第七章细胞质基质与内膜系统及蛋白质分选转运
第一节细胞质基质
一、细胞质基质的涵义
细胞质基质指细胞质中除去细胞器和内膜系统留下的无一定形态结构的胶状物质。有的学者称为胞质溶胶。主要含有与中间代谢有关的数千种酶类以及与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构。
已有的证据显示，细胞质基质可能是一个高度有序且又不断变化的结构体系，细胞骨架纤维贯穿其中。
二、细胞质基质的功能
1、许多中间代谢过程在细胞质基质中进行。包括糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成与分解以及蛋白质与脂酸肪的合成等。
2、细胞质骨架是细胞基质的主要结构成分，与维持细胞形态、细胞运动、物质运输及能量传递有关。
3、与蛋白质的修饰及选择性降解有关。
（1）蛋白质的修饰
在细胞质中发生的蛋白质修饰的类型主要有：
①辅酶或辅基与酶的共价结合；
②磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性；
③糖基化；
④对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰；
⑤酰基化；
（2）控制蛋白质的寿命：例如依赖于泛素的降解途径，泛素是一个由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白质，可与待降解的蛋白质的N 端共价结合，即对蛋白质进行泛素化，这是该蛋白质将被降解的重要标志；
（3）降解变性和错误折叠的蛋白质；
（4）帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠形成正确的分子构象。
第二节内质网（ER）
一、内质网的结构
由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包围的腔形成相互沟通的三维网络结构。在不同类型细胞中或同一细胞不同生理状态下，内质网的数量、类型与形态差异很大。标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。内质网是连续的整体结构，可分为两种基本类型：糙面内质网和光面内质网两种。
1、粗面内质网（rER）
糙面内质网：多呈扁平囊状，排列整齐，表面有核糖体附着，并存在易位子蛋白复合体，易位子的功能与新合成的多肽链进入内质网有关。
2、光面内质网（sER）
光面内质网：常由分支的管道形成复杂的网状，膜上无核糖体附着，sER所占的区域通常较小，往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质和脂质转移到高尔基体内。sER是合成脂类的重要场所。
二、内质网的功能
内质网是细胞蛋白质与几乎全部脂质合成的基地，还能合成部分糖类物质。具体的功能如下：
1、蛋白质的合成
所有蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的核糖体上。有些蛋白质合成开始不久转至内质网上继续合成，蛋白质合成主要是粗面内质网的功能，合成的蛋白包括：①分泌蛋白；②膜蛋白；③内膜系统
细胞器中的可溶性驻留蛋白；④需要进行复杂修饰的蛋白。
2、脂类的合成
sER合成了几乎全部的膜脂，包括磷脂和胆固醇。膜脂在光面内质网的细胞质基质膜面上合成，随后部分膜脂转移到内质网腔面膜上，进而通过出芽的方式或借助于磷脂转移蛋白（PEP）的协助，运送到
其他部位。
3、蛋白质的修饰与加工
蛋白质在内质网中的化学修饰主要有：糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。糖基化是内质网中最常见的蛋白修饰，伴随着多肽合成同时进行。在糙面内质网中进行的是N-连接的糖基化，即N-乙酰葡糖胺与天冬氨酸的-NH2连接。酰基化主要是指软脂酸和半胱氨酸共价结合，发生在内质网的细胞质基质侧。
4、新生的多肽折叠与装配
①易位子将错误折叠或组装的蛋白质运至细胞质基质，进而被蛋白酶降解；②附着在内质网膜腔面上的蛋白二硫键异构酶可切断二硫键，帮助新合成的蛋白质重新形成二硫键并处于正确的折叠状态；③内质网中的结合蛋白可识别错误折叠或未装配好的蛋白亚基单位，并促进其重新折叠与装配。
5、其它功能：
肝细胞中的光面内质网具有解毒功能，因为其中含有一些酶可以清除脂溶性的废物和代谢产生的有害物，并与固醇类激素的合成、糖原分解有关等。
肌细胞中含有发达的特化的光面内质网，称肌质网。肌质网的主要功能是贮存Ca2＋。
提供酶附着的位点并起到机械支持作用。
微粒体实际上是在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的囊泡结构，它包括内质网与核糖体两种基本成分。
第三节高尔基体
一、高尔基体的形态结构
高尔基体由一些（常常4－8个）排列较为整齐的扁平的膜囊堆叠在一起，这些扁囊均由光滑的膜围成，构成高尔基体的主体结构。
高尔基体是一种有极性的细胞器，表现在它在细胞中有恒定的位置，物质从高尔基体的一侧进入，从另一侧输出；扁囊堆常明显地具有一凸面和一凹面。凸面（形成面、顺面）靠近细胞核，凹面（成熟面、反面）面向细胞质膜。
高尔基体是一个复杂的油多个功能不同的间隔所组成的完整体系，至少由互相联系的以下4部分组成：
①顺面网状结构（CGN）与膜囊：位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，是中间多孔呈连续分支状的管网结构，接受来自内质网新合成的物质，并将其分类后转入高尔基体中间膜囊，带有KDEL信号的蛋白质与脂类再返回内质网，发生O-连接的糖基化修饰。
②中间膜囊：由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔但功能上是连续的完整的膜囊体系，其特殊
的形态使其具有很大的膜表面，从而增加了糖的合成和修饰的有效面积。多数糖基的修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在这里。
③反面网状结构（TGN）与膜囊：位于反面的最外层，TGN与反面的扁平囊相连，呈管网状，并有囊泡与之相连。其中PH较低，TGN 的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出。
④周围大小不等的囊泡：与物质运输有关。
高尔基体的标志酶是糖基转移酶。
二、高尔基体的功能
对内质网合成的蛋白质进行加工、分类、包装、转运；转运内质网合成的脂质；合成糖类。
1、高尔基体与细胞分泌活动
高尔基体与细胞的分泌活动有关。最有力的证据是Caro的放射示踪实验。除分泌性蛋白外，很多细胞膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原纤维等细胞外基质成分都是通过高尔基体完成其
定向转动过程。
对溶酶体发生过程的认识有助于了解高尔基体完成其分选功能的作用机制。顺面网状结构（CGN）与膜囊中含有N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶和N-乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶，可将溶酶体上的甘露糖残基进行磷酸化，形成M6P，可被TGN区的受体特异性地识别并结合，实现溶酶体酶的分选。
2、蛋白质的糖基化及修饰
发生O－连接的糖基化修饰，即半乳糖或N-乙酰半乳糖胺与丝氨酸、苏氨酸，羟脯氨酸、羟赖氨酸残基的-OH连接，在高尔基体内进行。
高尔基体中含有糖基转移酶，其主要作用是对糖基的寡糖链进行修饰。
3、蛋白酶的水解和其他加工过程
很多蛋白质经与高尔基体结合的蛋白水解酶的作用,经特异地水解才成为有生物活性的多肽。如胰岛素。
硫酸化作用也在高尔基体进行。
三、高尔基体与细胞内的膜泡运输
分泌性蛋白，多数质膜的膜蛋白都是在粗面内质网上合成，经高尔基体的加工与分装通过膜泡运输的方式进入细胞表面，同样通过内吞作用质膜外的复杂物质及质膜的膜蛋白以膜泡运输的方式进入细
胞内。在这种膜泡运输过程中，细胞内形成复杂的“膜流”，高尔基体在膜流的调控中起着枢纽作用。高尔基体膜无论在厚度上或是化学组成上均介于内质网与质膜之间，说明从高尔基体的形成面到成熟面必然存在着膜的转化过程。
第四节溶酶体与过氧化物酶体
溶酶体是外包单层膜、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞消化。
溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器——圆球体、糊粉粒及中央液泡。
溶酶体膜在成分上与其它生物膜有所不
同。
一、溶酶体的结构类型
溶酶体是一种多样性和异质性的细胞器，在不同的细胞内其形态、数量迥异。根据溶酶体处于其生理功能的不同阶段，一般可分为以下几类：
1、初级溶酶体
指刚从高尔基体边缘膨大分离出来，还未同消化物融合的潜伏状
态的溶酶体，呈球形，内容物均一，含有多种酸性水解酶类，包括蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、磷酸酯酶和硫酸酸酶等，最适PH为5左右。
2、次级溶酶体
次级溶酶体为消化泡，是初级溶酶体与细胞内的自噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称为自噬溶酶体和异噬溶酶体。
自噬溶酶体又称为自噬小体或自体吞噬泡，其作用的底物是内源性的，即细胞内蜕变，破损的某些细胞器或局部细胞质，起到“清道夫”的作用，是细胞内细胞器或其他结构自然减员和更新的正常途径。
异噬溶酶体又称为异噬小体或异体吞噬泡，它作用的底物是外源性的，即细胞经吞噬，胞饮作用所摄取的胞外物质。
3、残余小体（后溶酶体）
是次级溶酶体中的物质被消化完毕后，其残渣存在的泡状结构，是已经行使完消化功能的溶酶体。又叫残体。残体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞，也可以留在细胞内。
酸性磷脂酶为溶酶体的主要标志酶，以此可辨认不同形态与大小的溶酶体来。
二、溶酶体的功能
1、清除作用--消化无用的生物大分子、衰老的细胞器及细胞。自噬现象是真核细胞中细胞成分的更新和转化的基本特征。
2、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，形成异噬溶酶体。在溶酶体的作用理将其杀死并降解。
3、营养作用--正常的消化作用，为细胞提供营养。
4、在分泌细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，参与分泌过程的调节。
5、精子的顶体相当于特化的溶酶体，在受精过程中发生顶体反应，促进受精。
三、溶酶体的发生
⑴在糙面内质网上的核糖体合成溶酶体酶蛋白；
⑵进入内质网腔，进行N-连接的糖基化修饰；
⑶在高尔基体顺面膜囊，寡糖链上的甘露糖残基磷酸化形成M6P；
⑷与高尔基体反面膜囊和反面网状结构膜上的M6P受体结合；
⑸以出芽的方式转至运输小泡；
⑹运输小泡与前溶酶体融合，溶酶体酶进入溶酶体，而M6P返回高尔基体。
四、溶酶体与过氧化物酶体
过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器，普遍存在于所有的动物细胞和很多植物细胞中。
过氧化物酶体也是一种异质性的细胞器，在酶的种类、功能和发生等方面都与溶酶体在很大区别。
过
氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较：A.溶酶体（大，球形、酸性水解酶、不需要氧、细胞内的消化作用、在粗面内质网合成、识别的标志酶：酸性水解酶等）
B.微体（小，球形，有酶晶体（尿酸氧化酶）、含有氧化酶类、需要氧、多种功能、在细胞质基质中合成、识别的标志酶：过氧化氢酶）
功能：在动物细胞中的氧化解毒作用，过氧化物酶体中含有两种酶，一是依赖于黄素（FAD）的氧化酶，可将底物氧化成H2O2；另一种是过氧化氢酶，可将H2O2分解形成水和氧气。⑵可能参与脂肪酸的β-氧化，向细胞直接供热能。⑶植物细胞中的过氧化物酶体又叫乙醛酸循环体，参与光呼吸和乙醛酸循环反应。
第五节蛋白质的分选与细胞结构的装配
绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中开始合成。随后，或在细胞质基质或在糙面内质网上继续合成。然后通过不同的途径转动到细胞的特定部位，这一过程称为蛋白质的分选或定向运转。
一、信号假说与蛋白质分选信号
信号假说，即指导分泌性蛋白合成的mRNA在AUG起始密码子之后有一信号密码子顺序，可指导合成一段疏水性氨基酸序列称为信号肽。信号肽有引导合成中的分泌蛋白多肽链穿过内质网膜进入内质网腔的
指导分泌蛋白在粗面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒受体等因子协助完成这一过程。肽链上的信号序列决定了多肽在细胞质中的合成部位，并最终决定成熟蛋白的去向。分子伴侣在这些过程中起重要作用。
分子伴侣：细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位结合，从而帮助这些多肽转动、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称这分子伴侣。信号识别颗粒就是一种分子伴侣，它可与信号肽结合，帮助多肽转动。
二、蛋白质分选的基本途径与类型（见讲义）
三、膜泡运输
是蛋白质运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。
目前发现三种类型的有被小泡具有不同的物质运输作用，包括有网格被小泡、CopⅠ有被小泡和CopⅡ有被小泡等。
四、细胞结构体系的装配
蛋白质的装配与去装配不仅存在于蛋白质分选的过程中，而且普遍存在于整个细胞生命活动中，具有重要的生物学意义。分子伴侣在蛋白质分选与装配的某些环节中起重要作用。
细胞生物学章节习题-第七章 一、选择题 1、膜蛋白高度糖基化的细胞器是（B ）。 A. 溶酶体 B. 高尔基体 C. 过氧化物酶体 D. 线粒体 2、能特异显示液泡系分布的显示剂是（B ）。 A. 希夫试剂 B. 中性红试剂 C. 詹姆斯绿 D. 苏丹黑试剂 3、所有膜蛋白都具有方向性，其方向性在什么部位中确定（C ）？ A. 细胞质基质 B. 高尔基体 C. 内质网 D. 质膜 4、下列哪种细胞所含的粗面内质网比较丰富（E ）？ A. 肝细胞 B. 脂肪细胞 C. 红细胞 D. 睾丸间质细胞 E. 胰腺细胞 5、以下哪种蛋白不属于分子伴侣（D ）。 A. HSP70 B. 结合蛋白（Bip） C. 蛋白二硫异构酶 D. 泛素 6、真核细胞合成膜脂的部位（C ）。 A. 细胞质基质 B. 高尔基体 C. 光面内质网 D. 粗面内质网 7、下列有关蛋白质糖基化修饰的叙述，错误的是（C ） A. 内质网和高尔基体中都可以发生蛋白质的糖基化 B. O-连接的糖基化发生在高尔基体中 C. 糖基化过程中不发生在高尔基体的顺面膜囊中 D. 高尔基体糖基化相关酶的活性在其腔面 8、糙面内质网上合成的蛋白质不包括（ D ） A. 向细胞外分泌的蛋白 B. 膜整合蛋白 C. 内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白 D. 核糖体蛋白 9、下列细胞器中，对胞吞大分子物质起分选作用的是（A ） A. 胞内体 B. 高尔基体 C. 光面内质网 D. 糙面内质网 10、膜蛋白高度糖基化的细胞器是（A ） A. 溶酶体 B. 高尔基体 C. 过氧化物酶体 D. 线粒体 11、经常接触粉尘的人容易患肺部疾病，如矽粉引起的矽肺，下列哪种细胞器和矽肺的形成有关（ D ） A. 内质网 B. 线粒体 C. 高尔基体 D. 溶酶体 12、植物细胞中类似于动物细胞溶酶体的结构是（A） A. 液泡 B. 过氧化物酶体 C. 消化泡 D. 高尔基体 13、在细胞代谢过程中，直接需氧的细胞器是（D ） A. 核糖体 B. 叶绿体 C. 溶酶体 D. 过氧化物酶体 二、填空题 1、O-连接的糖基化主要发生在高尔基体，N-连接的糖基化主要发生在糙面内质网和高尔基体。在N-连接糖基化的糖蛋白中，核心寡聚体糖残基与多肽链的天冬酰胺（氨基酸）结合；O-连接糖蛋白中乙酰半乳糖胺糖残基同多肽链的或丝氨酸、苏氨酸（氨基酸）结合。 2、蛋白质的糖基化主要发生在内质网和高尔基体中，在细胞质基质中发生的糖基化是指在哺乳动物的细胞中把N-乙酰葡糖胺分子加到蛋白质的丝氨残基的羟基上。 3、溶酶体的标志酶是酸性水解酶，微体识别标志酶是过氧化氢酶。 4、溶酶体的膜成分具有以下几个特征：有质子泵，有载体蛋白和蛋白质的高度糖基化
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输- 测试题（满分：70） 一、选择题（共25小题，1～20题每题1分，21～25题每题2分） 1、下列关于信号肽，最正确的一项是（） A. 是C端的一段氨基酸序列 C. 具有信号作用，但不被切除 B. 是N端的一段氨基酸序列 D. 跨膜运输后要被切除 2、细胞质基质中合成，到内质网上继续合成的蛋白的定位序列为（） A. 信号肽 C. 转运肽 B. 导肽 D. 信号斑 3、参与蛋白质合成与运输的一组细胞器是（） A. 核糖体、内质网、高尔基体 C. 细胞核、微管、内质网 B. 线粒体、内质网、溶酶体 D. 细胞核、内质网、溶酶体 4、台-萨氏病是一种与溶酶体有关的遗传缺陷病，主要是（）缺乏而不能水解神经节苷脂GM2。 A. 磷酸二酯酶 C. β-氨基己糖酯酶A B. N-乙酰氨基转移酶 D. 腺苷酸环化酶 5、指导蛋白质转运到线粒体上的氨基酸序列被称为（） A. 导肽 C. 转运肽 B. 信号肽 D. 新生肽 6、溶酶体的H+ 浓度比细胞质基质中高（） A. 5倍 C. 50倍 B. 10倍 D. 100倍以上 7、下面（）不是在粗面内质网上合成的 A. 抗体 C. 胶原蛋白 B. 溶酶体膜蛋白 D. 核糖体蛋白 8、下列细胞器中的膜蛋白在粗面内质网上合成的为（） A. 叶绿体 C. 过氧化物酶体 B. 线粒体 D. 溶酶体 9、具运输和分拣内吞物质的细胞器是（） A. 有被小体 C. 胞内体 B. 滑面内质网 D. 溶酶体 10、下列（）是特化的内质网 A. 肌质网 C. 乙醛酸循环体 B. 脂质体 D. 残余小体 11、真核细胞中下列（）细胞器或细胞结构上不可能有核糖体存在 A. 内质网 C. 细胞核膜 B. 细胞质基质 D. 细胞质膜 12、下列细胞器中，有极性的是（） A. 溶酶体 C. 线粒体 B. 微体 D. 高尔基体 13、蛋白质的糖基化及其加工、修饰和寡糖链的合成是发生在高尔基体的（） A. 顺面管网状结构 C. 反面管网状结构 B. 中间膜囊 D. 反面囊泡 14、合成后的磷脂被（）转运至过氧化物酶体的膜上 A. 磷脂转位因子 C. 膜泡
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 一、名词解释 1、细胞质基质 2、内膜系统 3、分子伴侣 4、信号假说 5、共转移 6、后转移 7、信号肽 8、信号斑 9、导肽 二、填空题 1、在糙面内质网上合成的蛋白质主要包括、、等。 2、蛋白质的糖基化修饰主要分为和；其中主要在内质网上进行，指的是蛋白质上的与直接连接，而则是蛋白质上的与直接连接。 3、肌细胞中的内质网异常发达，被称为。 4、原核细胞中核糖体一般结合在，而真核细胞中则结合在。 5、真核细胞中，是合成脂类分子的细胞器。 6、内质网的标志酶是。 7、细胞质中合成的蛋白质如果存在，将转移到内质网上继续合成。如果该蛋白质上还存在 序列，则该蛋白被定位到内质网膜上。 8、高尔基体三个功能区分别是、和。 9、具有将蛋白进行修饰、分选并分泌到细胞外的细胞器是。 10、被称为细胞内大分子运输交通枢纽的细胞器是。 11、蛋白质的糖基化修饰中，N－连接的糖基化反应一般发生在，而O－连接的糖基化反应则发生在和中。 12、蛋白质的水解加工过程一般发生在中。 13、从结构上高尔基体主要由组成。 14、植物细胞中与溶酶体功能类似的结构是、和糊粉粒。 15、根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段，大致可将溶酶体分为、 和。 16、溶酶体的标志酶是。 17、被称为细胞内的消化器官的细胞器是。 18、真核细胞中，酸性水解酶多存在于中。 19、溶酶体酶在合成中发生特异性的糖基化修饰，即都产生。 20、电镜下可用于识别过氧化物酶体的主要特征是。 21、过氧化物酶体标志酶是。 22、植物细胞中过氧化物酶体又叫。 23、信号假说中，要完成含信号肽的蛋白质从细胞质中向内质网的转移需要细胞质中的和内质网膜上的的参与协助。 24、在内质网上进行的蛋白合成过程中，肽链边合成边转移到内质网腔中的方式称为。而含导肽的蛋白质在细胞质中合成后再转移到细胞器中的方式称为。 三、选择题 1、属于溶酶体病的是（）。
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输 2009-07-24 18:10 1. 如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的? 答: 从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。内体是由内吞作用产生的具有分选作用的细胞器,它能向溶酶体传递从细胞外摄取的物质, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。 2. 内膜系统的动态特性是如何形成的? 答: 造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的: ①蛋白质和脂的合成活动: 在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动: ③内吞活动(endocytosis pathway),是分泌的相反过程, 细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体。 3. 请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义? 答: 至少有六方面的意义: ①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③内膜系统通过小泡分泌的方式完成膜的流动和特定功能蛋白的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了一些具有杀伤性的酶类在运输过程中的安全，并能准确迅速到达作用部位。④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率。 4. 为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一? 答: 这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶); 细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一。 5. 在蛋白质的合成与分泌的研究中分别使用了同位素示踪技术、分离技术和突变体研究技术, 说明这些技术的研究结果各说明了什么问题? 答: 同位素示踪技术确定了分泌的路线, 从内质网开始经高尔基体运向细胞外;分离技术确定了参与合成和分泌的主要细胞器的作用:内质网是参与蛋白质合成
第七章细胞质基质与内膜系统 细胞内区室化（compartmentalization）是真核细胞结构和功能的基本特征之一。 与原核细胞物不同，真核细胞具有复杂的内膜系统，把细胞质区分成不同的功能区隔。 细胞内被膜区分为3类结构： 细胞质基质 内膜系统（主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等） 其它膜相细胞器（如线粒体，叶绿体，过氧化物酶体，细胞核） 第一节细胞质基质及其功能 细胞质基质：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。 一、细胞质基质的含义 细胞质基质是一种高度有序的、有精细区域化的、动态的凝胶结构体系。（不是简单、均一的溶液） 二、细胞质基质的功能 1. 进行各种生化代谢活动（糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等） 2. 为部分蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所 3．和细胞骨架一起，辅助完成物质的运输、细胞的运动、维持细胞形态 4. 维持细胞器的实体完整性，供给细胞器行使功能所需要的底物，提供细胞生命活动所需要的 离子环境 5.修饰或降解蛋白质 （1）蛋白质的修饰 与辅酶或辅基的结合、磷酸化和去磷酸化、糖基化、甲基化、酰基化等 （2）控制蛋白质的寿命 真核细胞的细胞质基质中，有一种识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制：泛素化和蛋白酶体介导的蛋白质降解途径。 共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解，这是细胞内短寿命蛋白和错误折叠或异常蛋白降解的普遍途径，泛素相当于蛋白质被摧毁的标签。 （3）降解变性和错误折叠的蛋白质 变性和错误折叠的蛋白质的降解作用，可能涉及对畸形蛋白质所暴露出的氨基酸疏水基团的识别，并由此启动对蛋白质N端第1个氨基酸残基的作用，结果形成了N端不稳定信号，被依赖于泛素的蛋白酶体途径彻底降解。 （NOTE：另一条途径是溶酶体消化清除。） （4）帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象 主要靠热休克蛋白(heat shock protein, HSP)来完成。 在正常细胞中，HSP选择性地与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用水解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠成正确构象的蛋白质。
第七章内膜系统与蛋白质分选 名词： 膜结合细胞器：指细胞质中所有具有膜结构的细胞器。包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、分泌泡、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等。由于它们都是封闭的膜结构，内部都有一定的空间，所以又称为膜结合区室。通过形成膜结合细胞器，使细胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作的系统。 内膜系统: 内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器, 因为它们的膜是相互流动的，处于动态平衡，在功能上也是相互协同的。广义上的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核等细胞内所有膜结合的细胞器。 小泡运输（膜泡运输）：细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白 内质网：内质网是细胞内的一个精细的膜系统。是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。两膜间是扁平的腔、囊或池。内质网分两类，一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网，另一类是膜上光滑的，没有核糖体附在上面，叫光滑型内质网。粗糙型内质网的功能是合成蛋白质大分子，并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。光滑型内质网的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关，并且还具有运输蛋白质的功能。 溶酶体:溶酶体（lysosomes）真核细胞中的一种细胞器；为单层膜包被的囊状结构，直径约0.025～0.8微米；内含多种水解酶，专司分解各种外源和内源的大分子物质。 高尔基体:是真核细胞中内膜系统的组成之一，它由扁平膜囊（saccules）、大囊泡（vacuoles）、小囊泡（vesicles）三个基本成分组成。 信号斑:信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。 信号识别颗粒:在真核生物细胞质中一种小分子RNA和六种蛋白的复合体，此复合体能识别核糖体上新生肽末端的信号，顺序并与之结合，使肽合成停止，同时它又可和ER膜上的停泊蛋白识别和结合，从而将mRNA上的核糖体，带到膜上。SRP上有三个结合位点：信号肽识别结合位点，SRP受体蛋白结合位点，翻译暂停结构域。 细胞分泌:动物细胞和植物细胞将在粗面内质网上合成而又非内质网组成部分的蛋白和脂通过小泡运输的方式经过高尔基体的进一步加工和分选运送到细胞内相应结构、细胞质膜以及细胞外的过程称为细胞的分泌。 调节型分泌途径:调节型分泌（regulated secretory pathway)小泡形成的方式可能与溶酶体相似, 分泌蛋白在高尔基体反面网络中通过分选信号与相应的受体结合,
细胞中蛋白质合成分选、定位的机制 一．蛋白质合成 定义：在核糖体的作用下，mRNA携带的遗传信息翻译成蛋白质。 蛋白质合成（多肽链合成）的基本过程： 1.氨基酸激活。a.将氨基酸的羧基激活成易于形成肽键的形式。b.每一个新氨基酸与 mRNA编码信息之间建立联系。从而使氨基酸与特定tRNA结合。 2.起始。 mRNA+核糖体小亚基+起始氨酰基-tRNA +核糖体大亚单位=起始 复合物 3.肽链延长。 tRNA与mRNA对应的密码子配对携带有一个氨基酸的 tRNA被安放到核糖体上此氨基酸和前一个氨基酸共价键合，肽链延长。该阶段的核心是形成肽键，将单个氨基酸连接成多肽链。 4.合成终止，肽链释放。 mRNA上的终止密码子即是终止信号，当携带新生肽链的 核糖体抵达终止密码子，多肽链合成终止，核糖体大小亚基分离，多肽链从核糖体上释放出来。 5.折叠和翻译后加工。包括多肽链的折叠剪接、化学修饰、空间组装。 二．蛋白质分选定位 定义：蛋白质从起始合成部位转运到其发挥功能发挥部位的过程。绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。但是蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各个区间或组分，所以需要不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特定部位。 1.核基因编码的蛋白质的分选途径： ①.后翻译转运途径 在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。 ②.共翻译转运途径 蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运至高尔基加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。 指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽、信号识别颗粒SRP、内质网膜上信号识别颗粒的受体等因子协助完成的。 蛋白质合成暂停
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输 教学目的 1、掌握信号肽假说和蛋白质转运的机制。 2、掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用。 3、掌握细胞内蛋白质的分选。 教学内容 本章从以下6个方面讨论了细胞质质基质与内膜系统: 1．细胞质膜系统及其研究方法 2．内质网 3．高尔基复合体 4．溶酶体 5．细胞的分泌与内吞作用 6．小泡运输的分子机理 计划学时及安排 本章计划6学时。 教学重点和难点 真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统，将细胞内环境分割成许多功能不同的区室。内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器，因为它们的膜是相互流动的，处于动态平衡，在功能上也是相互协同的，其中包括膜运输系统。 本章是细胞生物学的重点章，包括六个方面的内容，其中内质网及信号肽假说、小泡运输的分子机理是本章的关键内容。 1．内质网是内膜系统中的重要膜结合细胞器，主要分清光面内质网和粗面内质网在功能上的差异。对于粗面内质网，重点是信号肽假说和蛋白质转运的机制。 2．高尔基复合体是内膜系统中参与蛋白质加工与分选的细胞器，要求了解和掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用，即将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞的特定部位或分泌到细胞外。理解高尔基体在细胞内物质运输中所起的交通枢纽作用。 3．关于溶酶体，要求掌握溶酶体膜的稳定性、溶酶体的类型及特点、溶酶体的功能、溶酶体的生物发生。 4．细胞内蛋白质的分选是本章的核心内容之一，重点学习和掌握运输小泡的类型和分选信号、披网格蛋白小泡形成的机理、COP-被膜小泡形成的机理、小泡的定向运输、停靠和融合机理。 通过本章的学习要充分了解细胞内部结构的动态关系，蛋白质合成和分选的机制和“流水”作业的模式，从中获得启发。
题目：1.用自己的语言复述课堂列出的四组关于信号肽的实验，分析其产物为何有所不同；根据这些实验结果构建的信号肽学说要点有哪些？ 2.请整理线粒体、质体、内膜系统、膜泡系统、细胞核等章节有关蛋白分选内容，详细描述细胞内蛋白分选机制。 1. 共四组实验，在第一组（对照组）中加入含编码信号序列的mRNA，第二组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，第三组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，第四组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，微粒体。 实验结果：第一组产生含信号肽的完整多肽，第二组合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸，第三组产生含信号肽的完整多肽，第四组信号肽切除，多肽链进入微粒体中。 产物不同的原因： 组2：SRP 有Alu和S 两个结构域，它们同RNA 相互连接。其中Alu结构域由SRP9 和SRP14 组成，结合到7S RNA的5'端和3'端序列。SRP 能识别并结合在游离核糖体上新合成蛋白质的信号肽。当它与信号肽结合后，多肽合成就暂时中止，所以会只形成70~100氨基酸残基。 组3：DP与SRP结合后，解除了SRP 对核糖体肽链合成的抑制，新生链继续合成延长。 组3：微粒体中含有内质网和核糖体，加入之后，多肽链会进入其中被加工，信号肽则被信号肽酶水解。
信号肽学说要点： 分泌蛋白先在游离核糖体上开始合成-----当其N端的信号肽延伸出核糖体后，被胞质中的SRP识别并结合-----rER膜上的SR识别并结合SRP----信号肽的疏水核心与膜结合-----新形成的多肽链进入内质网----信号肽被信号肽酶水解-------新生肽链通过蛋白转运子进入内质网腔中--------核糖体移到mRNA的终止密码子，蛋白质合成结束，核糖体重新处于游离状态。 2． 线粒体： 线粒体中有1000 多种蛋白质，它本身的DNA 及核糖体只能合成其中少数蛋白质，其余的线粒体蛋白质都是由核DNA编码的，在胞质游离核糖体上合成后运输到线粒体中 由线粒体的核糖体合成的蛋白，以共翻译运输（co-translational transport）的方式插入到线粒体内膜， 在细胞质核糖体上合成的蛋白，以翻译后运输（post-translational transport）的方式转运到线粒体中。 （1）在胞质核糖体上合成的蛋白质，大都以前体形式存在。多由N端的一段导肽和成熟形式的蛋白质组成。（2）蛋白质通过膜时，在外膜上有专一性不很强的受体参与作用。（3）蛋白质通过膜需要水解ATP和利用质子动势的能量过程。（4）导肽引导蛋白质前体，在受体及转运子的作用下，通过内、外膜的接触点，运输到线粒体的基质中。（5）导肽对所牵引的蛋白质无特异性。（6）蛋白质运送时需要一些分子伴侣使蛋白进行折叠状态与解折叠状态的转变。（7）前体蛋白运入线粒体后，需要蛋白酶切除导肽，再折叠成成熟蛋白。 线粒体膜上存在前体蛋白转运子，外膜上的TOM、SAM，内膜上TIM23、TIM22、
细胞质基质及内膜系统； 一、细胞质基质(cytoplasmic matrix) 1.细胞质基质（差速离心）：细胞液、透明质、胞质溶胶、基质 细胞质中除去细胞器和内膜系统留下的无一定形态结构的胶状物质。 主要含有与中间代谢有关的数千种酶类以及与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构。（细胞质基质主要是由微管、微丝和中等纤维等形成的相互联系的结构体系。） 高度有序，这是它的重要特质 2.细胞质基质的功能 1)中间代谢的场所。糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成 2)为细胞器提供所需离子环境 3)为细胞器行使功能提供底物。 4)细胞质骨架：提供锚定位点，各种组分区域化. 5)参与蛋白质修饰、选择性降解等 2.1（1）蛋白质的修饰 ①辅酶或辅基与酶的共价结合； ②磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性； ③糖基化； ④对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰； ⑤酰基化； （2）控制蛋白质的寿命 （3）降解变性和错误折叠的蛋白质 （4）帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠形成正确的分子构象 二．内质网（ER） RER SER 结构表面有核糖体，层状扁囊无核糖体，分支小管和小泡 分布分泌活动旺盛或分化完善的细胞特化细胞 功能蛋白质合成脂类的合成 ①分泌蛋白；②膜蛋白；甘油三酯 ③需要与其它细胞组分严格隔离细胞膜所需的膜脂 的蛋白（如内质网、高尔基体磷脂 和溶酶体中的蛋白质）； ④需要进行复杂修饰的蛋白 蛋白质的修饰与加工 蛋白质在内质网中的化学修饰主要有：糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。糖基化伴随着多肽合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰。 糖基化分：N—连接糖基化（主要发生在内质网中）糖:N—乙酰葡萄糖胺氨基酸：天冬氨酸发生部位：内质网(rER) O—连接的糖基化（主要发生在高尔基体中）糖：N—乙酰半乳糖胺氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸发生部位：高尔基体（主要） 新生多肽的折叠与装配 蛋白二硫键异构酶：切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态 结合蛋白（Bip）：能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装内质网的其他功能 1）合成脂蛋白（外输性）——肝细胞中的sER
细胞内蛋白质的分选和运输 蛋白质在细胞质基质中合成后，按其氨基酸序列中分选信号(sorting signal)的有无以 及分选信号的性质被选择性地送到细胞的不同部位，这一过程称为蛋白质分选(protein sorting)和蛋白质靶向运输(protein targeting)。另外，细胞外的蛋白质经胞吞作用进入 细胞内部，也经历分选和靶向运输过程。细胞中每一种蛋白质只有到达正确的位置才能行使 其功能，如 RNA和DNA聚合酶必须送到细胞核中才能参与核酸的合成；酸性水解酶必须送 到溶酶体才能进行大分子的降解作用。因此，细胞内蛋白质的分选和运输对于维持细胞的结 构与功能、完成各种细胞生命活动都是非常重要的。 细胞内蛋白质的分选信号以及运输途径和方式 号肽通常引导蛋白质从细胞质基质进入内质网、线粒体和细胞核，同时也引导蛋白质从 细胞核送回到细胞质基质以及从高尔基体送回到内质网；信号斑则引导一些其他分选过程， 如在内质网合成的溶酶体酶蛋白上存在一种信号斑，在高尔基体的CGN中可被N-乙酰氨基 葡萄糖磷酸转移酶所识别，从而使溶酶体酶蛋白上形成新的分选信号M-6-P，进一步在TGN 中被M-6-P受体识别,并分选进入运输小泡最终送到溶酶体（详见第十章）。 每一种信号序列引导蛋白质到达细胞内一个特定的目的地（表10-1）。要运送到内质网 的蛋白质，在其N-末端有一段信号肽，其中间部分有5-10个疏水氨基酸。带有这种信号肽 的蛋白质，都会被运送到内质网，并进一步被运送到高尔基体，其中一部分蛋白质在C-末 端还带有一个由4个氨基酸组成的信号肽，它们在高尔基体的CGN部位被识别并被送回内质 网，是内质网驻留蛋白质；要运送到线粒体的蛋白质，在其N-末端带有一种信号肽，其信 号序列中带阳电荷的氨基酸和疏水氨基酸呈交替排列；要运送到过氧化物酶体的蛋白质，在 其C-末端有一种由三个特征性氨基酸组成的信号肽；要运送到细胞核的蛋白质，其信号肽 中有一串带阳电荷的氨基酸，这一信号序列可位于蛋白质的任何部位。 表10-1 几种典型的信号序列 （引自Alberts等，2002） ________________________________________________________________________ 信号序列的功能信号序列 _________________________________________________________________________ 输入到细胞核 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 从细胞核输出 -Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile- N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys- 输入到线粒体+H 3 Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu- 输入到过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu-COO- N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile- 输入到内质网+H 3 Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln- 回输到内质网 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- _________________________________________________________________________ 一、细胞内蛋白质运输的途径
内膜系统与蛋白质分选和膜运输试题 1. 如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的? 答: 从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。内体是由内吞作用产生的具有分选作用的细胞器,它能向溶酶体传递从细胞外摄取的物质, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。 2. 内膜系统的动态特性是如何形成的? 答: 造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的: ①蛋白质和脂的合成活动: 在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动: ③内吞活动(endocytosis pathway),是分泌的相反过程, 细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体。 3. 请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义?
答: 至少有六方面的意义: ①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③内膜系统通过小泡分泌的方式完成膜的流动和特定功能蛋白的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了一些具有杀伤性的酶类在运输过程中的安全，并能准确迅速到达作用部位。 ④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率。 4. 为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一? 答: 这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶); 细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动
1）如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的? 答：从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。 粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。内体是由内吞作用产生的具有分选作用的细胞器,它能向溶酶体传递从细胞外摄取的物质, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。2）内膜系统的动态特性是如何形成的? 答：造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的: ①蛋白质和脂的合成活动: 在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动: ③内吞活动(endocytosis pathway),是分泌的相反过程, 细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体 3）请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义? 答：至少有六方面的意义: ①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③内膜系统通过小泡分泌的方式完成膜的流动和特定功能蛋白的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了一些具有杀伤性的酶类在运输过程中的安全，并能准确迅速到达作用部位。④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。 ⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率 4. 为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一? 答：这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶); 细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一。 5. 在蛋白质的合成与分泌的研究中分别使用了同位素示踪技术、分离技术和突变体研究技术, 说明这些技术的研究结果各说明了什么问题? 答: 同位素示踪技术确定了分泌的路线, 从内质网开始经高尔基体运 向细胞外;分离技术确定了参与合成和分泌的主要细胞器的作用:内质 网是参与蛋白质合成和转运的, 高尔基体不仅是中转站, 而且具有加
细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半，用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的就是细胞质基质的成分又称为胞质溶胶。细胞质基质含有与中间代谢有关的数千种酶类以及细胞质骨架结构。细胞质基质是一个高度有序的体系，通过弱键相互作用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质是完成各种中间代谢过程:如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等的场所。具体功能有：某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所蛋白质的分选与运输；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等）；与细胞膜相关（限定在膜的二维平面上；细胞质基质中溶解的离子通过跨膜载体蛋白和离子通道维持浓度平衡）；蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解（蛋白质的修饰，控制蛋白质的寿命，降解变性和错误折叠的蛋白质，帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象）。 细胞内膜系统主要包括内质网（Endoplasmic reticulum，ER），高尔基体（Golgi body），溶酶体（Lysosome ），过氧化物酶体( peroxisome)等。细胞内膜系统的研究方法主要有：放射自显影（Autoradiography）;生化分析（Biochemical analysis）；遗传突变分析（Genetic mutants）三种。 内质网有两种主要类型，糙面内质网（rER），光面内质网（sER）。内质网是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。功能：蛋白质合成是糙面内质网的主要功能；光面内质网是脂类的合成的重要场所；蛋白质的修饰与加工；新生肽的折叠与组装；光面内质网具有解毒作用（Detoxification），肝细胞中的sER上含有的酶，可用来清除脂溶性的废物和代谢途径中产生的有害物质。如肝细胞的细胞色素P450酶系；储存钙离子：作为细胞内信号物质，如肌质网，肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中；类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质），ER为细胞质基质中酶的附着点。内质网合成的蛋白质是分泌蛋白，整合膜蛋白，内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白，其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的，包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。光面内质网合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇），只有两种例外：鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgi complex完成）；Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。蛋白质的修饰与加工主要是指糖基化（在glycosyltransferase作用下发生在ER腔面）、二硫键形成、酰基化（发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸→Cys）、羟基化等；蛋白质折叠和多亚基蛋白的装配；在内质网、高尔基体和分泌膜泡发生特异性的蛋白水解切割。内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程需要有一个精确调控的过程。在各种应激因素作用下，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。 电镜下，高尔基体由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成。高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性。高尔基体至少由互相联系的4个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的隔间。高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(负端)。高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmic dynein和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。最近还发现特异的血影蛋白（spectrin）网架，们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。高尔基体的主要功能是参与细胞的分泌活动，蛋白质的糖基化及其修饰，蛋白酶的水解和其他加工过程。此外，高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用，膜泡运输的主要途径,其中多数与高尔基体直接相关。溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性(heterogenous)的细胞器，类型有三种：初级溶酶体，次级溶酶体，残余小体（又称后溶酶体）。溶酶体膜的特征：嵌有质子泵，形
四川师范大学生命科学学院 学科：细胞生物学 题目：蛋白质分选 班级：09级3班 姓名：王强 学号：2009090344
综述：蛋白质的分选 哺乳动物细胞含有上万种蛋白质，除线粒体和植物细胞叶绿体能合成少量蛋白外，绝大多数的蛋白质或者在细胞基质游离的核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。由于蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分，因此必然存在不同的机制进行蛋白质的分选，将蛋白质转运到细胞特定的部位发挥其功能。只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体，才能参与细胞的各种生命活动。这一过程称为蛋白质的定向转运或称为蛋白质的分选。蛋白质的分选是一个涉及多种信号调控的复杂而重要的细胞生物学问题。 信号假说是1975年，G.Blobel和D.Sabatini等根据实验依据提出的，即分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，然后在信号肽的指导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束后信号肽被切除。 蛋白质分选主要是指膜结合核糖体上合成的蛋白质, 通过信号肽,在翻译的同时进入内质网, 然后经过各种加工和修饰,使不同去向的蛋白质带上不同的标记, 最后经过高尔基体反面网络进行分选,包装到不同类型的小泡,并运送到目的地, 包括内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外和核膜等。广义的蛋白质分选也包括在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位，此过程称为蛋白质的分选。
（一）蛋白质分选途径大体可分为两种： 1）翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白，通过该途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质，必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态，这有利于通过膜上的输入装置。最近在酵母细胞也发现有些蛋白质在细胞质基质的游离核糖体上合成，然后再转运至内质网中，可见蛋白质的分选对细胞的生活有多么重要的意义啊。 2）共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始后由信号肽引导移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，在经高尔基体加工包装运输到溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。 （二）蛋白质分选的四种基本类型： 1、蛋白质的跨膜转运：主要指在细胞质基质合成的蛋白质转运至内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。（其中进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等的机制有所不同） 2、膜泡运输：蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞不同的部位。其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽和融合的过
第六章细胞内膜系统与蛋白质分选 与原核细胞物不同的是真核细胞具有复杂的由内膜构成的功能区隔。细胞内膜系统指在结构，功能或发生上相关的细胞内膜形成的细胞结构，包括核被膜、内质网、高尔基体及其形成的溶酶体和分泌泡等，以及其它细胞器如线粒体，质体和过氧化物酶体等膜包围的细胞器（膜性细胞器）。 内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能主要在于两个方面：其一是扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上。其二是将细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的独特的环境。 本章主要介绍内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体的功能和蛋白质分选，关于线粒体、叶绿体和细胞核的功能与蛋白质分选将分别在第七章（线粒体与叶绿体）和第十二章（细胞核与染色体）中讲解。 第一节内质网 由KR. Porter、A. Claude 和EF. Fullam等人于1945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做内质网endoplasmic reticulum，ER，后来发现内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还有质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，并且常伴有许多线粒体。 一、形态与组成 内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。内质网是内膜构成的封闭的网状管道系统。具有高度的多型性。可分为粗面型内质网（rough endoplasmic reticulum，RER，图6-20）和光面型内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER，图6-21）两类。RER呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为ER腔（lumen），膜外有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。肌肉细胞中的肌质网是一种特化的SER，称为肌质网，可贮存Ca2+，引起肌肉收缩。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。 ER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。 ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白，另有30多种位于内质网腔，