第七章細胞質基質與內膜系統

第八章蛋白質分選與膜泡運輸1.真核細胞的區室化，細胞質基質。真核細胞中內質網結構和功能。高爾基體結構和功能。溶酶體結構和功能。過氧化物酶體功能。蛋白質的靶向、分選及機制。膜泡運輸。1精選課件ppt1真核細胞的區室化及細胞質基質生物膜把真核細胞細胞質化分成明顯的隔室。

真核細胞中被膜分隔的三類結構:(1)細胞內膜系統：內質網（ER），高爾基體，溶酶體，分泌小泡等。(2)其他膜包圍的細胞器：線粒體，葉綠體，過氧化物酶體，細胞核。(3)細胞質基質。真核細胞的區室化2精選課件ppt細胞質基質:細胞質中各種可分辨細胞器之外的膠狀物質。是包括細胞骨架纖維在內的以蛋白為主的大分子及小分子物質形成的動態的，有組織的結構體系。細胞質基質一般占細胞體積的50％以上。細胞質基質與胞質溶膠的區別：(有序、非均質、動態）兩個實驗：原位雜交顯示卵細胞不同mRNA分布于細胞不同的部位。爪蟾卵母細胞蛋白乳膠球擴散實驗顯示細胞質基質中80％的多肽是固定的，不能自由擴散。細胞質基質并不是簡單的酶溶液，是以細胞骨架等蛋白纖維為核心，多酶體系等蛋白通過弱相互作用有序的結合在細胞骨架等結構上，使多酶體系的反應快速穩定進行。細胞質基質的結構體系是動態的，可能隨細胞生理狀態改變而解體—再組裝。1.1細胞質基質的性質3精選課件ppt1.2細胞質基質的功能細胞質基質是蛋白質、脂肪酸合成、糖酵解及細胞中多種中間代謝的區域?；|中細胞骨架：提供細胞質基質中大分子物質、細胞器等附著位點，細胞運動，物質運輸等。細胞質基質中的離子對細胞內外膜電位維持，細胞內pH值維持（Na+/H+交換器、Na+HCO3-/Cl-反向運載體升pH值，Cl-/HCO3-反向運載體降pH值），信號傳遞等密切相關。蛋白質修飾：輔酶與酶連接，磷酸化，去磷酸化，糖基化，甲基化（細胞骨架蛋白、組蛋白等），酰基化（脂錨定蛋白）。蛋白質的合成、正確折疊或恢復正確構象（熱休克蛋白等分子伴侶協助）。蛋白質壽命控制（N端為Met,Ser,Thr,Ala,Val,Cys,Gly,Pro及甲基化的較穩定）和降解（短壽命蛋白，變性蛋白）。4精選課件ppt通過電鏡負染色照片獲得的蛋白酶體結構圖（Ａ）及蛋白酶體識別與降解泛素化蛋白的示意圖（Ｂ）分子伴侶：細胞精密監測細胞中錯誤折疊的蛋白數量，細胞質基質中錯誤蛋白的積累可以誘發細胞熱休克反應，激活編碼胞質溶膠中分子伴侶蛋白等基因的轉錄。這些蛋白的產生可幫助蛋白分子重新折疊。5精選課件ppt2內膜系統內膜系統

:由結構、功能和發生上相關的細胞器組成，包括內質網、高爾基體、溶酶體、胞內體、運輸小泡、分泌泡等。內膜系統的動態特征：內膜系統處于動態變化中。其中的大多數細胞器之間通過運輸小泡聯系。隨細胞分裂解體與重建。內膜系統生物合成的蛋白質、糖類、脂類等隨內膜系統在細胞內移動。6精選課件ppt膜系統研究的幾種常用方法放射自顯影；熒光蛋白標記技術；亞細胞組分生化分析；遺傳突變體研究等。分泌蛋白放射性自顯影顯示合成——分泌不同階段在不同細胞器中的位置。3H-亮氨酸脈沖標記。7精選課件ppt2.1.1內質網形態與組成約占細胞總膜面積的一半，是封閉的網絡系統。分為糙面內質網（rER）和光面內質網（sER）。rER呈扁平囊狀，排列整齊，有核糖體附著。sER呈分支管狀或小泡狀，無核糖體附著。細胞幾乎不含純粹的rER或sER，它們分別是ER連續結構的一部分，光面內質網常出現在向高爾基體轉運的出芽部位，分泌脂類激素的特化細胞sER含量豐富。內質網于核膜相連、可與質膜內陷結構相通表明其可能起源于質膜內陷。內膜系統包括內質網均與細胞骨架關系密切。內質網對射線、毒劑、病毒等外界傷害非常敏感，引起內質網腔擴大、核糖體脫落等病理變化。2.1內質網19458精選課件ppt粗面內質網由核糖體附著在扁平連續的內質網囊胞質側形成的。光面內質網由管狀的膜結構組成的相互連通的網架。9精選課件ppt粗面內質網：a，糙面內質網模式圖。b，胰腺腺泡細胞的rER透射電鏡圖。c，胰腺腺泡細胞的rER掃描電鏡圖。d，內質網（橙色及白色）主要集中于細胞核周圍。10精選課件ppt微粒體(100-200nm)是在細胞組分分離中得到的主要由內質網膜組分形成的大小一致的異質性微囊。微粒體在純化過程中保持了活性，具有蛋白合成，蛋白糖基化，脂質合成等內質網功能?？捎糜趦荣|網研究。微粒體與內質網11精選課件ppt粗面內質網主要功能:蛋白質合成、修飾和正確折疊。蛋白質的合成起始于細胞質基質，有些蛋白質在開始合成不久就隨核糖體轉移至糙面內質網上。附著在糙面內質網上的核糖體合成的蛋白質包括：分泌蛋白；內膜系統及質膜的膜整合蛋白；內膜系統腔中的可溶性蛋白。蛋白質細胞內分選：共翻譯轉運（左）和后翻譯轉運（右）。Nascent新生的2.1.2內質網的功能12精選課件ppt卵磷脂在內質網膜上合成過程的示意圖合成膜脂、固醇類激素等脂質。幾乎細胞所有膜脂均在內質網上合成。兩類膜脂例外:（1）糖脂合成開始于內質網上，在高爾基體中完成。

（2）線粒體、葉綠體中的獨特的膜脂由自身合成。光面內質網主要功能13精選課件ppt磷脂轉位蛋白在磷脂雙分子層形成中的作用。生物膜磷脂轉位蛋白（轉位酶）可能有多種。其中一種是ABC轉運器Floppase，由PS面向ES面轉運磷脂，對膽堿磷脂轉位能力高于其他磷脂。另有Ca2+依賴的磷脂爬行酶（Phospholipidscramblase)，不依賴ATP雙向轉運磷脂。還有一種P型離子泵相關的磷脂轉位酶Flippase（如Aminophospholipidtranslocase，可轉運PS等)從ES面向PS面轉運磷脂。14精選課件ppt內質網合成的膜脂主要以三種方式轉運至其他細胞器：通過出芽從內質網轉運至高爾基體、溶酶體、質膜。通過不同的磷脂交換蛋白（PEP）與特定種類的磷脂形成水溶性顆粒從磷脂含量高的細胞器轉運至磷脂含量低的細胞器（線粒體、過氧化物酶體等，不同細胞器的膜脂組成差異很大）。通過特殊蛋白介導的膜直接接觸轉運磷脂。內質網合成脂質的運輸15精選課件ppt其它脂質合成，如分泌細胞中合成固醇類物質。肝細胞中對毒性化合物脫毒：依賴光面內質網膜上含有細胞色素P450多功能氧化酶把聚集在內質網膜上的脂溶性有害物質羥基化，使之溶于水并被排出細胞，隨尿排出體外。容納Ca2+，調控肌肉收縮：Ca2+-ATPase和Ca2+通道位于肌細胞光面內質網（肌質網）膜上，把Ca2+運入內質網中。細胞受刺激時，Ca2+進入細胞質基質中促使肌肉收縮。光面內質網的其他功能內質網P450多功能氧化酶反應原理http://www./

16精選課件ppt糙面內質網合成的蛋白可能會在內質網或高爾基體中糖基化、?；⒘u基化、硫酸化，在內質網中形成正確的二硫鍵，蛋白的折疊和多亞基蛋白組裝，在內質網、高爾基體、分泌泡中進行特異蛋白的切割等修飾。內膜系統中蛋白的糖基化主要發生在內質網和高爾基體中，兩者糖基化方式不同。內膜系統合成的蛋白糖基化普遍，細胞質基質中僅個別蛋白發生簡單的糖基化。新合成蛋白質的修飾和加工糖基化的作用：①影響蛋白的穩定性、壽命和降解，使蛋白質能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質傳遞信號的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊、分選、定位。17精選課件ppt內質網中的糖基化發生在蛋白合成過程中，由膜上的糖基轉移酶把膜結合的多萜醇上的寡糖鏈轉到特殊三肽序列的天冬酰胺上。在真核生物中轉移的14個糖的寡糖鏈是相同的。后期在內質網中還對寡糖鏈進行剪切修飾，剪除3個葡萄糖和一個甘露糖。寡糖鏈在轉運過程中還可進行接切添加糖基。Dolichol多萜醇。蛋白N-連接糖基化發生在內質網中。在蛋白的三肽信號Asn-X-Ser/Thr的天冬酰胺上。內質網N－連接糖基化的寡糖鏈在內質網要經歷修飾。轉移至高爾基體后糖鏈還要進一步修飾。蛋白在內質網內（上）還可發生羥基化，?；靶纬啥蜴I等修飾。18精選課件ppt內質網中新合成蛋白的質量控制內質網中含有多種蛋白協助新合成肽鏈折疊、組裝。不能折疊、組裝的蛋白運出內質網被泛素化降解。分子伴侶：結合蛋白（Bip，亦稱GRP78，Hsp70家族成員）、鈣連接蛋白（calnexin），等它們可以識別、結合未折疊或錯誤折疊的蛋白并幫助這些蛋白正確折疊。蛋白二硫鍵異構酶(PDI)：打開二硫鍵幫助蛋白正確折疊。葡糖基轉移酶（GT）：是一種監控酶，識別未折疊或錯誤折疊的蛋白并添加一個葡萄糖至低聚糖末端。Bip、PDI等有四肽內質網駐留信號(HDEL/KDEL)。N-連接糖基化在內質網蛋白折疊中的作用19精選課件ppt合成的蛋白進入內質網，在分子伴侶幫助下折疊，不能正常折疊的蛋白通過易位子運出內質網經泛素途徑化降解20精選課件ppt在內質網腔中二硫鍵形成及重排只有在內質網腔中才具有氧化–SH形成二硫鍵的氧化環境。PDI：蛋白二硫鍵異構酶，在內質網腔中大量存在。內質網蛋白質量控制機制確保錯誤折疊的蛋白不能離開內質網進入高爾基體。只有完成正確修飾、折疊和組裝后才能以出芽方式進入高爾基體進一步加工修飾或分選。21精選課件ppt2.1.3內質網應激及其信號調控內質網對傷害敏感，當內外因素(異常糖基化、缺氧、病毒感染等）導致內質網未折疊、錯誤折疊蛋白積滯，膜脂成分變化，鈣穩態失衡等均可啟動相應信號途徑引起內質網應激(ERS)反應。內質網應激反應包括：①未折疊蛋白質應答反應（UPR），②內質網超負荷反應（EOR），③固醇調節級聯反應，④凋亡程序啟動等。內質網應激反應可啟動內質網分子伴侶、固醇合成等基因表達，緩解損傷造成的內質網壓力。如內質網應激反應時間過長，內質網壓力不能緩解則啟動細胞凋亡。內質網應激抉擇細胞的生死。22精選課件pptA，三種未折疊蛋白應答反應信號傳遞途徑：內質網腔中或膜上未折疊、錯誤折疊的蛋白過多、積滯會導致未折疊蛋白應答反應（UPR），激活內質網膜上需要肌醇酶1（IRE1）、蛋白激酶R類似的內質網激酶（PERK）、激活轉錄因子6（ATF6）等感受器，啟動相應信號途徑，引起胞質中特異基因調節蛋白的前體mRNA拼接，促使分子伴侶基因等表達；或磷酸化翻譯輔助因子，暫停蛋白質的合成，啟動分子伴侶基因表達；或者剪切感應器產生活性轉錄因子，引起分子伴侶等相關基因表達。

B，需要肌醇酶1信號途徑：IRE1三個功能結構域、轉錄因子前體mRNA的細胞質拼接和分子伴侶基因的表達。23精選課件ppt固醇調節級聯反映：內質網固醇缺乏時內質網膜上被insig-1(2)束縛的固醇調控元件結合蛋白（SREBP）脫離束縛進入高爾基體，被高爾基體S1P、S2P蛋白酶剪切出活性片段進入核中與固醇調控元件結合，啟動相關基因轉錄。正確折疊的蛋白在內質網中積累可以啟動內質網超負荷反應（EOR），引起核因子κB激活，啟動抗凋亡、細胞炎癥反應、細胞分化等效應。內質網膜膽固醇損耗引起固醇調節級聯反應。激活固醇調控元件結合蛋白（SREBP），促使膽固醇合成基因的表達。24精選課件ppt內質網應激是細胞一種自我保護機制，內質網應激如果不能使內質網恢復蛋白折疊的良好環境就會啟動細胞程序性死亡。左圖：內質網應激誘導的凋亡途徑:1)內質網應激導致PERK激活并最終可能導致GADD34/PP1磷酸酶復合體（它可使eIF2α去磷酸化）活化，促進凋亡。可使eIF2α

磷酸化的遺傳機制或藥劑保護細胞不發生內質網應激誘導的凋亡。2)Caspase-12(小鼠)或-4(人)和內質網膜胞質面相連，它可以通過多條路徑被內質網應激激活，包括通過IRE1和TRAF2（腫瘤壞死因子受體相關因子2），或通過被calpain剪切激活,Calpain本身可被從內質網庫中釋放的Ca2+激活。Bcl-2家族的某些成員定位于內質網膜上，可以通過調節Ca2+流出和放大線粒體途徑凋亡信號影響內質網應激誘導的凋亡。(JNK,c-JunN-terminalkinases,JNK活化與線粒體凋亡途徑有關，在射線等處理細胞后JNK可被激活啟動凋亡。JNK還有促細胞增值等作用）

右圖：內質網應激引起的Ca2+上升激活鈣離子依賴的蛋白酶calpain引起溶酶體內組織蛋白酶cathepsin泄漏導致細胞壞死。

25精選課件ppt2.2.1形態結構與極性由扁平囊泡堆積而成，有極性。通常4～8個扁平囊堆疊在一起。分布于ER與細胞膜間，呈弓形或半球形?？拷送钩龅囊幻鎸χ鳨R稱為順面（cisface），靠近質膜凹進的一面對著質膜稱為反面（transface）。標志酶為糖基轉移酶。高爾基體可分為5個功能連續的部分：順面網狀結構、順面膜囊、中間膜囊、反面膜囊、反面網狀結構。高爾基體是動態結構，與細胞骨架特別是微管關系密切，靜止細胞常處于微管組織中心附近。在細胞分裂時隨內質網、核膜等解體，細胞分裂后重新形成。2.2高爾基體189826精選課件ppt高爾基體的極性27精選課件ppt高爾基體順面（cis面）膜囊：嗜鋨反應顯示。中間膜囊：含有甘露糖苷酶Ⅱ（N連接寡糖鏈甘露糖從核心寡糖上的切除），煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）。核苷酸二磷酸酶（UDP－糖等轉移出糖后切除磷酸），胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）位于靠近反面（trans面）的囊狀和管狀結構區。焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）的細胞化學反應顯示高爾基體反面膜囊區。高爾基體扁平膜囊膜組成的區域差異28精選課件ppt1)參與細胞分泌活動：RER合成Pr→ER腔→COPⅡ小泡→CGN→Golgi加工→TGN區形成運輸泡→與質膜融合、排出。2)O-連接的糖基化：糖的供體為核苷糖。3)糖鏈加工與修飾，部分多糖的合成。4)蛋白質、糖（糖胺聚糖）的硫酸化。4)進行膜的轉化功能：合成糖脂，ER合成膜脂轉移至高爾基體，經過糖基化等修飾和加工，形成運輸泡與質膜融合。5)將蛋白水解為活性物質：如將胰島素C端切除；或將神經肽前體降解為活性片段。6)參與形成溶酶體。7)植物細胞壁的形成，合成纖維素和果膠質。2.2.2高爾基體功能29精選課件ppt高爾基體各分區功能（可用放射性自顯影方法用同位素標記的單糖脈沖標記顯示）：內質網：N-連接寡聚糖合成和轉移到Asn側連上；高爾基體順面管網區：N-乙酰半乳糖胺添加至Ser/Thr上，溶酶體酶磷酸化第一步；順面膜囊：移除甘露糖，溶酶體酶磷酸化第二步；中間膜囊：甘露糖移除、添加N-乙酰葡萄糖胺；反面膜囊：添加半乳糖、唾液酸；反面管網區：添加唾液酸，酪氨酸硫酸化。Asparagine天冬酰胺，mannose甘露糖。內質網以出芽方式將其中正確折疊的蛋白運至高爾基體順面管網區，再由順面向反面運輸并在高爾基體不同功能區進行糖基化等修飾。高爾基體不同的分區行使不同的修飾功能，蛋白從順面到反面逐漸修飾加工成熟。30精選課件pptN-連接低聚糖核心糖鏈在粗面內質網中組裝。N-連接低聚糖的修飾在高爾基體中完成。O-連接低聚糖發生在高爾基體中。N-連接低聚糖在內質網和高爾基體中的修飾高爾基體中O-連接的糖基化及糖基化修飾31精選課件pptFucose巖藻糖，Hyl羥賴氨酸，glycophorin血型糖蛋白。高爾基體中O-連接糖基化由糖基轉移酶利用核苷酸糖逐個添加的。N-連接的糖基化在真核生物中普遍存在，但在原核生物中很少發生。不同于蛋白質、核酸的合成，低聚糖的合成不需要模版。典型的O-連接和N-連接低聚糖的結構32精選課件ppt真核細胞中蛋白糖基化的目的是什么?重要功能：(1)幫助蛋白折疊及運輸。糖鏈是蛋白折疊、分類包裝、定向轉運的信號和標志。如在內質網中衣霉素阻斷蛋白質糖基化，免疫球蛋白，血凝素等肽鏈不能正確折疊而滯留在內質網中。(2)糖基化為細胞提供信號識別信息，在蛋白分選，細胞識別，細胞黏著等方面扮演重要角色。因此相關糖基化基因敲除是致死性的。(3)糖基化蛋白的使大分子不能靠近蛋白表面，保護蛋白免受蛋白酶等切割。(4)糖基化增加蛋白的可溶性和穩定性，影響細胞表面電荷特征，細胞表面由于膜脂膜蛋白糖鏈中的唾液酸而帶負電荷。(5)細胞糖基化外被（動物細胞）既能保護細胞，又不影響細胞的運動能力。33精選課件ppt在高爾基體反面管網結構和形成的分泌泡中進行分泌蛋白的剪切加工。為什么前體蛋白需要剪切才能形成有活性的形式？1）多肽分子太小，核糖體不能有效合成（神經肽）；2）防止激素蛋白與受體提前結合啟動生理效應（胰島素）；3）蛋白可能缺少轉移到分泌泡中的信號，剪切可能使轉移信號暴露。分泌蛋白的剪切加工高爾基體分泌蛋白的剪切加工：組成型分泌蛋白血清蛋白和胰島素前體的剪切34精選課件ppt蛋白等經高爾基體不同功能間隔修飾、加工逐漸成熟，由順面移向反面，在反面網狀結構區依賴特異受體被分類濃縮，出芽形成不同轉運小泡或分泌小泡運向不同目的區域。高爾基體蛋白的分選和轉運分泌途徑有三條：溶酶體酶分選途徑；調節性分泌途徑；組成型分泌途徑。35精選課件ppt兩種觀點：小泡運輸模型；膜囊成熟模型。高爾基體組裝方式及膜囊間運輸方式的兩種模型。高爾基體維持極性及膜囊間運輸模式:36精選課件ppt高爾基體與細胞分泌組成型胞吐（物質從細胞連續的非調節性的分泌）如膜蛋白和胞外基質分泌物儲存在細胞質儲藏微粒中，在刺激信號下分泌。如胰島素、促腎上腺皮質激素、胰蛋白酶原的分泌，可能通過相同的方式分選和進入可調節性分泌泡。37精選課件ppt溶酶體（Lysosome）為deDuve1949年在分析大鼠肝組織液離心組分中酸性磷酸酶活性時發現。線粒體組分酸性磷酸酶活性水提液中比等滲液中高，放置時間長的比新鮮提取的高，酶活性與線粒體無關，其他水解酶活性與此類似。deDuve與Novikoff1955年通過電鏡觀察證實溶酶體存在。單層膜細胞器。含酸性水解酶（最適pH=5），執行細胞內消化。具有異質性，酸性磷酸酶是標志酶。膜有質子泵，溶酶體內pH值低。膜蛋白高度糖基化。膜上有轉運載體。2.3溶酶體194938精選課件ppt2.3.1溶酶體形態結構與類型溶酶體是異質性細胞器：初級溶酶體。次級溶酶體：

異噬溶酶體；

自噬溶酶體。殘余體。初級溶酶體次級溶酶體分泌溶酶體殘余體前溶酶體39精選課件ppt次級溶酶體（secondarylysosome）是正在進行或完成消化作用的溶酶體，分為自噬溶酶體和異噬溶酶體。殘余體（residualbody）又稱后溶酶體（post-lysosome），已失去酶活性，僅留未消化的殘渣，故名?？膳懦黾毎?，也可能留在細胞內逐年增多，如表皮細胞的老年斑，肝細胞的脂褐質。初級溶酶體（primarylysosome）由高爾基體分泌形成，含多種酸性水解酶，較為均質。40精選課件ppt

溶酶體組織化學觀察

：硝酸鉛顯示酸性磷酸酶（溶酶體的標志酶）。兩個小囊泡可能是來自高爾基體的含酸性水解酶的運輸小泡（紅色箭頭）。次級溶酶體初級溶酶體41精選課件ppt殘余體：肝細胞脂褐質42精選課件ppt溶酶體含有大量的酸性水解酶，它們可以消化各種生物分子，是細胞內主要的消化場所。酸性水解酶在較低pH值下活性高，溶酶體膜上的質子泵（V型）使溶酶體內部酸化。少量的溶酶體酶泄漏到細胞質不會引起細胞損傷。細胞質基質中pH值為7.2左右，溶酶體酶此環境下活性低。溶酶體膜：V型H+泵：維持內部酸性。膜上存在糖基化蛋白：可能是保護溶酶體免于自消化。

存在運輸蛋白：轉運消化物質。溶酶體內酸性環境的產生和維持及溶酶體部分酸性水解酶43精選課件pptpH敏感的熒光探針標記的蛋白顯示胞吞過程中胞內體和溶酶體的pH值：溶酶體中pH值為5，顯示紅色。各種胞內體pH值從5.5－6.5不等，顯示藍、綠色。溶酶體與胞內體關系密切。晚胞內體被認為就是前溶酶體。前溶酶體與溶酶體在內部pH值和膜上的蛋白組成上有差別（溶酶體膜無溶酶體酶受體）。44精選課件ppt植物細胞中沒有與動物細胞一樣的溶酶體，但植物細胞中液泡、原球體、糊粉粒具有溶酶體功能。

45精選課件ppt2.3.2溶酶體功能溶酶體主要輔助行使三種細胞功能：①吞噬；②自噬；③胞飲。初級溶酶體與吞噬泡和自噬泡融合，完成消化后形成殘余體或者通過胞吐排出殘余物或滯留在細胞中形成脂褐質微粒。46精選課件ppt①清除無用生物大分子（自噬）、衰老損傷死亡的細胞（異噬）、衰老的細胞器（自噬）、個體發育中多余的細胞（異噬）等。②細胞內消化和營養獲?。喝鐝腖DL獲得膽固醇、氨基酸（異噬），單細胞真核生物籍其消化食物（異噬），饑餓細胞的自噬。③防御作用：如巨噬細胞（異噬）、中性粒細胞（異噬）、T淋巴細胞和NK淋巴細胞（分泌溶酶體，含溶酶體酶和穿孔蛋白、粒酶。）。④參與分泌過程的調節：如甲狀腺分泌細胞吞噬甲狀腺球蛋白降解成有活性的甲狀腺素并分泌到細胞外（異噬）。⑤形成精子的頂體（類似分泌溶酶體），含透明質酸酶、蛋白酶等，消化卵細胞透明帶和濾泡細胞以利受精。精子的頂體是特化的溶酶體47精選課件ppt2.3.3溶酶體病由溶酶體缺陷造成的機體功能紊亂：①矽肺病細胞自體溶解是由于溶酶體膜破裂或滲漏導致酶外泄消化自體細胞。②溶酶體貯積癥是由于溶酶體缺乏一種或多種溶酶體酶導致物質在溶酶體中積累形成大的內含物。如I-細胞癥（inclusion-celldisease）：N－乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶基因突變造成。臺－薩氏癥：溶酶體缺乏β-氨基己糖脂（苷）酶A不能消化神經節苷脂使其在腦細胞等細胞中積累，導致癡呆、早死。48精選課件ppt神經鞘脂貯積病疾病缺失酶類主要貯積底物后果GM1神經節苷脂貯積癥GM1

-半乳糖苷酶神經節苷脂GM1智力遲鈍，肝臟肥大，骨骼受累，2歲前死亡臺－薩氏病己糖胺酶A神經節苷脂GM2智力遲鈍，失明，3歲前死亡法布萊氏病

-半乳糖苷酶A三己糖神經酰胺皮疹，腎功能喪失，下肢疼痛山霍夫氏病己糖胺酶A和B神經節苷脂GM2和紅細胞糖苷酯與泰－薩氏疾病癥狀相似，但發展更快高歇氏病葡糖腦苷酯酶葡糖腦苷脂肝臟和脾臟腫大，長骨腐蝕，只在嬰兒期發生智力遲鈍尼-皮二氏病鞘磷脂水解酶鞘磷脂肝臟和脾臟腫大，智力遲鈍Farber’s脂肪肉芽腫病神經酰胺水解酶神經酰胺疼痛性與退行性的關節變形，皮膚瘤，幾年內死亡Krabbe’s病半乳糖腦苷酯酶半乳糖腦苷脂髓磷脂缺失，智力遲鈍，2歲前死亡腦硫脂沉積芳基硫酸酯酶腦硫脂智力遲鈍，前十年死亡49精選課件ppt臺-薩氏綜合癥溶酶體的同心圓結構50精選課件ppt2.3.4溶酶體的生物發生新合成溶酶體酶的典型運輸：溶酶體酶前體N-連接寡糖鏈末端甘露糖被磷酸修飾而帶6-磷酸標記，在高爾基體反面管網區（TGN）溶酶體酶通過甘露糖-6-磷酸受體與其他類型蛋白分離濃縮并從TGN出芽。最后與晚胞內體融合。低pH值使受體與溶酶體酶分離，受體出芽回到TGN區。酸性磷酸酶水解酶上磷酸激活水解酶，使水解酶不會隨受體返回高爾基體。溶酶體發生與高爾基體的分泌活動密切相關。溶酶體酶在高爾基體中標記或修飾，在TGN區被選擇濃縮，出芽通過運輸小泡運至前溶酶體（晚胞內體）、胞外、質膜上等區域，運至胞外、質膜上的溶酶體酶通過胞飲-胞內體途徑進入前溶酶體，晚胞內體繼續酸化、受體循環脫離后轉變為初級溶酶體。51精選課件ppt溶酶體酶上甘露糖-6-磷酸標志的產生需要兩種酶催化在高爾基體CGN和順面膜囊中完成。N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶，磷酸葡萄糖苷酶。酶對溶酶體酶前體蛋白的識別可能依賴溶酶體前體蛋白立體結構某些區域形成的信號斑。識別區結合溶酶體酶信號N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶磷酸葡糖苷酶52精選課件ppt溶酶體發生在不同細胞中可能存在差異，溶酶體酶進入溶酶體途徑可能也不相同。甘露糖-6-磷酸標記的溶酶體酶運至胞外后可通過受體介導的內吞返回細胞溶酶體。而標志酶酸性磷酸酶前體是跨膜蛋白，分泌到細胞質膜上后再通過受體介導的內吞回收，在通過胞質巰基蛋白酶和溶酶體天冬氨酸蛋白酶剪切成可溶性蛋白，此過程不涉及甘露糖-6-磷酸途徑。53精選課件ppt2.4過氧化物酶體1954Rhodin1954年發現于鼠腎小管上皮細胞。具有異質性，由單層膜圍繞而成。但與溶酶體有顯著差異。特點：含過氧化氫酶（標志酶）和一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶，已發現40多種氧化酶。氧化酶特點是將底物氧化后生成過氧化氫，而過氧化氫酶又利用H2O2去氧化其它底物或生成水和O2。過氧化物酶體廣泛存在于真核細胞中。過氧化物酶體又稱微體。乙醛酸循環體（植物油性種子中氧化脂肪酸生成糖等的過氧化物酶體）。在動物中：

①參與脂肪酸的氧化，直接產生熱和乙酰輔酶A；②具有解毒作用，過氧化氫（物）酶氧化有害物質，醇的氧化（甲醇、乙醇等），飲入的酒精1/4是在微體中氧化為乙醛。在植物中：①參與光呼吸，將光合作用的副產物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫；②在萌發的種子中，進行脂肪酸的氧化，最終使脂肪轉化為糖。2.4.1過氧化物酶體的功能54精選課件ppt肝細胞中過氧化物酶體煙草葉肉細胞的過氧化物酶體（中央具有尿酸氧化酶形成的晶體狀核心）55精選課件ppt過氧化物酶體參與光呼吸乙醛酸循環體使脂肪轉化為糖56精選課件ppt過氧化物酶體的發生與線粒體和葉綠體類似。但過氧化物酶體不含DNA，酶和膜蛋白由核基因編碼，主要在細胞質基質中合成，在信號序列PTS1（-Ser-Lys-Leu-COO-）或PTS2（N端Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu)等引導下定位到過氧化物酶體。膜脂來自內質網膜泡，或通過磷脂交換蛋白(PEP)從內質網轉移而來。以分裂方式產生子代，也可以通過組裝方式產生新的過氧化物酶體。通過酵母等突變體發現許多與過氧化物酶體發生有關的基因（pex基因）。2.4.2過氧化物酶體的發生過氧化物酶體的發生：1內質網出芽，前體膜泡過氧化物酶體膜蛋白組裝（Pex19，膜蛋白定位信號受體；Pex3、16膜蛋白定位輔助蛋白）。2基質蛋白在PTS1/PTS2序列引導下輸入（Pex5、7，分別為PTS1和PTS2基質受體；Pex14，基質受體的膜受體；Pex2、10、12，輔助輸入膜蛋白復合物）。3通過分裂增值（需要Pex11）。57精選課件ppt蛋白質分選運輸的路徑圖3蛋白質的分選（定向轉運）3.1真核細胞中核編碼蛋白的分選概述（共翻譯轉運和后翻譯轉運）58精選課件ppt跨膜運輸：蛋白運入內質網、線粒體、葉綠體、過氧化物酶體；膜泡運輸：內質網、高爾基體、質膜、溶酶體、胞內體之間的蛋白運輸；門控通道運輸：通過核孔運輸；細胞質基質中的蛋白轉運。蛋白通過四種機制轉運：59精選課件ppt蛋白分選（蛋白質尋靶）:蛋白分子在蛋白內部的分選信號指導下從細胞質運往各種目標細胞器或細胞表面。沒有任何信號（序列）的蛋白是細胞質基質駐留蛋白。細胞內合成的蛋白質、脂類等物質之所以能夠定向的轉運到特定的細胞器取決于兩個方面：其一是蛋白質中包含特殊的信號序列（signalsequence）。其二是細胞器上具特定的信號識別裝置（分選受體，sortingreceptor）。60精選課件ppt信號序列及信號斑蛋白建立分選信號的兩種方式：

信號位于一段氨基酸序列中被稱為信號序列，它暴露在蛋白外部通常位于肽鏈端部，也有存在于其他部位的。信號斑由分隔開的氨基酸序列在蛋白折疊時相互接近組成，或者在蛋白折疊后形成暴露的固定距離的多個信號斑。61精選課件ppt門控通道轉運：細胞核蛋白通過核孔復合體運輸;蛋白存在核定位信號

(NLS);以折疊或組裝的形式進行運輸?？缒み\輸：進入內質網依賴信號肽；進入線粒體、葉綠體、過氧化物酶體依賴導肽或轉運肽;通過膜上的易位子、內外膜轉運復合體蛋白跨膜；以單個未折疊的肽鏈形式跨膜；

需要通過分子伴侶協助。膜泡運輸：通過出芽，轉運，駐泊及最后與靶膜融合運輸蛋白、脂質；在膜泡的外圍組裝包被蛋白；(網格蛋白、COPII包被蛋白、COPI包被蛋白等);只有正確折疊、組裝的蛋白才能被運輸；在運輸中被運輸蛋白、脂質的方向不會改變。62精選課件ppt3.2信號假說和內膜系統蛋白質的轉運--G.Blobel和D.Sabatini,1975年提出共翻譯轉運的信號假說。Palade發現內質網附著的核糖體合成分泌蛋白。Milstein等發現:在非細胞體系中合成的IgG輕鏈比體內真正的IgG輕鏈N端長出數個氨基酸。在非細胞體系中添加ER膜組分則可合成正常長度的IgG輕鏈。63精選課件ppt分泌蛋白的信號肽：由多肽N端16-26個氨基酸組成。具有三個區域，帶正電荷的N端區，中間的疏水核心區和極性的與成熟肽鏈連接的C端剪切區，新生分泌蛋白的信號肽使肽鏈定向運輸到內質網，隨后被切除。信號識別顆粒,SRP:由6種不同的多肽和一條7S（300bp左右）RNA組成的核糖核蛋白復合體，可結合GTP）。信號識別顆粒受體：內質網停泊蛋白(DP，一種GTP結合蛋白)。易位子：由3-4個Sec61蛋白構成的通道，每個Sec61由3條肽鏈組成。SRP有三個主要活性區:信號肽識別區：P54甲硫氨酸與信號肽疏水核心結合；核糖體結合區：P9、P14，阻斷進一步翻譯；結合內質網停泊蛋白的區域。錨定序列：與內質網膜的親合力很高，使這段序列結合在膜上，阻止其繼續進入內質網腔，成為跨膜蛋白。64精選課件ppt

粗面內質網合成分泌蛋白共翻譯轉運示意圖65精選課件ppt進入內質網腔的可溶性蛋白沒有停止轉移序列膜蛋白的定位和拓撲特征進入內質網的分泌蛋白等只需N端的信號肽即可定位到內質網腔，而膜整合蛋白還需其他信號序列。除N端信號肽引導蛋白轉運至內質網外，內質網定位蛋白還可能有內在停止轉移錨定序列（STA）、內在信號錨定序列（SA，起信號肽、開始轉移、錨定的序列）等內部信號序列指導內質網膜蛋白的轉運。含內在停止轉移錨定序列（STA）和內在信號錨定序列（SA）的蛋白在內質網膜上的拓撲特征66精選課件ppt膜整合蛋白的內部停止轉移序列（內部停止轉移錨定序列）和開始轉移序列（內部信號錨定序列）在蛋白膜定位中的作用67精選課件ppt葡萄糖轉運蛋白1等多跨膜α螺旋蛋白的合成和轉運：多個開始轉移序列（內部信號錨定序列，不切除的信號肽）和停止轉移序列（內部停止轉移錨定序列）形成多次跨膜。68精選課件ppt水皰性口炎病毒包膜蛋白的分選信號是存在于細胞質基質一側的雙酸分選信號，這種信號也存在于其他膜蛋白上。雙酸分選信號指導膜蛋白從內質網向高爾基體運輸。上皮細胞頂端和基膜蛋白的分選：水皰性口炎病毒（VSV）與普通感冒病毒共同侵染上皮細胞時在內質網上合成的兩種病毒的包膜蛋白被高爾基體轉運小泡分別運輸至上皮細胞的基膜端和游離端。有些膜蛋白分泌到基膜一側在通過轉胞吞作用聚集到游離面質膜上。不僅蛋白質進入內質網需要信號引導，蛋白在內膜系統間運輸也需要信號。如內質網駐留蛋白的KDEL（HDEL）信號和KKXX信號（膜蛋白），質膜整合蛋白由內質網進入高爾基體的雙酸分選信號（Asp-X-Glu），溶酶體蛋白由高爾基體進入溶酶體的甘露糖-6-磷酸信號等。69精選課件ppt內膜系統之間及與質膜之間的物質傳遞主要通過膜泡運輸進行。運輸小泡在膜的特定區域以出芽、內吞的方式產生。表面具有一個籠子狀的由蛋白質構成的包被（coat）。包被在運輸小泡與靶細胞器的膜融合之前解體。膜泡運輸及內膜系統結構、位置的組織依賴細胞骨架，特別是細胞微管體系。3.3膜泡運輸70精選課件ppt高爾基體在細胞分裂中的解體和分裂后重新組裝（高爾基體在有絲分裂完成后以兩個進程組裝）:

(a)

視頻畫面顯示表達mCherry-Rab6的

RPE1（一種視網膜上皮細胞株）細胞在分裂后高爾基體的組裝（mCherry，一種紅色熒光蛋白；Rab6，定位于高爾基體或后高爾基體區室上的GTP結合蛋白，調節膜泡運輸、融合）。0時標記接近于分裂末期開始，方框區域在c圖被放大。(b)根據實時圖像實驗在NT對照細胞中測定的細胞分裂后高爾基顆粒大小。圖中顯示高爾基顆粒相對于0時的平均增加倍數。(c)

圖(a)中的方框放大顯示微小高爾基疊囊（紅）在重新向中心體定位(10’)之前先聚集(6–9‘,藍色及黃色箭頭指示兩個單獨的膜囊群)。Milleretal.高爾基體衍生的微管聚集并組織高爾基體微疊囊(高爾基體組裝的G-stage)。同時，中心體微管在細胞中央募集高爾基體疊囊(高爾基體組裝的C-stage).在CLASP（高爾基體膜上組織微管組裝的一種蛋白）失活細胞中（沒有高爾基體衍生微管）高爾基體組裝的G-stage缺失。細胞分裂末期高爾基體重新組裝由兩套微管體系完成——中心體微管體系（C-stage）和高爾基體微管體系（G-stage，高爾基體有微管組織中心的功能）71精選課件ppt高爾基體重新組裝依賴微管：(c)顯示微管在高爾基微疊囊（紅色）上成核，使微疊囊結合到微管上（黃色箭頭）并沿微管運輸（白色箭頭）導致微疊囊沿高爾基體成核微管聚集。mCherry-Rab6(紅),GFP-EB3（EB3,一種微管結合蛋白,綠），

(d)圖c中微疊囊聚集，僅顯示mCherry-Rab6，藍色箭頭指示微管成核的微疊囊；黃色箭頭指示被運輸的微疊囊。高爾基體組裝依賴兩套微管的方向性和動力蛋白活性:

(a–b)GFP-EB3(綠green)和

mCherry-GT(紅，GT,半乳糖基轉移酶，一種僅在高爾基體中有的標志酶)2.5分鐘內視頻畫面疊加。(a)EB3在對照細胞中的軌跡顯示輻射狀的中心體微管陣列（黃箭頭）和切向的高爾基體相關的微管陣列

（藍箭頭）。方框處放大：a‘，mCherry-GT，a”，GFP-EB3。(b)在CLASP失活(siRNA重組)細胞中輻射狀的中心體微管陣列（黃箭頭）EB3軌跡，

方框處放大：b‘，mCherry-GT，b”，GFP-EB3。(c)視頻畫面顯示洗除nocodazole（微管組裝抑制劑）后表達mCherry-GT(紅)和GFP-EB3(綠)的NT對照細胞中微疊囊沿高爾基體成核微管向負端方向運動（黃色箭頭）。星號示微管正極端，時間顯示為去除nocodazole后的時間。72精選課件ppt當失去G-stage后，高爾基體組織會混亂：比較正常組織的高爾基體(左)和CLASP失活細胞中輻射狀中心體微管組裝的部分分散的圓形高爾基體（右）。在一個有錯誤組織的圓形高爾基體的細胞中，后高爾基體轉運的極性無法維持：比較對照細胞中向細胞前方正常的極性運輸（左）和CLASP失活細胞中的非極性運輸模式（右）。73精選課件ppt細胞內膜系統間膜泡運輸有方向性，已知由三種不同類型的有被小泡運輸。不同包被蛋白選擇運輸不同的貨物，組成不同類型的運輸小泡在生物合成和分泌、胞飲過程中介導不同種類的運輸。衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質膜→胞內體（不需ARF）Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→胞內體Clathrin重鏈與輕鏈？，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內質網，高爾基體膜囊間COPIISar1Sec23/Sec24復合體，Sec13/31復合體（類似網格蛋白），Sec16內質網→高爾基體74精選課件pptCOPⅡ衣被小泡介導內質網到高爾基體的物質運輸。形成于內質網無核糖體處的出芽位點。主要亞基：Sar1-GTP、Sec23、Sec24（雙酸信號受體）、Sec13、Sec31。多數跨膜蛋白直接與COPⅡ結合，少數跨膜蛋白和多數可溶性蛋白通過受體與COPⅡ結合。分選信號：位于跨膜蛋白胞質面，形式多樣，常包含雙酸性基序Asp-X-Glu。COPⅡ有被小泡的組裝：Sar1是一種G蛋白:Sar1-GTP結合到ER上;Sar-GDP從ER上解離。75精選課件pptCOPⅠ包被膜泡在哺乳動物細胞中，抑制從內質網出芽的抗體對高爾基體膜囊之間膜泡運輸沒有抑制效應，說明介導兩種運輸的蛋白不同。COPI有被小泡是第一個被分離鑒定的運輸小泡，GTP類似物可以促使細胞積累COPI有被小泡并可通過離心分離。COPI包被膜泡介導由高爾基體膜囊間及至內質網的反向運輸。功能：回收、轉運內質網逃逸蛋白（escapedproteins）返回內質網；也可介導高爾基體不同區域間的蛋白質運輸。組成：由7種蛋白組成，αβ（KKXX膜蛋白回收信號受體）

β’γδεζ?；厥招盘枺耗さ鞍譒ys-Lys-X-X（KKXX），可溶性蛋白Ly