【细胞生物学】内膜系统与蛋白质分选和膜运输1

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作业
●1、何谓信号肽假说？其主要内容是什么？
●2、简述分泌蛋白的运输过程。

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1、何谓信号肽假说？其主要内容是什么？
●信号肽假说指分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，
然后在信号肽引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，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。

●其主要内容是：
●信号肽与S R P结合→肽链延伸终止→S R P与受体结合→S R P脱离信号肽→肽链在内
质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止→翻译体系解散
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2、简述分泌蛋白的运输过程。

●分泌蛋白的运输过程如下：
●①核糖体阶段。

分泌性蛋白质起始合成并发生蛋白的跨内质网膜转运。

●②内质网阶段。

蛋白糖基化加工和形成运输小泡。

●③细胞质基质运输阶段。

运输小泡脱离糙面内质网并移向高尔基体，与其顺面膜囊融
合。

●④高尔基复合体加工修饰阶段。

分泌蛋白进行加工修饰，并在反面膜囊中分选和包装，
形成较大囊泡进入细胞质基质。

●⑤细胞质基质运输阶段。

大囊泡接近质膜。

●⑥胞吐阶段。

分泌泡与质膜融合，将分泌蛋白释放出胞外。

第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输9.1内膜系统9.1.1内膜系统概述9.1.2内质网9.1.3高尔基体9.1.4溶酶体9.2细胞的分泌和内吞作用9.2.1细胞分泌过程9.2.2细胞内吞过程9.2.3膜泡运输机制9.3膜的生物发生9.3.1膜脂9.3.2膜整合蛋白和外周蛋白9.3.3脂锚定蛋白形成9.1内膜系统9.1.1内膜系统概述（1）内膜系统的组成内质网、高尔基体、溶酶体、细胞核、液泡。

功能上紧密联系，形成协调统一的整体。

（2）内膜系统的结构特点既相互独立，又相互间处于动态平衡状态。

通过三种途径：生化合成途径；分泌途径；内吞途径。

（3）内膜系统的重要功能—蛋白质分选蛋白质分选三种途径：核孔运输；跨膜运输；膜泡运输。

信号肽指导内膜系统蛋白质的运输，其对蛋白质没有特异性，对不同的膜结合细胞器具有特异性。

（4）内膜系统的进化与生物学意义原因：遗传信息量增大；细胞体积增大；表面积与体积比下降；物质代谢速度受限。

途径：内共生途径；质膜内陷。

生物学意义：形成了特定的功能区域与微环境，有不同的物质浓度及代谢系统，合理利用了资源，工作效率上升；通过各种活动，形成统一整体。

（5）内膜系统的研究方法放射性自显影；差速离心分离与功能分析；突变技术；绿色荧光蛋白定位法。

9.1.2内质网（1）结构与组成平行扁平囊泡（粗面内质网）或管状囊泡（光面内质网）组成。

粗面内质网可与核膜、质膜结构连续，外表面称为胞质溶胶面，内表面为潴泡面。

标志酶为葡萄糖-6-磷酸酶。

（2）功能①光面内质网糖原分解释放葡萄糖；类固醇激素的合成；脂的合成与转运；解毒作用（P450）；钙库。

②粗面内质网膜结合核糖体的蛋白质运输：信号假说。

信号序列，SRP识别信号肽、停止翻译、识别停靠蛋白，停靠蛋白，蛋白质运输通道，袢环状过膜。

起始转移信号（信号序列及内部信号序列）与蛋白质运输通道受体位点结合，停止转运信号和内部信号序列决定穿膜次数。

信号序列被信号肽酶切除，内部信号序列保留。

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。

教学方法讲授、讨论教学过程9．内膜系统与蛋白质分选和膜运输9.1 细胞质膜系统及其研究方法9.1.1 膜结合细胞器与内膜系统■ 膜结合细胞器的种类和功能● 膜结合细胞器种类与数量(表)● 膜结合细胞器的功能（表）● 膜结合细胞器在细胞内的分布（图）■ 内膜系统的动态性质内膜系统的最大特点是动态性质(图),这就使内膜系统的结构处于一个动态平衡。

内膜系统与蛋⽩质分选（protein sorting） 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。

在进化过程中每种蛋⽩形成了⼀个明确的地址签（address target），细胞通过对蛋⽩质地址签的识别进⾏运送，这就是蛋⽩质的分选（protein sorting）。

细胞中蛋⽩质的运输有两种⽅式：共翻译运输和翻译后运输，内膜系统参与共翻译运输，是分泌蛋⽩质分选的主要系统。

■蛋⽩质分选定位的时空概念 所谓蛋⽩质分选定位的时空概念包括两种含义：①合成的蛋⽩质何时转运？②合成蛋⽩质在细胞中定位空间及转运中所要逾越的空间障碍是什么？ ●从时间上考虑，蛋⽩质的合成分选有两种情况：先合成，再分选和⼀边合成⼀边分选。

为了适于蛋⽩质分选的时间上的需要，核糖体在合成蛋⽩质时就有两种存在状态：游离的或与内质结合的。

●从蛋⽩质定位的空间看，包括了细胞内各个部分，即使是具有蛋⽩质合成机器的线粒体和叶绿体也需要从细胞质中获取所需蛋⽩质。

细胞中各部位（包括细胞质）中的蛋⽩质都是来⾃胞质溶胶，不过内质以上的细胞器，包括细胞核、线粒体、过氧化物酶体和质体所需蛋⽩是由胞质溶胶直接运送的。

⽽从内质以下的各种细胞器，包括内质、⾼尔基体、溶酶体、内体、分泌泡、细胞质膜以及细胞外基质等所需的蛋⽩质虽然起始于胞质溶胶，但要经过内质和⾼尔基体的中转。

■蛋⽩质分选定位的空间障碍及运输⽅式 从蛋⽩质定位的细胞内空间部位结构来看，可分为三种类型：①没有膜障碍的，如胞质溶胶，包括胞质溶胶中的细胞⾻架蛋⽩和各种酶及蛋⽩分⼦；②有完全封闭的膜障碍，如线粒体、叶绿体、内质、⾼尔基体等；③有膜障碍，但是膜上有孔，如细胞核。

根据三种不同的空间障碍，合成的蛋⽩质通过三种不同⽅式进⾏运输定位（图9-6）。

●核孔运输（transport through nuclear pore）胞质溶胶中合成的蛋⽩质穿过细胞核内外膜形成的核孔进⼊细胞核，被运输的蛋⽩需要有核定位信号。

1、细胞质基质：真核细胞的细胞质中除去细胞器和内含物以外的、较为均质半透明的液态胶状物称为细胞质基质或胞质溶胶。

4、内膜系统：细胞内在结构、功能乃至发生上相关的、由膜围绕的细胞器或细胞结构的统称，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、分泌泡等。

2、微粒体：为了研究ER的功能，常需要分离ER膜，用离心分离的方法将组织或细胞匀浆，经低速离心去除核及线粒体后，再经超速离心，破碎ER的片段又封合为许多小囊泡（直径约为100nm），这就是微粒体。

3、糙面内质网：细胞质内有一些形状大小略不相同的小管、小囊连接成网状，集中在胞质中，故称为内质网。

内质网膜的外表面附有核糖体颗粒，则为糙面内质网，为蛋白质合成的部位。

核糖体附着的膜系多为扁囊单位成分，普遍存在于分泌蛋白质的细胞中，其数量随细胞而异，越是分泌旺盛的细胞中越多。

5、分子伴侣：细胞中，这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转移、折叠或组装，但其本身并不参与最终产物的形成。

6、溶酶体：溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类、形态不一、执行不同生理功能的囊泡状细胞器，主要功能是进行细胞内的消化作用，在维持细胞正常代谢活动及防御方面起重要作用。

7、残余小体：在正常情况下，被吞噬的物质在次级溶酶体内进行消化作用，消化完成，形成的小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运至细胞质中，供细胞代谢用，不能消化的残渣仍留在溶酶体内，此时的溶酶体称为残余小体或三级溶酶体或后溶酶体。

残余小体有些可通过外排作用排出细胞，有些则积累在细胞内不被排出，如表皮细胞的老年斑、肝细胞的脂褐质。

8、蛋白质分选：细胞中绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，随后或在细胞质基质中或转至糙面内质网上继续合成，然后，通过不同途径转运到细胞的特定部位并装配成结构与功能的复合体，参与细胞的生命活动的过程。

又称定向转运。

第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输9.1内膜系统9.1.1内膜系统概述9.1.2内质网9.1.3高尔基体9.1.4溶酶体9.2细胞的分泌和内吞作用9.2.1细胞分泌过程9.2.2细胞内吞过程9.2.3膜泡运输机制9.3膜的生物发生9.3.1膜脂9.3.2膜整合蛋白和外周蛋白9.3.3脂锚定蛋白形成9.1内膜系统9.1.1内膜系统概述（1）内膜系统的组成内质网、高尔基体、溶酶体、细胞核、液泡。

功能上紧密联系，形成协调统一的整体。

（2）内膜系统的结构特点既相互独立，又相互间处于动态平衡状态。

通过三种途径：生化合成途径；分泌途径；内吞途径。

（3）内膜系统的重要功能—蛋白质分选蛋白质分选三种途径：核孔运输；跨膜运输；膜泡运输。

信号肽指导内膜系统蛋白质的运输，其对蛋白质没有特异性，对不同的膜结合细胞器具有特异性。

（4）内膜系统的进化与生物学意义原因：遗传信息量增大；细胞体积增大；表面积与体积比下降；物质代谢速度受限。

途径：内共生途径；质膜内陷。

生物学意义：形成了特定的功能区域与微环境，有不同的物质浓度及代谢系统，合理利用了资源，工作效率上升；通过各种活动，形成统一整体。

（5）内膜系统的研究方法放射性自显影；差速离心分离与功能分析；突变技术；绿色荧光蛋白定位法。

9.1.2内质网（1）结构与组成平行扁平囊泡（粗面内质网）或管状囊泡（光面内质网）组成。

粗面内质网可与核膜、质膜结构连续，外表面称为胞质溶胶面，内表面为潴泡面。

标志酶为葡萄糖-6-磷酸酶。

（2）功能①光面内质网糖原分解释放葡萄糖；类固醇激素的合成；脂的合成与转运；解毒作用（P450）；钙库。

②粗面内质网膜结合核糖体的蛋白质运输：信号假说。

信号序列，SRP识别信号肽、停止翻译、识别停靠蛋白，停靠蛋白，蛋白质运输通道，袢环状过膜。

起始转移信号（信号序列及内部信号序列）与蛋白质运输通道受体位点结合，停止转运信号和内部信号序列决定穿膜次数。

信号序列被信号肽酶切除，内部信号序列保留。

第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输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。

第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选和膜泡运输名词解释1、胞内体endosome动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是转运由胞吞作用新摄取的物质到溶酶体被降解。

胞内体被认为是胞吞物质的主要分选站。

2、胞吐作用exocytosis携带有内容物的膜泡与质膜融合，将内容物释放到胞外的过程。

3、胞吞作用endocytosis通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内（胞饮和吞噬作用）4、糙面内质网rough endoplasmic reticulum，RER附着有核糖体的内质网。

糙面内质网由许多扁平膜囊组成，主要功能包括合成分泌性蛋白质、溶酶体蛋白、膜整合蛋白以及膜脂分子。

5、蛋白质分选protein sorting依靠蛋白质自身信号序列，从蛋白质起始合成部位转运至其功能发挥部位的过程。

蛋白质分选不仅保证了蛋白质的正确定位，也保证了蛋白质的生物学活性。

6、反面高尔基体管网状结构trans Golgi network，TGN处于高尔基体反面的管网状结构，主要功能是负责对蛋白质进行分选，并定向将蛋白质转运到胞内或胞外的最终位置。

7、分泌途径secretory pathway经内质网、高尔基体到细胞表面、溶酶体或植物细胞液泡等的物质分泌路径。

其中涉及分泌物的合成、修饰和分泌物外排等过程。

该过程包括组成型分泌和可调控型分泌。

8、分子伴侣chaperone/molecular chaperone一种与其他多肽或蛋白质结合的蛋白质，以防止蛋白质错误折叠、变性或聚集沉淀，对蛋白质的正确折叠、组装以及跨膜转运有意义。

9、甘露糖-6-磷酸mannose-6-phosphate，M6P溶酶体酶的寡糖链甘露糖残基被磷酸化形成的一个分选标记。

10、高尔基复合体Golgi complex一种由管网结构和多个膜囊组成的极性细胞器，主要功能是对ER 转运来的脂分子及蛋白质进行加工、修饰以及分选。

D. 来自顺面高尔基体的蛋白质比来自反面高尔基体的蛋白质短35. （）转运内吞是一种特殊的内吞作用，受体和配体在内吞过程中并未作任何处理，只是从一个部位转运到另一个部位。

（99年）36. ()膜脂是在内质网上合成的，它的运送也是靠小泡运输的方式完成的.(00年)50. （）所有的细胞都含有糙面和滑面内质网。

（06年）51. （）所有进入早期内体的分子都毫无例外地进入后期内体，在那里与新合成的酸性水解酶会和并最终在溶酶体中被水解。

（09年）52. （）溶酶体的膜含有蛋白质泵，可用ATP水解释放的能量将质子泵出溶酶体，从而维持了溶酶体腔的低pH。

（09年）59. 导肽引导的蛋白质运输没有特异性（99年）60. 核定位信号和分泌蛋白的运输机理是不同的，请设想能否利用分泌蛋白的运输机制来运输核定位蛋白？反之亦然（00年）61. 溶酶体是如何发生的？其基本功能是什么？（01年）62. 胰岛素在胰腺的胰岛细胞合成时，首先得到的是它的前体胰岛素原；然后由一种酶催化水解切除一段短肽形成成熟胰岛素•你的实验室有胰岛素原抗体和胰岛素的抗体•两种抗体都能与电子密度大的金粒子形成复合物，可以在电子显微镜下看到它们作为一些黑点，你可以用两种抗体分别处理一个胰组织样品的薄切片，然后在电子显微镜下观察•下表的+号表示有黑点出现的地方：（01年）请问：①胰岛素原的水解反应在哪里进行？②如果你用抗网格蛋白的抗体处理第三个样品。

如果会发生的话，表中的哪种小泡对网格蛋白会出现阳性结果？63. 请设计一个离体实验证明SRP和SRP受体的功能。

（02年）68. 如果用碱性物质（如氨或氯喹）处理细胞，将会使细胞器中pH升高接近中性。

请预测此时M6P受体蛋白位于何种细胞器质膜中，原因是什么？（09年）69. 假定您已经获得多个工程基因，每一个都能编码一个蛋白质，但具有相互冲突的两种定位信号。

如果将这些基因在细胞中表达，请推测各种蛋白质在细胞中最终去向。