细胞生物学细胞质基质和细胞内膜系统

第一节细胞质基质cytoplasmicmatrix基本概念：在真核细胞细胞质中，除去可分辨细胞器以外胶状物质，称细胞质基质。

细胞组分

数目

体积比

细胞质基质

细胞核内质网高尔基体溶酶体胞内体过氧化物酶体线粒体11113002004001700

54612311122第1页

细胞质基质与胞质溶胶：

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，存留在上清液中主要是细胞质基质成份。称之为胞质溶胶。

主要成份：中间代谢相关数千种酶类、细胞质骨架结构。

细胞质基质是一个高度有序体系，其中细胞质骨架纤维贯通在粘稠蛋白质胶体中，多数蛋白质直接或间接地与骨架结合从而完成特定生物学功效。

特点：第2页1

完成各种中间代谢过程

如糖酵解过程、磷酸戊糖路径、糖醛酸路径等蛋白质合成与脂肪酸合成2与细胞质骨架相关功效维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等

细胞质基质功效3蛋白质修饰和选择性降解第3页1）

辅酶或辅基与酶共价结合。2）

磷酸化与去磷酸化。3）

糖基化。

1.蛋白质化学修饰O-linkedoligosaccharideN-linkedoligosaccharides第4页4）

对一些蛋白质N-端进行甲基化修饰。5）酰基化。src

基因编码酪氨酸激酶与豆蔻酸共价结合，促使激酶转移并靠豆蔻酸链结合到细胞质膜上，只有这么，细胞才能被转化。第5页2.蛋白质选择性降解控制蛋白质寿命决定蛋白质寿命信号为存在于N端第一个氨基酸:N端第一个是：Gly、Pro、Ser、Met、Thr、Ala、Val、Cys，稳定N端第一个是其它12种不稳定，能被泛素降解路径（ubiquitin-dependentpathway）所识别，目标蛋白Lys被泛素化后送往蛋白酶复合体（proteosome）降解.泛素降解路径(ubiquitin-dependentpathway)：泛素是一个由76个氨基酸残基组成小分子蛋白，含有蛋白质降解和细胞周期调控等各种生物学功效。3.降解变性和错误折叠蛋白质第6页分子伴侣(chaperones)

是一个引导蛋白质正确折叠蛋白质。当蛋白质折叠时，它们能保护蛋白质分子免受其它蛋白质干扰。很多分子伴侣属于热休克蛋白（heatshockprotein，Hsp）.帮助变性或错误折叠蛋白质重新折叠，形成正确分子构象4.对蛋白质结构修饰：1.molecularchaperone：与未折叠或部分折叠蛋白质结合，预防蛋白质降解。2.Chaperonin：陪同蛋白。多个分子伴侣蛋白形成复合体，能直接推进蛋白质折叠。第7页家族功效伴侣素10伴侣素60辅助伴侣素，帮助Hsp60底物折叠以利于其与Hsp60结合。小热休克蛋白包含各种蛋白质，依靠ATP发挥其功效，与非自然态蛋白质结合。Hsp40辅助伴侣素，调整Hsp70活性。不过其中一些能与非自然态蛋白质结合。Hsp60经过ATP帮助15-30%细胞蛋白质进行折叠。Hsp70预防未折叠多肽链粘连聚集，解聚多叠体蛋白质，参加蛋白质运输，调整热休克应答。Hsp90与一些激酶和类固醇受体一同作用于信号传导通路，也可能会发挥一些“经典”分子伴侣作用。Hsp100解聚蛋白质多叠体和聚集体。Hsp110与Hsp70高度同源，功效未知。4.对蛋白质结构修饰：分子伴侣(chaperones)第8页细胞内膜系统(endomembranesystems)概念：细胞内膜系统是在结构、功效、乃至发生上相关，由膜围绕细胞器或细胞结构。主要包含内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。第9页内膜系统是动态这些膜是相互流动，处于动态平衡，功效上相互协调第10页●ER是真核细胞中最大细胞器

●ER膜占细胞膜系统二分之一●所包围体积占细胞总体积10%ER内质网小管小泡扁囊状细胞膜核膜一、内质网形态结构内质网(endoplasmicreticulum,ER)第11页微粒体----细胞匀浆等人工过程，破碎内质网形成近似球形囊泡内质网化学组成第12页主要为蛋白质、脂类。磷脂占50%-60%,蛋白质约占20%。◆内质网标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶和CytP-450。◆细胞色素P450在内质网膜中最为丰富P4内质网化学组成第13页三、内质网类型核糖体粗面内质网滑面内质网分为粗面型内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）。RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。分别是ER连续结构一部分。

第14页A光面内质网功效脂合成与转运内质网功效磷脂转位因子磷脂转位是由内质网膜中磷脂转位因子或称翻转酶帮助。有选择性,确保了膜中磷脂分布不对称。合成包含磷脂和胆固醇几乎全部膜脂。其中最主要磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。3种酶都在ER上。第15页磷脂转运有两种方式。一个是凭借一个水溶性蛋白,叫磷脂交换蛋白(phospholipidexchangeprotein,PEP)作用另一个是以出芽方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上磷脂转运：第16页糖原分解释放葡萄糖第17页解毒作用光面内质网含有一些酶用于去除一些脂溶性废物以及代谢产生有害物质.丰富氧化酶系统(如细胞色素P450、NADH细胞色素C还原酶等)能使许多有害物质解毒,转化为易于排出物质。Ca2+离子浓度调整作用

肌质网是细胞内特化光面内质网,是贮存Ca2+细胞器。第18页ProteinssynthesizedonribosomesofRERinclude:

向细胞外分泌蛋白质膜整合蛋白组成细胞器中可溶性驻留蛋白

粗面内质网功效◆蛋白质合成蛋白质转运第19页

包含糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要是糖基化，几乎全部内质网上合成蛋白质最终被糖基化。蛋白质修饰与加工内质网上进行N-连接糖基化。

糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上磷酸长醇分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）天冬酰胺残基上。第20页RER腔中丰富蛋白二硫健异构酶（PDI）和分子伴侣系统，为蛋白质多肽链折叠提供了极为有利环境。2.粗面内质网与蛋白质折叠第21页蛋白二硫异构酶（PDI）:切断二硫键，帮助新合成蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠状态第22页结合蛋白Bip蛋白是一类分子伴侣,属于Hsp70家族。识别错误折叠蛋白或未装配好蛋白亚单位并促进重新折叠与装配。Bip在ER蛋白质折叠作用第23页一、高尔基复合体形态结构高尔基体形态结构第24页高尔基体是一个有极性细胞器位置恒定,结构极性,功效极性：第25页电镜扁平囊/中间高尔基网(包含顺面、中间和反面扁囊)/高尔基堆成熟面(matureface)小囊泡/顺面高尔基网/形成面/未成熟面/凸面大囊泡/反面高尔基网/分泌面/凹面形成面(formingface)光镜：网状结构第26页

高尔基体顺面网状结构（CGN）

又称cis膜囊

高尔基体中间膜囊

多数糖基修饰； 糖脂形成；多糖合成高尔基体反面膜囊以及反面高尔基体网状结构（transGolginetwork，TGN）高尔基体4个组成部分第27页

嗜锇反应：cis面膜囊被特异地染色；

焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特异显示高尔基体trans面1～2层膜囊；

烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)或甘露糖酶：可显示高尔基体中间几层扁平囊；

胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)或核苷酸二磷酸酶：可显示靠近trans面上一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体标志酶。

高尔基体各部膜囊４种标志细胞化学反应第28页嗜锇反应TPP酶反应CMP酶或核苷酸二磷酸酶反应NADP酶或甘露糖酶反应第29页

高尔基体主要功效是将内质网合成各种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运输到细胞特定部位或分泌到细胞外。内质网上合成脂类一部分也要经过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位运输，所以能够说，高尔基体是细胞内大分子运输一个主要交通枢纽。另外高尔基体还是细胞内糖类合成工厂，在细胞生命活动中起各种主要作用。

二、高尔基体功效第30页◆O-连接糖基化

将糖链转移到多肽链丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸羟基上，称为O-连接糖基化。◆N-连接寡聚糖深入加工：

内质网上：磷酸多萜醇上糖基转移到多肽天冬酰胺（Asn）上高尔基体：加工，切除葡萄糖和部分甘露糖分子，添加特定单糖，形成成熟糖蛋白高尔基体中蛋白质糖基化第31页高甘露糖侧链修饰成熟N-连接寡糖链第32页哺乳动物高尔基体中进行修饰过程复杂N-连接糖基化第33页

特征

N-连接O-连接1.合成部位

粗面内质网粗面内质网或高尔基体2.合成方式

来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去3.与之结合氨基酸残基

天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸4最终长度

最少5个糖残基普通1～4个糖残基，但ABO血型抗原较长5.第一个糖残基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-连接与O-连接寡糖比较第34页蛋白质糖基化生物学意义

不一样蛋白质糖基化含有不一样功效,糖基化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稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质水溶性及蛋白质所带电荷性质。对多数分选蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质分选信号。进化上意义：寡糖链含有一定刚性，从而限制了其它大分子靠近细胞表面膜蛋白，这就可能使真核细胞祖先含有一个保护性外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞形状与运动。第35页◆无生物活性蛋白原（proprotein）

高尔基体

切除N-端或两端序列

成熟多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。蛋白质在高尔基体中酶解加工类型第36页◆蛋白质前体

高尔基体

水解

同种有活性多肽，如神经肽等。(泛素分子)◆含有不一样信号序列蛋白质前体

高尔基体

加工成不一样产物。(脑啡肽原、ACTH/内啡肽原和强啡肽原)不一样肽不一样加工方式：1.有些多肽分子太小，在核糖体上难以有效地合成，如只有5个aa神经肽。2.有些可能缺乏包装并转运到分泌泡中必要信号。3.预防活性物质在合成部位发挥活性。◆硫酸化作用也在高尔基中进行，供体3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸，PAPS蛋白质在高尔基体中酶解加工类型第37页

1949年，deDuve将大鼠肝组织匀浆，并对其中各种细胞器进行分级分离，以期找出哪些细胞器与糖代谢酶相关。在测定作为对照酸性磷酸酶活性时，发觉酶活性主要在线粒体组分中。但试验结果却出现了一些反常现象，如蒸馏水提取物中酶活性比在蔗糖渗透平衡液抽提物中酶活性高。放置一段时间抽提物比新鲜制品中酶活性高，而且其酶活性却与沉淀物线粒体无关。随即又发觉其它几个水解酶也有类似现象，从而推测在线粒体组分中还存在一个新细胞器。1955年，deDuve与Novikoff合作首次用电子显微镜证实了溶酶体存在。

溶酶体(lysosome)第38页溶酶体（lysosome）几乎存在于全部动物细胞中。溶酶体是单层膜围绕、内含各种酸性水解酶类囊泡状细胞器。其主要功效是进行细胞内消化作用。

溶酶体(lysosome)第39页溶酶体特点：不一样起源溶酶体形态、大小,甚至所含有酶种类都有很大不一样。溶酶体呈小球状,大小改变很大。1、溶酶体是一个异质性细胞器第40页溶酶体类型

◆初级溶酶体(primarylysosome)◆次级溶酶体(secondarylysosome)▲自噬性溶酶体(aotolysosome)▲异噬性溶酶体(heterolysosome)◆后溶酶体(postlysosome)第41页初级溶酶体（primarylysosome）这类溶酶体是含有有各种酸性水解酶，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中酶处于非活性状态。第42页次级溶酶体（secondarylysosome）这类溶酶体中含有水解酶和对应底物，是正在进行或完成消化作用溶酶体，可分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。第43页肝细胞脂褐质后溶酶体（残体）Residualbody已失去酶活性，仅留未消化残渣故名，残体可经过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中脂褐质。第44页2、溶酶体内含有50各种酸性水解酶---theprincipalsitesofintracellulardigestion.Lysosomescandigesteverykindofbiologicalmolecule.酸性磷酸酶是溶酶体标志酶，第45页◆溶酶体膜上含有各种载体蛋白用于水解产物向外转运◆溶酶体膜上嵌有质子泵◆溶酶体膜蛋白高度糖基化◆溶酶体膜含有能促进膜稳定性胆固醇3、溶酶体膜稳定性第46页溶酶体主要功效是消化作用，依据其消化物质又可将他作用分为以下3种：1.去除无用生物大分子、衰老细胞器及衰老损伤和死亡细胞

二、溶酶体功效溶酶体和蛋白酶体：（1）很多生物大分子半寿期只有几个小时至几天，（2）肝细胞中线粒体平均寿命约10天（3）

细胞质膜不停更新，（4）¼成人红细胞仅能存活120天，天天要去除1011个红细胞，（5）

发育中和成体凋亡细胞第47页2．防御作用（1）吞噬细胞位于肝、脾及血管中，去除抗原-抗体复合物

单核细胞→巨噬细胞（过氧化物及超氧过物）（2）麻疯杆菌、利什曼原虫、一些病毒利用吞噬细胞吞噬作用进入细胞抑制溶酶体酶活性，在细胞内释放核壳进行增殖。第48页3.其它主要生理功效（1）作为细胞内消化“器官”为细胞提供营养。

第49页（2）在分泌腺细胞中，溶酶体经常摄入分泌颗粒，可能参加分泌过程调整。

甲状腺球蛋白（腺体内腔）→溶酶体→水解成甲状腺素，然后分泌到细胞外毛细血管中。免疫应答抗原递呈过程。（3）两栖类发育过程中蝌蚪尾巴退化，哺乳动物断奶后乳腺退行性改变等都包括一些特定细胞程序性死亡及周围活细胞将其去除，这些过程都与溶酶体相关。

第50页（4）在受精过程中作用，精子顶体相当于特化溶酶体，其中含各种水解酶类，如透明质酸酶、酸性磷酸酶及蛋白水解酶等，它能溶解卵细胞外被及滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞。第51页在细胞凋亡过程中以出芽形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化。自噬作用去除无用生物大分子、衰老细胞器及衰老损伤和死亡细胞第52页溶酶体生物发生溶酶体形成是一个相当复杂过程,包括细胞器有内质网、高尔基体和内体.第53页前溶酶体rER顺面管网反面管网高尔基复合体

溶酶体水解酶前体加入磷酸基团M-6-PATPADP+PiH+去除磷酸pH=5成熟溶酶体M-6-P(甘露糖-6-磷酸是一个分选信号)溶酶体酶M6P分选路径第54页一、过氧化物酶体(peroxisome)形态结构电镜：由一层单位膜包围、高电子密度、圆形或卵圆形细胞器。过氧化物酶体(peroxisome)过氧化物酶体(peroxisom)又称微体(microbody)，是由单层膜围绕内含一个或几个氧化酶类异质性细胞器。烟草叶肉细胞（尿酸氧化酶形成晶体状关键）

第55页二、过氧化物酶体所含酶酶氧化酶：50%，特征：氧化底物同时，将氧还原成过氧化氢。如尿酸氧化酶，D／L-氨基酸氧化酶等过氧化氢酶：40%,作用：对氧化酶作用底物后形成过氧化氢还原成水。标志酶：过氧化氢酶。2H2O2过氧化氢酶2H2O+O2预防H2O2在细胞内堆积，起保护细胞作用。第56页

特征溶酶体微体形态大小多呈球形、直径0.2～0.5μm、无酶晶体球形直径多在0.15～0.25μm、常有酶晶体酶种类酸性水解酶含有氧化酶类pH值5左右7左右是否需O2不需要需要功效细胞内消化作用各种功效发生酶在粗面内质网合成、经高尔基体出芽形成酶在细胞质基质中合成、经分裂与组装形成识别标志酶酸性水解酶等过氧化氢酶微体与初级溶酶体特征比较第57页新过氧化物酶体发生第58页蛋白质分选

蛋白质在细胞质中起始合成后,或是在细胞质基质中,或是转移到粗面内质网上继续合成,然后经过不一样路径转运至细胞特定部位过程称为蛋白质定向转运或蛋白质分选。第五节细胞内蛋白质分选第59页后转移(翻译后运输):第60页共转移(共翻译运输)第61页1、门控运输（gatedtransport）：如核孔能够选择性主动运输大分子物质和RNP复合体，而且允许小分子物质自由进出细胞核。2、跨膜运输（transmembranetransport）：蛋白质经过跨膜通道进入目标地。如细胞质中合成蛋白质在信号序列引导下，经过线粒体上转位因子，以解折叠线性分子进入线粒体。3、膜泡运输（vesiculartransport）：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。4、蛋白质在细胞基质中运输（细胞骨架体系）。从蛋白质分选类型或机制角度看，能够分为以下路径第62页细胞内合成蛋白质之所以能够定向转运到特定细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊信号序列（signalsequence）。其二是细胞器上具特定信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。蛋白质分选基本原理靠新生肽上特殊信号序列以及加工后形成标识与特定受体相互作用而完成.第63页

依据信号序列运输方向不一样分为三种类型，即入核信号、引导肽和信号肽。信号序列类型引导肽：指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白运输。

入核信号：指导核蛋白运输。

信号肽:指导内膜系统蛋白质运输。第64页信号序列作用第65页靶向输送蛋白信号序列或成份分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-)过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白信号序列第66页信号斑（Signalpatch）第67页共转移：在细胞质中起始合成后转移到粗面内质网上合成蛋白质，肽链在粗面内质网膜上边合成边转移到内质网腔中称为共转移。合成后蛋白去向1.进入内质网腔中后转移蛋白质在细胞质基质中合成以后在某种信号指导下再转移到线粒体、叶绿体、过氧化氢体等细胞器中转移方式.第68页2.跨膜蛋白合成第69页信号-锚定序列（signal-anchorsequence）：引导新生肽链从细胞质进入内质网并锚定在内质网膜中。第70页停顿转运-锚定序列（stop

transferanchorsequence）

：它是存在于新生肽中能够使肽链经过膜转移停顿一段信号序列,结果造成蛋白质锚定在膜双脂层,停顿转运信号以α螺旋形式锚定在双脂层。第71页蛋白质分选运输路径主要有四类：1、门控运输（gatedtransport）：2、跨膜运输（transmembranetransport）：3、膜泡运输（vesiculartransport）：4、蛋白质在细胞基质中运输（细胞骨架体系）。第72页胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白。与膜泡运输相关马达蛋白有3类：一类是动力蛋白（dynein），可向微管负端移动；另一类为驱动蛋白（kinesin），可牵引物质向微管正端移动；第三类是肌球蛋白（myosin）,可向微丝正极运动。在马达蛋白作用下，可将膜泡转运到特定区域，第73页

细胞内部内膜系统各个部分之间物质传递经常经过膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体；细胞分泌物外排，都要经过过渡性小泡进行转运。

膜泡运输是一个高度有组织定向运输，各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器胞质面含有特殊膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一个细胞器，不一样膜标志蛋白组合，决定膜表面识别特征。三膜泡运输(Vesicletranslocation）第74页

膜泡运输是蛋白运输一个特有方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不但包括蛋白本身修饰、加工和组装，还包括到各种不一样膜泡定向运输及其复杂调控过程。第75页三种不一样类型包被小泡网格蛋白有被小泡COPII有被小泡COPI有被小泡第76页

在受体介导细胞内吞路径中，也负责将物质从质膜

细胞质，胞内体

溶酶体

1.网格蛋白有被小泡网格蛋白衣被小泡是最早发觉衣被小泡，

介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡运输泡运输。

高尔基体TGN是网格蛋白有被小泡形成发源地第77页网格蛋白(clathrin)50～100nm五边形网格结构三腿蛋白第78页当网格蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽颈部，将小泡柄部膜尽可能地拉近（小于1.5nm），从而造成膜融合，掐断衣被小泡。

第79页Theformationofclathrin-coatedpitsintheTGN第80页2.COPII有被小泡

这种类型小泡是介导从ER到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体运输。小泡外被是外被蛋白COPⅡ(coatproteinⅡ)，外被蛋白是一个大复合体，称为外被体(coatomer),是个多亚基蛋白复合物。组成亚基有Sec23/Sec24、Sec13/Sec31和Sec16等第81页COPⅡ被膜小泡装配COPⅡ小泡装配需要一个称为Sar1G蛋白参加。当Sar1中GDP与GTP进行了交换,诱导Sec23和Sec24蛋白结合,接着是Sec13和Sec31蛋白结合,最终由一个结合在ER表面大蛋白质,Sec16与Sec23/Sec24复合物、Sec13/Sec31复合物相互作用,装配成一个完整小泡。第82页COPⅠ是一个胞质溶胶蛋白质复合物,由7个亚基组成:α、β、β＇、γ、δ、ε、ζ。COPⅠ在出芽小泡胞质溶胶面聚合,形成