(3.5)-第5章 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)

第五章

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)真核細(xì)胞內(nèi)典型區(qū)室化特征示意圖真核細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)膜將細(xì)胞質(zhì)分隔成不同的區(qū)域一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中除了膜性細(xì)胞器以外的膠狀物質(zhì)二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體，溶酶體等三、其他膜包被的細(xì)胞器線粒體、葉綠體、過氧化物酶體、細(xì)胞核第一節(jié)、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能

第二節(jié)、內(nèi)膜系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體第一節(jié)、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmicmatrix）

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半。

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的含義細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能

胞質(zhì)溶膠：用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分，先后除各種細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后的上清液。含有約70%水和溶于其中的離子及可溶性蛋白質(zhì)等大分子主要成分：中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。主要特點(diǎn)：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個(gè)高度有序的體系，處于動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的含義網(wǎng)絡(luò)視頻/video/av26219569/?p=4溫馨提示：此視頻框在點(diǎn)擊“上傳手機(jī)課件”時(shí)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用手機(jī)進(jìn)行觀看時(shí)則會(huì)變?yōu)榭牲c(diǎn)擊的視頻。此視頻框可被拖動(dòng)移位和修改大小蛋白質(zhì)核糖體mRNAtRNA完成各種中間代謝過程

如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等與蛋白質(zhì)的分選有關(guān)與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能 維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等蛋白質(zhì)的修飾和蛋白質(zhì)選擇性降解

蛋白質(zhì)的修飾

控制蛋白質(zhì)的壽命（泛素依賴的降解途徑）

降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)（泛素依賴的降解途徑）

幫助變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象（分子伴侶）

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能輔酶或輔基與酶的共價(jià)修飾磷酸化與去磷酸化：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性糖基化：主要發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體上，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中發(fā)生的糖基化主要是把N-乙酰葡萄糖胺加到蛋白質(zhì)的絲氨酸上N端進(jìn)行甲基化修飾保護(hù)蛋白不被水解，延長壽命，如支架蛋白和組蛋白。?；阂活愂莾?nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的跨膜蛋白在通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)生的；一類是在諸如src基因和ras基因這類細(xì)胞癌基因的產(chǎn)物上。蛋白質(zhì)的修飾控制蛋白質(zhì)的壽命N端第一個(gè)特殊氨基酸決定Met,Ser,Thr,Ala,Val,Cys,Gly,Pro穩(wěn)定，其他氨基酸，則不穩(wěn)定真核細(xì)胞N端第一個(gè)氨基酸合成：Met+肽鏈氨基肽酶去除Met氨酰-tRNA轉(zhuǎn)移酶加一個(gè)氨基酸在N端依賴泛素和蛋白酶體的降解途徑（Ubiquitin-dependentPathway)。泛素依賴的降解途徑

（ubiquitin–dependentpathway）

泛素是一個(gè)由76個(gè)氨基酸殘基組成的小肽，它的作用主要是識(shí)別要被降解的蛋白質(zhì)。

蛋白酶體主要降解兩種類型的蛋白質(zhì)：一類是錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，另一類就是需要進(jìn)行數(shù)量調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)。蛋白酶體TargetproteinUbiquitin蛋白酶體調(diào)節(jié)部分催化核心網(wǎng)絡(luò)視頻/video/BV1jE41117GU?p=1溫馨提示：此視頻框在點(diǎn)擊“上傳手機(jī)課件”時(shí)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用手機(jī)進(jìn)行觀看時(shí)則會(huì)變?yōu)榭牲c(diǎn)擊的視頻。此視頻框可被拖動(dòng)移位和修改大小分子伴侶（molecularchaperones）

細(xì)胞中的某些蛋白質(zhì)分子可以識(shí)別正在合成的多肽或部分折疊的多肽并與多肽的某些部位相結(jié)合，從而幫助這些多肽轉(zhuǎn)運(yùn)、折疊或裝配，這一類分子本身并不參與最終產(chǎn)物的形成，因此稱為分子伴侶。第二節(jié)、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的、由膜圍繞細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)，主要包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡等。增加細(xì)胞的內(nèi)表面積，提高了代謝和調(diào)節(jié)能力。內(nèi)膜系統(tǒng)將細(xì)胞中的生化合成、分泌和內(nèi)吞作用連接形成動(dòng)態(tài)的、相互作用的網(wǎng)絡(luò)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白和脂通過分泌活動(dòng)進(jìn)入分泌小泡運(yùn)送到工作部位；細(xì)胞通過內(nèi)吞途徑將細(xì)胞外的物質(zhì)送到溶酶體降解。溶酶體胞外分泌內(nèi)吞作用高爾基體一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在細(xì)胞分裂時(shí)，要經(jīng)歷解體和重建的過程；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的存在增大的細(xì)胞內(nèi)膜的表面積，為酶反應(yīng)提供了結(jié)合位點(diǎn)；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的封閉體系，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的物質(zhì)分隔開來，更有利于它們的加工和運(yùn)輸。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)除核酸以外的生物大分子如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類的合成基地。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由封閉的管狀或扁平囊狀膜系統(tǒng)及其包被的腔形成互相溝通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)視頻/video/av29606263/?p=4溫馨提示：此視頻框在點(diǎn)擊“上傳手機(jī)課件”時(shí)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用手機(jī)進(jìn)行觀看時(shí)則會(huì)變?yōu)榭牲c(diǎn)擊的視頻。此視頻框可被拖動(dòng)移位和修改大小糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多呈扁囊狀，排列較為整齊，膜表面附有大量的核糖體（A）；功能是合成分泌性蛋白和多種膜蛋白；分泌細(xì)胞（如胰腺腺泡細(xì)胞）和分泌抗體的漿細(xì)胞中非常發(fā)達(dá)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常為分支管狀、沒有核糖體附著（B）；是脂肪合成的重要場所；合成固醇類激素的細(xì)胞，肝細(xì)胞中含量豐富。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）的功能

ER是細(xì)胞內(nèi)除核酸以外的生物大分子，如蛋白質(zhì)與脂類合成的基地。幾乎全部脂類和多種重要蛋白質(zhì)都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。蛋白質(zhì)合成脂類的合成蛋白質(zhì)的修飾與加工新生肽的折疊與組裝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其他功能

蛋白質(zhì)的合成在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白包括分泌蛋白、整合膜蛋白、以及內(nèi)膜系統(tǒng)各種細(xì)胞器內(nèi)的可溶性蛋白。分泌蛋白：包括酶、抗體黏蛋白、肽類激素和胞外基質(zhì)成分等。這類蛋白質(zhì)常以分泌泡的形式通過胞吐作用輸送到細(xì)胞外。膜的整合蛋白：其構(gòu)象都具有方向性，并且在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成時(shí)就已確定。細(xì)胞器中的可溶性駐留蛋白：如酸性水解酶，合成后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，然后進(jìn)一步包裝分選。脂類的合成光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂類合成的重要場所（包括磷脂和膽固醇）磷脂轉(zhuǎn)位因子：

在磷脂轉(zhuǎn)位因子的作用下，新合成的脂類分子會(huì)由細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面，轉(zhuǎn)運(yùn)速度比自然轉(zhuǎn)位速度高105倍。磷脂的轉(zhuǎn)運(yùn):出芽；磷脂轉(zhuǎn)位蛋白；膜嵌入蛋白介導(dǎo)的直接接觸 卵磷脂在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成過程的示意圖 膽固醇與磷脂在供體膜與受體膜之間的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制A.通過膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)脂質(zhì)。B.通過PEP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。蛋白質(zhì)的修飾與加工細(xì)胞對蛋白質(zhì)的修飾加工主要包括糖基化、羥基化、?；托纬啥蜴I等。糖基化在糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面；酰基化發(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)。

N-連接糖基化與O-連接糖基化的比較

發(fā)生在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)N-連接的糖基化過程新生肽的折疊與組裝不同蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上停留的時(shí)間不一，取決于蛋白質(zhì)正確折疊所需的時(shí)間。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔極易形成二硫鍵，不利于肽鏈的折疊。蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）可以切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)。

結(jié)合蛋白（Bip）識(shí)別錯(cuò)誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進(jìn)重新折疊與裝配。

ER的其他功能肝細(xì)胞的解毒作用：肝細(xì)胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中存在細(xì)胞色素P450家族酶系，在這些酶的作用下，可以將不溶于水的有毒物質(zhì)和代謝產(chǎn)物處理為溶于水的物質(zhì)，通過尿液排出體外。

儲(chǔ)存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+

泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中。肌質(zhì)網(wǎng)：肌細(xì)胞中含有發(fā)達(dá)的特化的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）及其信號(hào)調(diào)控

ERS包括：未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)UPR；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超負(fù)荷反應(yīng)EOR；固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)SREBP；ERS反應(yīng)引發(fā)的細(xì)胞凋亡未折疊蛋白質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)（UPR）ATF6固醇調(diào)節(jié)級(jí)聯(lián)反應(yīng)（SREBP）依賴膽固醇的轉(zhuǎn)錄調(diào)控有賴于受控靶基因啟動(dòng)子內(nèi)10個(gè)堿基對組成的固醇調(diào)控元件SRE；依賴類固醇的轉(zhuǎn)錄因子稱作固醇調(diào)控元件結(jié)合蛋白SREBP。二、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡下高爾基體結(jié)構(gòu)是由排列較為整齊的扁平膜囊和大小不等的囊泡構(gòu)成的；高爾基體是有極性的細(xì)胞器；高爾基體各部膜囊的4種標(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)：高爾基體至少由互相聯(lián)系的3個(gè)部分組成，每一部分又可能劃分出更精細(xì)的間隔。高爾基體是有極性的細(xì)胞器

扁囊彎曲成凸面 又稱形成面（formingface）或順面（cisface）

面向質(zhì)膜的凹面（concave）又稱成熟面（matureface）或反面（transface）高爾基體各部膜囊的4種標(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)嗜鋨反應(yīng)，經(jīng)鋨酸浸染后，高爾基體順面膜囊特異性染色；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示反面1～2層膜囊；胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示靠近反面膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)。煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示中間扁平囊。

高爾基體順面膜囊與順面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cis-Golginetwork，CGN）

高爾基體中間膜囊（medialGolgi）

多數(shù)糖基修飾；糖脂的形成；與高爾基體有關(guān)的多糖的合成。

高爾基體反面膜囊與反面高爾基體管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（transGolginetwork，TGN）

高爾基體的3個(gè)組成部分

CGN的主要功能：

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（蛋白質(zhì)和脂類）CGN；

蛋白絲氨酸殘基發(fā)生O--連接糖基化；

跨膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的?；?/p>

TGN的主要功能：

參與蛋白質(zhì)的分類與包裝、運(yùn)輸；

某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾;

在蛋白質(zhì)與脂類的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中保證單向轉(zhuǎn)運(yùn)。膜泡運(yùn)輸模型膜囊成熟模型兩種假說模型網(wǎng)絡(luò)視頻/video/av67106178/?spm_id_from=333.788.videocard.3溫馨提示：此視頻框在點(diǎn)擊“上傳手機(jī)課件”時(shí)會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用手機(jī)進(jìn)行觀看時(shí)則會(huì)變?yōu)榭牲c(diǎn)擊的視頻。此視頻框可被拖動(dòng)移位和修改大小高爾基體的功能

高爾基體的主要功能是:將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的多種蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分類與包裝，然后分門別類地運(yùn)送到細(xì)胞特定的部位或分泌到細(xì)胞外。高爾基體與細(xì)胞的分泌活動(dòng)蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾蛋白酶的水解和其它加工過程高爾基體與細(xì)胞的分泌活動(dòng)參與細(xì)胞分泌活動(dòng)：RER上合成的蛋白質(zhì)

進(jìn)入ER腔

運(yùn)輸泡

進(jìn)入CGN

在medialGolgi中加工

在TGN形成分泌泡

運(yùn)輸與質(zhì)膜融合、排出。蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾蛋白質(zhì)的糖基化類型兩種糖基化形式的比較蛋白質(zhì)糖基化的生物學(xué)意義

O-連接：連接到絲氨酸、蘇氨酸、或在膠原纖維中的羥脯氨酸、羥賴氨酸的羥基上；N-連接：連接到天冬酰胺的酰胺氮原子上。糖蛋白或糖脂上糖的排列方向蛋白質(zhì)糖基化的兩種類型比較特征N-連接O-連接合成部位粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體在高爾基體合成方式來自同一個(gè)寡糖前體一個(gè)個(gè)單糖加上去與之結(jié)合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥脯氨酸、羥賴氨酸最終長度至少5個(gè)糖殘基1-4個(gè)糖殘基（除ABO血型抗原）第一個(gè)糖殘基N-乙酰葡糖胺N-乙酰半乳糖胺等蛋白質(zhì)糖基化的生物學(xué)意義糖基化的蛋白質(zhì)其寡糖鏈具有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和增強(qiáng)糖蛋白穩(wěn)定性作用；蛋白質(zhì)糖基化修飾使不同蛋白質(zhì)攜帶不同的標(biāo)志，以利于分選包裝；負(fù)責(zé)糖鏈和加工的酶類均由管家基因所編碼；多羥基糖側(cè)鏈可能影響蛋白質(zhì)的水溶性及所帶電荷。蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工的幾種類型無生物活性的蛋白質(zhì)

高爾基體

切除N-端或兩端的序列

成熟的多肽。蛋白質(zhì)前體

高爾基體

水解

同種有活性的多肽。含有不同信號(hào)序列的蛋白質(zhì)前體

高爾基體

加工成不同的產(chǎn)物。同一種蛋白質(zhì)前體

不同細(xì)胞

以不同的方式加工

不同的多肽。溶酶體溶酶體幾乎存在于所有的動(dòng)物細(xì)胞中。

溶酶體是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器。其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。

一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型二、溶酶體的功能一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型溶酶體的類型溶酶體膜的特征：由單層膜圍繞；嵌有質(zhì)子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內(nèi)環(huán)境；具有多種載體蛋白用于水解的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)；膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白的降解。溶酶體的類型

溶酶體是以含有大量酸性水解酶為共同特征、不同形態(tài)大小，執(zhí)行不同生理功能的一類異質(zhì)性細(xì)胞器。異質(zhì)性：不同的溶酶體的形態(tài)大小，包含的水解酶類的種類都可能不同。初級(jí)溶酶體（primarylysosome）次級(jí)溶酶體（secondarylysosome）

殘余體（residualbody），又稱后溶酶體。

初級(jí)溶酶體（primarylysosome）呈球形，直徑0.2-0.5

m，內(nèi)容物均一，不含有明顯的顆粒，外面由一層脂蛋白膜圍繞，厚度為7.5nm。含有多種水解酶類，都屬于酸性水解酶類。次級(jí)溶酶體：是初級(jí)溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的自噬泡或異噬泡等形成的復(fù)合體。因此，可以分為自噬溶酶體和異噬溶酶體。殘余體：未被消化的物質(zhì)殘存在溶酶體中形成殘余體或后溶酶體，可以通過胞吐方式將內(nèi)容物排出細(xì)胞。二、溶酶體的功能清除無用的大分子、衰老的細(xì)胞器及衰老損傷和死亡的細(xì)胞。防御功能;其它重要的生理功能

其它重要的生理功能作為細(xì)胞內(nèi)的消化“器官”為細(xì)胞提供營養(yǎng)；參與清除贅生組織或退行性變化的細(xì)胞；受精過程中的精子的頂體（acrosome）反應(yīng)。

頂體反應(yīng)：第1步，頂體外膜與精細(xì)胞質(zhì)膜融合，融合區(qū)域水解或消散，形成孔道；第2步，精子通過孔道釋放出頂體酶；第3步，卵子外圍的放射冠及透明帶溶解，出現(xiàn)缺口；第4步，精子穿過透明帶之后精子質(zhì)膜與卵膜融合，精子細(xì)胞核進(jìn)入卵子，完成受精。三、溶酶體的發(fā)生發(fā)生途徑分選途徑多樣化酶的加工方式多樣化（糖側(cè)鏈的部分水解、膜蛋白等）溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾（RER）

高爾基體cis膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶高爾基體trans-膜囊和TGN膜（M6P受體）溶酶體酶分選與局部濃縮以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到前溶酶體磷酸萄糖苷酶磷酸化識(shí)別信號(hào)：信號(hào)斑發(fā)生途徑

/video/av18178131?from=search&seid=10911746342520982625溶酶體酶轉(zhuǎn)運(yùn)分選途徑多樣化依賴于M6P的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過運(yùn)輸小泡直接分泌到細(xì)胞外；

在細(xì)胞質(zhì)膜上也存在依賴于鈣離子的M6P受體，同樣可與胞外的溶酶體酶結(jié)合，通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，將酶送至前溶酶體中，M6P受體返回細(xì)胞質(zhì)膜，反復(fù)使用。

還存在不依賴于M6P的分選途徑（如酸性磷酸酶、分泌溶酶體的perforin和granzyme）

溶酶體膜上的跨膜蛋白的分選不涉及M6P途徑，它是依賴于自身的氨基酸殘基信號(hào)進(jìn)行分選的。

溶酶體與疾病溶酶體酶缺失或溶酶體酶的代謝環(huán)節(jié)故障，影響細(xì)胞代謝，引起疾病。如