的密码子序列（可翻译为信号肽）。信号序列与SRP结合，引导核糖体与内质网结合；并通过信号序列的疏水性引导新生肽链跨膜转运。主要内容包括：（1）内质网转运蛋白的合成仍然起始于游离核糖体；（2）信号序列与信号识别颗粒（SRP）结合；（3）核糖体附着到内质网上，结合有信号序列的

26、SRP通过第三个位点与内质网中的受体（停靠蛋白，DP）结合；（4）SRP的释放与转运通道的打开，使核糖体与通道结合，新生肽可进入通道；（5）信号序列与通道中的受体（信号序列结合蛋白）结合，蛋白质合成重新开始，并向内质网腔转运；（6）信号肽酶切除信号序列；（7）蛋白质合成结束，核糖体脱离内质网进入胞质溶胶。1972年Bloble提出信号序列的建议，1975年正式提出信号肽假说。1981年研究人员对早期信号假说作了一些补充，增加了SRP以及DP的概念。是非题：1.过氧化物酶体和溶酶体均为抑制性细胞器；而高尔基体则不是。（v）2M6P是高尔基体TGN的特有蛋白质，参与溶酶体蛋白的分选.（x）3过氧化物酶体和乙醛循环体中的蛋白质在粗面内质网上合成