細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)

1、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)區(qū)室化與內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)區(qū)域化（compartmentalization）：真核細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)具有發(fā)達(dá)的膜相結(jié)構(gòu)，將細(xì)胞質(zhì)區(qū)分成不同的隔室，稱為細(xì)胞內(nèi)區(qū)室化。這是真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的基本特征之一。細(xì)胞內(nèi)被膜區(qū)分為3類結(jié)構(gòu)：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、內(nèi)膜系統(tǒng)和其它由膜所包被的細(xì)胞器。細(xì)胞器（organelle）：真核細(xì)胞內(nèi)各種膜包被的功能性結(jié)構(gòu)。 內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembrane system）：細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指在結(jié)構(gòu)、功能乃至發(fā)生上相互關(guān)聯(lián)的由單層膜包被的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)的總稱。主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體、分泌泡和液泡等。真核細(xì)胞內(nèi)典型區(qū)室化特征示意圖（A）與小鼠回腸Pa

2、neth細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的一部分（B）（圖7-1）第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及其功能一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的含義二、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的含義細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmic matrix, cytosol）：在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，除去可分辨的細(xì)胞器以外的液相內(nèi)容物（黏稠膠體），占據(jù)著細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)和細(xì)胞核膜外的細(xì)胞內(nèi)空間。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)可能是一個(gè)高度有序且又不斷變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)體系。細(xì)胞質(zhì)骨架纖維的組織作用：細(xì)胞質(zhì)骨架纖維貫穿于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，起重要的組織作用，多數(shù)蛋白質(zhì)直接或間接地與骨架結(jié)合，或與生物膜結(jié)合，其周圍又吸附了多種分子，構(gòu)成高度有序的有著精細(xì)區(qū)域化的各種復(fù)合體，以完成多種復(fù)雜的生物學(xué)功能。二、細(xì)胞

3、質(zhì)基質(zhì)的功能（1）四大主要功能蛋白質(zhì)和脂肪酸的合成場所（許多中間代謝途徑）細(xì)胞質(zhì)骨架作為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)成分，貫穿其中，不僅是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)體系的組織者，為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中其它成分和細(xì)胞器提供錨定位點(diǎn)，而且與維持細(xì)胞的形態(tài)、細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞有關(guān)。細(xì)胞內(nèi)的膜相把細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)區(qū)室化，并通過質(zhì)膜或細(xì)胞器膜上的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白維持細(xì)胞內(nèi)外的跨膜電化學(xué)梯度。蛋白質(zhì)的修飾和選擇性降解二、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能（2）蛋白質(zhì)的修飾和選擇性降解（一）、在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中發(fā)生的蛋白質(zhì)修飾的主要類型：1. 輔因子與酶的共價(jià)連接2. 磷酸化與去磷酸化：磷酸化位點(diǎn)為Ser、Thr、Tyr、His和Lys3. 糖基化：

4、把N-乙酰葡萄糖胺加到蛋白質(zhì)的Ser殘基的羥基上4. 酰基化：把src基因編碼的酪氨酸蛋白激酶與質(zhì)膜上豆蔻酸共價(jià)連接；Ras的酰基化5. 甲基化：對(duì)很多細(xì)胞骨架蛋白N端和組蛋白上Lys和Arg的甲基化修飾（二）、控制蛋白質(zhì)的壽命：1.決定蛋白質(zhì)壽命的信號(hào)：在蛋白質(zhì)分子的氨基酸序列中，不僅含有決定蛋白質(zhì)定位和功能的靶向信號(hào)和修飾信號(hào)，而且還含有決定蛋白質(zhì)壽命的信號(hào)。這種信號(hào)存在于蛋白質(zhì)N端的第一個(gè)氨基酸殘基，若N端的第一個(gè)氨基酸是Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、Pro，則蛋白質(zhì)往往是穩(wěn)定的；若是其它氨基酸，則往往是不穩(wěn)定的。2. 識(shí)別并降解不穩(wěn)定或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的機(jī)制：在

5、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，有一種識(shí)別并降解不穩(wěn)定或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的機(jī)制，即泛素-蛋白酶體所介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑，這是“細(xì)胞給予需要損毀的蛋白質(zhì)一個(gè)化學(xué)的死亡之吻”。泛素-蛋白酶體所介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑具有多種生物學(xué)功能：包括蛋白質(zhì)質(zhì)量監(jiān)控、影響細(xì)胞代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和受體調(diào)整、免疫反應(yīng)、細(xì)胞周期、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和DNA修復(fù)等。泛素-蛋白酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑蛋白酶體（proteasome）：真核細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中降解被泛素標(biāo)記的蛋白質(zhì)的26S中空桶狀多亞基蛋白復(fù)合體。其中間由28種蛋白質(zhì)亞基組成的20S催化核心；兩端各結(jié)合一個(gè)由1618種蛋白質(zhì)亞基組成的19S調(diào)節(jié)和識(shí)別帽，其中6種亞基具有ATPase活性，負(fù)責(zé)為蛋白質(zhì)

6、降解活動(dòng)提供能量。泛素（ubiquitin）：真核細(xì)胞中普遍存在的具有熱穩(wěn)定性的高度保守的小分子蛋白（76個(gè)氨基酸殘基），通過其C端的Gly與要被降解的不穩(wěn)定的或錯(cuò)誤折疊的靶蛋白質(zhì)的Lys殘基的-氨基形成異肽鍵（isopeptide bond）而共價(jià)連接，并指引該靶蛋白質(zhì)運(yùn)到蛋白酶體中進(jìn)行降解。 泛素-蛋白酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑（ubiquitin-proteasome-mediated pathway ）：在E1（泛素活化酶）、E2（泛素結(jié)合酶或泛素載體蛋白）和E3（泛素連接酶）三種酶的催化下，通過一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)將泛素通過異肽鍵連接到靶蛋白上，被泛素化的靶蛋白由19S蛋白酶體帽特異性識(shí)別，

7、并利用ATP水解提供的能量驅(qū)動(dòng)泛素分子的切除和靶蛋白解折疊，去折疊的靶蛋白轉(zhuǎn)移至20S的蛋白酶體核心腔內(nèi)降解，同時(shí)釋放出泛素單體以備循環(huán)利用。注意：靶蛋白通過寡聚泛素鏈（至少4個(gè)泛素單體）而被泛素化；與靶蛋白相連的泛素分子上不同位點(diǎn)的Lys殘基的泛素化修飾往往會(huì)產(chǎn)生不同的生理效應(yīng)。由泛素和蛋白酶體所介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑示意圖（圖7-2）（三）、降解異?；蚧蔚牡鞍踪|(zhì)：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的變性的、錯(cuò)誤折疊的、多肽鏈不完整的、含有被氧化或其它非正常修飾氨基酸的蛋白質(zhì)，也常常很快被降解清除。這可能涉及對(duì)異?；蚧蔚鞍踪|(zhì)所暴露出來的氨基酸疏水基團(tuán)的識(shí)別，并由此啟動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)N端第一個(gè)氨基酸殘基的作用，結(jié)果形成

8、了N端不穩(wěn)定信號(hào)，同樣被泛素-蛋白酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解途徑徹底降解。（四）、幫助變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)重新正確折疊：分子伴侶（chaperone，molecular chaperon）是一種與其他多肽或蛋白質(zhì)結(jié)合的蛋白質(zhì)，協(xié)助細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成、折疊、裝配與分選。熱休克蛋白（HSP， heat shock protein）是普遍存在的分子伴侶，如HSP100、 HSP90、 HSP70、 HSP60和sHSP（小HSP）。陪伴蛋白（chaperonin）是HSP60家族中的成員，如GroEL，由14個(gè)亞基形成的柱形復(fù)合物，在其內(nèi)部空間幫助其他蛋白質(zhì)進(jìn)行正確折疊。 第二節(jié) 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能一、

9、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)二、高爾基體三、溶酶體四、過氧化物酶體 內(nèi)膜系統(tǒng)各區(qū)室之間，通過生物合成、蛋白質(zhì)修飾與分選、膜泡運(yùn)輸和各種質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制，維系其系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由小管、囊泡和扁平囊互相溝通形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它是真核細(xì)胞中最普遍、最多變和適應(yīng)性最強(qiáng)的細(xì)胞器。1945年，有人在細(xì)胞質(zhì)的內(nèi)質(zhì)部分首次觀察到有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 微粒體（microsome）：微粒體是在細(xì)胞勻漿和超速離心過程中由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡結(jié)構(gòu)，在生化和研究中常常把它與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等同看待。 （一）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型 （二）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（一）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種

10、基本類型1. 糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum，rER）：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多呈扁平膜囊狀，排列較為整齊，因其膜表面附著有大量的核糖體而得名，主要功能是合成分泌性蛋白、膜整合蛋白、溶酶體蛋白以及膜脂分子。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有一種蛋白質(zhì)復(fù)合物“通道” 被稱為移位子（translocon），其功能與新合成的多肽轉(zhuǎn)移有關(guān)。在代謝旺盛的細(xì)胞內(nèi)，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)總是與線粒體緊密相依，可能與線粒體供能、脂質(zhì)轉(zhuǎn)移以及Ca2+釋放的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。2. 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth endoplasmic reticulum，sER）：沒有附著核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)部分。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常呈分支管狀，形成較為復(fù)雜

11、的 立體結(jié)構(gòu)，膜表面沒有附著有核糖體，主要功能包括脂質(zhì)合成、類固醇激素的合成、有機(jī)物的解毒、將葡萄糖-6-磷酸迅速轉(zhuǎn)化成葡萄糖以及Ca2+的儲(chǔ)存等。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)只是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)這種連續(xù)結(jié)構(gòu)的一小部分，也沒有糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)復(fù)雜，往往作為出芽的位點(diǎn)，把內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)或脂質(zhì)轉(zhuǎn)移到高爾基體內(nèi)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，可能存在某些特殊的裝置，將光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)隔開，并維持其形態(tài)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可能由細(xì)胞膜演化而來，并且與核膜在發(fā)生上有同源關(guān)系。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體在結(jié)構(gòu)、功能與發(fā)生上的關(guān)系更為密切。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)外界因素的作用非常敏感，尤其是糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)（圖7-3）A：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)B：光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)C：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

12、的分布：綠色為“糙面和光面” ；黃色為“糙面”（二）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成、折疊、組裝、運(yùn)輸和參與脂質(zhì)代謝的重要場所，也是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存Ca2+的主要場所。（1）向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì)（2）膜的整合蛋白（3）細(xì)胞器中的可溶性駐留蛋白（1）合成磷脂和膽固醇等膜脂（卵磷脂通過磷脂轉(zhuǎn)位蛋白即翻轉(zhuǎn)酶更容易轉(zhuǎn)位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的腔面）（2）在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的磷脂向其它膜的轉(zhuǎn)運(yùn)主要有3種可能的機(jī)制：以出芽的方式通過膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體、溶酶體和細(xì)胞質(zhì)膜上；憑借水溶性小分子蛋白即磷脂交換蛋白（PEP）在膜之間轉(zhuǎn)移磷脂（如到線粒體膜）；供體膜與受體膜之間通過膜嵌入（融合）蛋白介導(dǎo)的直接接觸。卵磷脂在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成過

13、程的示意圖（圖7-4）膽固醇與磷脂在供體膜與受體膜之間可能的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制（圖7-5）A：通過膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)B：通過PEP（磷脂交換蛋白）介導(dǎo)的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)C：膜嵌入蛋白介導(dǎo)的膜間直接接觸3. 蛋白質(zhì)的修飾與加工 在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜蛋白和可溶性分泌蛋白在它們分選各就各位之前，通常要發(fā)生4種基本修飾與加工：（1）糖基化（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體）；（2）二硫鍵的形成（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）；（3）折疊和裝配；（4）特異性水解切割（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和分泌泡）。 蛋白質(zhì)糖基化是指在蛋白質(zhì)合成中或合成后，在酶的催化下把寡糖鏈連接到肽鏈的特定糖基化位點(diǎn)上，形成糖蛋白。蛋白質(zhì)糖基化修飾對(duì)蛋白質(zhì)折疊、分選和定位有重要的影響；糖鏈結(jié)構(gòu)不同還將影

14、響糖蛋白的半壽期和降解。N-連接糖基化（N-linked glycosylation）： N-連接糖基化指糖基化發(fā)生在靶蛋白的Asn殘基上。 N-連接糖基化發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，與靶蛋白直接結(jié)合的糖是N-乙酰葡糖胺。N-連接糖基化起始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，以磷酸多萜醇為載體，先合成14個(gè)殘基的寡糖鏈Glc3Man9GlcNAc2前體，然后通過膜上糖基轉(zhuǎn)移酶的作用，將寡糖鏈由磷酸多萜醇上轉(zhuǎn)移至肽鏈糖基化位點(diǎn)（Asn-X-Ser/Thr）的Asn殘基上，然后經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特異性糖苷酶加工，形成高甘露糖型Man8GlcNAc2糖蛋白，再轉(zhuǎn)移至高爾基體完成蛋白質(zhì)N-連接糖基化修飾。O-連接糖基化（O-linked g

15、lycosylation）： O-連接糖基化指糖基化發(fā)生在靶蛋白的Ser/Thr殘基上，或發(fā)生在靶蛋白的Hypro /Hylys殘基上。 O-連接糖基化發(fā)生在高爾基體，與靶蛋白直接結(jié)合的糖是N-乙酰半乳糖胺。其它還有?；╝cylation）和羥基化（hydroxylation）等修飾N-連接與O-連接的寡糖比較（表7-1）N-連接糖基化與O-連接糖基化的比較（圖7-6）N-連接涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體N-連接中肽鏈糖基化位點(diǎn)：即Asn-X-Ser/Thr中的AsnO-連接發(fā)生在高爾基體發(fā)生在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)N-連接的糖基化過程（圖7-7）4. 新生多肽鏈的折疊與組裝 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)分泌轉(zhuǎn)運(yùn)途徑

16、中行使質(zhì)量監(jiān)控的重要場所。不能正確折疊的畸形肽鏈或未組裝成寡聚體的蛋白質(zhì)亞基，不論在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上還是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，一般都不能進(jìn)入高爾基體，并通過Sec61p復(fù)合體從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)至細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，進(jìn)而通過泛素依賴性降解途徑被蛋白酶體所降解。 蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊會(huì)引起疾病，究其機(jī)制大體可分為2類彼此重疊的情況：一是丟失正常功能；二是獲得異常功能。 附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜腔面上的蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）可以切斷錯(cuò)誤的二硫鍵，形成自由能最低的蛋白質(zhì)構(gòu)象，從而幫助新合成的蛋白質(zhì)重新形成二硫鍵并產(chǎn)生正確折疊的構(gòu)象。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的一種結(jié)合免疫球蛋白蛋白（Bip）是屬于HSP70家族的分子伴侶，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有2個(gè)作用：一是Bip同

17、進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的未折疊蛋白質(zhì)的疏水氨基酸結(jié)合，防止多肽鏈不正確地折疊和聚合，或者識(shí)別錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)或未裝配好的蛋白質(zhì)亞單位，并促進(jìn)它們重新折疊與裝配；二是防止新合成的蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中變性或斷裂。 Bip還可同Ca2+結(jié)合，可能通過Ca2+與帶負(fù)電荷的磷脂頭部基團(tuán)相互作用，使Bip結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。5. （光面）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其它功能肝細(xì)胞的解毒作用（detoxification）：肝細(xì)胞中含有豐富的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，它是合成外輸性脂蛋白顆粒的基地。這些光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有一些酶（如混合功能氧化酶P450），介導(dǎo)氧化、還原和水解反應(yīng)，使有毒物質(zhì)由脂溶性轉(zhuǎn)變成水溶性而被排出體外，此過程稱為肝細(xì)胞的解毒作用。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有

18、儲(chǔ)存并調(diào)節(jié)的Ca2+作用：肌細(xì)胞中發(fā)達(dá)的特化的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)肌質(zhì)網(wǎng)（sarcoplasmic reticulum），儲(chǔ)存有高濃度的Ca2+。合成固醇類激素：睪丸間質(zhì)細(xì)胞的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可合成固醇類激素。（三）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及其信號(hào)調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ ERS ）反應(yīng)：當(dāng)某些細(xì)胞內(nèi)外因素使細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能失調(diào)時(shí)，細(xì)胞會(huì)激活一些相關(guān)的應(yīng)對(duì)信號(hào)通路，引發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，它既是一種自我保護(hù)的機(jī)制，也是一套完整的質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制。各種應(yīng)激因素主要包括：未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)在ER腔內(nèi)聚集、 Ca2+平衡紊亂、異常糖基化、缺氧和病毒感染等。ERS反應(yīng)是一個(gè)存活程序和凋亡程序同時(shí)被激活的過程：細(xì)胞可以整合應(yīng)激反應(yīng)，調(diào)動(dòng)應(yīng)激反應(yīng)

19、蛋白以減輕應(yīng)激因素對(duì)細(xì)胞的損傷，調(diào)整細(xì)胞穩(wěn)態(tài)；同時(shí)細(xì)胞也可以啟動(dòng)細(xì)胞凋亡來處理不能修復(fù)的損傷細(xì)胞，因此，ERS機(jī)制事關(guān)細(xì)胞生死抉擇。ERS反應(yīng)包括：（1）UPR（未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)）：錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白過多積累引起；（2） EOR （內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負(fù)荷應(yīng)答反應(yīng)）：正確折疊蛋白和膜蛋白異常堆積引起；（3）固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)：膽固醇損耗所致，SREBP（固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白）介導(dǎo)；（4）啟動(dòng)凋亡程序：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能持續(xù)紊亂所致。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ ERS ）反應(yīng)（圖7-8）1. UPR（未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)） 在UPR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中起感受器作用的3種跨ER膜蛋白：IRE1（需要肌醇酶1）、PERK（PKR樣內(nèi)質(zhì)

20、網(wǎng)激酶； PKR 即dsRNA激活的蛋白激酶）和ATF6（激活性轉(zhuǎn)錄因子）。平時(shí)它們與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的調(diào)控蛋白Bip/GRP78（結(jié)合免疫球蛋白蛋白/葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78）結(jié)合成無活性的復(fù)合物，應(yīng)激時(shí)解離并分別引發(fā)不同的3條平行信號(hào)途徑。（1）IRE1（需要肌醇酶1）：ER腔面結(jié)構(gòu)域（分子伴侶Bip/GRP78 結(jié)合位點(diǎn)）；胞質(zhì)面結(jié)構(gòu)域（雙功能：蛋白激酶/核酸內(nèi)切酶自我交叉磷酸化和mRNA的剪接）（2）PERK（PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶）：ER腔面結(jié)構(gòu)域（分子伴侶Bip/GRP78 結(jié)合位點(diǎn)）；胞質(zhì)面結(jié)構(gòu)域（蛋白激酶自我交叉磷酸化和eIF2的磷酸化）（3）ATF6（激活性轉(zhuǎn)錄因子）：跨ER膜ATF6轉(zhuǎn)位至

21、高爾基體被S1P和S2P蛋白酶裂解而激活 ATF6進(jìn)入細(xì)胞核 促進(jìn)含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)元件（ERSE）的轉(zhuǎn)錄因子（如XBP-1）及未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)元件（UPRE）的UPR 靶分子（ Bip/GRP78 ）等基因轉(zhuǎn)錄。未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)圖示（圖7-9）A：3條不同的平行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑執(zhí)行未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)（UTR）B：IRE1膜蛋白介導(dǎo)的UTR2. 固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng) 固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)是指膽固醇缺乏引發(fā)的固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白（SREBP）信號(hào)通路調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的反應(yīng)。（1）當(dāng)膽固醇水平過高時(shí)，跨ER膜蛋白insig-1（2）與SCAP上固醇敏感結(jié)構(gòu)域結(jié)合，將SCAP - SREBP 復(fù)合物錨定在內(nèi)

22、質(zhì)網(wǎng)膜上。（2）在膽固醇水平降低時(shí)，insig-1（2）與SCAP解離，容許SCAP - SREBP 復(fù)合物以膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)的形式移動(dòng)到高爾基體；在高爾基體上，SREBP隨即在2個(gè)位點(diǎn)分別被蛋白酶S1P和S2P切割，從而使SREBP轉(zhuǎn)錄因子N端bHLH結(jié)構(gòu)域得以釋放；釋放后的bHLH結(jié)構(gòu)域稱作nSREBP（核-SREBP），并轉(zhuǎn)位到核內(nèi)，調(diào)控具有SRE（固醇調(diào)控元件）的靶基因的轉(zhuǎn)錄。固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白（ SREBP ）的膽固醇敏感調(diào)控示意圖（圖7-10）3. ERS反應(yīng)引發(fā)的細(xì)胞凋亡 盡管ERS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號(hào)通路的細(xì)節(jié)尚不清楚，但已知細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡和calpain（需Ca2+蛋白酶）及

23、caspase-12的激活是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。Calpain（需Ca2+蛋白酶）：存在于細(xì)胞質(zhì)中，由大小2個(gè)亞基組成：大亞基有4個(gè)結(jié)構(gòu)域，包含活性部位；小亞基有2個(gè)結(jié)構(gòu)域，包含調(diào)節(jié)部位；大小亞基均有Ca2+的結(jié)合位點(diǎn)。高水平的Ca2+導(dǎo)致calpain酶原大小亞基水解而被激活。Caspase-12 （天冬氨酸特異性的半胱氨酸蛋白酶） ：唯一存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的胞質(zhì)側(cè)的caspase家族成員。Calpain在T132/A133和K158/T1592個(gè)切割位點(diǎn)切割caspase-12酶原，將其激活。ERS介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號(hào)通路： ERS凋亡信號(hào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜IP3R （IP3受體）通道 Ca2+釋放至細(xì)胞質(zhì)中激活

24、calpain切割底物 vinculin（黏著斑蛋白）/Bcl-xL/ caspase-12酶原 細(xì)胞凋亡（途徑）二、高爾基體高爾基體（Golgi body）/ 高爾基器（Golgi apparatus）/ 高爾基復(fù)合體（Golgi complex）：一種由相對(duì)排列整齊的弓形扁平膜囊體系和大小不一的形態(tài)多變的管泡網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成的極性細(xì)胞器。高爾基體的主要功能：對(duì)ER轉(zhuǎn)運(yùn)來的脂分子及蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、修飾、分類、包裝以及分選。此外，高爾基體也是細(xì)胞內(nèi)糖類合成的工廠。高爾基體是高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，而且難以分離與純化，目前積累的資料仍不足以徹底闡明高爾基體的結(jié)構(gòu)與功能。 （一）、高爾基體的極性 （二）、高爾基

25、體的功能高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)（圖7-11）（一）、高爾基體的極性高爾基體的形態(tài)學(xué)極性：高爾基體是一種有極性的細(xì)胞器，這不僅表現(xiàn)在它在細(xì)胞中往往有比較恒定的位置與方向，而且物質(zhì)從高爾基體的一側(cè)輸入，從另一側(cè)輸出，因此每層膜囊也各不相同。在很多細(xì)胞中，高爾基體靠近細(xì)胞核的一側(cè)，扁囊彎曲成凸面（又稱形成面或順面）；面向細(xì)胞質(zhì)膜的一側(cè)常呈凹面（又稱成熟面或反面）。注意：高爾基體的順面并非總是在高爾基體的凸面，在細(xì)胞發(fā)育的某個(gè)階段可能位于高爾基體的凹面。高爾基體的生化極性：常用4種細(xì)胞化學(xué)（染色）反應(yīng)來表現(xiàn)高爾基體的生化極性：（1）嗜鋨反應(yīng)順面；（2）NADP酶的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)中間幾層扁平囊 ；（3）TPP

26、酶的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)反面的12層膜囊 ；（4）CMP酶和酸性磷酸酶的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng) 靠近反面膜囊狀和反面管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。高爾基體至少由互相聯(lián)系的5個(gè)部分組成：（1）高爾基體順面膜囊或順面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：順面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（CGN）是位于高爾基體順面最前面的順面膜囊（薄似內(nèi)質(zhì)網(wǎng)），呈中間多孔而連續(xù)分支狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。一般認(rèn)為，CGN接受來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合成的物質(zhì)，并將其分類后大部分轉(zhuǎn)入高爾基體中間膜囊，少部分蛋白質(zhì)和脂質(zhì)再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 CGN也可能負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)的O-連接糖基化，跨膜蛋白細(xì)胞質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的?；苊阁w酶上寡糖的磷酸化，日冕病毒的裝配也發(fā)生于此處。（2）高爾基體中間膜囊：由扁平膜囊與管道組成，形成

27、不同間隔，但功能上又是連續(xù)而完整的膜囊體系。多數(shù)糖基修飾與加工、糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的多糖的合成都發(fā)生在中間膜囊。（3）高爾基體反面膜囊或反面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：反面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（TGN）處于高爾基體反面最外層的管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此處pH可能比高爾基體其它部位低，主要功能是負(fù)責(zé)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分選（樞紐區(qū)），蛋白質(zhì)包裝形成網(wǎng)格蛋白/銜接蛋白包被膜泡，并定向?qū)⒌鞍踪|(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的最終位置。此外，某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾也發(fā)生在TGN，如蛋白原的水解加工。 TGN在蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中可能起“瓣膜”的作用，以保證這些物質(zhì)的單向轉(zhuǎn)運(yùn)。解釋高爾基體高度動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和極性的組織與維持的2種模型：

28、（1）膜泡運(yùn)輸模型：高爾基體的膜囊群主體是相對(duì)穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)，膜囊自身的更新和各部膜囊的生化極性（特征性酶和駐留蛋白的變化）是通過不同類型轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡在相鄰膜囊間正向（順面反面）和反向（反面順面）有序轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的。（2）膜囊成熟模型：高爾基體的膜囊群主體是動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，源自ER的泡管結(jié)構(gòu)首先形成高爾基體CGN，隨后膜囊自身從順面到反面逐次成熟并遷移，一些不當(dāng)轉(zhuǎn)移的膜囊特征性酶或駐留蛋白通過反向COP轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡再?zèng)]收回來。細(xì)胞骨架在維持高爾基體動(dòng)態(tài)的空間結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的膜泡運(yùn)輸中起著重要的作用。解釋高爾基體結(jié)構(gòu)組織及膜囊間蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的膜泡運(yùn)輸模型（A）和膜囊成熟模型（B）（圖7-12）（二）、高爾基體的功能 高

29、爾基體在蛋白質(zhì)的加工、分選、包裝與轉(zhuǎn)運(yùn)以及在細(xì)胞內(nèi)的“膜流”中起重要作用。 高爾基體是細(xì)胞內(nèi)大分子轉(zhuǎn)運(yùn)的樞紐或“集散地”。1.高爾基體與細(xì)胞的分泌活動(dòng)：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是同時(shí)合成多種蛋白質(zhì)（分泌蛋白、質(zhì)膜蛋白、溶酶體酶以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等的駐留蛋白等）的主要場所，高爾基體TGN區(qū)是蛋白質(zhì)包裝與分選的關(guān)鍵樞紐，這里至少涉及3條分選途徑：（1）溶酶體酶的包裝與分選途徑；（2）可調(diào)節(jié)型分泌途徑；（3）組成型分泌途徑。（1）溶酶體酶的包裝與分選途徑：具有在高爾基體順面膜囊上形成甘露糖-6-磷酸（M6P）標(biāo)記的溶酶體酶與高爾基體反面膜囊和TGN膜上相應(yīng)膜受體結(jié)合，以出芽方式形成網(wǎng)格蛋白/銜接蛋白包被膜泡，再

30、轉(zhuǎn)運(yùn)至晚期胞內(nèi)體，在此溶酶體酶（M6P殘基）與膜受體解離，受體返回再利用，溶酶體酶則被運(yùn)到溶酶體。（2）可調(diào)節(jié)型分泌途徑：特化型分泌細(xì)胞中新合成的可溶性分泌蛋白先在細(xì)胞質(zhì)周邊的分泌泡中選擇性聚集、儲(chǔ)存并濃縮，只在受到適宜的信號(hào)刺激后，才與質(zhì)膜融合將內(nèi)容物分泌到細(xì)胞表面或細(xì)胞外。 （3）組成型分泌途徑：細(xì)胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)通過分泌泡以連續(xù)的不需調(diào)節(jié)的方式向胞外進(jìn)行分泌。發(fā)生在高爾基體TGN區(qū)的蛋白質(zhì)分選途徑（圖7-13）2. 蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾：大多數(shù)蛋白質(zhì)（可溶性分泌蛋白、質(zhì)膜上大多數(shù)膜蛋白和溶酶體酶）或膜脂的糖基化修飾和與高爾基體有關(guān)的多糖的合成，主要發(fā)生在高爾基體。蛋白質(zhì)的糖基化的生物學(xué)

31、功能有：（1）糖蛋白的糖鏈具有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和增強(qiáng)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的作用；（2）糖蛋白的糖鏈作為高爾基體對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行包裝和分選的指導(dǎo)信號(hào)；（3）負(fù)責(zé)糖基化的酶類由管家基因編碼；細(xì)胞表面和細(xì)胞外基質(zhì)密集存在的寡糖鏈參與介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間的識(shí)別、黏著與雙向通訊，或參與分化和發(fā)育等多種過程；（4）多羥基糖鏈還可能影響蛋白質(zhì)的水溶性和所帶電荷的性質(zhì)。蛋白質(zhì)的糖基化修飾主要有N-連接糖基化和O-連接糖基化2種類型。N-連接糖基化：所有的N-連接寡糖鏈都有一個(gè)共同的前體（詳見內(nèi)質(zhì)網(wǎng)），在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和在通過高爾基體各膜囊間隔的轉(zhuǎn)移過程中，寡糖鏈經(jīng)過一系列加工、切除和添加特定的單糖，最后形成成熟的糖蛋

32、白。所有成熟的N-連接寡糖鏈都含有2個(gè)N-乙酰葡糖胺和3個(gè)甘露糖殘基。 N-連接寡糖鏈又可分為高甘露糖N-連接寡糖（只含有N-乙酰葡糖胺和甘露糖）和復(fù)雜的N-連接寡糖（除此之外，還含有半乳糖、巖藻糖和唾液酸等）。O-連接糖基化：在高爾基體中進(jìn)行，由不同的糖基轉(zhuǎn)移酶催化，每次添加一個(gè)單糖。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中所有與糖基化及寡糖加工有關(guān)的酶都是內(nèi)在膜蛋白，它們固定在細(xì)胞的不同間隔中，其活性部位均位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體的腔面。另外，植物細(xì)胞中的糖基化遠(yuǎn)比動(dòng)物細(xì)胞復(fù)雜得多。脊椎動(dòng)物細(xì)胞糖蛋白N-連接寡糖在高爾基體各膜囊區(qū)間的加工過程（圖7-14）3. 蛋白酶的水解和其它加工過程：不同的蛋白質(zhì)在高爾基體中酶

33、解加工的方式各不相同。（1）沒有生物活性的蛋白原（proprotein）進(jìn)入高爾基體后，將蛋白原N端或兩端的序列切除形成成熟的多肽。（2）有些蛋白質(zhì)分子在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成時(shí)是含有多個(gè)相同氨基酸序列的前體，然后在高爾基體中被水解形成同種有活性的多肽。（3）一個(gè)蛋白質(zhì)分子的前體中含有不同的信號(hào)序列，最后加工形成不同的產(chǎn)物；同一種蛋白質(zhì)前體在不同的細(xì)胞中可能以不同的方式加工，產(chǎn)生不同種類的多肽。蛋白聚糖的硫酸化也是在高爾基體中進(jìn)行的。三、溶酶體（一）、溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型（二）、溶酶體的功能（三）、溶酶體的發(fā)生（四）、溶酶體與疾?。ㄒ唬?、溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型溶酶體（lysosome）：溶酶體是單層

34、膜圍繞的內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器，其主要作用是行使細(xì)胞內(nèi)的消化作用。某些細(xì)胞的溶酶體還具有防御功能和其它重要的生理功能。植物細(xì)胞內(nèi)也有與溶酶體功能類似的細(xì)胞器，如圓球體、糊粉粒和中央大液泡。溶酶體是一種異質(zhì)性的細(xì)胞器：指不同的溶酶體的形態(tài)大小，乃至其中所含水解酶的種類都可能有很大的不同。溶酶體膜在成分上也與其它生物膜不同：嵌有質(zhì)子泵（溶酶體酶的最適pH為5.0左右）；具有多種載體蛋白（水解產(chǎn)物外運(yùn)）；膜蛋白高度糖基化（防止被降解）。溶酶體酶：已發(fā)現(xiàn)60余種，多為可溶性酶，少數(shù)整合在膜上；具有某些特征性同源序列；與相關(guān)的非溶酶體酶是一類結(jié)構(gòu)與功能上相似的酶家族，在進(jìn)化上同源。初級(jí)溶酶體

35、（primary lysosome）：初級(jí)溶酶體呈球形，內(nèi)容物均一，不含有明顯的顆粒物質(zhì)，外面由一層脂蛋白膜圍繞。次級(jí)溶酶體（secondary lysosome）：初級(jí)溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的自噬泡或異噬泡（吞噬泡或胞飲泡）融合形成的進(jìn)行消化作用的復(fù)合體，分別稱之為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體（heterophagic lysosome）。次級(jí)溶酶體的特點(diǎn)是外部形態(tài)不規(guī)則，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。后溶酶體即殘質(zhì)體（residual body）：次級(jí)溶酶體內(nèi)經(jīng)歷消化后，小分子物質(zhì)可通過膜上載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，供細(xì)胞代謝利用，未被消化的物質(zhì)殘留在溶酶體內(nèi)形成殘質(zhì)體。殘質(zhì)

36、體可通過類似胞吐的方式將內(nèi)容物排出細(xì)胞。小鼠膀胱上皮細(xì)胞中的溶酶體（圖7-15）（二）、溶酶體的功能 溶酶體的基本功能是細(xì)胞內(nèi)的消化作用，這對(duì)于維持細(xì)胞的正常代謝活動(dòng)及防御微生物的侵染都有重要的意義。溶酶體的消化作用一般可概括為3條途徑：內(nèi)吞作用、吞噬作用和自噬作用。1. 清除無用的生物大分子、衰老的細(xì)胞器及衰老損傷和死亡的細(xì)胞：溶酶體起著“清道夫”的作用。2. 防御功能：防御功能是某些細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞）特有的功能，它們可以識(shí)別并吞噬入侵的病毒或細(xì)菌，在溶酶體作用下將其殺死并進(jìn)一步降解。3. 其它重要的生理功能：（1）作為細(xì)胞內(nèi)的消化“器官”為細(xì)胞提供營養(yǎng)，如降解內(nèi)吞的血清脂蛋白，獲得膽固醇等營養(yǎng)成分等；（2）在分泌腺細(xì)胞中，溶酶體常常攝入分泌顆粒，參與分泌過程的調(diào)節(jié)；（3）吞噬細(xì)胞溶酶體消化清除凋亡細(xì)胞；（4）參與受精過程中的頂體反應(yīng)，因?yàn)榫拥捻旙w相當(dāng)于特化的溶酶體。溶酶體消化作用的3種途徑（圖7-16）（三）、溶酶體的發(fā)生（四）、溶酶體與疾?。ㄈ?、溶酶體的發(fā)生 溶酶體酶在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成和初加工，以出芽形式離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成膜泡到高爾基體，經(jīng)高爾基體再加工，以出芽形式離開高爾基體形成膜泡到溶酶體。溶酶體酶的構(gòu)象或三級(jí)結(jié)構(gòu)中隱含信號(hào)斑（signal patch），涉及溶