電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸1電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件2

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、高爾基體和細胞質膜等細胞器或細胞結構后，存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。生物化學家多稱之為胞質溶膠。

1、細胞質基質的概念用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒3成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：

2、化學組成如水、無機離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等）和溶解的氣體。（1）小分子類：如脂類、糖（葡萄糖、果糖、蔗糖等）、氨基酸、核苷酸及其衍生物。（2）中分子類：（3）大分子類：如蛋白質、多糖、脂蛋白及RNA等。同時，也含有很多酶，特別是一些與大分子物質合成和參與主要代謝過程所必需的酶。成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：2、化學組成如水、4細胞質基質含酶蛋白質合成：幾乎所有參與蛋白質合成的氨基酸激酶。核酸合成：所有使胸腺嘧啶核苷酸摻入到DNA中必須的酶，也有不少合成核酸所需要的酶。脂肪代謝的合成：大部分脂肪酸合成的酶。糖酵解及戊糖磷酸過程：這兩個反應過程所需的酶。糖原代謝作用：合成和分解糖原的兩個最重要的酶，即尿苷二磷酸葡萄糖α-葡聚糖葡萄糖轉移酶和葡萄糖磷酸化酶。細胞質基質含酶蛋白質合成：幾乎所有參與蛋白質合成的氨基酸激酶5（1）細胞質基質在生長時期，由于質同化作用大于異化作用，故其體積增加，到一定程度就進行分裂。（2）細胞質基質是物質反應的場所。細胞內的一些生化反應主要在細胞內外環境或主要細胞器的接觸面進行，同時，也在整個細胞質內進行。（3）細胞質基質的激應性。細胞質對外界環境的影響，將產生不同的反應，如細胞質的運動、收縮等特性。（4）細胞質基質本身還具有外部運動和內部運動的特性。如變形蟲伸出偽足和不斷改變形狀；胞質環流等。3、細胞質基質的生物學特性（1）細胞質基質在生長時期，由于質同化作用大于異化作用，故其6（1）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。蛋白質合成與脂肪酸合成也在細胞質基質中完成。（2）維持細胞形態、細胞運動、胞內物質運輸及能量傳遞等。這些與細胞質骨架相關。（3）在蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解等方面也起重要作用。4、細胞質基質的功能（1）完成各種中間代謝過程：如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛7細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipdtranslocator（磷脂轉位因子）/flippase（轉位酶）使其從細胞基質一側轉移到ER腔中。以環化構象存在的信號肽與易位子組分結合并使孔道打開，信號肽穿入ER膜并引導肽鏈以袢環形式進入ER腔中，這是一個需GTP的耗能過程。高爾基的膜囊上存在微管馬達蛋白（cytoplasmicdynein和kinesin）和微絲馬達蛋白（myosin）。溶酶體的標志酶：酸性磷酸酶。相互連接形成一個連續的內腔相通的膜性管道系統。由于內質網的駐留蛋白具有回收信號，即使有的蛋白發生逃逸，也會保留或回收回來，所以有人將內質網比喻成“開放的監獄”（openprison）。Bip為分子伴侶，可與Ca2+結合，屬于熱休克蛋白70家族成員，遍布ER中，進化上非常保守。如唾液酸轉移酶、N-乙酰基葡萄糖胺半乳糖基轉移酶、糖蛋白-半乳糖基轉移酶、UDP-N-乙酰葡萄糖-糖蛋白N-乙酰基葡萄糖胺基轉移酶。細胞內糖類合成的工廠。這些與細胞質骨架相關。1、網格蛋白包被小泡特定三肽序列為：Asn-X-Ser包被蛋白的裝配是受控的；（3）新生肽的折疊與組裝高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。疏水中心的結尾由甘氨酸和丙氨酸等側鏈較短的氨基酸殘基組成。中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）４）受精過程中精子頂體其他酶類其它重要的生理功能細胞內膜系統概念：

二、細胞內膜系統（endomembranesystem）細胞內，在結構、功能及發生上有一定聯系的膜性結構的總稱。內膜系統的區域化衍生形成各種細胞器（organelles）細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipd8

一層單位膜圍成的管狀、泡狀和囊狀的結構。相互連接形成一個連續的內腔相通的膜性管道系統。在靠近細胞核的部位，可與外層核膜相連；在靠近質膜的部位，可與質膜內褶相連。第二節內質網一、形態結構endoplasmicreticulum,ER

一層單位膜圍成的管狀、泡狀和囊狀的結構。9電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件10已分化細胞中，內質網較發達。未分化細胞中，內質網較不發達，而游離核糖體卻非常豐富。故內質網發達與否可作為判斷細胞分化程度和功能狀態的一種形態學指標。已分化細胞中，內質網較發達。未分化細胞中，11粗面內質網：roughendoplasmicreticulum，rER二、基本類型光面內質網：smoothendoplasmicreticulum，sER原核生物細胞內無內質網，而由細胞膜代行其某些類似職能。粗面內質網：二、基本類型光面內質網：原核生物12

ER是細胞內蛋白質與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內質網上合成的。三、ER的功能 ER是細胞內蛋白質與脂類合成的基地，幾乎全131、rER的功能（1）蛋白質合成（2）蛋白質的修飾與加工（3）新生肽的折疊與組裝（4）脂類的合成（脂類合成的場所）1、rER的功能（1）蛋白質合成（2）蛋白質的修飾與加工（314rER主要合成外輸性蛋白質。1）分泌性蛋白質（外輸性蛋白質）2）膜整合蛋白質（1）合成蛋白質3）內膜系統構成的各種細胞器中的可溶性蛋白包括質膜蛋白、駐留在rER、sER、高爾基體、溶酶體膜上的蛋白質。包括定位于高爾基復合體、滑面內質網、溶酶體的蛋白質（這些蛋白需要隔離或修飾）。rER

合成的蛋白質主要有：rER主要合成外輸性蛋白質。1）分泌性蛋白質（外輸15注意：

上述幾類蛋白質在rER上合成，是邊合成邊轉移至rER腔中。

其它多肽是在細胞質基質中的“游離”核糖體上合成的。包括：細胞質基質中的駐留蛋白、質膜外周蛋白、核輸入蛋白、轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。細胞中所有蛋白質的合成都在核糖體上進行，并都是起始于細胞質基質中“游離”核糖體。注意：上述幾類蛋白質在rER上合成，是邊合成邊轉移至rE16主要化學修飾有：糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等。（2）蛋白質修飾與加工糖基化是ER最常見的蛋白質修飾。糖基化發生在ER腔面，伴隨著多肽合成同時進行。

酰基化發生在ER的細胞質基質側，通常是軟脂酸共價結合在跨膜蛋白的Cys殘基上。主要化學修飾有：糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等。（2）17電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件18寡糖基轉移到蛋白質有兩種方式：N-連接（N-linkedglycosylation）

AA:Asn

糖基：Ｎ-乙酰葡萄糖胺O-連接（O-linkedglycosylation）AA：Ser/ThrorHylys/Hypro糖基：Ｎ-乙酰半乳糖（主要發生在高爾基體中）。寡糖基轉移到蛋白質有兩種方式：N-連接（N-linked19N-連接與O-連接的寡糖比較

特征N-連接O-連接1.合成部位粗面內質網粗面內質網或高爾基體2.合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3.與之結合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4.最終長度至少5個糖殘基一般1～4個糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較特征N-連接O-連接1.合20特定三肽序列為：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr（其中X為除以外的任何氨基酸）N-連接機制供體：磷酸多萜醇糖基：14個糖殘基的寡糖鏈從供體磷酸多萜醇上轉移到新生肽鏈的特定三肽序列的Asn殘基上。特定三肽序列為：Asn-X-SerN-連接機制供體：磷酸21高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管組織中心（MTOC）負端。其轉移也需要某些信號序列指導才能進入細胞器。3）內膜系統構成的各種細胞器中的可溶性蛋白特定三肽序列為：Asn-X-SerCOPI包被小泡負責將蛋白從高爾基體內質網。已分化細胞中，內質網較發達。４）受精過程中精子頂體細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipdtranslocator（磷脂轉位因子）/flippase（轉位酶）使其從細胞基質一側轉移到ER腔中。含60多種水解酶。細胞內吞過程中，胞內體被認為是膜泡運輸的主要分選站之一。中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）分選后將其大部分轉入中間高爾基堆，小部分返回內質網。負責蛋白質從高爾基體TGN質膜、胞內體或溶酶體和植物液泡運輸疏水中心的結尾由甘氨酸和丙氨酸等側鏈較短的氨基酸殘基組成。N-連接（N-linkedglycosylation）可見，溶酶體酶是一種糖蛋白（富含甘露糖），溶酶體的酶來自rER，溶酶體酶的分選發生在高爾基復合體，溶酶體的膜主要來自晚期內吞體。為多亞基結構，沉降系數為26S，由一個中空的20S催化核心（為圓柱體，由14種多肽，28個亞基組成，分4個環層，每層7個亞基，中間2層蛋白分別稱為1-7，具酶活性；３）蝌蚪尾巴退化，哺乳動物斷奶后乳腺的退行性變化，某些特定細胞凋亡等。過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細胞直接提供熱能。成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：選擇性門控運轉（gatedtransport）高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微22分泌型蛋白質在其合成過程中其N端所帶的、一般含15-30AA殘基的一小段肽鏈。信號肽（signalpeptide）概念信號肽假說

（G.Blobeletal，1975）分泌型蛋白質在其合成過程中其N端所帶的、一般含15-30AA23N端或接近N端極性區為1-7個親水的極性殘基（如Arg、Ser、Thr、Lys）組成，帶正電荷。緊接親水區由15-19個AA殘基組成疏水核心，主要為Pro和Gly，無酸性AA。疏水中心的結尾由甘氨酸和丙氨酸等側鏈較短的氨基酸殘基組成。疏水核心形成兩個不連續的α-螺旋區。該兩個α-螺旋區如被破壞，則會抑制蛋白質分泌。信號肽結構N端或接近N端極性區為1-7個親水的極性殘基24信號肽假說——分泌蛋白合成模型信號肽假說——分泌蛋白合成模型25

蛋白質首先在細胞質游離核糖體上起始合成。當多肽鏈延伸至80個aa左右后，N端信號序列與SRP結合使肽鏈延伸暫時停止，并防止新生肽N端損傷和成熟前折疊，直至SRP顆粒與ER膜上的停泊蛋白（SRP受體）結合，核糖體與ER膜的易位子（translocon）結合。此后，SRP顆粒脫離信號序列和核糖體，返回細胞質基質中重復使用，肽鏈又開始延伸。以環化構象存在的信號肽與易位子組分結合并使孔道打開，信號肽穿入ER膜并引導肽鏈以袢環形式進入ER腔中，這是一個需GTP的耗能過程。與此同時，位于腔面的信號肽酶切除信號肽并快速使之降解。肽鏈繼續延伸，直至完成整個多肽鏈的合成。蛋白質進入腔內并折疊，核糖體釋放，易位子關閉。蛋白質首先在細胞質游離核糖體上起始合成。當多26電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件27

引導肽鏈穿過內質網的信號肽可以看做為開始轉移序列（starttransfersequence）。肽鏈中還可能存在某些序列與內質網膜有很強親和力從而使之結合在脂雙層之中，這段序列不再轉入內質網腔中，稱之為停止轉移序列（stoptransfersequence）。如果一種多肽只有N端信號序列而沒有停止轉移序列，該多肽合成后則進入ER腔中；如果一種多肽的停止轉移序列位于分子的中部，該多肽最終則成為跨膜蛋白。含有多個起始轉移序列和多個停止轉移序列的多肽則成為多次跨膜蛋白。引導肽鏈穿過內質網的信號肽可以看做為開始轉移28（2）細胞質基質是物質反應的場所。特定三肽序列為：Asn-X-Ser該兩個α-螺旋區如被破壞，則會抑制蛋白質分泌。異噬溶酶體（phagolysosome）中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）roughendoplasmicreticulum，rERroughendoplasmicreticulum，rER合成磷脂的3種酶（包括酰基轉移酶、磷酸酶和膽堿磷酸轉移酶）是ER膜整合蛋白，活性位點朝向細胞基質一側。一、蛋白質分選與分選信號藥物苯巴比妥機理：苯巴比妥→肝細胞sER成倍增加，解毒大量合成，→解毒過氧化物酶體降解儲存的脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸葡萄糖。相反，在非分泌性細胞和未分化細胞中高爾基復合體不發達。COPI包被小泡負責將蛋白從高爾基體內質網。細胞內吞過程中，胞內體被認為是膜泡運輸的主要分選站之一。高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。分選后將其大部分轉入中間高爾基堆，小部分返回內質網。N-連接與O-連接的寡糖比較２、COPII包被小泡用電鏡細胞化學技術顯示其中含有的酸性磷酸酶，高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。SRP：信號識別顆粒信號識別顆粒受體：又稱停泊蛋白（dockingprotein，DP）（signalrecognitionparticle）（2）細胞質基質是物質反應的場所。SRP：信號識別顆粒信號識29

起始轉移序列和終止轉移序列的數目決定多肽跨膜次數共轉移：肽鏈邊合成邊轉移至ER腔中。信號肽與共轉移起始轉移序列:引導肽鏈穿過ER的信號肽稱為起始轉移序列。終止轉移序列：肽鏈中與ER膜有很強親合力的那段肽鏈序列。起始轉移序列和終止轉移序列的數目決30導肽與后轉移

線粒體、葉綠體中絕大多數蛋白質以及過氧物酶體中的蛋白質是在細胞質基質中合成以后再轉移到細胞器中的，稱為后轉移（posttranslocation）。其轉移也需要某些信號序列指導才能進入細胞器。這些對蛋白質多肽鏈的轉移起指導作用的信號序列稱為導肽或前導肽（leaderpeptide）。

蛋白質跨膜轉移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。比較導肽與后轉移 線粒體、葉綠體中絕大多數蛋白質以及過氧物酶體中31

新生肽需要進一步折疊組裝。有些多肽還要進一步裝配成寡聚體。不能正確折疊的畸形肽鏈或未裝配成寡聚體的蛋白質亞單位，不論是在ER膜上還是在ER腔中，一般都不能進入高爾基體。這類多肽一旦被識別，便通過Sec61p復合體從ER腔轉移至細胞質基質，進而被蛋白酶體所降解。（3）新生肽的折疊與組裝新生肽需要進一步折疊組裝。有些多肽還要進一步裝配成寡32非還原性的ER

內腔易于二硫鍵形成。

PDI附于腔面，可切斷二硫鍵，形成自由能最低的蛋白構象，以幫助新合成的蛋白質重新形成二硫鍵并處于正確折疊狀態。正確折疊涉及駐留蛋白—蛋白二硫鍵異構酶（proteindisulfideisomerase，PDI）

折疊好的蛋白質，其內部往往有個疏水核心。未折疊好的蛋白質，其疏水核心外露，即使在濃度很低時，也很容易發生凝集，甚至與其他未折疊的蛋白質形成復合物。非還原性的ER內腔易于二硫鍵形成。PDI33

ER含有結合蛋白Bip，可識別不正確折疊的蛋白質或未裝配好的蛋白亞單位，并促使其重新折疊與裝配。一旦這些蛋白質形成正確構象或裝配完成，即可與Bip分離，進入高爾基體。

PDI

和Bip具有KDEL（賴天谷亮）或HDEL（組天谷亮）信號。

結合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）

Bip為分子伴侶，可與Ca2+結合，屬于熱休克蛋白70家族成員，遍布ER中，進化上非常保守。ER含有結合蛋白Bip，可識別不正確折疊的蛋34保留:轉運泡將應被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉運；2）膜整合蛋白質糖基：Ｎ-乙酰葡萄糖胺反面高爾基網對加工、修飾后的產物進行分選、濃縮和發送。３）蝌蚪尾巴退化，哺乳動物斷奶后乳腺的退行性變化，某些特定細胞凋亡等。肝細胞sER是合成外輸性脂蛋白顆粒的基地蛋白質首先在細胞質游離核糖體上起始合成。如變形蟲伸出偽足和不斷改變形狀；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、高爾基體和細胞質膜等細胞器或細胞結構后，存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。其中最主要的為磷脂酰膽堿（卵磷脂）。不能正確折疊的畸形肽鏈或未裝配成寡聚體的蛋白質亞單位，不論是在ER膜上還是在ER腔中，一般都不能進入高爾基體。ER合成細胞所需的包括磷脂和膽固醇在內的幾乎全部膜脂。第六節細胞內蛋白質的分選與細胞結構的組裝在細胞骨架參與下，蛋白質在細胞質基質中完成運轉。相互連接形成一個連續的內腔相通的膜性管道系統。使連接在E1分子上的泛素分子轉移到欲降解的靶蛋白上。①泛素（ubiquitin）如蛋白質、多糖、脂蛋白及RNA等。含有多個起始轉移序列和多個停止轉移序列的多肽則成為多次跨膜蛋白。回收:通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu,KDEL)介導的特異性受體，以COPI-包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。保留:轉運泡將應被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉運；35

細胞中的某些蛋白質分子可以識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合，從而幫助這些多肽轉運、折疊或裝配，這一類分子本身并不參與最終產物的形成，因此稱為分子“伴侶”。分子“伴侶”（molecularchaperones） 細胞中的某些蛋白質分子可以識別正在合成的多肽或部36為多亞基結構，沉降系數為26S，由一個中空的20S催化核心（為圓柱體，由14種多肽，28個亞基組成，分4個環層，每層7個亞基，中間2層蛋白分別稱為1-7，具酶活性；上下兩層命名為1-7，無酶切活性）和兩個19S的帽子（為調節部分，又稱PA700，由15個亞基組成）組成。蛋白酶體含量占細胞總蛋白的1%。蛋白質酶體（proteosome）1）蛋白酶體結構為多亞基結構，沉降系數為26S，由一個中空的37電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件38如：人IkB、-catenin、HIV-Vpu等:-Asp-Ser-Gly-X-X-Ser-2）能被蛋白酶體降解的蛋白質具有特征序列（蛋白質降解信號）：CyclinA、B1、B2等:-Arg-Leu-Gly-X-X-X-Ile-Gly-酵母多種蛋白：N端降解子（N-degron），PEST(脯谷絲蘇，位蛋白質內部)如：人IkB、-catenin、HIV-Vpu等:39

是一個由76個氨基酸殘基組成的小分子蛋白，具有多種功能。在蛋白質降解過程中，多個泛素分子共價結合到含有不穩定氨基酸殘基的蛋白質的N端，然后，被26S的蛋白酶體（proteosome）完全水解。

被降解蛋白質賴氨酸殘基上單個或連續多個附著泛素分子的過程。3）蛋白質降解標記——泛素化①泛素（ubiquitin）②

蛋白質泛素化是一個由76個氨基40利用ATP能量使自身分子的Cys的-SH基與泛素分子上的Gly殘基形成高能硫酯鍵，使之能與E2結合。③蛋白質泛素化系統a.泛素激活酶E1b.泛素結合蛋白E2

使連接在E1分子上的泛素分子轉移到欲降解的靶蛋白上。利用ATP能量使自身分子的Cys的-SH基與泛素分子上的G41Ubiquitin:泛素就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質通常就會發生降解。因此，泛素又被人稱作“死神之吻”。Ubiquitin:泛素就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質通常42

與欲降解的靶蛋白結合。c.靶蛋白泛素連接酶E3與欲降解的靶蛋白結合。c.靶蛋白泛素連接酶E343電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件44如變形蟲伸出偽足和不斷改變形狀；高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管組織中心（MTOC）負端。N-連接（N-linkedglycosylation）1）蛋白質合成起始后轉移到粗面內質網，新生肽邊合成邊轉入粗面內質網腔中，隨后經高爾基體運至溶酶體、細胞膜或分泌到細胞外。肝細胞sER還含一些酶，可以清除脂溶性廢物和有害物質。回收:通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu,KDEL)介導的特異性受體，以COPI-包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。高爾基體TGN是網格蛋白包被小泡形成的發源地可見，溶酶體酶是一種糖蛋白（富含甘露糖），溶酶體的酶來自rER，溶酶體酶的分選發生在高爾基復合體，溶酶體的膜主要來自晚期內吞體。２、COPII包被小泡４）受精過程中精子頂體最近發現有些還可轉運到內質網。rER上的核糖體合成溶酶體酶前體蛋白→入內質網腔中(N-連接，糖基富含甘露糖)→出芽形成膜性小泡（含前體溶酶體酶）→運輸至順面高爾基體網→融合→順面高爾基體網腔中，甘露糖磷酸化形成甘露糖-6-P（M-6-P）→運送到反面高爾基體網的胞質面組裝→出芽形成有被小泡→有被小泡脫被→與晚期內吞體融合形成前溶酶體→酸性環境下（pH=5.膜泡融合是特異性的選擇性融合，從而指導細胞內膜流的方向。1）蛋白質合成起始后轉移到粗面內質網，新生肽邊合成邊轉入粗面內質網腔中，隨后經高爾基體運至溶酶體、細胞膜或分泌到細胞外。起始轉移序列和終止轉移序列的數目決定多肽跨膜次數高爾基體在細胞的膜泡運輸及其隨之形成的膜流中起樞紐作用。（2）細胞質基質是物質反應的場所。Bip為分子伴侶，可與Ca2+結合，屬于熱休克蛋白70家族成員，遍布ER中，進化上非常保守。順面高爾基網（cis-Golginetwork，CGN）成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：（4）脂類的合成ER合成細胞所需的包括磷脂和膽固醇在內的幾乎全部膜脂。其中最主要的為磷脂酰膽堿（卵磷脂）。合成磷脂的3種酶（包括酰基轉移酶、磷酸酶和膽堿磷酸轉移酶）是ER膜整合蛋白，活性位點朝向細胞基質一側。細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipdtranslocator（磷脂轉位因子）/flippase（轉位酶）使其從細胞基質一側轉移到ER腔中。如變形蟲伸出偽足和不斷改變形狀；（4）脂類的合成452、sER的功能

肝細胞sER還含一些酶，可以清除脂溶性廢物和有害物質。因而sER具有解毒功能。

肝的解毒作用（Detoxification）藥物苯巴比妥機理：苯巴比妥→肝細胞sER成倍增加，解毒大量合成，→解毒

一般情況下，sER所占比例很小，但在某些細胞（如肝細胞）中sER很豐富。肝細胞是合成外輸性脂蛋白顆粒的基地。肝細胞sER是合成外輸性脂蛋白顆粒的基地2、sER的功能肝細胞sER還含一些酶，可46類固醇激素的合成（生殖腺內分泌細胞和腎上腺皮質）肝細胞葡萄糖的釋放（G-6PG

）儲存鈣離子：肌質網膜上的Ca2+-ATP酶將細胞質基質中Ca2+泵入肌質網腔中。類固醇激素的合成（生殖腺內分泌細胞和腎上腺皮質）肝細胞葡萄糖47第三節高爾基體第三節高爾基體48電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件49為一套由扁平膜囊和大小不等的囊泡構成的膜性網狀系統，在結構和功能上表現出明顯的極性。可分為四部分：又稱cis膜囊、或形成面、或凸面，靠近內質網，是膜性小泡融合的部位。又稱trans面、或分泌面、成熟面、凹面，朝向質膜，是極性小泡出芽的部位。

順面高爾基網（cis-Golginetwork，CGN）

中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）

反面高爾基網（transGolginetwork，TGN）

周圍大小不等的囊泡一、高爾基體的形態結構為一套由扁平膜囊和大小不等的囊泡構成的膜性網狀系統，50

高爾基復合體的發達程度與細胞的類型及細胞的分化狀態有關。在分泌性細胞和成熟型細胞中高爾基復合體發達。相反，在非分泌性細胞和未分化細胞中高爾基復合體不發達。

例外者，成熟紅細胞和白細胞中，高爾基復合體顯著萎縮甚至消失。高爾基復合體的發達程度與細胞的類型及細胞的分化51

高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管組織中心（MTOC）負端。高爾基的膜囊上存在微管馬達蛋白（cytoplasmicdynein和kinesin）和微絲馬達蛋白（myosin）。最近還發現特異的血影蛋白（spectrin）網架。它們在維持高爾基體動態的空間結構以及復雜的膜泡運輸中起重要的作用。高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性52高爾基復合體膜脂類成分的含量介于ER和質膜之間，表明高爾基復合體是介于ER與質膜之間的一種過渡型膜性細胞器。二、高爾基復合體化學組成1、脂類成分高爾基復合體膜脂類成分的含量介于ER和質膜之53

高爾基復合體含有多種酶。糖基轉移酶為特征酶，能將寡糖轉移到蛋白質分子上形成糖蛋白。

糖基轉移酶

催化糖蛋白生物合成。如唾液酸轉移酶、N-乙酰基葡萄糖胺半乳糖基轉移酶、糖蛋白-半乳糖基轉移酶、UDP-N-乙酰葡萄糖-糖蛋白N-乙酰基葡萄糖胺基轉移酶。

磺基-糖基轉移酶催化糖脂生物合成。

酰基轉移酶

糖苷酶

其他酶類2、高爾基復合體的酶高爾基復合體含有多種酶。糖基轉移54

高爾基復合體并非為同質性結構，而是具有極性和異質性的細胞器。高爾基復合體的各種結構（包括順面高爾基網、順面扁囊、中間扁囊、反面扁囊和反面高爾基網）形成相對獨立的生化區室，其中含有不同的酶類，這些酶對底物依次進行加工、修飾。三、高爾基復合體的區域化高爾基復合體并非為同質性結構，而是具有極性和55將內質網合成的多種蛋白質進行加工、分類與包裝，然后分門別類地運送到細胞特定的部位或分泌到細胞外。內質網上合成的脂質一部分也要通過高爾基體向細胞膜和溶酶體膜等部位運輸。

細胞內糖類合成的工廠。四、高爾基體的功能細胞內物質運輸的中轉站或交通樞紐將內質網合成的多種蛋白質進行加工、分類與包裝，然后分門別56順面高爾基網的主要功能是分選由內質網合成的蛋白質和脂類。分選后將其大部分轉入中間高爾基堆，小部分返回內質網。中間高爾基網主要執行加工、修飾功能（包括對蛋白質、脂類的糖基化，溶酶體酶的磷酸化、某些蛋白質的水解等）。反面高爾基網對加工、修飾后的產物進行分選、濃縮和發送。順面高爾基網的主要功能是分選由內質網合成的蛋白質和脂類。57N-連接與O-連接的寡糖比較

特征N-連接O-連接1.合成部位粗面內質網粗面內質網或高爾基體2.合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3.與之結合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4.最終長度至少5個糖殘基一般1～4個糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較特征N-連接O-連接1.合58蛋白質糖基化的特點及其生物學意義糖蛋白寡糖鏈的合成與加工都沒有模板，靠不同酶在細胞不同間隔中加工完成。蛋白質糖基化的特點及其生物學意義糖蛋白寡糖鏈的合成與加工59進化上，寡糖鏈具有一定剛性，從而限制了其它大分子接近細胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細胞的祖先具有一個保護性的外被，同時又不象細胞壁那樣限制細胞的形狀與運動。細胞分子識別。糖基化的主要作用是使蛋白質在成熟過程中折疊成正確構象和增加蛋白質的穩定性。多羥基糖側鏈影響蛋白質的水溶性及蛋白質所帶電荷的性質。對多數分選的蛋白質來說，糖基化并非作為蛋白質的分選信號。進化上，寡糖鏈具有一定剛性，從而限制了其它大分子接近細胞表60高爾基體在細胞內膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用五、高爾基體與細胞內的膜泡運輸高爾基體在細胞內膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用五、高爾基體與61

溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。

溶酶體（lysosome）是由單層膜圍繞的、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要功能是細胞內消化。第四節溶酶體溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。第四節溶酶體62O-連接（O-linkedglycosylation）COPII包被小泡介導從內質網高爾基體的運輸；不能正確折疊的畸形肽鏈或未裝配成寡聚體的蛋白質亞單位，不論是在ER膜上還是在ER腔中，一般都不能進入高爾基體。利用ATP能量使自身分子的Cys的-SH基與泛素分子上的Gly殘基形成高能硫酯鍵，使之能與E2結合。最近發現有些還可轉運到內質網。順面高爾基網（cis-Golginetwork，CGN）AA:Asn合成磷脂的3種酶（包括酰基轉移酶、磷酸酶和膽堿磷酸轉移酶）是ER膜整合蛋白，活性位點朝向細胞基質一側。可見，溶酶體酶是一種糖蛋白（富含甘露糖），溶酶體的酶來自rER，溶酶體酶的分選發生在高爾基復合體，溶酶體的膜主要來自晚期內吞體。過氧化物酶體降解儲存的脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸葡萄糖。在細胞骨架參與下，蛋白質在細胞質基質中完成運轉。緊接親水區由15-19個AA殘基組成疏水核心，主要為Pro和Gly，無酸性AA。膜泡運輸是蛋白運輸的一種特有的方式，普遍存在于真核細胞中。endoplasmicreticulum,ER以出芽的方式轉運到前溶酶體在從內質網高爾基體和/或從高爾基體的cis面trans面的物質轉運中也可能涉及到COPI包被小泡。泛素就像標簽一樣，被貼上標簽的蛋白質通常就會發生降解。AA:Asn（3）新生肽的折疊與組裝高爾基體在細胞內膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用球形，直徑約0.

小鼠脾臟巨噬細胞中的溶酶體用電鏡細胞化學技術顯示其中含有的酸性磷酸酶，M：線粒體，L：溶酶體O-連接（O-linkedglycosylation）63一層單位膜圍成的囊狀小體，多為圓形或卵圓形。形態結構上具多型性和異質性，很難用一種描述來概括其全部形態。一、溶酶體的結構類型1、形態結構一層單位膜圍成的囊狀小體，多為圓形或卵圓形。形態64球形，直徑約0.2-0.5um，內容物均一，不含明顯的顆粒物質，外由一層脂蛋白膜圍繞，厚度為７.５nm。內含多種水解酶類，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶脂酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等，其共同特征都屬于酸性水解酶，最適pH為５左右。2、類型初級溶酶體（primarylysosome）溶酶體是以含有大量酸性水解酶為共同特征、不同形態大小，執行不同生理功能的一類異質性（heterogenous）的細胞器。次級溶酶體（secondarylysosome）殘余小體（residualbody），又稱后溶酶體

自噬溶酶體（autophagolysosome） 異噬溶酶體（phagolysosome）球形，直徑約0.2-0.5um，內容物均一65初級溶酶體次級溶酶體殘余小體初級溶酶體次級溶酶體殘余小體66動物細胞溶酶體系統示意圖

動物細胞溶酶體系統示意圖67含60多種水解酶。包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、磷酸酶、溶菌酶等。在酸性環境下將蛋白質、脂類、糖類和核酸等多種物質進行水解，是細胞內的消化器官。最適pH=5.0。

溶酶體的標志酶：酸性磷酸酶。3、有關酶類含60多種水解酶。包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、68

（1）嵌有質子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內環境。（2）具有多種載體蛋白，用于水解的產物向外轉運。（3）膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。4、溶酶體膜的特征（1）嵌有質子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內環境。4、溶酶69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。二、溶酶體的功能

防御功能：識別并吞噬入侵的病毒或細菌

其它重要的生理功能１）作為細胞內的消化器官，為細胞提供營養，如降解內吞的血清脂蛋白，饑餓時分解細胞內生物分子以保證所需能量。２）在分泌腺細胞中，溶酶體常含有攝入的分泌顆粒，參與分泌過程。３）蝌蚪尾巴退化，哺乳動物斷奶后乳腺的退行性變化，某些特定細胞凋亡等。４）受精過程中精子頂體細胞內消化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70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運到前溶酶體磷酸葡萄糖苷酶三、溶酶體的發生溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾（rER）高爾基體ci71

溶酶體伴隨溶酶體酶的成熟而形成，形成過程復雜，有內質網、高爾基復合體、細胞內吞作用共同參與。

rER上的核糖體合成溶酶體酶前體蛋白→入內質網腔中(N-連接，糖基富含甘露糖)→出芽形成膜性小泡（含前體溶酶體酶）→運輸至順面高爾基體網→融合→順面高爾基體網腔中，甘露糖磷酸化形成甘露糖-6-P（M-6-P）→運送到反面高爾基體網的胞質面組裝→出芽形成有被小泡→有被小泡脫被→與晚期內吞體融合形成前溶酶體→酸性環境下（pH=5.0），前溶酶體與受體分離→前溶酶體酶上的甘露糖去磷酸化→酶成熟成為溶酶體酶，溶酶體成熟

可見，溶酶體酶是一種糖蛋白（富含甘露糖），溶酶體的酶來自rER，溶酶體酶的分選發生在高爾基復合體，溶酶體的膜主要來自晚期內吞體。溶酶體伴隨溶酶體酶的成熟而形成，形成過程復雜72

過氧化物酶體(peroxisome)又稱微體(microbody)，是由單層膜圍繞的內含一種或幾種氧化酶類的異質性細胞器。第五節過氧化物酶體過氧化物酶體(peroxisome)又稱微73鼠肝細胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細胞器如線粒體（M）等（Albertetal.，1989）鼠肝細胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細胞器如線粒74過氧化物酶體和初級溶酶體的形態與大小類似，但過氧化物酶體中的尿酸氧化酶等常形成晶格狀結構，可作為電鏡下識別的主要特征。通過離心可分離過氧化物酶體和溶酶體一、過氧化物酶體與溶酶體的區別過氧化物酶體和初級溶酶體的形態與大小類似，但過氧化物酶體中75

微體與初級溶酶體的特征比較

微體與初級溶酶體的特征比較76。

動物細胞（肝細胞或腎細胞）中過氧化物酶體可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。過氧化物酶體中常含有兩種酶：依賴于黃素（FAD）的氧化酶，其作用是將底物氧化形成H2O2。

過氧化氫酶，作用是將H2O2分解，形成水和氧氣。二、過氧化物酶體的功能在植物細胞中過氧化物酶體的功能：

在綠色植物葉肉細胞中，它催化CO2固定反應副產物的氧化，即所謂

光呼吸反應。

乙醛酸循環的反應：在種子萌發過程中，過氧化物酶體降解儲存在種子中的脂肪酸產生乙酰輔酶A，并進一步形成琥珀酸，琥珀酸離開過氧化物酶體進一步轉變為葡萄糖。

過氧化物酶體降解儲存的脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸葡萄糖。過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細胞直接提供熱能。。動物細胞（肝細胞或腎細胞）中過氧化物酶體可氧化分解血液中77第六節細胞內蛋白質的分選與細胞結構的組裝一、蛋白質分選與分選信號KDEL第六節細胞內蛋白質的分選與細胞結構的組裝一、蛋白質分選與分781、分選途徑（Roadmap）

基本途徑:可分兩條2）多肽鏈在細胞質基質中完成其合成，然后轉運到膜圍繞的細胞器，如線粒體（或葉綠體）、過氧化物酶體、細胞核及細胞質基質的特定部位。最近發現有些還可轉運到內質網。1）蛋白質合成起始后轉移到粗面內質網，新生肽邊合成邊轉入粗面內質網腔中，隨后經高爾基體運至溶酶體、細胞膜或分泌到細胞外。內質網和高爾基體本身的蛋白質的分選也是通過這一途徑完成的。1、分選途徑（Roadmap）基本途徑:可分兩條2）多79具體可分為：

跨膜運轉（transmembranetransport）基質中合成的蛋白質轉運到內質網、線粒體、質體（包括葉綠體）和過氧化物酶體等細胞器。膜泡運輸（vesiculartransport）蛋白質通過不同類型的轉運小泡從其粗面內質網合成部位轉運到高爾基體然后分選到細胞的不同部位。具體可分為：跨膜運轉（transmembranetra80選擇性門控運轉（gatedtransport）細胞質基質中的蛋白質的轉運蛋白質通過核孔復合體選擇性地進行的核輸入和核輸出。在細胞骨架參與下，蛋白質在細胞質基質中完成運轉。選擇性門控運轉（gatedtransport）細胞質基81膜泡運輸是蛋白運輸的一種特有的方式，普遍存在于真核細胞中。在轉運過程中不僅涉及蛋白本身的修飾、加工和組裝，還涉及到多種不同膜泡定向運輸及其復雜的調控過程。

每種小泡表面都有特殊的標志以保證將轉運物質運到特定的細胞部位。二、膜泡運輸膜泡運輸是蛋白運輸的一種特有的方式82三種不同類型的包被小泡具有不同的物質運輸作用1、網格蛋白包被小泡２、COPII包被小泡3、COPI包被小泡三種不同類型的包被小泡具有不同的物質運輸作用1、網格蛋白包被83

在細胞合成與分泌途徑中不同膜組分之間三種不同的膜泡運輸方式:

1.網格蛋白包被小泡介導從高爾基體TGN質膜和胞內體及溶酶體的運輸；

2.COPII包被小泡介導從內質網高爾基體的運輸；

3.COPI包被小泡負責將蛋白從高爾基體內質網。在從內質網高爾基體和/或從高爾基體的cis面trans面的物質轉運中也可能涉及到COPI包被小泡。在細胞合成與分泌途徑中不同膜組分之間三種不同的膜841、網格蛋白包被小泡負責蛋白質從高爾基體TGN質膜、胞內體或溶酶體和植物液泡運輸在受體介導的細胞內吞途徑也負責將物質從質膜內吞泡(細胞質)

胞內體溶酶體運輸高爾基體TGN是網格蛋白包被小泡形成的發源地

1、網格蛋白包被小泡負責蛋白質從高爾基體TGN質膜、胞內85

細胞內吞過程中，胞內體被認為是膜泡運輸的主要分選站之一。

被運轉的大分子物質（配體）與細胞表面的互補性受體結合→相應部位質膜在網格蛋白參與下形成有被小窩→有被小窩深陷并脫離質膜形成有被小泡→有被小泡與胞內體融合并脫被→胞內體將胞吞作用新攝入的物質轉運到溶酶體→溶酶體降解被吞入的物質。受體介導的細胞內吞細胞內吞過程中，胞內體被認為是膜泡運輸的主要分選站之一86負責從內質網高爾基體的物質運輸；COPII包被蛋白由5種蛋白亞基組成；包被蛋白的裝配是受控的；COPII包被小泡具有對轉運物質的選擇性并使之濃縮。因為:

①COPII能識別并結合跨膜內質網蛋白（即內質網跨膜受體）胞質面一端的信號序列;

②跨膜內質網蛋白的腔面一端作為受體能與ER腔中的可溶性蛋白(如分泌蛋白)結合。２、COPII包被小泡負責從內質網高爾基體的物質運輸；２、COPII包被小泡87Sar-GTP與內質網膜的結合起始COPII亞基的裝配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受體在腔面捕獲并富集被轉運的可溶性蛋白COPII包被小泡的裝配Sar-GTP與內質網膜的結合起始COPII亞基的裝配，形成88負責回收、轉運內質網逃逸蛋白(escapedproteins）返回到ER。COPI包被含有8種蛋白亞基，包被蛋白復合物的裝配與去裝配依賴于ARF(GTP-bindingprotein)；細胞器中，蛋白質通過保留和回收兩種機制來維持： 保留:轉運泡將應被保留的駐留蛋白排斥在外，防止出芽轉運； 回收:通過識別駐留蛋白C-端的回收信號(lys-asp-glu-leu,KDEL)介導的特異性受體，以COPI-包被小泡的形式捕獲逃逸蛋白。３、COPI包被小泡負責回收、轉運內質網逃逸蛋白(escapedprotei89內質網駐留蛋白的回收圖解

內質網的正常駐留蛋白，不管在腔中還是在膜上，C端都含有一段回收信號序列，如果它們被意外地逃逸進入轉運泡從內質網運至高爾基體CGN，則CGN區的膜結合受體蛋白將識別并結合逃逸蛋白的回收信號，形成COPI有被小泡將其返回內質網。如蛋白二硫鍵異構酶和分子伴侶均具有典型的回收信號lys-asp-glu-leu（KDEL）。內質網駐留蛋白的回收圖解內質網的正常駐留蛋90膜泡融合是特異性的選擇性融合，從而指導細胞內膜流的方向。選擇性融合基于供體膜蛋白與受體膜蛋白的特異性相互作用。膜泡運輸是特異性過程，涉及多種

蛋白識別、組裝-去組裝的復雜調控膜泡融合是特異性的選擇性融合，從而指導細胞內膜流的方向。膜91在細胞的膜泡運輸中，rER相當于重要的物質供應站，高爾基體是重要集散中心。由于內質網的駐留蛋白具有回收信號，即使有的蛋白發生逃逸，也會保留或回收回來，所以有人將內質網比喻成“開放的監獄”（openprison）。高爾基體在細胞的膜泡運輸及其隨之形成的膜流中起樞紐作用。高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。內質網、溶酶體、分泌泡和細胞質膜及胞內體也都具有各自特異的成分，這是行使復雜的膜泡運輸功能的物質基礎，但是在膜泡中又必須保證各細胞器和細胞間隔本身成分特別是膜成分的相對恒定。在細胞的膜泡運輸中，rER相當于重要的物質92電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸93電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件94

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、高爾基體和細胞質膜等細胞器或細胞結構后，存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。生物化學家多稱之為胞質溶膠。

1、細胞質基質的概念用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒95成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：

2、化學組成如水、無機離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等）和溶解的氣體。（1）小分子類：如脂類、糖（葡萄糖、果糖、蔗糖等）、氨基酸、核苷酸及其衍生物。（2）中分子類：（3）大分子類：如蛋白質、多糖、脂蛋白及RNA等。同時，也含有很多酶，特別是一些與大分子物質合成和參與主要代謝過程所必需的酶。成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：2、化學組成如水、96細胞質基質含酶蛋白質合成：幾乎所有參與蛋白質合成的氨基酸激酶。核酸合成：所有使胸腺嘧啶核苷酸摻入到DNA中必須的酶，也有不少合成核酸所需要的酶。脂肪代謝的合成：大部分脂肪酸合成的酶。糖酵解及戊糖磷酸過程：這兩個反應過程所需的酶。糖原代謝作用：合成和分解糖原的兩個最重要的酶，即尿苷二磷酸葡萄糖α-葡聚糖葡萄糖轉移酶和葡萄糖磷酸化酶。細胞質基質含酶蛋白質合成：幾乎所有參與蛋白質合成的氨基酸激酶97（1）細胞質基質在生長時期，由于質同化作用大于異化作用，故其體積增加，到一定程度就進行分裂。（2）細胞質基質是物質反應的場所。細胞內的一些生化反應主要在細胞內外環境或主要細胞器的接觸面進行，同時，也在整個細胞質內進行。（3）細胞質基質的激應性。細胞質對外界環境的影響，將產生不同的反應，如細胞質的運動、收縮等特性。（4）細胞質基質本身還具有外部運動和內部運動的特性。如變形蟲伸出偽足和不斷改變形狀；胞質環流等。3、細胞質基質的生物學特性（1）細胞質基質在生長時期，由于質同化作用大于異化作用，故其98（1）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。蛋白質合成與脂肪酸合成也在細胞質基質中完成。（2）維持細胞形態、細胞運動、胞內物質運輸及能量傳遞等。這些與細胞質骨架相關。（3）在蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解等方面也起重要作用。4、細胞質基質的功能（1）完成各種中間代謝過程：如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛99細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipdtranslocator（磷脂轉位因子）/flippase（轉位酶）使其從細胞基質一側轉移到ER腔中。以環化構象存在的信號肽與易位子組分結合并使孔道打開，信號肽穿入ER膜并引導肽鏈以袢環形式進入ER腔中，這是一個需GTP的耗能過程。高爾基的膜囊上存在微管馬達蛋白（cytoplasmicdynein和kinesin）和微絲馬達蛋白（myosin）。溶酶體的標志酶：酸性磷酸酶。相互連接形成一個連續的內腔相通的膜性管道系統。由于內質網的駐留蛋白具有回收信號，即使有的蛋白發生逃逸，也會保留或回收回來，所以有人將內質網比喻成“開放的監獄”（openprison）。Bip為分子伴侶，可與Ca2+結合，屬于熱休克蛋白70家族成員，遍布ER中，進化上非常保守。如唾液酸轉移酶、N-乙酰基葡萄糖胺半乳糖基轉移酶、糖蛋白-半乳糖基轉移酶、UDP-N-乙酰葡萄糖-糖蛋白N-乙酰基葡萄糖胺基轉移酶。細胞內糖類合成的工廠。這些與細胞質骨架相關。1、網格蛋白包被小泡特定三肽序列為：Asn-X-Ser包被蛋白的裝配是受控的；（3）新生肽的折疊與組裝高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。疏水中心的結尾由甘氨酸和丙氨酸等側鏈較短的氨基酸殘基組成。中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）４）受精過程中精子頂體其他酶類其它重要的生理功能細胞內膜系統概念：

二、細胞內膜系統（endomembranesystem）細胞內，在結構、功能及發生上有一定聯系的膜性結構的總稱。內膜系統的區域化衍生形成各種細胞器（organelles）細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipd100

一層單位膜圍成的管狀、泡狀和囊狀的結構。相互連接形成一個連續的內腔相通的膜性管道系統。在靠近細胞核的部位，可與外層核膜相連；在靠近質膜的部位，可與質膜內褶相連。第二節內質網一、形態結構endoplasmicreticulum,ER

一層單位膜圍成的管狀、泡狀和囊狀的結構。101電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件102已分化細胞中，內質網較發達。未分化細胞中，內質網較不發達，而游離核糖體卻非常豐富。故內質網發達與否可作為判斷細胞分化程度和功能狀態的一種形態學指標。已分化細胞中，內質網較發達。未分化細胞中，103粗面內質網：roughendoplasmicreticulum，rER二、基本類型光面內質網：smoothendoplasmicreticulum，sER原核生物細胞內無內質網，而由細胞膜代行其某些類似職能。粗面內質網：二、基本類型光面內質網：原核生物104

ER是細胞內蛋白質與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內質網上合成的。三、ER的功能 ER是細胞內蛋白質與脂類合成的基地，幾乎全1051、rER的功能（1）蛋白質合成（2）蛋白質的修飾與加工（3）新生肽的折疊與組裝（4）脂類的合成（脂類合成的場所）1、rER的功能（1）蛋白質合成（2）蛋白質的修飾與加工（3106rER主要合成外輸性蛋白質。1）分泌性蛋白質（外輸性蛋白質）2）膜整合蛋白質（1）合成蛋白質3）內膜系統構成的各種細胞器中的可溶性蛋白包括質膜蛋白、駐留在rER、sER、高爾基體、溶酶體膜上的蛋白質。包括定位于高爾基復合體、滑面內質網、溶酶體的蛋白質（這些蛋白需要隔離或修飾）。rER

合成的蛋白質主要有：rER主要合成外輸性蛋白質。1）分泌性蛋白質（外輸107注意：

上述幾類蛋白質在rER上合成，是邊合成邊轉移至rER腔中。

其它多肽是在細胞質基質中的“游離”核糖體上合成的。包括：細胞質基質中的駐留蛋白、質膜外周蛋白、核輸入蛋白、轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。細胞中所有蛋白質的合成都在核糖體上進行，并都是起始于細胞質基質中“游離”核糖體。注意：上述幾類蛋白質在rER上合成，是邊合成邊轉移至rE108主要化學修飾有：糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等。（2）蛋白質修飾與加工糖基化是ER最常見的蛋白質修飾。糖基化發生在ER腔面，伴隨著多肽合成同時進行。

酰基化發生在ER的細胞質基質側，通常是軟脂酸共價結合在跨膜蛋白的Cys殘基上。主要化學修飾有：糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等。（2）109電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件110寡糖基轉移到蛋白質有兩種方式：N-連接（N-linkedglycosylation）

AA:Asn

糖基：Ｎ-乙酰葡萄糖胺O-連接（O-linkedglycosylation）AA：Ser/ThrorHylys/Hypro糖基：Ｎ-乙酰半乳糖（主要發生在高爾基體中）。寡糖基轉移到蛋白質有兩種方式：N-連接（N-linked111N-連接與O-連接的寡糖比較

特征N-連接O-連接1.合成部位粗面內質網粗面內質網或高爾基體2.合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3.與之結合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4.最終長度至少5個糖殘基一般1～4個糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較特征N-連接O-連接1.合112特定三肽序列為：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr（其中X為除以外的任何氨基酸）N-連接機制供體：磷酸多萜醇糖基：14個糖殘基的寡糖鏈從供體磷酸多萜醇上轉移到新生肽鏈的特定三肽序列的Asn殘基上。特定三肽序列為：Asn-X-SerN-連接機制供體：磷酸113高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管組織中心（MTOC）負端。其轉移也需要某些信號序列指導才能進入細胞器。3）內膜系統構成的各種細胞器中的可溶性蛋白特定三肽序列為：Asn-X-SerCOPI包被小泡負責將蛋白從高爾基體內質網。已分化細胞中，內質網較發達。４）受精過程中精子頂體細胞基質一側合成的磷脂可能借助phospholipdtranslocator（磷脂轉位因子）/flippase（轉位酶）使其從細胞基質一側轉移到ER腔中。含60多種水解酶。細胞內吞過程中，胞內體被認為是膜泡運輸的主要分選站之一。中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）分選后將其大部分轉入中間高爾基堆，小部分返回內質網。負責蛋白質從高爾基體TGN質膜、胞內體或溶酶體和植物液泡運輸疏水中心的結尾由甘氨酸和丙氨酸等側鏈較短的氨基酸殘基組成。N-連接（N-linkedglycosylation）可見，溶酶體酶是一種糖蛋白（富含甘露糖），溶酶體的酶來自rER，溶酶體酶的分選發生在高爾基復合體，溶酶體的膜主要來自晚期內吞體。為多亞基結構，沉降系數為26S，由一個中空的20S催化核心（為圓柱體，由14種多肽，28個亞基組成，分4個環層，每層7個亞基，中間2層蛋白分別稱為1-7，具酶活性；３）蝌蚪尾巴退化，哺乳動物斷奶后乳腺的退行性變化，某些特定細胞凋亡等。過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細胞直接提供熱能。成分極為復雜，按分子量大小大致可分三類：選擇性門控運轉（gatedtransport）高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微114分泌型蛋白質在其合成過程中其N端所帶的、一般含15-30AA殘基的一小段肽鏈。信號肽（signalpeptide）概念信號肽假說

（G.Blobeletal，1975）分泌型蛋白質在其合成過程中其N端所帶的、一般含15-30AA115N端或接近N端極性區為1-7個親水的極性殘基（如Arg、Ser、Thr、Lys）組成，帶正電荷。緊接親水區由15-19個AA殘基組成疏水核心，主要為Pro和Gly，無酸性AA。疏水中心的結尾由甘氨酸和丙氨酸等側鏈較短的氨基酸殘基組成。疏水核心形成兩個不連續的α-螺旋區。該兩個α-螺旋區如被破壞，則會抑制蛋白質分泌。信號肽結構N端或接近N端極性區為1-7個親水的極性殘基116信號肽假說——分泌蛋白合成模型信號肽假說——分泌蛋白合成模型117

蛋白質首先在細胞質游離核糖體上起始合成。當多肽鏈延伸至80個aa左右后，N端信號序列與SRP結合使肽鏈延伸暫時停止，并防止新生肽N端損傷和成熟前折疊，直至SRP顆粒與ER膜上的停泊蛋白（SRP受體）結合，核糖體與ER膜的易位子（translocon）結合。此后，SRP顆粒脫離信號序列和核糖體，返回細胞質基質中重復使用，肽鏈又開始延伸。以環化構象存在的信號肽與易位子組分結合并使孔道打開，信號肽穿入ER膜并引導肽鏈以袢環形式進入ER腔中，這是一個需GTP的耗能過程。與此同時，位于腔面的信號肽酶切除信號肽并快速使之降解。肽鏈繼續延伸，直至完成整個多肽鏈的合成。蛋白質進入腔內并折疊，核糖體釋放，易位子關閉。蛋白質首先在細胞質游離核糖體上起始合成。當多118電子科大細胞生物學第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸教學課件119

引導肽鏈穿過內質網的信號肽可以看做為開始轉移序列（starttransfersequence）。肽鏈中還可能存在某些序列與內質網膜有很強親和力從而使之結合在脂雙層之中，這段序列不再轉入內質網腔中，稱之為停止轉移序列（stoptransfersequence）。如果一種多肽只有N端信號序列而沒有停止轉移序列，該多肽合成后則進入ER腔中；如果一種多肽的停止轉移序列位于分子的中部，該多肽最終則成為跨膜蛋白。含有多個起始轉移序列和多個停止轉移序列的多肽則成為多次跨膜蛋白。引導肽鏈穿過內質網的信號肽可以看做為開始轉移120（2）細胞質基質是物質反應的場所。特定三肽序列為：Asn-X-Ser該兩個α-螺旋區如被破壞，則會抑制蛋白質分泌。異噬溶酶體（phagolysosome）中間高爾基網（medialGolgi）（又稱高爾基堆）roughendoplasmicreticulum，rERroughendoplasmicreticulum，rER合成磷脂的3種酶（包括酰基轉移酶、磷酸酶和膽堿磷酸轉移酶）是ER膜整合蛋白，活性位點朝向細胞基質一側。一、蛋白質分選與分選信號藥物苯巴比妥機理：苯巴比妥→肝細胞sER成倍增加，解毒大量合成，→解毒過氧化物酶體降解儲存的脂肪酸乙酰輔酶A琥珀酸葡萄糖。相反，在非分泌性細胞和未分化細胞中高爾基復合體不發達。COPI包被小泡負責將蛋白從高爾基體內質網。細胞內吞過程中，胞內體被認為是膜泡運輸的主要分選站之一。高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。分選后將其大部分轉入中間高爾基堆，小部分返回內質網。N-連接與O-連接的寡糖比較２、COPII包被小泡用電鏡細胞化學技術顯示其中含有的酸性磷酸酶，高爾基體聚集在微管組織中心(MTOC)附近并在高爾基體膜囊上結合有類似動力蛋白的蛋白質，從而使高爾基體維持其極性。SRP：信號識別顆粒信號識別顆粒受體：又稱停泊蛋白（dockingprotein，DP）（signalrecognitionparticle）（2）細胞質基質是物質反應的場所。SRP：信號識別顆粒信號識121

起始轉移序列和終止轉移序列的數目決定多肽跨膜次數共轉移：肽鏈邊合成邊轉移至ER腔中。信號肽與共轉移起始轉移序列:引導肽鏈穿過ER的信號肽稱為起始轉移序列。終止轉移序列：肽鏈中與ER膜有很強親合力的那段肽鏈序列。起始轉移序列和終止轉移序列的數目決122導肽與后轉移

線粒體、葉綠體中絕大多數蛋白質以及過氧物酶體中的蛋白質是在細胞質基質中合成以后再轉移到細胞器中的，稱為后轉移（posttranslocation）。其轉移也需要某些信號序列指導才能進入細胞器。這些對蛋白質多肽鏈的轉移起指導作用的信號序列稱為導肽或前導肽（leaderpeptide）。

蛋白質跨膜轉移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。比較導肽與后轉移 線粒體、葉綠體中絕大多數蛋白質以及過氧物酶體中123

新生肽需要進一步折疊組裝。有些多肽還要進一步裝配成寡聚體。不能正確折疊的畸形肽鏈或未裝配成寡聚體的蛋白質亞單位，不論是在ER膜上還是在ER腔中，