• 在分泌腺细胞中，溶酶 体常常摄入分泌颗粒， 参与分泌过程的调节
• 程序性死亡后的细胞被 周围吞噬细胞溶酶体消 化清除
• 受精过程中的顶体反应
植物细胞液泡
细菌的哪部分结构 类似溶酶体？
（三）溶酶体的发生
溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER）
高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化
N-乙酰葡萄糖胺 磷酸转移酶
连成一个连续的网状膜系统，其内腔是通连的。 膜厚约5～6 nm。 内质网膜和外层核膜是连续的，内腔与两层核膜腔相通
连； 与质膜是不连续的。
（一）内质网的两种基本类型
• 糙面内质网（rER）
膜的外表面附有颗粒-----核糖体 (ribosome)，为蛋白 质合成的主要部位。
• 光面内质网（sER）
胰岛素原的加工
三、溶酶体
图 溶酶体的发现过程（酸性磷酸酶存在于膜结合小泡中） 左：造成膜泡破裂及酸性磷酸酶释放的条件
右：鼠肝线粒体分离组分置于低渗条件下检测的酸性磷酸酶活性曲线
（一）溶酶体的形态结构与类型
异质性细胞器 • 初级溶酶体 • 次级溶酶体 • 残质体
（一）溶酶体的形态结构与类型
• 溶酶体含有多种酸性水解酶类， 酶的最适pH 为5.0 左右
5. 内质网的其他功能 • 肝细胞的解毒作用
细胞色素P-450
5. 内质网的其他功能 • 肌质网储存和释放Ca2+
5. 内质网的其他功能
• 内质网上糖原的合成与 分解
• 固醇类激素的合成
（三）内质网应激及其信号调控
• 在各种应激因素（错误折 叠或未折叠蛋白质在ER 腔内聚集、Ca2+ 平衡紊乱、 缺氧、异常糖基化和病毒 感染等）作用下，主要通 过3 条途径引发内质网应 激（ERS）反应，影响特 定基因表达。如果内质网 功 能持续紊乱，细胞将 最终启动凋亡程序
• 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解
1. 蛋白质的修饰
• 辅酶或辅基与酶的共价 结合
• 磷酸化与去磷酸化 • 蛋白质糖基化作用 • 甲基化修饰 • 酰基化
2. 控制蛋白质的寿命
N 端第一个氨基酸残基是决定蛋白质寿命的信号
若N 端的第一个氨基酸是Met（甲硫氨酸）、Ser（丝氨酸）、 Thr（苏氨酸）、Ala（丙氨酸）、 Val（缬氨酸）、Cys（半胱氨 酸）、Gly（甘氨酸）或Pro（脯氨酸），则蛋白质往往是稳定的。
膜的表面没有附着核糖体 颗粒，光面内质网常为分支管
状，是脂质合成的重要场所。
◆ 特殊类型的内质网 ● 微粒体 (microsome) ● 肌质网 (sarcoplasmic reticulum)
糙面内质网与光面内质网结构
A. 胰腺外分泌细胞中发达的糙面内质网，内质网膜及外核膜上附有核糖体 B. 黄体细胞有丰富的光面内质网 C. Cos-7 细胞经双重荧光染色显示的内质网的分布：绿色显示两种形式的
M6P
磷酸葡萄糖苷酶 磷酸化识别信号：信号斑
高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）
溶酶体酶分选与局部浓缩
以出芽的方式转运到前溶酶体
溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化
GlcNAc-磷酸 转移酶识别溶 酶体酶信号斑
溶酶体酶从高尔基体TGN和细胞表面转运到溶酶体
溶酶体酶分选途径多样化
• 依赖于M6P 的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过 运输小泡直接分泌到细胞外
未折叠蛋白质应答反应（UPR）
SREBP 的胆固醇敏感调控
ERS 反应引发的细胞凋亡
Nature , 2006, 443, 796-802
二、高尔基体
• 1898 年，意大利医生Camillo Golgi 用镀银法首次在神经细 胞内观察到一种网状结构， 命 名为内网器（internal reticular apparatus）。后来在很多细 胞中相继发现了类似的结构并 称之为高尔基体。直到20世纪 50 年代以后随着电子显微镜技 术的应用和超薄切片技术的发 展，才确证了高尔基体的存在
第六章 细胞质基质与内膜系统
真核细胞内区室化
第一节 细胞质基质及其功能
一、细胞质基质的含义
• 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，占据着细胞膜内、细胞核 外的细胞内空间，称细胞质基 质（cytoplasmic matrix）
• 生物化学家多称之为胞质溶胶 （cytosol）
Camillo Golgi
（一）高尔基体的形态结构与极性
高尔基体是一种有极性的细胞器
高尔基体的４种标志细胞化学反应
• 嗜锇反应（顺面膜囊） • 焦磷酸硫胺素酶（TPP 酶）反应（反面的1～2 层膜囊） • 胞嘧啶单核苷酸酶（CMP 酶）和酸性磷酸酶反应（反面膜
囊状和反面管 网结构） • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）反应（中间几层）
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径（ubiquitin-and proteasomemediated pathway）
2004 年诺贝尔化学奖
• 发现泛素调节的蛋白质降解
3. 降解变性和错误折叠的蛋白质
细胞质基质中的变 性蛋白质、错误折 叠的蛋白质、 含 有被氧化或其他非 正常修饰氨基酸的 蛋白质，不管其 N 端氨基酸残基是否 稳定，常常很快被 降解清除
（2）蛋白质糖基化类型
特征 合成部位 合成方式
N-连接 粗面内质网 来自同一个寡糖前体
O-连接 高尔基体 一个个单糖加上去
与之结合的氨 基酸残基
一个个单糖加上去
丝氨酸、苏氨酸、 羟赖氨酸、羟脯氨酸
最终长度
至少5个糖残基
第一个糖残基 N-乙酰葡萄糖胺
一般1～4个糖残基， 但ABO血型抗原较长
N-乙酰半乳糖胺等
二、细胞质基质的功能
• 完成各种中间代谢过程
– 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等
• 为某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所 • 与细胞质骨架相关的功能
– 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递； 细胞质基质结构体系的组织者
• 与细胞膜相关的功能
– 细胞质基质产生区室化；依靠细胞膜或细胞器膜上的泵 蛋白和离子通道维持细胞内外跨膜的离子梯度
Aaron Ciechanover. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2005, 6, 79-87
2. 防御功能
• 防御功能是某些细胞特有 的功能，它可以识别并吞 噬入侵的病毒或细菌，在 溶酶体作用下将其杀死并 进一步降解
3. 其他重要的生理功能
• 作为细胞内的消化“器 官”为细胞提供营养
• 在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与 胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送 至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用
• 还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶 酶体的perforin和granzyme）
糙面内质网中蛋白质N -连接糖基化过程
内质网腔二硫键形成
4. 新生多肽的折叠与组装
• 蛋白二硫键异构酶和 Bip 等蛋白质都具有4 肽驻留信号（KDEL 或 HDEL）以保证它们滞留 在内质网中，并维持很 高的浓度
内质网是蛋白质分泌转运途径中行使质量监控的重要场所
折 叠错误的多肽被送到细胞质中, 被 泛素(ubiquitin)结合，然后送 到 蛋白酶体(proteosome)中降解
• 蛋白质糖基化修饰利于高尔基体进行分选与包装，保证糖 蛋白从 rER 至高尔基体膜囊单向转移
• 细胞内一些负责糖链合成与加工的酶类均由管家基因编码； 细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链，直接介导细胞 间的双向通讯，或参与分化、发育等多种过程
• 多羟基糖侧链还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电 荷的性质
• 在内质网、高尔基体和分 泌泡发生特异性的蛋白质 水解切割
蛋白质糖基化
N -连接糖基化与O -连接糖基化的比较
N -连接糖基化与之直接结合的糖是N -乙酰葡糖胺 O -连接糖基化与之直接结合的糖是N -乙酰半乳糖胺
N -连接与O -连接的寡糖比较
在内质网发生的蛋白质N-连接糖基化的加工，转移至 高尔基体后还会经过一系列复杂的修饰
1. 高尔基体与细胞的分泌活动
• 高尔基体TGN区是蛋白质包装分选的关键枢纽， 至少有3 条分选途径
（1）溶酶体酶的包装与分选途径 甘露糖-6- 磷酸（M6P）标记
（2）可调节性分泌（regulated secretion）途径 特化类型的分泌细胞
（3）组成型分泌（constitutive secretion）途径 所有真核细胞，均可通过分泌泡连续分泌某些蛋白 质至细胞表面
• 酸性磷酸酶是常用的标志酶 • 溶酶体膜成分特殊
① 嵌有质子泵 ② 具有多种载体蛋白 ③ 膜蛋白高度糖基化 • 次级溶酶体分为自噬溶酶体和 异噬溶酶体
（二）溶酶体的功能
溶酶体的基本功 能是细胞内的消 化作用，一般可 概括成内吞作用、 吞噬作用和自噬 作用3 种途径
1. 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老 损伤和死 亡的细胞
内质网，叠加色（黄）显示糙面内质网区
rER和sER的分离
（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
• 向细胞外分泌的蛋白质 • 膜的整合蛋白 • 细胞器中的可溶性驻留蛋白
2．光面内质网是脂质合成的重要场所
合成磷脂所需要的3 种酶活性部位都定位在内质网膜的细胞 质基质侧
Figure 12-57 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
3. 蛋白酶的水解和其他加工过程
• 无生物活性的蛋白原（proprotein）进入高尔基体后，切 除N 端或两端的序列形成成熟多肽。如胰岛素、胰高血糖 素及血清蛋白等