Cell biology细胞生物学第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输细胞内被膜区分类：细胞质基质、细胞内膜系统、有膜包被的细胞器第一节细胞质基质的含义和功能一、细胞质基质的含义（1）含义：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质主要含有：（1）与代谢有关的许多酶（2）与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构细胞质基质是一个高度有序的体系，细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的功能。

细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等相互联系形成的结构体系，蛋白质和其他分子以凝聚或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡。

差速离心获得的胞质溶胶的组分和细胞质基质溶液成分很大不同。

胞质溶胶中的多数蛋白质可能通过弱键结合在基质的骨架纤维上。

二、细胞质基质的功能（1）蛋白质分选和转运N端有信号序列的蛋白质合成之后转移到内质网上，通过膜泡运输的方式再转运到高尔基体。

其他蛋白质的合成都在细胞质基质完成，并根据自身信号转运到线粒体、叶绿体、细胞核中，也有些蛋白驻留在细胞质基质中。

（2）锚定细胞质骨架（3）蛋白的修饰、选择性降解1 蛋白质的修饰辅基、辅酶与蛋白的结合磷酸化和去磷酸化糖基化N端甲基化（防止水解）酰基化2 控制蛋白质寿命N端第一个氨基酸残基决定寿命细胞质基质能够识别N端不稳定的氨基酸信号将其降解，依赖于泛素降解途径3 降解变性和错误折叠的蛋白质4 修复变性和错误折叠的蛋白热休克蛋白的作用第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构。

研究方法：电镜技术免疫标记和放射自显影离心技术和遗传突变体分析一、内质网的形态结构和功能内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成的互相沟通的三维网络结构。

（一）内质网的两种基本类型糙面内质网和光面内质网。

糙面内质网：扁囊状整齐附着有大量核糖体功能：合成分泌性蛋白和膜蛋白光面内质网：分支管状，小功能：脂质合成，出芽位点部分细胞合成固醇类激素糙面内质网有20多种和光面内质网不同的蛋白，说明有特殊装置隔开两种内质网的组分。

光面内质网与高尔基体关系密切。

糙面内质网与线粒体紧密相依。

内质网分布与微管走向一致，驱动蛋白与内质网结合。

内质网可能一端固定在核膜上，另一端在驱动蛋白的牵引下沿微管向外延伸形成网络结构。

(二)内质网的功能1 蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能（1）向细胞外分泌的蛋白质（2）膜的整合蛋白（3）构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白（4）和高尔基体配合对蛋白进行修饰和加工2 光面内质网是脂质合成的重要场所内质网合成构成几乎全部的膜脂。

合成磷脂的酶都在内质网膜上，活性部位在基质侧。

合成的磷脂几分钟后就转位到内质网腔面，可能借助磷脂转位因子或者转位酶。

合成的磷脂向外转运的两种方式：出芽凭借PEP蛋白形成水溶性复合物在膜之间转运3 蛋白质的修饰与加工在内质网腔，糖基转移酶将寡糖链转移到Asn残基上成为N-连接糖基化，与Asn直接结合的糖食N-乙酰葡糖胺（O-连接的糖基化发生在高尔基体中，修饰发生在Ser/Thr 羟赖氨酸和羟脯氨酸上，直接连接的糖是N-乙酰半乳糖胺）4 新生多肽的折叠和组装畸形肽链被识别后通过Sec61p复合体从ER转运到细胞质基质，通过泛素途径被蛋白酶体降解PDI（蛋白二硫键异构酶）切断二硫键，帮助折叠Bip 识别不正确折叠的蛋白，促进重新折叠，Hsp70家族成员PDI和Bip都有KDEL货HDEL信号保证它们滞留在内质网中维持高浓度5 内质网的其他功能光面内质网：解毒肌质网（特殊的光面内质网）：储存钙，在接受冲动刺激后释放钙引起肌肉收缩（三）内质网与基因表达调控三种从内质网到细胞核的转导途径：（1）内质网腔未折叠蛋白的超量积累（2）折叠好的蛋白的超量积累（3）内质网膜上膜脂成分的变化二、高尔基体的形态结构和功能（一）高尔基体的形态结构与极性特征结构：堆叠在一起的排列整齐的扁平膜囊，有极性。

靠近细胞核的一面是凸面形成面和顺面，考级质膜的一面是凹面、成熟面和反面。

电镜染色的标识酶：顺面：嗜锇反应反面：CMP酶TPP酶中间膜囊：甘露糖酶NADP酶GERL：CMP和酸性磷酸酶染色，在高尔基体一侧的结构高尔基体的精细结构1 高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，cis膜囊，管网结构。

顺面高尔基体管网状结构，CGN，比高尔基体其他部位略薄，与内质网厚度相近。

接受来自内质网物质并转运入高尔基体中间膜囊。

具有KDEL(HDEL)序列。

可能有O-链接糖基化等其他生物活性。

2 高尔基体中间膜囊功能：糖基修饰糖脂形成与高尔基体有关的多糖合成3 高尔基体反面膜囊及反面高尔基体管网状结构TGNpH比其他部位低CMP阳性反应的TGN就是GERL区域功能：分类包装蛋白，最后从高尔基体输出。

晚期蛋白修饰。

高尔基体周围有许多囊泡。

顺面一侧囊泡可能是ER-Golgi运输泡，叫作ERGIC或者VTCs高尔基体与细胞骨架关系密切，在没有极性的细胞中，高尔基体分布在微管组织中心处。

在高尔基体膜囊上有微丝依赖和微管依赖的马达蛋白。

（二）高尔基体的功能将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类和包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。

高尔基体是糖类合成的工厂。

1 高尔基体与细胞的分泌活动分泌性蛋白、膜蛋白、溶酶体酶和胞外基质成分都通过高尔基体完成定向转运。

比如：溶酶体酶在内质网合成时发生N-连接糖基化，在高尔基体中寡糖链中甘露糖残基发生磷酸化形成M6P。

高尔基体trans面上有M6P受体，溶酶体酶与受体亲和起到局部浓缩的作用。

但糖链的修饰并不是高尔基体蛋白分选的唯一途径。

肝细胞中有不依赖M6P修饰的另一种分选途径。

2 蛋白质的糖基化及其修饰糖基化的作用：给蛋白质打上标记，利于高尔基体分类和包装帮助蛋白折叠，增加糖蛋白稳定性限制其他大分子接近膜蛋白N连接和O连接寡糖比较N-连接O-连接合成部位rER/Golgi Golgi合成方式来自同一寡糖前体一个一个单糖加上去氨基酸残基Asn Ser/Thr 羟脯/赖糖残基N-乙酰葡糖胺N-乙酰半乳糖胺蛋白聚糖也在高尔基体中合成，它是糖胺聚糖结合到核心蛋白的丝氨酸残基上，与丝氨酸羟基结合的是木糖。

是胞外基质成分。

高尔基体参与植物细胞壁形成。

3 蛋白酶的水解和其他加工过程蛋白在高尔基体酶解加工方式（1）蛋白原进入高尔基体，切除N端或两端序列形成成熟多肽（2）有些蛋白在合成时就是含有多个相同氨基酸序列的前体，在高尔基体中水解成同种有活性的多肽（3）蛋白质分子的前体中有不同的信号序列，最后加工成不同的产物。

不同的多肽采取不同的加工方式的原因：1 有些分子太小2 缺少包装并转运到分泌泡中的信号3 防止这些活性物质在合成它的部位其作用硫酸化作用也在高尔基体中进行。

硫酸化蛋白质是蛋白聚糖。

三、溶酶体的形态结构和功能（一）溶酶体的形态结构与类型基本功能：对生物大分子的强烈的消化作用分类：初级溶酶体、次级溶酶体、残余体初级溶酶体：球形，内容物均一，含有多种水解酶。

膜成分特点：含有质子泵多种载体蛋白膜蛋白高度糖基化（防止自身降解）次级溶酶体：初级溶酶体与细胞的自噬泡或者异噬泡、胞饮泡或者吞噬泡融合形成的复合体。

分别成为自噬溶酶体和异噬溶酶体，都进行消化作用。

形态不规则，内部结构复杂。

残余体：消化后的小分子物质通过膜上载体蛋白运到细胞质基质中，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体。

残余体以类似于胞吐的方式排出细胞。

溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（二）溶酶体的功能3种途径：1 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器和衰老损伤和死亡的细胞2 防御功能，识别入侵的细菌和病毒，杀死并降解之3 其他功能（1）为细胞提供营养（2）摄入分泌颗粒调节分泌过程（3）蝌蚪尾巴退化、断奶后乳腺退化（4）精子顶体（三）溶酶体的发生溶酶体酶在高尔基体中被打上M6P标记（参加高尔基体的功能一节）。

在高尔基TGN中，含有多个M6P标记的溶酶体酶与M6P受体结合。

TGN上转移小泡将溶酶体酶运到前溶酶体中。

M6P受体穿梭于高尔基体和前溶酶体之间。

在高尔基的中性环境中，M6P受体和M6P结合。

在前溶酶体的酸性环境中，M6P受体与M6P分离，并返回高尔基体。

在前溶酶体中，溶酶体酶的M6P去磷酸化，进一步促使M6P受体与之彻底分离。

载有溶酶体酶的运输小跑从TGN出芽的过程需要网格蛋白的帮助。

细胞质膜上也有M6P的受体，可与胞外的溶酶体酶结合运送到前溶酶体。

溶酶体膜上的酶不必M6P化。

（四）溶酶体与过氧化物酶体1 过氧化物酶体与溶酶体的区别初级溶酶体过氧化物酶体形态大小0.2~0.5um 0.15-0.25um无酶晶体内含有酶的晶体酶种类：酸性水解酶氧化酶类pH : 5 7O2 不需要需要功能消化多功能发生rER，golgi出芽细胞质基质，组装标志酶：酸性水解酶过氧化氢酶2 过氧化物酶体的功能动物细胞：解毒降解大分子植物细胞：光呼吸参与乙醛酸循环（种子萌发）3 过氧化物酶体的发生分裂形成。

酶蛋白由细胞核编码，在细胞质基质中合成。

PTS 信号序列内质网参与过氧化物酶体的发生第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输一、信号假说与蛋白质分选信号信号假说：分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽引导下边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束前信号肽被切除。

共翻译转运过程：蛋白质首先在游离核糖体上合成，延伸到80氨基酸时，N端的信号序列暴露出核糖体，并与SRP结合，肽链延伸停止。

SRP与内质网膜上的SRP受体结合，这种结合受GTP和SRP与其受体结合的强化。

核糖体/新生肽与内质网上易位子结合，SRP脱离信号序列和核糖体，返回基质重复使用，肽链又开始延伸。

信号肽与易位子结合使孔道打开，信号肽穿入内质网膜并引导肽链以半环形式进入内质网腔，耗能。

同时，腔面上的信号肽酶切除信号肽。

肽链继续延伸至完成。

蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，易位子关闭。

信号肽可以认为是开始转移序列，也可能有停止转移序列。

信号序列，信号斑二、蛋白质分选的基本途径与类型两条途径：翻译后转运途径：在游离核糖体上完成合成，然后转运到膜围绕的细胞器。

共翻译转运途径：在游离核糖体上开始之后由信号肽引导转移到糙面内质网，新生肽边合成边转入rER中，再经Golgi加工包装、运送到特定部位。

高尔基体和内质网本身是走这一条途径的。

四种类型：1 蛋白质的跨膜转运在细胞质基质中合成的蛋白运送到内质网、线粒体、质体等细胞器。

N端导肽（线粒体、叶绿体）和C端内在引导信号（过氧化物酶体）。

在分子伴侣帮助下通过膜上输入装置。