細胞與分子生物學：第七章 真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與內(nèi)膜系統(tǒng)

細胞生物學第七章真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與內(nèi)膜系統(tǒng)細胞生物學第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能第二節(jié)細胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能第三節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸細胞生物學形態(tài)學（電鏡超薄切片）和生化：真核細胞內(nèi)具有發(fā)達的細胞內(nèi)膜相結(jié)構(gòu)，將細胞分為不同的區(qū)室，稱為細胞內(nèi)區(qū)室化，是真核細胞結(jié)構(gòu)和功能的基本特征之一。細胞生物學第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能在真核細胞的細胞質(zhì)中，除去可辨認的細胞器以外的膠狀物質(zhì)，稱細胞質(zhì)基質(zhì)，是細胞的重要部分。細胞組分

數(shù)目

體積比細胞質(zhì)基質(zhì)細胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體胞內(nèi)體過氧化物酶體線粒體

11113002004001700

54612311122細胞生物學一、細胞質(zhì)基質(zhì)的涵義主要成分：１）中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類２）細胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)主要特點：１）細胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系；在細胞基質(zhì)中，蛋白質(zhì)、分泌泡、細胞器固定在細胞質(zhì)基質(zhì)的某些部位，或沿細胞骨架定向運動。細胞質(zhì)基質(zhì)是蛋白質(zhì)與脂質(zhì)合成場所。

２）通過弱鍵而相互作用處于動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系多數(shù)蛋白質(zhì)結(jié)合在微絲上，這種特異性的結(jié)合與細胞生理狀態(tài)，組織的發(fā)育，細胞分化程度有關(guān)mRNA在細胞中區(qū)域性分布，對子代個體胚胎發(fā)育早期的細胞分化起著重要的作用。細胞生物學胞質(zhì)溶膠

用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質(zhì)膜等細胞器或細胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學家多稱之為胞質(zhì)溶膠。

細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)包含由微管、微絲和中間纖維等在內(nèi)的除細胞器以外的所有物質(zhì)。其中蛋白質(zhì)和其他分子以凝聚狀態(tài)或暫時的凝聚狀態(tài)存在，與周圍溶液的分子處于動態(tài)平衡。包括作為細胞質(zhì)基質(zhì)主要成分的多種酶和代謝中間產(chǎn)物，以及呈溶解狀態(tài)存在的微管蛋白。細胞生物學Paine用乳膠小球?qū)嶒炞C明，能夠滲入小球中的多肽只占所檢測多肽總量的20%，80%的多肽結(jié)合在細胞質(zhì)基質(zhì)上。細胞生物學二、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能（一）細胞質(zhì)基質(zhì)在物質(zhì)代謝中起重要作用許多中間代謝過程都在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行，如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑、糖原的合成與部分分解過程等等。蛋白質(zhì)的合成與脂肪酸的合成也在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行。細胞信號轉(zhuǎn)導是細胞代謝及細胞增殖、分化、衰老和凋亡的基本調(diào)控途徑。蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)基質(zhì)中分選及其轉(zhuǎn)運機制的研究

細胞生物學（二）與細胞質(zhì)骨架相關(guān)的。細胞質(zhì)骨架作為細胞質(zhì)基質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)成分，不僅與維持細胞的形態(tài)、細胞的運動、細胞內(nèi)的物質(zhì)運輸及能量傳遞有關(guān)，而且也是細胞質(zhì)基質(zhì)結(jié)構(gòu)體系的組織者，為細胞質(zhì)基質(zhì)中其他成分和細胞器提供錨定位點。一個直徑為16μm的細胞，其細胞骨架的表面積可達50×103～100×103μm2而相同直徑的球形細胞的表面積僅有0.8×103μm2。這樣大的表面積不僅限制了水分子的運動，而且把蛋白質(zhì)、mRNA等生物大分子固定在特定的位點，在細胞質(zhì)基質(zhì)中形成了更為精細的區(qū)域，使復雜的代謝反應(yīng)高效而有序地進行，其功能在某種程度上類似于細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)，使細胞有了細胞核與細胞質(zhì)及各種膜圍繞的細胞器的區(qū)分。細胞生物學（三）細胞質(zhì)基質(zhì)在蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解等方面也起著重要作用。

1．蛋白質(zhì)的修飾

2．控制蛋白質(zhì)的壽命

3．降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)

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

細胞生物學⒈蛋白質(zhì)修飾(1)輔酶或輔基與酶的共價結(jié)合。(2)磷酸化與去磷酸化：調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的生物活性。(3)糖基化。把N-乙酰葡萄糖胺分子加到蛋白質(zhì)的絲氨酸殘基的羥基上(4)對某些蛋白質(zhì)的N端進行甲基化修飾。(5)?；?。細胞生物學2．控制蛋白質(zhì)的壽命在蛋白質(zhì)分子的氨酸序列有決定蛋白質(zhì)壽命的信號。若N端的第一個氨基酸是Met(甲硫氨酸)、Ser(絲氨酸)、Thr(蘇氨酸)、Ala(丙氨酸)、Val(纈氨酸)、Cys(半胱氨酸)、Gly(甘氨酸)或Pro(脯氨酸)，則蛋白質(zhì)是穩(wěn)定的；如是其他12種氨基酸之一，則是不穩(wěn)定的。真核細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)中，是依賴于泛素的降解途徑。細胞生物學⒊降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)細胞生物學⒋幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象

這一功能主要靠熱休克蛋白(heatshockprotein，Hsp或稱stress-responseprotein)來完成。DNA序列分析表明，熱休克蛋白有主要3個家族（分子量為25、70、90），每一家族中都有由不同基因編碼的數(shù)種蛋白成員。有的基因在正常條件下表達，有些則在溫度增高或其他異常情況下大量表達，以保護細胞，減少異常環(huán)境的損傷。在正常細胞中，熱休克蛋白選擇性地與畸形蛋白質(zhì)結(jié)合形成聚合物，利用水解ATP釋放的能量使聚集的蛋白質(zhì)溶解，并進一步折疊成正確構(gòu)象的蛋白質(zhì)。細胞生物學第二節(jié)細胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能內(nèi)膜系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上相關(guān)的內(nèi)膜形成的細胞結(jié)構(gòu)稱為細胞內(nèi)膜系統(tǒng)，如核被膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等。研究方法：電鏡技術(shù)，免疫標記，放射自顯影，離心技術(shù)，遺傳突變體分析技術(shù)。細胞生物學一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能由KR.Porter、A.Claude和EF.Fullam等人于1945年發(fā)現(xiàn)，他們在觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞時，發(fā)現(xiàn)細胞質(zhì)內(nèi)部具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，建議叫做內(nèi)質(zhì)網(wǎng)endoplasmicreticulum，ER，后來發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不僅僅存在于細胞的“內(nèi)質(zhì)”部，通常還有質(zhì)膜和核膜相連，并且與高爾基體關(guān)系密切，并且常伴有許多線粒體。細胞生物學內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細胞重要的細胞器。它由封閉的膜系統(tǒng)及其圍成的腔形成互相溝通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常占細胞膜系統(tǒng)的一半左右，體積約占細胞總體積的10％以上。在不同類型的細胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的數(shù)量、類型與形態(tài)差異很大。同一細胞在不同發(fā)育階段和不同的生理狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與功能也發(fā)生明顯變化。細胞生物學（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型粗面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum，RER）：RER呈扁平囊狀，排列整齊，膜圍成的空間稱為ER腔（lumen），膜外有核糖體附著。光面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum，SER）：SER呈分支管狀或小泡狀，無核糖體附著。肌肉細胞中的肌質(zhì)網(wǎng)是一種特化的SER，稱為肌質(zhì)網(wǎng)，可貯存Ca2+，引起肌肉收縮。細胞生物學（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)與脂質(zhì)合成的基地，幾乎全部的脂質(zhì)和多種重要的蛋白質(zhì)都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的。蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)移脂質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的修飾與加工新生多肽的折疊與裝配其他功能細胞生物學１、蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)移細胞生物學蛋白質(zhì)合成步驟

細胞生物學1)向細胞外分泌的蛋白質(zhì)2）膜的整合蛋白3）構(gòu)成細胞器中的駐留蛋白細胞生物學2．脂質(zhì)的合成ER膜能合成幾乎所有細胞膜需要的脂類，包括磷脂和固醇。主要的磷脂是磷脂酰膽堿（卵磷脂），其他幾種主要的膜磷脂：磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰絲氨酸(PS)及磷脂酰肌醇(PI)都是以這種方式合成的。細胞生物學在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成的磷脂幾分鐘后就由細胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面；其轉(zhuǎn)位速度比自然轉(zhuǎn)位速度高105倍，可能是借助一種磷脂轉(zhuǎn)位因子(phospholipidtranslocator)或稱轉(zhuǎn)位酶(flippase)的幫助來完成的。這種因子對含膽堿的磷脂要比對含絲氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂轉(zhuǎn)位能力強。細胞生物學細胞生物學合成的磷脂由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向其他膜的轉(zhuǎn)運主要有兩種方式：一種是以出芽的方式轉(zhuǎn)運到高爾基體、溶酶體和細胞膜上；另一種方式是憑借水溶性的載體蛋白，稱為磷脂轉(zhuǎn)換蛋白在膜之間轉(zhuǎn)移磷脂，將磷脂從ER運輸?shù)骄€粒體、葉綠體和過氧化物酶。磷脂轉(zhuǎn)換蛋白在膜之間轉(zhuǎn)移磷脂，細胞生物學３、蛋白質(zhì)的修飾與加工

包括糖基化、羥基化、?；⒍蜴I形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化的作用是：①使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質(zhì)傳導信號的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。細胞生物學糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：O-連接的糖基化（O-linkedglycosylation）：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進行O-連接的糖基化。N-連接的糖基化（N-linkedglycosylation）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。細胞生物學４、新生多肽連的折疊與裝配已轉(zhuǎn)移到ER腔內(nèi)的多肽鏈在ER腔里進行折疊和組裝。在ER腔內(nèi)有許多蛋白質(zhì)是去其目的地的途中，暫時經(jīng)過的；同時ER腔內(nèi)也有高濃度的駐留蛋白，因為它含有ER保留信號，即在蛋白質(zhì)的C端有4個氨基酸（-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-)負責保留蛋白在ER腔中。如果這種ER保留信號用遺傳工程方法去除了，則這些蛋白就被分泌出去；如果這信號被轉(zhuǎn)移到分泌蛋白，這種蛋白便保留在ER腔中，ER駐留蛋白中。細胞生物學●Bip蛋白∶

Bip是一類分子伴侶是重鏈結(jié)合蛋白的簡稱(heavy-chainbindingprotein)●BiPisthoughttobindtotheunfoldedpolypeptidechainasitcrossesthemembraneandthenmediatesproteinfoldingandtheassemblyofmultisubunitproteinswithintheER細胞生物學５、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)其他功能細胞生物學Ca2+離子濃度的調(diào)節(jié)作用：肌質(zhì)網(wǎng)是細胞內(nèi)特化的細胞器，是儲存Ca2+的細胞器，其上有Ca2+-ATP酶。細胞生物學（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達的調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的合成、加工、折疊、組裝、轉(zhuǎn)運及向高爾基體轉(zhuǎn)運的復雜過程顯然是需要有一個精確調(diào)控的過程。

影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

細胞核信號轉(zhuǎn)導的三種因素：

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊蛋白的超量積累。

折疊好的膜蛋白的超量積累。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上膜脂成份的變化——主要是固醇缺乏不同的信號轉(zhuǎn)導途徑，最終調(diào)節(jié)細胞核內(nèi)特異基因表達。細胞生物學最早發(fā)現(xiàn)于1855年，1898年，Golgi用銀染法在貓頭鷹的神經(jīng)細胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。20世紀50年代以后才正確認識它的存在和結(jié)構(gòu)。二、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能細胞生物學（一）高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與極性是由數(shù)個扁平囊泡堆在一起形成的高度有極性的細胞器。常分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細胞膜之間，呈弓形或半球形，凸出的一面對著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為形成面（formingface）或順面（cisface）。凹進的一面對著質(zhì)膜稱為成熟面（matureface）或反面（transface）。順面和反面都有一些或大或小的運輸小泡，在具有極性的細胞中，高爾基體常大量分布于分泌端的細胞質(zhì)中。細胞生物學高爾基體各部分膜囊具有不同的細胞化學反應(yīng)：①嗜鋨反應(yīng)，經(jīng)鋨酸浸染后，高爾基體的cis面膜囊被特異地染色；②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)的細胞化學反應(yīng)，可特異地顯示高爾基體的trans面的1～2層膜囊；③煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的細胞化學反應(yīng)，是高爾基體中間幾層扁平囊的標志反應(yīng)；④胞嘧啶單核苷酸酶(CMP酶)的細胞化學反應(yīng)，常?？娠@示靠近trans面上的一些膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)，CMP酶也是溶酶體的標志酶，溶酶體就是在此處分泌產(chǎn)生的。細胞生物學1.高爾基體順面膜囊(cisGolgi)或順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(cisGolginetwork，CGN)位于高爾基體順面最外側(cè)的扁平膜囊，又稱cis膜囊，是中間多孔而呈連續(xù)分支的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。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，小部分蛋白質(zhì)與脂質(zhì)再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（KDELorHDEL）。CGN區(qū)域參與蛋白絲氨酸殘基的O-連接糖基化；跨膜蛋白在細胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的酰基化等。細胞生物學細胞生物學2．高爾基體中間膜囊(medialGolgi)由扁平囊與管道組成，形成不同間隔，但功能上是連續(xù)的、完整的膜囊體系。多數(shù)糖基化修飾、糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的多糖的合成都發(fā)生在中間膜囊中。扁平膜囊特殊的形態(tài)使其具有很大的膜表面，從而大大增加了進行糖的合成與修飾的有效面積。細胞生物學3．高爾基體反面的膜囊(transGolgi)以及反面高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(trahsGolginetwork，TGN)TGN位于反面的最外層，與反面的扁平膜囊相連，另一側(cè)伸入反面的細胞質(zhì)中，形態(tài)呈管網(wǎng)狀，并有囊泡與之相連。TGN的主要功能是參與蛋白質(zhì)的分類與包裝，最后從高爾基體中輸出，某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾也發(fā)生在TGN中。TGN在蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運過程中還起到“瓣膜”的作用，保證這些物質(zhì)向單方向轉(zhuǎn)運。細胞生物學4.高爾基體的周圍大小不等的囊泡順面一側(cè)的囊泡可能是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間的物質(zhì)運輸小泡，稱之為ERGIC（endoplasmicreticulum-Golgiintermediatecompartment）高爾基體的反面一側(cè)可以見到體積較大的分泌泡與分泌顆粒，將經(jīng)過高爾基體分類與包裝的物質(zhì)運送到細胞特定的部位。細胞生物學（二）高爾基體的功能１、高爾基體與細胞的分泌活動１）３H標記胰腺腺泡細胞：３min在ER，20min在G，120min位于分泌泡并在頂端釋放。細胞生物學N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶，N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶２）溶酶體酶的分選：M6P

反面膜囊M6P受體細胞生物學３）蛋白質(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運的信息僅存在于編碼該蛋白質(zhì)的基因本身流感病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運

上皮細胞游離端的質(zhì)膜水泡性口炎病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運

上皮細胞基底面的質(zhì)膜水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)的雙酸分選信號Asp-X-Gln或DXE）起重要的作用細胞生物學１）蛋白質(zhì)糖基化的特點及其生物學意義為各種蛋白質(zhì)打上不同的標志，影響多肽的構(gòu)象，影響合成多肽的去留。糖基化增強糖蛋白的穩(wěn)定性。多羥基糖側(cè)鏈影響蛋白質(zhì)的水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)。對多數(shù)分選的蛋白質(zhì)來說，糖基化并非作為蛋白質(zhì)的分選信號。2、蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾細胞生物學２）蛋白質(zhì)糖基化類型細胞生物學所有成熟的N-連接的寡糖鏈都含有兩個N-乙酰葡萄糖胺和3個甘露糖殘基。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征又可分為：高甘露糖N-連接寡糖(highmannoseN-linkedoligosaccharide)、復雜的N-連接寡糖(complexN-linkedoligosaccharide)。細胞生物學O-連接、復雜的N-連接糖基一個共同的特點是：最后一步加上唾液酸殘基，反應(yīng)都發(fā)生在高爾基器反面膜囊和TGN中。高爾基器功能區(qū)隔化：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中所有與糖基化及寡糖的加工有關(guān)的酶都是整合膜蛋白。它們固定在細胞的不同間隔中，其活性部位均位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體的腔面；在不同的間隔中，膜上的載體蛋白也有所不同，不同的間隔完成不同的功能。細胞生物學３）蛋白聚糖(proteoglycan)在高爾基體中裝配蛋白聚糖是由一個或多個糖胺聚糖(glycosaminoglycans)結(jié)合到核心蛋白的絲氨酸殘基上。與一般O-連接寡糖不同，它直接與絲氨酸羥基結(jié)合的不是N-乙酰半乳糖胺而是木糖(xylose)。蛋白聚糖多為胞外基質(zhì)的成分，有些也整合在細胞膜上，很多上皮細胞分泌的保護性粘液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。細胞生物學植物細胞分泌的細胞壁的多糖類成分——纖維素果膠是高爾基器合成的分泌產(chǎn)物。動物細胞如軟骨細胞分泌的粘多糖和糖蛋白在高爾基器中合成的，其中硫酸軟骨素的硫酸基團是在高爾基器的扁囊內(nèi)加到糖蛋白的糖鏈部分的。細胞生物學3.蛋白酶的水解和其他加工過程

有些多肽，需在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中切除信號肽后才能成為有活性的成熟多肽。還有很多肽激素和神經(jīng)多肽(neuropeptides)需經(jīng)特異性地水解(常常發(fā)生在與一對堿性氨基酸相鄰的肽鍵上)才成為有生物活性的多肽。細胞生物學（1)比較簡單的形式是沒有生物活性的蛋白原(proprotein)進入高爾基體后，將蛋白原N端或兩端的序列切除形成成熟的多肽。如胰島素。細胞生物學(2)有些蛋白質(zhì)分子在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成時便是含有多個相同氨基酸序列的前體，然后在高爾基體中水解成同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽等。(3)某些蛋白分子的前體中含有不同的信號序列，最后加工成不同的產(chǎn)物；有些情況下，同一種蛋白質(zhì)前體在不同的細胞中可能以不同的方式加工而產(chǎn)生不同種的多肽，這樣大大增加了細胞信號分子的多樣性。（4）硫酸化作用也在高爾基體中進行，硫酸化的蛋白質(zhì)主要是蛋白聚糖。細胞生物學加工方式多樣性的可能原因：

確保小肽分子的有效合成；

彌補缺少包裝并轉(zhuǎn)運到分泌泡中的必要信號；

有效地防止這些活性物質(zhì)在合成它的細胞內(nèi)起作用。細胞生物學用差速離心方法分析細胞組分1955，C.deDuve與B.Novikoff年首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（lysosome）。溶酶體是由一層單位膜包裹多種酸性水解酶的囊泡狀細胞器具有異質(zhì)性，形態(tài)大小及內(nèi)含的水解酶種類都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是標志酶。三、溶酶體的形態(tài)與功能細胞生物學（一）溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型溶酶體的形態(tài)大小差異較大，直徑一般在0.2~0.8μm，最小的為0.05μm，最大的達幾微米。到目前已發(fā)現(xiàn)約有60余種酸性水解酶存在于其中。概括起來包括：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等。這些酶在酸性溶液內(nèi)能分解重要的生物化合物——蛋白質(zhì)、核酸、多糖及脂類。細胞生物學溶酶體是一種異質(zhì)性（heterogenous)細胞器，根據(jù)其所處的完成其生理功能的不同階段，大致可分為初級溶酶體、次級溶酶體和殘余體。溶酶體膜在成分上與其他生物膜有不同。①在溶酶體膜上嵌有質(zhì)子泵(protopump)依賴ATP水解放出能量將H+泵入溶酶體內(nèi)以維持其內(nèi)腔的酸性pH；②具有多種載體蛋白用于水解的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運；③構(gòu)成溶酶體膜的蛋白質(zhì)高度糖基化，可保護膜免受溶酶體內(nèi)蛋白酶的消化。細胞生物學初級溶酶體是指溶酶體中只含有酶,不含底物。即高爾基復合體成熟面上形成的新生溶酶體，所以又稱原溶酶體或非活動性溶酶體。由于這種溶酶體的基質(zhì)均勻致密,也稱之為致密體

細胞生物學次級溶酶體是指初級溶酶體與底物結(jié)合的溶酶體，又稱活動性溶酶體。細胞生物學（二）溶酶體的功能溶酶體的主要作用是消化，是細胞內(nèi)的消化器官，細胞自溶，防御以及對某些物質(zhì)的利用均與溶酶體的消化作用有關(guān)。細胞生物學1．自體吞噬作用——清除無用的生物大分子、衰老的細胞器及衰老損傷和死亡的細胞。溶酶體起著“清道夫”的作用。當溶酶體缺失或產(chǎn)生溶酶體酶和某些代謝環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時，上述物質(zhì)不能被水解而積留在溶酶體中，結(jié)果細胞成分與結(jié)構(gòu)得不到更新，直接影響細胞的代謝，引起疾病。如臺-薩氏病，由于溶酶體中缺少β–氨基已糖酯酶A，神經(jīng)細胞中的神經(jīng)節(jié)苷脂GM2不能被溶酶體水解而積累在細胞內(nèi)，特別是腦細胞，造成精神呆滯。細胞生物學2．內(nèi)吞作用——為細胞提供營養(yǎng)、防御功能作為細胞內(nèi)的消化“器官”為細胞提供營養(yǎng)，如降解內(nèi)吞的血清脂蛋白，獲得膽固醇等營養(yǎng)成分。防御功能是某些細胞特有的功能，它可以識別并吞噬入侵的病毒或細菌，在溶酶體作用下將其殺死并進一步降解。動物細胞中有幾種吞噬細胞(phagocyte)常常位于肝、脾和其他血管通道中，用以清除形成抗原抗體復合物的有機體顆粒及吞噬的細菌、病毒等入侵者。同時也不斷清除衰老死亡的細胞和血管中顆粒物質(zhì)。當機體被感染后，單核細胞移至感染或發(fā)炎的部位．分化成巨噬細胞，巨噬細胞中溶酶體非常豐富，并含有過氧化氫、超氧物(O2-)等與溶酶體酶等共同作用殺死細菌。細胞生物學3．自溶作用———其他重要的生理功能(1)在分泌腺細胞中，溶酶體常常含有攝入的分泌顆粒，可能參與分泌過程的調(diào)節(jié)。甲狀腺球蛋白形成甲狀腺素，發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能。(2)通過自溶作用，引起細胞自身的溶解、死亡，整個程序性死亡細胞被周圍活細胞釋放的酶所消化，如兩棲類發(fā)育過程中蝌蚪尾巴的退化，昆蟲變態(tài)幼蟲組織的消失。細胞生物學（三）溶酶體的發(fā)生細胞生物學（四）過氧化物酶體與溶酶體過氧化物酶體(peroxisome)，又稱微體(microbody)，是單層膜圍繞的、內(nèi)含一種或幾種氧化酶類的細胞器。過氧化物酶體是一種異質(zhì)性（在同一有機體不同細胞中可含有不同組的酶）的、多功能（含有50余種酶，具有不同的活性）的細胞器，不同生物的細胞中，甚至單細胞生物的不同個體中所含酶的種類及其行使的功能都有所不同。

細胞生物學1．過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別細胞生物學2．過氧化物酶體的功能共同特點是內(nèi)含一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶和過氧化氫酶（標志酶）。

各類氧化酶的共性是將底物氧化后，生成過氧化氫。RH2+O2→R+H2O2

過氧化氫酶又可以利用過氧化氫，將其它底物（如醛、醇、酚）氧化。R′H2+H2O2→R′+2H2O

此外，當細胞中的H2O2過剩時，過氧化氫酶亦可催化以下反應(yīng)：2H2O2→2H2O+O2細胞生物學3．過氧化物酶體的發(fā)生過氧化物酶體膜包括特異的輸入受體蛋白，所有過氧化物酶體蛋白，包括輸入受體的新拷貝都是在胞液的核蛋白體上合成的，然后輸入到細胞器。新合成的蛋白在信號肽的指導下進入過氧化物酶體。已發(fā)現(xiàn)的過氧化物酶體蛋白分選信號序列（peroxiso-maltargetingsingal,PTS)為：PST1(-Ser-Lys-Leu-)存在于基質(zhì)蛋白的C端；PTS2（Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu-）存在于N端的前20~30個氨基酸序列中。細胞生物學絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)均在細胞質(zhì)基質(zhì)中的核糖體上開始合成，然后轉(zhuǎn)運至細胞的特定部位，也只有轉(zhuǎn)運至正確的部位并裝配成結(jié)構(gòu)與功能的復合體，才能參與細胞的生命活動。這一過程稱蛋白質(zhì)的定向轉(zhuǎn)運(proteintargeting)或分選(proteinsorting)。第三節(jié)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸細胞生物學一、信號假說如蛋白質(zhì)分選信號（1）研究過程●1960s,GeorgePalade示蹤技術(shù)研究培養(yǎng)細胞中蛋白質(zhì)的分泌●Redman和Sabatini用分離的RER小泡研究膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)去向●1971年美國洛克菲勒大學的Blobel等提出了信號序列(signalsequence)的概念。細胞生物學1975年，Blobel等正式提出了信號假說,要點是:◆合成始于游離核糖體;◆N端信號序列靠自由碰撞與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜接觸,然后插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜;◆蛋白質(zhì)以袢環(huán)形式穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜;◆蛋白的存在方式:●若信號序列被信號肽酶切除:完全進入腔●若是停止轉(zhuǎn)移信號:膜蛋白

細胞生物學信號肽（signalpeptide）：是引導新合成肽鏈轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一段多肽，位于新合成肽鏈的N端，一般16~30個氨基酸殘基，含有6-15個帶正電荷的非極性氨基酸，由于信號肽又是引導肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的一段序列，又稱開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）。細胞生物學信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP），由6種結(jié)構(gòu)不同的多肽組成，結(jié)合一個7SRNA，分子量325KD，屬于一種核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP與信號序列結(jié)合，導致蛋白質(zhì)合成暫停。●三個功能域:▲翻譯暫停結(jié)構(gòu)域(P9/P14)▲信號肽識別結(jié)合位點(P54)▲SRP受體蛋白結(jié)合位點(P68/P72)。細胞生物學Dockingprotein,DPSRP受體（SPRreceptor），是膜的整合蛋白，為異二聚體蛋白由親水的α亞基,疏水的β亞基，存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，可與SRP特異結(jié)合。轉(zhuǎn)位因子（translocator），由3-4個Sec61蛋白復合體構(gòu)成的一個類似炸面圈的結(jié)構(gòu)，每個Sec61蛋白由三條肽鏈組成。細胞生物學體外實驗證明SRP顆粒、SRP受體的作用細胞生物學（２）Signalhypothesis細胞生物學SRP-DP識別的GDP-GTP交換循環(huán)細胞生物學（3）Orientationofmenbraneproteins細胞生物學粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)有兩類：分泌蛋白和膜蛋白。分泌蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成后通過對信號的切除，釋放到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔中成為可溶性蛋白，以分泌泡的方式釋放。膜蛋白以共翻譯轉(zhuǎn)運的方式釋放。首先它要靠疏水區(qū)滯留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上。另外膜蛋白分單次跨膜和多次跨膜。還有膜蛋白在膜上的定向，即羧基端和氨基端位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，還是同一側(cè)。細胞生物學起始轉(zhuǎn)移信號(starttransfersignal)蛋白質(zhì)氨基末端的信號序列除了作為信號被SRP識別外，還具有起始穿膜的作用。在蛋白質(zhì)共翻譯轉(zhuǎn)運過程中，信號序列的N端始終朝向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的外側(cè)，插入蛋白轉(zhuǎn)運通道后與通道內(nèi)的信號序列結(jié)合位點結(jié)合。其后的肽序列以袢環(huán)的形式通過轉(zhuǎn)運通道，如N端的起始轉(zhuǎn)移信號是可切除的序列，則為分泌蛋白。細胞生物學內(nèi)部信號序列(internalsignalsequence)(internalnoncleavablesignalsequences)具有疏水性，不位于N端，不可切除，如只含有一個內(nèi)部信號序列，則形成單次跨膜蛋白。細胞生物學終止轉(zhuǎn)移序列(stoptransfersequence)存在與新生肽連中使肽連終止轉(zhuǎn)移的一段信號序列，可導致蛋白質(zhì)錨定在膜的脂雙層中。因終止轉(zhuǎn)移信號作用而形成單次跨膜的蛋白質(zhì)，那么該蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)上只有一個終止轉(zhuǎn)移信號序列，沒有內(nèi)部轉(zhuǎn)移信號，但在N端有一個信號序列作為起始轉(zhuǎn)移信號。細胞生物學二次與多次跨膜蛋白細胞生物學多個起始與終止跨膜信號細胞生物學二、蛋白質(zhì)分選的基本途徑和類型蛋白質(zhì)的分選大體可分兩條途徑：①細胞質(zhì)基質(zhì)中完成多肽鏈的合成，然后轉(zhuǎn)運至膜圍繞的細胞器，如線粒體(或葉綠體)、過氧化物酶體、細胞核及細胞質(zhì)基質(zhì)的特定部位，最近發(fā)現(xiàn)有些還可轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中；②蛋白質(zhì)合成起始后轉(zhuǎn)移至糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，新生肽邊合成邊轉(zhuǎn)入糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，隨后經(jīng)高爾基體運至溶酶體、細胞膜或分泌到細胞外，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體本身的蛋白成分的分選也是通過這一途徑完成的。細胞生物學

跨膜運輸（transmembranetransport）；

膜泡運輸（vesiculartransport）；

門控運輸（gatedtransport）；

細胞質(zhì)基質(zhì)中的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運；細胞生物學信號功能

舉例蛋白進入ER

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滯留在ER中

-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白進入線粒體

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-進入細胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-

進入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-分選信號細胞生物學三．膜泡運輸膜泡運輸是蛋白運輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細胞中。在轉(zhuǎn)運過程中不僅涉及蛋白本身的修飾、加工和組裝，還