细胞基质与细胞内膜系统

关于细胞基质与细胞内膜系统第五章细胞基质与细胞内膜系统

第一节细胞质基质与内膜系统概述一、细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）(一）细胞质基质的涵义１、基本概念：在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。２、主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。３、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第2页,共55页，2024年2月25日，星期天

4、化学本质：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，存留在上清液中的就是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。第3页,共55页，2024年2月25日，星期天４、蛋白质的修饰、选择性降解（二）细胞质基质的功能１、是完成各种中间代谢过程的场所

如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等2、与细胞质骨架相关的功能⑴细胞骨架维持细胞形态，与细胞运动、物质运输及能量传递有关⑵细胞骨架是细胞质基质结构体系的组织者3、蛋白质的分选与运输⑴N端含某种信号序列的蛋白质,合成后即被转移到内质网上⑵蛋白质合成后,通过膜泡由内质网转运至高尔基体第4页,共55页，2024年2月25日，星期天二、细胞内膜系统（endomembranesystem）

2、内膜系统细胞器：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡

1、定义：是指细胞内在结构、功能及发生上相关联、由膜包被的细胞器或细胞结构。3、过氧化酶体、线粒体、叶绿体不属于细胞内膜系统。

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第6页,共55页，2024年2月25日，星期天第二节内质网一、内质网的形态结构1、根据结构与功能,内质网分为两种基本类型

（1）糙面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）多呈扁平囊状，排列整齐，表面分布着大量核糖体。内质网膜上有易位子，与新合成的多肽进入内质网有关（2）光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）

无核糖体结合，常为分支管状，形成较为复杂的立体结构是脂质合成的重要场所第7页,共55页，2024年2月25日，星期天

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二、ER的功能1、蛋白质合成⑴粗面内质网合成的蛋白质Ⅰ向细胞外分泌的蛋白质（如：内分泌细胞分泌的多肽激素）Ⅱ膜整合蛋白（在内质网上合成时,即确定膜蛋白的方向性）Ⅲ细胞器中的可溶性驻留蛋白Ⅳ细胞质基质中的游离核糖体合成的蛋白:细胞质基质中的驻留蛋白（糖酵解、磷酸戊糖途径的酶，细胞骨架蛋白）；质膜外周蛋白；核输入蛋白；转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白第10页,共55页，2024年2月25日，星期天第11页,共55页，2024年2月25日，星期天

⑵蛋白质的修饰与加工Ⅰ主要的修饰加工作用：糖基化、羟基化、酰基化Ⅱ糖基化的发生在ER腔面，酰基化发生在ER的细胞质基质侧Ⅲ新生肽段的折叠与组装2、脂类的合成Ⅰ合成场所：光面内质网Ⅱ重要性：合成包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂Ⅲ合成的磷脂向其他膜部分转运的方式：■以出芽方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜■凭借PEP在膜之间转移第12页,共55页，2024年2月25日，星期天

PEP与磷脂结合→→→进入细胞基质自由扩散到靶细胞PEP释放磷脂脂从含量高的膜转移到缺磷的膜3、其他功能⑴类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质中）⑵肝的解毒作用（Detoxification）肝脏细胞内质网中有些酶类，用以清除脂溶性废物和代谢产生的有毒物质⑶储存Ca2+内质网膜上的Ca2+-ATP酶将基质中Ca2+泵入内质网腔中第13页,共55页，2024年2月25日，星期天

第三节高尔基体复合物一、高尔基体的形态结构电镜下，高尔基体是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成的（一）、顺面与反面1、顺面（或形成面）：靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面2、反面（或成熟面）：面向细胞质的凹面第14页,共55页，2024年2月25日，星期天

（二）、高尔基体的四个组成部分1、

高尔基体顺面膜囊（又称cis膜囊）或顺面高尔基体管网状结构（cis-Golginetwork，CGN）⑴位置与形态：位于高尔基体顺面外侧的扁平膜囊上中间多孔面呈连续分枝状的管网结构⑵作用：Ⅰ接受内质网新合成的物质→→→分类将大部分物质转入高尔基体中间膜囊

剩余小部分蛋白质与脂质重返内质网Ⅱ某些蛋白的丝氨酸残基在此处发生O-连接糖基化

Ⅲ跨膜蛋白在细胞基质一侧结构域的酰基化

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2、高尔基体中间膜囊（MediaGolgi）⑴形态：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续完整的膜囊⑵作用Ⅰ多数糖基修饰Ⅱ糖脂的形成Ⅲ与高尔基体有关的多糖的合成3、反面高尔基体管网状结构（transGolginetworkTGN）⑴位置与形态：Ⅰ位于反面最外侧，与反面的扁平膜囊相连Ⅱ另一侧进入反面细胞质中Ⅲ形态呈管网装，并有囊泡与之相连第17页,共55页，2024年2月25日，星期天

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⑵作用Ⅰ参与蛋白质的分类与包装、运输Ⅱ某些“晚期”的蛋白修饰4、周围大小不等的囊泡⑴ERGIC：顺面一侧的囊泡是内质网与高尔基体之间物质运输的小泡⑵分泌泡与分泌颗粒：位于反面一侧将经过高尔基体分类与包装的物质运送到细胞特定部位（三）、高尔基体是有极性的细胞器1、位置及方向极性：顺面朝向细胞核，反面朝向质膜2、物质运输的极性：内质网上合成的物质从高尔基体的顺面进、反面出第19页,共55页，2024年2月25日，星期天

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二、高尔基体的功能1、基本功能概述：⑴是细胞内大分子运输的一个主要交通枢纽Ⅰ将内质网合成的蛋白质加工、分类、包装，再分类运送到细胞特定部位或分泌到细胞外Ⅱ部分脂质也通过高尔基体向细胞膜和溶酶体运输⑵细胞内糖类合成的工厂2、具体功能⑴高尔基体与细胞的分泌活动反面膜囊上结合有特殊受体

→与特殊配体识别亲和→分泌蛋白与其他蛋白分离

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⑵蛋白质的糖基化修饰Ⅰ过程■rER合成的大多数蛋白在高尔基体中发生糖基化■在从rER向高尔基体及其各膜囊转运中，对寡糖基加工与修饰Ⅱ糖基化的意义■为各种蛋白质打上不同标志，以利于高尔基体的分类与包装■保证糖蛋白从rER到高尔基体膜囊方向的转移■增强糖蛋白的稳定性第25页,共55页，2024年2月25日，星期天

⑶蛋白酶的水解和其他加工过程加工对象加工过程无生物活性的蛋白原将其N端或两端的序列切除形成成熟多肽含多个相同氨基酸序列的前体水解成同种有活性的多肽含有不同信号序列的前体加工成不同产物第26页,共55页，2024年2月25日，星期天第四节溶酶体（lysosome）

一、溶酶体的形态1、形态：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

2、存在：几乎存在于所有的动物细胞中植物细胞也有与溶酶体功能类似的细胞器—圆球体和中央液泡第27页,共55页，2024年2月25日，星期天（一）、溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase），酶的最适pH为5左右。

3、

膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解（三）、

溶酶体膜的特征：1、

嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境2、具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运

（二）、溶酶体是异质性细胞器，含大量酸性水解酶，形态大小不同，执行生理功能不同

二、溶酶体的结构类型第28页,共55页，2024年2月25日，星期天（四）、溶酶体的结构类型

根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段，大致可分为三种：1、初级溶酶体（primarylysosome）

呈球形；内溶物均一，其中含有多种水解酶类，不含明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕

2、次级溶酶体（secondarylysosome）初级溶酶体＋自噬泡自噬溶酶体异噬泡、胞饮泡吞噬泡初级溶酶体＋异噬溶酶体3、残余小体（residualbody），又称后溶酶体

形态不规则,是进行消化作用的溶酶体,含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细胞器乃至细菌第29页,共55页，2024年2月25日，星期天

第30页,共55页，2024年2月25日，星期天三、溶酶体的功能（二）防御功能（一）清除无用的生物大分子、衰老细胞器及衰老损伤和死亡的细胞（三）其它重要的生理功能1、作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；2、分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节3、参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；如：蝌蚪尾巴的退化、乳腺的退行性变化4、受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。顶体相当于特化的溶酶体。第31页,共55页，2024年2月25日，星期天以出芽的方式转运到前溶酶体6-磷酸甘露糖（M6P）高尔基体trans-膜囊和TGN的M6P受体溶酶体酶与其他蛋白区分开来并局部浓缩溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER中）

糖链上的甘露糖残基磷酸化（高尔基体cis膜囊）N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑四、溶酶体的发生（一）发生途径之一第32页,共55页，2024年2月25日，星期天溶酶体的发生过程第33页,共55页，2024年2月25日，星期天

（二）发生途径之二

细胞质膜上也存在依赖Ca2+的M6P受体

→→→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

（三）不依赖于M6P的途径酸性磷酸酶初步合成（此时为跨膜蛋白）→→→经高尔基体转运至细胞表面

依赖于基质部分酪氨酸残基信号转运到溶酶体中在胞质及溶酶体中相关酶类作用下成为水溶性酶

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五、溶酶体与过氧化物酶体（一）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（二）过氧化物酶体与溶酶体的区别第36页,共55页，2024年2月25日，星期天

特征初级溶酶体

过氧化物酶体形态大小

多呈球形，直径0.2-0.5μm无酶晶体

球形，哺乳动物细胞中直径为0.15-0.25μm有酶晶体酶种类

酸性水解酶

氧化酶类

pH5左右

7左右

需O2否

不需要

需要

功能

细胞内消化作用

多种功能

发生方式

酶在rER合成经高尔基体出芽形成

酶在胞质基质中成经分裂与组装形成识别的标志酶

酸性水解酶等

过氧化氢酶

第37页,共55页，2024年2月25日，星期天（三）过氧化物酶体的功能3、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1、解毒作用：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2、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降解储存的脂肪酸→→→乙酰辅酶A

琥珀酸葡萄糖第38页,共55页，2024年2月25日，星期天（四）过氧化物酶体的发生1、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产生，然后转运到过氧化物酶体中2、构成过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后运转而来3、内质网也参与过氧化物酶体的发生4、过氧化酶体经分裂后形成子代的过氧化酶体子代还需要进一步装配成成熟的细胞器第39页,共55页，2024年2月25日，星期天

第40页,共55页，2024年2月25日，星期天第五节细胞内蛋白质的分选一、分泌蛋白合成的模型——信号假说（一）信号假说（1975年，G.Blobel和D.Sabatini提出信号假说）1、信号假说内容：

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。2、指导因子：蛋白质N端的信号肽3、信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）和内质网膜上的信号识别颗粒受体4、易位子（translocon）位于内质网膜上的与新合成的多肽进入内质网有关的复合体，其本质是一种通道蛋白5、信号肽酶第41页,共55页，2024年2月25日，星期天

第42页,共55页，2024年2月25日，星期天3、分泌蛋白合成的过程信号肽引导肽链进入内质网腔，结束前N端信号肽酶切除信号肽游离核糖体上起始合成（80个氨基酸左右）SPR与N端信号肽结合翻译暂停SRP与SRP受体结合，核糖体与易位子结合SRP脱离信号序列和核糖体，肽连又开始延伸

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（二）信号肽与共转移1、共转移：肽连边合成边转移至内质网腔中的方式2、开始转移序列：引导肽链穿过内质网膜的信号肽（1）N-端信号肽（2）内含信号序列又称内含信号肽（internalsignalpeptides）第45页,共55页，2024年2月25日，星期天第46页,共55页，2024年2月25日，星期天

3、停止转移序列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第47页,共55页，2024年2月25日，星期天多个开始转移序列和多个停止转移序列——多次跨膜的膜蛋白

4、起始转移序列和停止转移序列的数目决定多肽跨膜次数（1）只有N端转移序列——进入内质网腔中（2）一个停止转移序列或内含信号肽位于多肽中部——1次跨膜蛋白（3）二次跨膜蛋白与多次跨膜蛋白

一个内含信号序列和一个停止转移序列

——二次跨膜蛋白第48页,共55页，2024年2月25日，星期天（三）导肽与后转移2、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（posttransloc