第六章真核細胞內膜系統、蛋白質分選與膜泡運輸生物奧賽輔導大慶外國語學校大慶外國語學校本章內容提要：

第一節細胞質基質的涵義與功能

一、細胞質基質的涵義二、細胞質基質的功能

第二節細胞內膜系統及其功能一、內質網的形態結構與功能二、高爾基體的形態結構與功能三、溶酶體的形態結構與功能四、過氧化物酶體的發生

第三節細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸一、信號假說與蛋白質分選信號二、細胞內蛋白質的分選的基本途徑和類型三、膜泡運輸真核細胞的細胞內區室化：

細胞質基質、細胞內膜系統--膜包被的各種細胞器1.Plasmamembrane2.

Cytoplasmicmatrix3.Pinocytoticvesicle4.Mitochondria5.Endoplasmicreticulum6.Ribosomes7.Lysosomes8.Vacuoles9.Golgiapparatus10.Centrioles11.Nuclearmembrane12.Nucleus13.Nucleolus主要成分：與中間代謝有關的數千種酶類、維持細胞形態的細胞質骨架結構。主要特點：細胞質基質是一個高度有序的體系；通過弱鍵的相互作用處于動態平衡的結構體系1、完成各種中間代謝過程2、蛋白質的分選與運輸3、與細胞質骨架相關的功能

維持細胞形態、細胞運動、胞內物質運輸

及能量傳遞等

4、蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解

二、細胞質基質的功能細胞內膜系統是指在結構，功能乃至發生上相互關聯、由膜包被的細胞器或細胞結構，主要包括內質網、高爾基體、溶酶體、胞內體和分泌泡等。內膜系統功能主要在于兩個方面：①擴大膜的總面積，為酶提供附著的支架。②是將細胞內部區分為不同的功能區域，保證各種生化反應所需的獨特的環境。第二節細胞內膜系統及其功能（一）內質網的兩種基本類型

1、粗面內質網（RER）嗜堿性多呈扁囊狀，排列較為整齊，因在其膜表面分布著大量的顆粒（核糖體）是內質網與核糖體共同形成的復合功能結構。主要功能：合成分泌性的蛋白和多種膜蛋白。在分泌細胞和分泌抗體的漿細胞中，粗面內質網非常發達。

2.光滑內質網（SER）嗜酸性表面沒有核糖體的內質網稱光滑內質網，常呈分支管狀。是脂質合成的重要場所，廣泛存在于能合成類固醇的細胞中。（二）內質網的功能

ER是細胞內除核酸以外的生物大分子，是蛋白質與脂類合成的基地。幾乎全部脂類和多種重要蛋白質都是在內質網合成的。

蛋白質合成

脂類的合成

蛋白質的修飾與加工

新生肽的折疊與組裝其它的多肽是在細胞質基質中“游離”核糖體上合成的，包括:（1）預定滯留在細胞質基質中的駐留蛋白：如呼吸酶和細胞骨架蛋白；（2）質膜外周蛋白：血影蛋白和錨定蛋白；（3）核輸入蛋白、轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。注意：細胞中蛋白質都是在核糖體上合成的，并都是起始于細胞質基質中“游離”核糖體。2.滑面內質網的功能1、固醇類激素的合成：生殖腺內分泌細胞和腎上腺皮質；

2、肝細胞的解毒作用：肝細胞中存在細胞色素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和代謝產物處理為溶于水的物質，通過尿液排出體外；3、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。2.滑面內質網的功能4、參與糖原的合成和分解：滑面內質網的標志酶——葡萄糖—6—磷酸酶5、參與血小板的形成3.蛋白質的修飾與加工

進入內質網的蛋白質發生的主要化學修飾作用有糖基化、羥基化、酰基化和二硫鍵的形成等。糖基化伴隨多肽合成同時進行，是內質網中最常見的蛋白質修飾。在內質網腔面，當與糖基化有關的氨基酸殘基出現后，通過在膜上的糖基轉移酶的作用，將寡糖基轉移到相應的天冬酰胺殘基上。1、寡糖基轉移到天冬酰胺殘基上稱之為N-連接的糖基化，與天冬酰胺直接結合的糖都是N-乙酰葡萄糖胺。糖基化主要發生在粗面內質網中，經高爾基體加工最后形成成熟的糖蛋白。2、有少數糖基化是發生在絲氨酸或蘇氨酸殘基上連接，稱之為O-連接的糖基化，與之直接結合的是N-乙酰半乳糖胺。是在高爾基體中進行。N-連接與O-連接的寡糖比較：4.新生肽的折疊與裝配不同的蛋白質在內質網停留的時間長短不一。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，一般不能進入高爾基體。內質網腔是非還原性的，極易形成二硫鍵，不易肽鏈的正確折疊。正確折疊涉及駐留蛋白：二硫鍵異構酶（PDI）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。結合蛋白（Bindingprotein，BIP）識別錯誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進重新折疊與裝配。二、高爾基體1898年，Golgi用銀染法，在貓頭鷹的神經細胞內觀察到了清晰的結構，后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構。又稱高爾基復合體。一、形態結構與組成1、形態：由4~8個扁平膜囊堆在一起形成的高度有極性的細胞器。凸出的一面對著內質網稱為形成面或順面（cisface）；凹進的一面對著質膜稱為成熟面或反面（transface）。高爾基體的形態、數目、大小和分布在不同的細胞有差異，但基本結構相似。分泌功能越旺盛的細胞越多。

2、化學組成：

高爾基體膜含有大約60%的蛋白質和40%的脂類，具有一些和ER共同的蛋白成分。高爾基體的膜上含有豐富的酶，主要有糖基轉移酶、磺基-糖基轉移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶和磷脂酶等不同的類型。高爾基體的標志酶為糖基轉移酶。三、高爾基體的主要功能1、參與細胞分泌活動如RER上的核糖體合成的Pr→進入ER腔→以出芽形成囊泡→進入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成囊泡→囊泡與質膜融合、排出。Caro等1965年用3H-leu證實了這一過程。3分鐘放射性在RER，17分鐘在高爾基體，37分鐘分泌顆粒，117分鐘細胞頂端。3、參與蛋白聚糖的合成：如動物細胞中蛋白聚糖的合成。植物細胞壁中的多糖，包括半纖維素、果膠質也是在高爾基體中合成的。4、蛋白酶的水解和其它加工過程在糙面內質網上合成的蛋白質有些是無生物活性的前體物，稱為蛋白原(proprotein),蛋白原必須經過加工改造才能具有生物活性。5、進行膜的轉化功能：內質網上合成的新膜脂轉移至高爾基體后，經過修飾和加工，形成運輸泡與質膜融合，使新形成的膜整合到質膜上。四、高爾基體的來源由內質網或核膜外層產生的小泡轉化而來：現傾向于高爾基體由內質網轉變而來，即糙面內質網上核糖體消失分離出小泡或由滑面內質網分離出小泡形成高爾基體。三、

溶酶體的形態結構與功能

溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。溶酶體是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要功能是進行細胞內的消化作用。（一）溶酶體的形態結構與類型（二）溶酶體的功能（三）溶酶體的發生（四）溶酶體與過氧化物酶體（一）溶酶體的形態結構與類型溶酶體（lysosome）是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊狀細胞器，其主要功能是進行細胞內的消化作用。溶酶體是一種異質性細胞器，根據溶酶體的不同生理階段，可分為初級溶酶體（primarylysosome）、次級溶酶體（secondarylysosome）和殘余體（residualbody）。

初級溶酶體呈球形不含明顯的顆粒物質，外面由一層脂蛋白膜圍繞。其中含有多種無活性水解酶類，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和磷酸脂酶等，酶的最適pH值為5左右。溶酶體膜在成分上也與其它生物膜不同：⑴嵌有質子泵，借助水解ATP釋放出的能量將H+泵入溶酶體內，以形成和維持酸性的內環境；⑵具有多種載體蛋白用于水解的產物向外轉運；⑶膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。

次級溶酶體是初級溶酶體與細胞內的自噬泡或異噬泡、胞飲泡或吞噬泡融合形成的復合體，分別稱之為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體（phagolysosome），二者都是進行消化作用的溶酶體。含有活性的酸性水解酶。進入次級溶酶體的物質經過一段時間的消化后，小分子物質可通過其膜上的載體蛋白轉運到細胞質基質中，供細胞代謝利用。未被消化的物質殘存在溶酶體中形成殘余小體或后溶酶體。殘余小體可通過類似胞吐的方式將內容物排除細胞。長期留在細胞內而不被排除的殘余小體常見為脂褐質。

胞吞作用吞噬自噬泡（二）溶酶體的功能

1.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2.防御功能3.其它重要的生理功能⑴作為細胞內的消化“器官”為細胞提供營養；⑵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節；⑶某些特定細胞編程性死亡及周圍活細胞對其清除；⑷精子的頂體（acrosome）相當于特化的溶酶體，在受精過程中的能溶解卵細胞膜。（三）溶酶體的發生

溶酶體酶是在粗面內質網上合成并經N-連接的糖基化修飾，然后轉至高爾基體，在高爾基體的順面膜囊中寡糖鏈的甘露糖殘基發生磷酸化形成M6P，在高爾基體的反面膜囊和TGN膜上存在M6P受體，將溶酶體的酶與其它蛋白區分開來，并得以濃縮，最后以出芽的方式轉運至溶酶體中。

1、先天性溶酶體病：由于一些酶的缺乏造成不能分解底物的代謝性疾病，腦苷脂沉積病，神經鞘磷脂沉積病，臺—薩氏病（黑蒙性白癡）患者表現為漸進性失明，癡呆，癱瘓。

2、矽肺是一種職業病，其病因與溶酶體有關。當工人在勞動中肺部吸入矽塵顆粒后，矽塵末即被肺部的巨噬細胞吞噬。但巨噬細胞內的溶酶體不能消化分解該顆粒而使之蓄積在細胞內。由于胞內矽塵顆粒表面形成矽酸，破壞了溶酶體膜的穩定性，水解酶釋放出來便使巨噬細胞自溶，矽塵顆粒從死亡細胞中釋放出來后又重新被另外的巨噬細胞吞噬，如此反復，巨噬細胞相繼死亡，刺激成纖維細胞分泌大量的膠原，形成膠原纖維結節，結果是肺組織彈性降低，肺功能受損。

3、細胞組織的自溶：溶酶體膜的不穩定

（四）溶酶體疾病

四、氧化物酶體

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細胞器。

動物細胞中的過氧化物酶體

植物細胞中的過氧化物酶體結晶狀的核心1、過氧化物酶體與溶酶體的區別過氧化物酶體的特征：⑴和溶酶體形態大小類似，所含尿酸氧化酶等呈晶格狀結構稱類核體；⑵含有氧化酶類；⑶內環境pH值為7左右；⑷酶在細胞質基質中合成，經分選與裝配形成；⑸識別的標志酶為過氧化氫酶。過氧化物酶體與初級溶酶體的特征比較

2、過氧化物酶體的功能在動物細胞中過氧化物酶體的功能：動物細胞（肝細胞或腎細胞）中的過氧化物酶體可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒的作用。過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細胞直接提供熱量。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；

3、過氧化物酶體的發生與粗面內質網出芽形成①分泌蛋白的N－端含有一段特殊的信號序列可將多肽和核糖體引導到ER膜上；②信號肽引導下多肽以邊合成邊轉運的方式，通過ER膜上的蛋白復合體進入ER腔，切除信號肽。

1975年，洛克菲勒大學的Blobel,Sabatini推測：一、信號假說與蛋白質分選信號（一）、信號假說第三節細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸BlobelwithmembersofhislaboratoryGünterBlobelBlobel等（1975）提出信號假說，認為蛋白質N端的信號肽，指導蛋白質轉至內質網上合成，獲1999年諾貝爾生理醫學獎。蛋白質轉移到內質網合成涉及以下成分：1、信號肽：

一般位于新合成肽鏈的N端，有的可位于中部。一般15~35個氨基酸殘基：N端含有至少1個帶正電荷的氨基酸；中部含有6-12個疏水氨基酸；C端具有可被信號肽酶識別的位點。作用：①通過與SRP的識別和結合,引導核糖體與內質網結合;②通過信號序列的疏水性，引導新生肽跨膜轉運。

又稱開始轉移序列二、內質網蛋白質合成N端信號肽的一般結構二、蛋白質分選基本途徑蛋白質分選的途徑：

1、翻譯后轉運途徑：在細胞質基質游離核糖體上完成多肽鏈的合成，然后轉運至膜圍繞的細胞器，如線粒體、葉綠體、過氧化物酶體及細胞核，或者成為細胞質基質的可溶性駐留蛋白和支架蛋白

2、共轉運翻譯途徑：蛋白質合成在游離核糖體上起始之后由信號肽引導轉移至糙面內質網，然后新生肽邊合成邊轉入糙面內質網中，再經高爾基體加工包裝并有其膜泡運送至溶酶體、細胞質膜或分