細胞生物學筆記48頁

1、細胞生物學知識點摘要 2009-2010學年度第二學期第一部分 緒論一、 細胞的定義細胞是生物體結構和功能的基本單位。具體涵義：細胞構成了種類繁多的生物體（除病毒）；細胞具有獨立有序的自控代謝體系，可以獨立地顯示某種特定功能；細胞是生物體發(fā)育的基礎，是遺傳的基本單位，具有全能性。二、 細胞的發(fā)現17世紀，R.Hooke，發(fā)現了細胞。三、 細胞學說的建立19世紀，M.J.Schileiden、T.Schwann，細胞學說（cell theory）：一切動物和植物體均由細胞構成。第二部分 細胞質膜一、 細胞膜的組成。（一） 膜脂構成膜的脂類有磷脂、糖脂、甾醇。1， 磷脂（phospholipid）

2、：最為豐富，約占50%，主要有磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸等。所有磷脂分子極性強，它是由磷脂酰堿基和脂肪酸通過甘油基團結合而成。其中磷脂酰堿基部分較短，稱為頭部，極性強，親水；脂肪酸部分為尾部，非極性，疏水。這種一頭親水一頭疏水的分子稱作兼性分子。2， 糖脂（glycolipid）：兼性分子，結構與鞘磷脂相似，僅由一個或多個糖殘基代替了磷脂酰膽堿而與鞘氨醇的羥基結合。3， 甾醇：動物細胞中主要是膽固醇，植物細胞中主要是豆甾醇、谷甾醇，細菌的質膜沒有膽固醇。膽固醇分子包括：羥基團為極性頭部，類固醇環(huán)和一個非極性的碳氫尾部。思考：為什么膜是雙層的？脂是兼性分子，且細胞的內外環(huán)境都是親水的

3、，可保證結構穩(wěn)定。（二） 膜蛋白（膜中蛋白質種類和數量反映了膜功能的復雜程度）1， 整合蛋白（integral protein）：嵌入脂雙層，多為跨膜蛋白，它們的疏水區(qū)域與脂雙層中脂類分子的疏水尾部相互作用，親水區(qū)域暴露在膜的一側或兩側表面，疏水性氨基酸比例較高。2， 外周蛋白（peripheral protein）：分布在膜的內、外表面，水溶性，依靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白分子或脂類分子結合。（三） 膜蛋白與膜脂的結合方式大部分跨膜蛋白是以螺旋構象橫過脂雙層。分為單次跨膜蛋白、多次跨膜蛋白?？缒さ鞍椎氖杷畢^(qū)域在脂雙層內與脂類分子的疏水尾部相互作用，親水的區(qū)域露在膜的兩側。有些跨膜蛋

4、白在細胞質側的氨基酸（如半胱氨酸）殘基共價結合脂肪酸鏈插入胞質面的脂單層中，加強了膜蛋白與脂雙層疏水力的結合。跨膜蛋白橫跨脂雙層的節(jié)段大部分是由非極性側鏈的氨基酸殘基所構成。二、 細胞膜的結構模型（一）單位膜（unit membrane）模型：脂分子平行排列形成膜主體，蛋白質排列于兩側。（二）流動鑲嵌模型(fluid mosaic model)：脂類雙分子層是膜的構架，球蛋白分子有的鑲嵌在脂雙層的表面，有的則部分或全部嵌入其內，有的橫跨整個脂雙層。強調了膜的流動性和膜內蛋白質和脂類分子分布不對稱。同時指出，使膜分子聚集在一起主要是蛋白-蛋白、蛋白-脂類、脂類-脂類的相互作用，主要是疏水的和親水

5、的兩種非共價鍵的相互作用。（三）膜的不對稱性與流動性如果脂類的脂肪酸鏈短或具有雙鍵，則膜較難成為晶態(tài)，因為短鏈減弱了脂肪酸鏈尾部的相互作用，使其不易聚集在一起。在相變溫度以上時，液晶態(tài)的膜脂總的是處于流動狀態(tài)，而且膜脂分子具有不同形式的運動，膜蛋白也處于運動狀態(tài)。1， 膜脂分子對流動性。脂類分子的運動方式：側向擴散、旋轉運動、翻轉運動。影響膜脂流動性的因素：膜本身的組成成分、遺傳因子及環(huán)境的理化因素。（1） 一定范圍內溫度升高流動性加強（2） 在相變溫度以上，膽固醇可使磷脂的脂肪酸鏈末端的甲基運動減小，限制膜的流動性。在相變溫度以下，恰恰相反。（3） 膜脂脂肪酸鏈不飽和鍵的存在會降低膜脂分子間

6、排列的有序性，增加膜的流動性。（4） 卵磷脂/鞘磷脂的比值逐漸下降，流動性隨之降低。2， 膜蛋白運動性。膜蛋白的運動方式：側向擴散、旋轉運動。影響因素：（1） 溫度（2） 內在蛋白聚集形成復合體會使其運動減慢（3） 內在蛋白與外在蛋白、細胞骨架成分以及與膜脂分子的相互作用均能影響或限制其運動。三，物質的跨膜運輸（一） 被動運輸（passive transport）：順濃度梯度。1， 簡單擴散（simple diffusion）：不需要任何蛋白協(xié)助，物質從脂分子間直接穿過。2， 協(xié)助擴散（facilitated diffusion）：（1） 水通道（water channel），一些由跨膜蛋白組

7、成的僅允許水穿過的通道。（2） 離子通道（ion channel）：具有特異性、開關可調控性。它又分為兩種主要類型：配體門通道(ligand-gated channel)，細胞內外特定的物質與相應的通道蛋白結合發(fā)生反應，引起該門通道蛋白的一種成分發(fā)生構象變化，使門開放；電壓門通道(voltage-gated channel)，由膜電位控制門的開關。（3） 載體蛋白(carrier protein)：參與被動運輸的一類跨膜蛋白分子，能與特定的分子結合通過膜。載體有高度選擇性，其上有結合點，只能與某一種物質進行暫時性、可逆的結合與分離，載體具有高度特異性。且載體蛋白的運載速率存在飽和，具有競爭性抑

8、制現象。例如，葡萄糖的運輸，結合點會從一側轉向另一側，結合力變小。（二） 主動運輸（active transport）：逆濃度梯度，需能量供給和載體蛋白協(xié)助。1， 直接需要ATP提供能量，例如離子泵(ion pump)。這類泵本身是一種載體蛋白，也是一種ATP酶。它能催化ATP，由ATP水解提供能量，主動運輸一些離子，例如鈉鉀泵、鈣泵。鈉鉀泵：將細胞內的Na+泵出胞外，將細胞外的K+泵入胞內（3Na+ - 2K+）。在泵周期中，進行可逆的磷酸化和去磷酸化，比如在膜內側的Na+與酶結合激活了ATP酶的活性，使ATP水解，釋放出高能磷酸基團與酶結合，酶的磷酸化引起酶的構象變化，于是與Na+結合位點

9、轉向膜外側，這種磷酸化的酶對Na+親和力低，對K+親和力高,因而在膜外側釋放Na+，而與K+結合。K+的結合促使酶去磷酸化恢復原狀，與K+結合的位點轉向膜內側，這種構象對Na+親和力高，對K+親和力低，于是在膜內側釋放K+，而又與Na+結合。2， 間接需要ATP提供能量，例如協(xié)同運輸(co-transport)。例如動物細胞對葡萄糖和氨基酸的主動運輸不直接利用ATP水解能，而是由于膜上的Na+-K+泵排出的Na+所產生的電化學梯度使物質進入細胞。這一過程被認為膜上的Na+-K+泵和載體蛋白的共同協(xié)作。這種過程進行時周圍介質中需有高濃度的Na+，這種濃度的維持需要ATP。協(xié)同運輸有同向協(xié)同、逆向

10、協(xié)同兩種形式。（三） 內吞和外排：二者均屬于主動運輸，因為需要細胞供給能量。1， 內吞（endocytosis）：當細胞攝取大分子時，首先被攝入物附于細胞表面，該處質膜凹陷分離下來形成小囊泡落入細胞內。內吞作用是特異的，由受體介導。在受體介導過程中一些特定的大分子結合到細胞表面受體，這些受體所處的質膜部位的胞質面，聚集多個蛋白形成的蛋白被，由于蛋白被的組裝作用，該處的質膜凹陷稱為有被小窩，有被小窩進一步凹陷，從膜上脫落下來形成有被小囊。 舉例：低密度脂蛋白（LDL）。當動物細胞需要膽固醇進行細胞膜合成或其它代謝需要時，它就產生LDL受體蛋白并插入質膜內。這些受體蛋白能自發(fā)地與有被小窩結合,LD

11、L與LDL受體結合，內化被攝入細胞內成為有被小囊，然后脫去包被并與稱為胞內體的小囊融合。在胞內體較酸性的環(huán)境中，受體構象發(fā)生變化，LDL與受體分離，分到不同小囊。含有LDL顆粒的小囊與溶酶體融合，在其內膽固醇酯被水解成游離的膽固醇，釋放于胞液中。LDL受體蛋白循環(huán)返回到質膜插入有被小窩用于下一輪結合。構成有被小窩和有被小囊包被的蛋白質主要是包涵素，一般認為在內吞途徑的質膜出芽和向外分泌途徑的高爾基器膜出芽是由這種蛋白驅動的。還有另外一類蛋白，接合素。（包涵素看不出特異性，不同接合素則介導不同類型的受體。）受體大部分返回到原來的同一質膜的結構域，有些受體進入溶酶體被降解，還有些受體轉到質膜不同的

12、結構域（例如幼體從母乳中獲得抗體）。2， 外排（exocytosis）： 在細胞內從高爾基器反面形成的囊泡，流動到質膜，囊泡膜與質膜融合，囊泡膜的蛋白和脂類成為質膜的新成分，囊泡內的可溶性蛋白分泌到細胞外。還有的外排作用中，運輸囊泡到質膜處先不與質膜融合，當有外來信號刺激時才與質膜融合，釋放其內容物到細胞外。四，細胞連接（一） 緊密連接（tight junction）（不與細胞骨架相聯系）：是膜與膜間隙最小的一種連接，也是跨膜蛋白間相互作用形成。主要存于上皮細胞間，它作為屏障可以阻止水和溶質從上皮細胞層的一側擴散至另一側。有利于選擇性吸收。對于各種成分的阻擋是沒有方向性的。嵴索在細胞間形成網狀

13、結構。在緊密連接中，Ca2+是必需的。（二） 錨定連接：與細胞骨架相聯系，使得細胞骨架通過其聯系形成一個有機整體。1， 橋粒（desmosome）：與中等纖維相聯系，由中等纖維、致密板、跨膜蛋白等組成。是兩個細胞相連接形成的“鈕扣”式結構，相鄰細胞各貢獻該結構的1/2，它也是中等纖維的錨定位點。跨膜蛋白為鈣粘素蛋白。半橋粒（hemidesmosome）：是上皮細胞與基底膜連接時形成的結構，跨膜蛋白為整合素蛋白。2， 粘合帶（adhesion belt）與粘合斑（adhesion plague）：與微絲相聯系，跨膜蛋白分別為鈣粘素蛋白和整合素蛋白。（三） 通訊連接（communicating j

14、unction）1， 間隙連接（gap junction）：相鄰細胞間有孔道的機構（2-3nm），一些無機離子和小的水溶性分子可以通過，滿足細胞間的物質交流和信號傳遞。基本組成單位：連接小體，是由兩個細胞共同形成的結構，由12（6+6）個蛋白組成，管狀結構，在胞外完成對接。在不同種中，連接小體蛋白有一定差異，還具有一定組織特異性。這種連接受到調控，滿足細胞活動的需要來調控開關，具有防護作用。例如Ca2+的升高，pH的降低都會導致通道關閉。2， 胞間連絲（plasmodesmata）：植物細胞特有的細胞間通訊連接結構。第三部分 細胞質基質 內膜系統(tǒng)41 細胞質基質（cytoplasmic mat

15、rix）胞液，cytosol細胞質：細胞膜以內除細胞核之外的成分。細胞質中除可分辨的細胞器以外的膠狀物質稱為細胞質基質。411 細胞質基質的主要組成成分水（70%是水，多數為結合水），無機離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-），脂類、糖類、氨基酸、核苷酸，蛋白質、脂蛋白、RNA、多糖，細胞骨架網絡：微管、微絲、中等纖維。細胞質基質的重要特點：1， 高度有序，細胞骨架是重要的組織者。2， 多數大分子物質不是以溶解狀態(tài)存在，而是結合于細胞骨架形成復合體。412 細胞質基質的功能1，中間代謝的重要場所。大部分中間代謝是在胞液中進行。例如，糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、核苷酸、氨基酸、脂肪酸代謝

16、的一定階段都是在胞液中進行的。糖原的部分分解過程，蛋白質和脂肪酸的合成也是在胞液中進行。2，維持細胞內環(huán)境的穩(wěn)定。對pH有緩沖作用，為各種中間代謝反應提供適宜的微環(huán)境。3， 細胞器的定位，細胞骨架為細胞質基質中其它成分提供錨定位點。4， 蛋白質的合成、折疊、修飾、壽命控制，細胞質基質均有重要作用。合成：幾乎所有的蛋白質合成起始于胞液中的核糖體，多數蛋白質是在胞液中完成合成，另一些則是轉移到內質網中繼續(xù)合成。折疊：分子伴侶，是一類在多肽折疊裝配中與之結合的蛋白質。例如，熱休克蛋白（Hsp）。Hsp70作用于蛋白質合成早期，Hsp60作用于蛋白質合成晚期。從37-42過程中，Hsp含量急劇增加，防

17、止或者修復了蛋白質的錯誤折疊。修飾：輔酶或輔基與酶的共價結合；磷酸化與去磷酸化；甲基化；?；?。控制壽命：通過識別蛋白質N-端的信號氨基酸來選擇性降解蛋白質，在真核細胞的細胞質基質中為泛素化降解，泛素（ubiquitin）由76個氨基酸組成，具有多種生物學功能，它能識別N端不穩(wěn)定的氨基酸信號，由多個泛素分子共價結合到不穩(wěn)定蛋白N端氨基酸殘基上，然后經一種依賴ATP的蛋白酶將蛋白質完全水解。后一信號位于蛋白質N端的第一位氨基酸殘基，如果它是Met、Ser、The、Ala、Val、Cys、Gly、Pro，則蛋白質是穩(wěn)定的。蛋白質降解信號的暴露方式：磷酸化、障礙解除、產生不穩(wěn)定端；泛素連接酶的活化方

18、式：磷酸化、變構效應、蛋白亞基。5， 蛋白質分選：指導每一個新合成的多肽到特定位置的過程，它是真核細胞組織和功能實現的關鍵過程。它有三種基本途徑：門控運輸，蛋白質通過核孔復合體在胞液和細胞核之間運輸；跨膜運輸，由結合膜的蛋白轉移器直接運輸特異蛋白，例如蛋白質從胞液開始被運輸到內質網腔或線粒體；膜泡運輸，被運輸的物質由內質網或高爾基體加工成衣被小泡，選擇性地運輸到靶細胞器或者質膜。分選信號：結構中存在的分選信號序列或多肽引導結構域。有兩種主要類型：信號序列（signal sequence），存在于蛋白質一級結構上的線性序列，一般位于N端，通常具有15-60個氨基酸殘基，每一個信號序列決定特殊蛋白

19、質的運轉方向；信號斑（signal patch）；存在于完成折疊的蛋白質中，構成信號斑的信號序列可能不相鄰，折疊一起構成分選信號。細胞器信號標簽細胞器信號標簽細胞器信號標簽內質網信號肽葉綠體轉運肽過氧化物酶體過氧化物酶體引導信號線粒體導肽細胞核核定位信號液泡液泡分選信號信號肽功能鑒定方法：基因工程和細胞轉染方法（需要細胞的分級分離鑒定、免疫印記）；無細胞體系及生物化學法；利用酵母突變體的方法。42細胞內膜系統(tǒng)內膜系統(tǒng)（cytoplasmic membrane system）為真核細胞所特有的，包括細胞內在結構、功能或發(fā)生上相互聯系的有界膜的細胞器。主要包括：內質網、高爾基體、溶酶體、分泌泡以及

20、植物細胞的液泡等。細胞的內膜系統(tǒng)是一個動態(tài)的結構，各膜之間可以相互聯系和互相轉變，這種細胞內的膜性結構的定向轉化稱為膜流，有順向、逆向兩種。核被膜 分泌小泡 質膜/胞壁 內吞小泡 內質網 高爾基體反面高爾基管網 部分包被囊腔多小泡體 貯藏液泡 溶酶體液泡43 內質網（endoplasmic reticulum, ER）由封閉的單位膜及其周圍圍成的腔所形成的相互勾通的網狀結構。是真核細胞中最普遍、最多變、適應性最強的細胞器，通常占細胞膜系統(tǒng)一半左右的體積，約占細胞總體積的10%。431 內質網形態(tài)結構（1） 囊狀內質網（又分為腔很大，腔很小呈現扁平狀兩種主要形式）（2） 管狀內質網：由分支狀管道

21、形成的較為復雜的立體構形。（3） 小泡狀內質網：較小的球形。內質網是高度動態(tài)結構，幾種結構間可以發(fā)生轉換，并可以在細胞質中運動。在動物細胞質中內質網運動與微管相關，在植物細胞之中與微絲相關。4. 3. 2 內質網的兩種基本類型（1） 光面內質網（smooth ER, sER）：表面沒有核糖體結合，通常為分支狀小管或小泡形成的立體管網狀結構，在分泌類固醇激素的細胞中含量豐富。（2） 粗面內質網（rough ER, rER）：表面呈囊狀，排列較為整齊，表面上分布大量核糖體，在分泌細胞（例如分泌抗體的漿細胞）中較為發(fā)達。4. 3. 3內質網的化學組成（1） 蛋白質：ER膜中蛋白質含量比質膜多，很多是

22、酶類。（2） 脂類：30% - 40%是磷脂。（3） RNA：主要來自于rER的核糖體分離純化內質網的基本步驟：勻漿初步離心（除去較大細胞器）取上清再離心取沉淀（沉淀中為微粒體），密度梯度離心。4. 3 .4 ER和其它細胞器之間的關系（1） ER與細胞質膜關系密切，某些細胞向內折疊的質膜與ER相連接，推測在進化過程中ER是由質膜演變而來。（2） ER與核膜的外層膜相連，推測核膜可能是由ER進化而來。（3） ER與高爾基復合體關系密切，充滿合成產物的ER管道縊裂成大量小泡，這些小泡移向高爾基復合體并將這些產物注入高爾基體的扁囊。（4） 在合成功能旺盛的細胞中，ER總是與線粒體緊密相依，因為在E

23、R中合成蛋白質、脂肪、糖類，而線粒體則是能量的“供應站”。4. 3. 5 內質網的功能細胞內蛋白質和脂類合成的重要基地，Ca2+在細胞質中濃度的調節(jié)器。.1 粗面內質網（1） 蛋白質合成分泌性蛋白質：酶、抗體、激素、胞外基質膜蛋白：質膜、內質網、高爾基體、溶酶體上的膜蛋白。需嚴格隔離的蛋白質：溶酶體及ER、高爾基體中固有蛋白質。信號假說：分泌蛋白的N端序列作為信號肽，指導多肽和核糖體到ER膜，多肽在合成時通過ER膜進入ER腔，在蛋白質合成結束之前信號肽會被切除。多種因子的協(xié)調作用：信號肽（signal sequence）：主要用于識別SRP。信號識別顆粒（signal recognition

24、particle ，SRP）：6種多肽和1個小的RNA組成的復合物，325KD，既結合新生肽序列和核糖體，又與停泊蛋白結合，SRP與核糖體結合后翻譯停止。停泊蛋白（docking protein, DP）：結合于ER膜胞液面上的SRP受體，與SRP復合物結合后使SRP從核糖體上釋放，翻譯再度開始并通過ER膜上的蛋白轉移器，使多肽鏈穿過膜。蛋白轉移器（translocator）：有孔道的蛋白復合體結構。信號肽和信號識別顆粒引導多肽鏈進入內質網的基本過程：SRP與信號序列和核糖體結合形成復合體，阻礙了多肽鏈進一步合成，翻譯停止SRP與其受體相互作用，核糖體與蛋白轉移器相互作用，使整個復合體特異地結

25、合到ER膜的胞質面信號序列與蛋白轉移器內部的位點結合觸發(fā)通道構型改變，使通向ER腔的通道加寬SRP脫離ER膜上的受體，翻譯繼續(xù)進行，多肽進入ER腔內。轉移結束，結合膜的核糖體釋放，膜通道關閉。（2） 蛋白質轉移第一類：具切割信號可溶性蛋白轉移跨膜進入ER腔。進入后處在N端的信號肽與轉移器脫離，信號肽被切割，蛋白質發(fā)生折疊，形成可溶性蛋白。第二類：具有切割信號肽的單跨膜片斷蛋白整合到ER。具有跨膜信號序列。跨膜信號序列在信號肽與轉移器脫離時不再進入而定位在膜上，信號肽仍然被切割。（-N先進入）第三類：具內信號肽的單跨膜片斷蛋白整合到ER（-N正電）。信號肽不在-N端，在序列中間，最終-C在內，-

26、N在外，由內信號肽序列形成單次跨膜。第四類：具內信號肽的單跨膜片斷蛋白整合到ER（-C正電）。信號肽不在-N端，在序列中間，最終-N在內，-C在外，由內信號肽序列形成單次跨膜。第五類：具內信號肽的雙跨膜片斷蛋白整合到ER。信號肽位于中間部位，有跨膜結構域，信號肽最終形成雙次跨膜。（3） 新生多肽的折疊與組裝在ER腔里有許多蛋白質是暫時經過，但是也有呈高濃度存在的駐留在ER腔里的蛋白，稱作駐留蛋白（ER-resident protein），在這些蛋白質的C端有四個氨基酸（-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，KDEL）,負責保留蛋白在ER腔中。駐留蛋白主要有： 分子伴侶：例如，Bip（結合

27、蛋白）、Calnexin(鈣聯結蛋白)、Calreticulum（肌鈣網蛋白）。 蛋白二硫異構酶：使蛋白質半胱氨酸殘基之間形成正確的二硫鍵。 還有一些未發(fā)生折疊的蛋白可以發(fā)出信號導致一些酶被激活，最終促使分子伴侶的基因表達，合成新的分子伴侶幫助這些蛋白完成正確的折疊；另有一些未發(fā)生折疊的蛋白被ER排出，在細胞質胞質內被降解（泛素途徑，在蛋白酶體作用下降解）。（4） 蛋白質的修飾糖基化：ER上合成的蛋白質多數是糖蛋白，是由糖類和蛋白質共價連接而成，通常蛋白質位于膜上，糖類位于膜外。在ER腔里連接到蛋白質的寡糖主要的是由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖組成的，這些寡糖總是與蛋白質的天冬酰胺側鏈上的

28、氨基基團連接。這些N-連接的寡糖只是在ER腔中才加到蛋白質上。寡糖在ER腔中的合成和加工是通過多萜醇的介導作用。幾乎是在新生肽鏈一出現在ER膜內表面，整個預先形成的寡糖就被轉移到天冬酰胺的殘基上。（寡糖鏈最初是在內質網胞質面合成，之后翻轉入胞內與合成的肽連接。）形成脂錨定蛋白：ER上合成蛋白質通過?；珽R膜上的糖脂結合。即，有些膜蛋白在進入ER腔之后，羧基端的跨膜尾部換成共價連接的糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨。這類錨蛋白合成后蛋白前體的疏水的羧基端序列仍錨定在ER膜上，其余部分在ER腔內，最終通過運輸成為質膜外側的糖蛋白。羥基化：Pro、Lys羥基化形成羥脯氨酸、羥賴氨酸，例如膠原蛋白。43

29、52 光面內質網（1）合成脂類：除了脂肪酸和兩種線粒體磷脂之外，光面內質網能夠合成建造新膜所需要的各種脂類，其中最主要的磷脂是磷脂酰膽堿（卵磷脂），還可以合成類固醇激素和脂蛋白。步驟一：合成。3種酶：?；D移酶、磷酸酶、膽堿磷酸轉移酶。酶活性部位存在于內質網膜的細胞質基質一側，合成磷脂的底物來自于細胞質基質。步驟二：轉位。新合成的磷脂在幾分鐘后由基質面轉向ER腔面，這一過程有磷脂轉位因子輔助。步驟三：轉運。主要有兩種方式：第一種，磷脂轉移蛋白（PEP），例如，線粒體、葉綠體、過氧化物酶體；第二種，出芽轉運，例如高爾基體、溶酶體、質膜。PEP的作用方式：每一種磷脂轉移蛋白僅能識別一種磷脂，它能從

30、ER膜磷脂中提取單個分子，并將磷脂及其位點埋藏在其分子內，成為水溶性的復合物進入胞液，通過自由擴散碰到其它的膜，轉移蛋白放出結合的磷脂分子到另一個脂雙層。（2） 糖原代謝：光面內質網上存在與糖原代謝有關的G-6-磷酸酶，它可以催化肝細胞中G-6-P（糖原降解產物）水解產生葡萄糖。（3） 解毒作用：光面內質網上的細胞色素P450家族酶系能夠催化多種化合物羥基化等加氧反應，起解毒作用。（4） 物質運輸：生物合成的產物可以進入ER腔，通過ER-高爾基體分泌顆粒胞外（5） 內質網（粗面、光面）是細胞內重要第二信使Ca2+的儲存器。436 內質網的特化類型髓樣小體、環(huán)孔片層、肌質網44 高爾基復合體潴泡

31、（cisterna）：由光滑膜圍成的扁囊。高爾基堆（Golgi stack）：成摞存在的潴泡。高爾基體（dictyosome）：高爾基堆與其周圍大小不等囊泡。高爾基復合體（Golgi complex）/高爾基器（Golgi apparatus）：若干個分散的高爾基體相互連接形成的網狀結構。441高爾基復合體的形態(tài)結構順面高爾基網（CGN）順面/中層/反面 潴泡（cis/medial/trans cisterna）反面高爾基網（TGN）具有生理極性的動物細胞其高爾基復合體一般位于核與細胞活動旺盛的一端，無脊椎動物和植物中高爾基復合體常散布于整個細胞。順面與反面結構的差別：（1） 順面：膜軟、薄，

32、厚約6nm，與內質網厚度接近。（2） 中層膜囊：由扁囊與管道組成，形成不同間隔但在功能上是連續(xù)的完整的膜囊體。（3） 反面：膜厚，約8nm，與細胞膜的厚度接近，形狀呈管網狀。各層的標志性化學反應：（1） 順面膜囊：嗜鋨反應（2） 中間層扁平囊：NADP酶反應（3） 反面1-2層膜囊：焦磷酸硫胺素酶（TPP）反應（4） 反面膜囊狀和管狀結構：胞嘧啶單核苷酸（CMP）反應各層的特異酶（1） 順面網狀結構：寡糖磷酸化酶（2） 順面扁囊：甘露糖轉移酶（3） 中間層膜囊：N-乙酰葡糖胺轉移酶（4） 反面扁囊：半乳糖轉移酶（5） 反面膜囊和管狀結構：唾液酸轉移酶442 高爾基體的功能對蛋白進行加工、分類、

33、包裝，然后運送到細胞特定的部位或分泌到細胞外；細胞內的糖合成部位；細胞內大分子運輸的主要樞紐。（1） 蛋白質的糖基化：（a） 完成O-連接蛋白糖基化。（O-連接，與絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸的殘基羥基連接。）（b） 對N-連接寡糖糖蛋白的寡糖鏈進行修飾。（N-連接，與天冬酰胺殘基氨基連接。）比較內容N-連接糖蛋白O-連接糖蛋白合成部位粗面內質網高爾基體合成方式來自于同一寡糖前體一個個單糖加上去氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸最終長度至少五個糖殘基一般1-4個，血型抗原較長第一糖殘基N-乙酰葡糖胺N-乙酰半乳糖胺糖蛋白的加工過程：在ER腔內，由N-乙酰葡糖胺、甘露糖、

34、葡萄糖形成的寡糖共價地結合蛋白質天冬酰胺殘基側鏈的氨基基團的N原子上，形成N連接的寡糖糖蛋白。新形成的糖蛋白具有相同的寡糖分子（2個N-乙酰葡糖胺、9個甘露糖、3個葡萄糖），ER腔中3個葡萄糖分子和1個甘露糖分子迅速被除去，然后由ER經過小囊泡轉運到高爾基器順面與之結合。到達高爾基器的糖蛋白一般具有相同的寡糖，其中分泌性蛋白和膜蛋白經過明顯的加工，由甘露糖苷酶的作用去除大部分甘露糖。由不同的糖基轉移酶相繼加上其它的糖，完成了糖蛋白的合成。成熟糖蛋白中的兩類主要N-連接寡糖：僅具有核心，具有核心和糖基。O-連接的寡糖主要或全部在高爾基器反面扁囊和反面高爾基網內合成。由不同的糖基轉移酶依次催化，加

35、上一個個單糖，最后加上唾液酸殘基，完成糖蛋白的合成。高爾基體的功能分室化內質網 蛋白質的合成順面高爾基網 溶酶體蛋白寡糖的磷酸化作用（寡糖磷酸化酶） 順面扁囊 去除甘露糖（甘露糖轉移酶） 中間扁囊 去除甘露糖，加上GlcNAc（甘露糖轉移酶，N-乙酰葡糖轉移酶）反面扁囊 加上半乳糖（半乳糖轉移酶）反面高爾基網 加上NANA，分選 （唾液酸轉移酶） 溶酶體 質膜 分泌囊泡糖蛋白或糖脂上糖基的排列方向：到達細胞膜后糖基大部分排于外側，個別在蛋白內側。（2） 蛋白質的加工改造三種主要類型：（a） 無活性蛋白原端部序列被切除形成成熟多肽，例如胰島素（b） 含有多個相同氨基酸序列的蛋白前體被水解為同種有

36、活性的多肽，例如神經肽（c） 含有不同信號序列的蛋白前體被加工成不同產物，例如某些多肽類激素（3） 形成和包裝分泌物并運出（a） 離析：收集、分離來自內質網的物質（b） 濃縮：對分類后的物質進行脫水、濃縮（c） 包裝：用膜包裝濃縮后的物質（d） 運出：將包裝好的物質運輸到細胞的不同部位選擇性和非選擇性分泌途徑：（a） 選擇性（調節(jié)型）：形成分泌泡受信號調節(jié)之后，被排出細胞；具有6-磷酸甘露糖標記的的蛋白被選送到溶酶體。（b） 非選擇性（恒定型）：分泌泡形成之后，隨即被排出細胞。高爾基體順面網絡中的蛋白分選途徑，具KDEL氨基酸序列的ER駐留蛋白被選運回ER。具有不同包被蛋白的囊泡的運輸：（a）

37、 包涵素：包被小泡負責蛋白質從高爾基體反面高爾基網向質膜、胞內體或溶酶體和植物液泡運輸。（b） COP：包被小泡負責回收、運轉內質網逃逸蛋白返回內質網；在組成型分泌過程中，COP有被小泡在非選擇性的批量運輸中行使功能。（c） COP：包被小泡負責從內質網到高爾基體的運輸。不同囊泡包被蛋白的結構：（a） 包涵素（clathrin）：又稱籠型蛋白、網格蛋白、二聚體蛋白，3個二聚體形成包被的結構單位-三腳蛋白復合體（triskelion）。（b） COP：含有8個蛋白亞基，其中Arf是一種調節(jié)膜泡轉運的G蛋白。（c） COP：含有5個蛋白亞基，其中Sar是一種小G蛋白，作為分子開關，調節(jié)膜泡的裝配和

38、去裝配。（4） 高爾基體參與植物細胞壁的形成高等植物細胞壁的木質素、果膠質和半纖維素是在高爾基體合成的。4.5 溶酶體（lysosome）單層膜包圍的含有多種酸性水解酶類的異質性囊泡狀細胞器。存在于所有動物細胞中，植物和真菌細胞中的液泡可以起溶酶體的作用。它是細胞的消化器，維持細胞的正常代謝活動并防御微生物的侵染。 溶酶體的基本特征（1）形態(tài)和大小 差異較大，多呈球形或卵圓形。平均直徑0.5微米，最小的僅有0.05微米，最大的有幾微米。酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶。（2）結構 (a)初級溶酶體（primary lysosome）：新形成的溶酶體，在未同消化物融合之前，其中的水解酶處于無活性的儲存

39、狀態(tài)。多呈球形，不含明顯的顆粒和膜碎片。 （b）次級溶酶體（secondary lysosome）：初級溶酶體融入來自細胞外或細胞內的消化物后形成的復合小體，形成無規(guī)則含有正在消化的顆粒和膜碎片。（c）殘余小體（residual body）：完成消化后，仍含有消化不了的殘留物質的溶酶體。內吞作用從質膜到溶酶體的途徑：內吞泡早內體晚內體，初級溶酶體溶酶體殘余小體 溶酶體的化學組成溶酶體膜（a） 嵌有質子泵：維持pH（b） 具有多種載脂蛋白：轉運水解產物（c） 膜蛋白高度糖基化：抵御水解酶溶酶體酶：60余種酸性水解酶，多數為可溶性酶，有些整合在溶酶體膜上。 溶酶體的功能（1）調節(jié)代謝 清除暫時不需

40、要的酶或某些代謝產物；清除衰老細胞器（肝細胞中線粒體的平均壽命大約10d左右）；（2）異吞噬作用：溶酶體對吞噬和胞飲物質的消化分解作用 為細胞提供營養(yǎng)，防御作用：識別細胞所吞噬入侵的細菌或病毒，在溶酶體中進一步降解。（3）自溶作用：溶酶體的膜完全破裂，釋放出酶消化掉整個細胞，引起細胞自身的溶解、死亡。 形態(tài)建成、清除死亡細胞。（4）在生殖過程中的作用：精子的頂體實際是一個大的特化的溶酶體，頂體位于精子的前端，當精子質膜與圍繞卵的物質接觸時，精子發(fā)生反應，釋放儲存于頂體內的溶酶體酶，消化出一條到達卵的通路，進入卵內。蝌蚪變化成蛙時，蝌蚪尾部的消失與溶解酶體作用分不開，在蝌蚪變態(tài)之前隨著尾部的縮短

41、溶酶體酶的活性逐漸增加。物質通過溶酶體降解的三條途徑 溶酶體的發(fā)生 溶酶體酶靠其N端信號肽引導到粗面內質網上進行蛋白質合成和糖基化，再運到高爾基復合體上進行加工修飾后被單獨分揀包裝產生。 溶酶體水解酶的識別機制：N-乙酰葡糖胺磷酸轉移酶具有分離的催化部位和識別部位。 新合成的水解酶運輸到溶酶體。4.6 過氧化物酶體（peroxisome）過氧化物酶體又稱微體，不屬于內膜系統(tǒng)，是單層膜圍繞的內含一種或多種氧化酶類的細胞器。在植物細胞中有兩類過氧化物酶體：（1） 與葉綠體聯系，參與光呼吸。（2） 種子萌發(fā)中，與脂質體聯系，與脂肪代謝有關。發(fā)生模型：比較項目溶酶體過氧化物酶體大小多球形，直徑0.2-

42、0.5微米，無酶晶體球形，直徑0.15-0.25微米，具酶晶體酶酸性水解酶氧化酶類pH5左右7左右需O2不需需功能細胞內消化多種功能發(fā)生酶在rER合成，經高爾基體出芽形成酶在細胞質基質中合成，經分裂與裝配形成標志酶酸性磷酸酶過氧化氫酶第四部分 線粒體 葉綠體結構：雙層膜，內具豐富的膜結構，其中葉綠體的內膜結構是獨立的。功能：在內膜系統(tǒng)上進行能量交換，產生ATP，半自主性細胞器。利用膜產生ATP的機制：電子傳遞產生能量趨動泵將質子跨膜轉運；質子梯度驅使ATP合酶活化產生ATP。二者產生ATP的比較：葉綠體：太陽能高能電子質子動力勢ATP CO2 + H20 CH2O + O2 線粒體：生物大分子

43、中的能量高能電子質子動力勢ATP CH2O + O2 CO2 + H20 5.1 線粒體（mitochondrion）半自主性細胞器，通過氧化磷酸化作用，進行能量交換。產生ATP供細胞進行各種生命活動所用。 511 基本特征 形態(tài)多樣：橢球形、線形、圓柱形。 長2-8m，寬0.5-1m，最長可以達40m。線粒體的大小因外界環(huán)境條件的變化產生變異，可塑性較大。線粒體一般均勻分布于整個細胞質基質中，在一些肌細胞中線粒體被包裝在鄰近的肌原纖維中間，在精子細胞尾部線粒體圍繞鞭毛中軸的周圍。512 結構和化學組成1，外膜（outer membrane）：包含孔蛋白（porin）,小于10KD的分子可以通

44、過。2，內膜（inner membrane）：大分子通過內膜進入基質需要特殊的轉運系統(tǒng)。3， 嵴（cristae）：內膜向線粒體腔內突出。嵴內面為不光滑的膜結構，內膜和嵴的肌質面上覆蓋有基粒（elementary particle）。4， 膜間隙（intermembrane space）：含有一些可溶性酶類、底物、輔助性因子。5， 基質（matrix）：線粒體中催化三羧酸循環(huán)、丙酮酸和脂肪酸氧化等酶類存在于基質中，此外還含有線粒體基因組DNA，特定的線粒體核糖體，tRNA，線粒體基因表達所需要的多種蛋白質和酶類。化學組成：蛋白質65-70%、脂類25-30%、核酸：僅存在于基質中。線粒體中各種

45、酶的定位：外膜：單胺氧化酶、NADH-細胞色素氧化酶、脂肪酸輔酶A連接酶；膜間隙：腺苷酸激酶、核苷酸激酶；內膜：與電子傳遞鏈有關的酶；線粒體基質：與三羧酸循環(huán)有關的酶。513 功能有機物最終氧化釋放能量的場所。最主要功能：氧化磷酸化，合成ATP，為細胞生命活動提供直接能量?；瘜W能：合成代謝；機械能：肌肉收縮分泌活動，膜泵運轉；電能：神經傳導；光能：生物發(fā)光；熱能：維持體溫。碳代謝：大量ATP在三羧酸循環(huán)中產生，這一反應在線粒體中進行，動物細胞大約80%以上ATP在線粒體中合成。5131 電子傳遞鏈電子傳遞鏈由結合在內膜上的許多酶和其它分子組成。主要包括：黃素蛋白（電子傳遞體、質子載體）、鐵硫蛋

46、白（電子傳遞體）、輔酶Q（電子傳遞體、質子載體）、細胞色素（電子傳遞體）。（1） 黃素相關脫氫酶系有兩種：以黃素單核苷酸（FMN）為輔基的NADH脫氫酶，以黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）為輔基的琥珀酸脫氫酶。可以傳遞2H+、2e。（2） 鐵硫蛋白的作用是通過Fe2+、Fe3+的相互轉變進行電子傳遞?？梢詡鬟f1e。（3） 輔酶Q是疏水的、脂溶性的相對分子質量較小的醌類。它存在三種結構狀態(tài)：氧化型輔酶Q（CoQ或Q）、還原型輔酶Q（CoQH2或QH2）和介于兩者之間的自由基半醌（QH）?？梢詡鬟f2H+、2e。（4） 細胞色素是一類含鐵的電子傳遞體。它們都以血紅素作為輔基，存在于血紅素中的鐵以Fe3+

47、和Fe2+的形式發(fā)揮其電子傳遞的作用，存在于呼吸鏈中的細胞色素蛋白至少有5種，即細胞色素a、a3、b、c、c1?？梢詡鬟f1e。酶復合物亞基輔基與膜關系功能(850KDa)NADH-CoQ還原酶（NADH脫氫酶）4321FMN 16-24FeS(6FeS中心)整合電子傳遞體，H+轉移體（NADH輔酶Q）(140KDa)琥珀酸-CoQ還原酶（琥珀酸脫氫酶）41FAD 8FeS 1細胞色素b整合電子傳遞體（琥珀酸輔酶Q）(480KDa)CoQ-Cytc還原酶（細胞色素b-c1復合物）112細胞色素2b、1c,2FeS整合電子傳遞體，H+轉移體（輔酶Q細胞色素c）(160KDa)細胞色素氧化酶132細

48、胞色素2a 2a3，2Cu整合電子傳遞體，H+轉移體（細胞色素cO2）細胞色素c(13KDa)11c-血紅素邊周電子傳遞體（輔酶Q細胞色素a）電子傳遞鏈復合物的排列NADH 復合物 CoQ 復合物 Cytc 復合物 O2(結合H+生成H20) 琥珀酸 復合物電子傳遞鏈各部分排列是高度有序的，從NADH到O2之間的電子傳遞過程中電子是按氧化還原電位從低向高傳遞的。一些化學試劑可以抑制氧化磷酸化作用，或使氧化與磷酸化發(fā)生解偶聯。例如：魚藤酮（抑制NADH脫氫酶的電子傳遞）、抗霉素A（抑制CoQ-細胞色素c還原酶的電子傳遞）、氰化物、疊氮鈉（抑制細胞色素氧化酶的電子傳遞）。5132 氧化磷酸化線粒體

49、內膜上電子傳遞偶聯產生ATP的過程。（1）化學滲透學說在呼吸鏈電子傳遞過程中，通過線粒體內膜上呼吸鏈組分間氫與電子的交替?zhèn)鬟f，使質子從內膜內側向外側定向轉移。由于H+不能自由通過線粒體內膜，被轉移到內膜外側的H+不能回到內膜內側，內膜外側的H+濃度因此高于內側，故形成跨膜的質子梯度，被稱為質子動力勢（proton motive force）。正是由于這種質子動力勢中蘊藏的能量經ATP合酶催化，驅動ADP與Pi形成ATP。質子動力勢由兩部分組成，一是膜內外質子濃度差（pH），一是膜電位（）。實驗表明如果使用人工方法使膜內外造成一個質子梯度，它可以通過ATP合酶的催化合成ATP。 （2）偶聯因子-

50、ATP合酶ATP合酶又稱ATP complex，亦稱F0-F1偶聯因子。一般認為它是由水溶性蛋白質F1和疏水性蛋白質F0組成。F1是構成ATP合酶頭部的部分，凸現于線粒體內膜的基質側。它由五種多肽形成33復合物，其中、亞基是結合ATP或其它核苷酸的位點；亞基是質子移位的通道大門；亞基是F1附著于膜上的必要成分；亞基參與調節(jié)F1-ATP合酶的活性。F0是構成膜部的成分，它嵌入疏水性線粒體內膜，是膜上的固有成分。F0由三個亞基組成ab2c9-12復合物，c亞基在膜部構成筒狀結構，質子通道位于a和c亞基之間。（3） ATP合成機制-變構學說與ATP合酶活性密切相關的3個亞基各自具有一定構象，構象不同

51、，與核苷酸結合的親和力也不同。在ATP合成的過程中，在質子流驅動、亞基旋轉120度的情況下，3個亞基構象也相互發(fā)生改變，從而引起了亞基對ATP、ADP和Pi親和力的改變，導致了ATP的合成與釋放。具體過程：首先ADP和Pi先與ATP合酶2結合，在較少能量改變情況下，ADP與Pi自發(fā)形成ATP；在質子流驅動、亞基旋轉120度情況下，ATP合酶33亞基也相對于、亞基旋轉，同時3個亞基發(fā)生構象改變，使亞基對ATP、ADP和Pi親和力的改變，可能一方面增加了亞基對ADP和Pi的結合和相繼發(fā)生的ATP的合成，另一方面通過降低亞基結合ATP的親和力，導致被結合的ATP釋放。概括：增加亞基對ADP和Pi的親

52、和力ATP合成降低亞基對ATP的親和力ATP釋放 線粒體的半自主性 含有MtDNA、RNA、核糖體等合成蛋白質的一整套裝置，但只能自主合成部分蛋白質。其生長和增殖受到核基因組和自身基因組兩套遺傳系統(tǒng)控制。以下表格顯示電子傳遞復合物蛋白的編碼基因分布情況（數字代表蛋白亞基數目）基因編碼復合物復合物復合物復合物線粒體DNA7103核DNA3510410.1 線粒體DNA的結構多數為雙鏈環(huán)狀，一個線粒體含有一個至數個DNA分子。動物細胞：線粒體數微米長，是核內DNA分子的1/100 1/1000；植物細胞：長20-28m。復制：半保留自我復制，復制時期從G2開始，復制后線粒體便分裂增殖。.2 線粒體

53、基因組編碼的RNA和蛋白質人線粒體可編碼2種rRNA(12S、16S)、22種tRNA和13種多肽（大多為電子傳遞體亞基）。翻譯產物全部集中在線粒體，為線粒體所特有。.3 線粒體蛋白質的運送和組裝線粒體蛋白質輸入信號序列：已知在細胞質核糖體中合成的線粒體蛋白質運送至線粒體時，大多數以前體（precursor）形式存在，這種前體是由“成熟”形式的蛋白質和氨基末端引伸出的一段導肽共同組成。導肽約為20-80個氨基酸殘基，帶有正電荷的堿性氨基酸含量較為豐富，特別是精氨酸；羥基氨基酸較多，特別是絲氨酸；既有親水性又有疏水性螺旋結構的構型有利于蛋白質穿越線粒體雙層膜。蛋白質輸入線粒體基質：前體蛋白與外膜

54、受體結合，進行識別通過內、外膜之間接觸點，在多種蛋白參與下跨膜運輸在基質中，N-末端導肽被蛋白酶切割形成成熟的線粒體蛋白質。線粒體上的三種蛋白移位器：（1） TOM：主要存于外膜上，參與所有核編碼線粒體蛋白質運輸。（2） TIM：參與進入基質的，核編碼的線粒體蛋白質的運輸。（3） OXA：參與線粒體中合成的蛋白質整合嵌入線粒體內膜。分子伴侶及ATP參與蛋白質輸入線粒體：HSP70具有解折疊酶的功能，HSP60參與蛋白質分子的重新折疊與組裝。 線粒體的增殖（1）間壁分離：內膜向內延伸一直到與對面內膜融合。（2）收縮分離：中部縊裂并向兩端不斷拉長，最后分裂成兩個。（3）出芽繁殖：先出現小芽，然后與母體分離不斷長大形成新線粒體。5.2 葉綠體（chloroplast）綠色植物細胞所特有的細胞器，其主要功能是進行光合作用。 葉綠體的基本特征形態(tài)扁平球形和橢球形居多，長4-10m，寬2-4m。 葉綠體結構和化學組成外膜、膜間隙、內膜、基粒、基粒類囊體、基質、基質類囊體化學組成：蛋白質30%-45%、脂類20%-40%、色素8%、貯藏物10-