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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。
幻灯片71
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
幻灯片72
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。
Chapter 9 内膜系统与蛋白质分选和膜运输9.1 内膜系统概述9.1.1 内膜系统与膜结合细胞器1. 内膜系统(endomembrane systems)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)、细胞核等五类膜结合细胞器, 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、过氧化物酶体等细胞内所有膜结合的细胞器。
2. 膜结合细胞器(membrane-bound organelles)或膜结合区室(membrane-bound compartments)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。
除核糖体和细胞骨架。
3. 膜结合细胞器的功能:①胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位②细胞核基因组存在场所，DNA和RNA的合成地③内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地④高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装⑤溶酶体细胞内的降解作用⑥内体内吞物质的分选⑦线粒体通过氧化磷酸化合成ATP⑧叶绿体进行光合作用⑨过氧化物酶体毒性分子的氧化4. 内膜结构特点与动态性质①独立性A 内膜封闭的区室B 执行独立的功能②动态性质A合成途径: 分泌性蛋白与脂的合成和加工内质网高尔基体B 分泌途径：内质网上合成的蛋白质和脂出芽小泡向外运输C内吞途径：细胞外的物质吞进内体和溶酶体内膜系统的动态特性：内膜系统将细胞中的生化合成、分泌和内吞作用连接成动态的、相互作用的网络。
在内质网合成的蛋白和脂通过分泌活动进入分泌小泡运送到工作部位(包括细胞外);细胞通过内吞途径将细胞外的物质送到溶酶体降解。
５. 内膜系统的进化①起因∶A 遗传信息的扩大B 体积的增大C 表面积与体积比值失调D 物质代谢速度受限②对策:细胞内部结构区域化③途径：A 内共生途径B 细胞质膜内陷途径。
9．内膜系统与膜运输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, 将细胞分成许多膜结合的区室,包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等。
虽然这些区室具有各自独立的结构和功能，但它们又是紧密相关的，尤其是它们的膜结构是相互转换的，这种转换的机制则是通过蛋白质分选(protein sorting)和膜运输实现的(图9-1)。
图9-1 内膜系统和膜运输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关于真核细胞中具有膜结构的细胞器的总体描述通常有三个概念:膜结合细胞器(membrane-bound organelles)或膜结合区室(membrane-bound compartments)细胞质膜系统(cytoplasmic membrane system)内膜系统(endomembrane systems)虽然这三个概念都是指真核细胞中具有膜结构的细胞器,但是在含义上仍有一些差别。
膜结合细胞器的种类和功能膜结合细胞器种类与数量原核细胞内只有一个区室就是胞质溶胶(cytosol)。
真核细胞内有许多膜结合的区室，但与胞质溶胶相比, 所占比例都很小(表9-1)。
表9-1 肝细胞中主要膜结合细胞器的体积比细胞器每细胞所含数量细胞内的百分比胞质溶胶 1 54线粒体1700 22内质网 1 12细胞核 1 6高尔基体 1 3过氧化物酶体400 1溶酶体300 1内体200 1膜结合细胞器的功能膜结合细胞器在细胞的生命活动中具有重要作用(表9-2)。
表9-2 真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器(区室) 主要功能胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核基因组存在的场所，DNA和RNA的合成地内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用内体内吞物质的分选线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用过氧化物酶体毒性分子的氧化在这些膜结合的细胞器中,线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核等的独立性很强,并且有特别的功能；其他几种膜结合细胞器,如内质网、高尔基体、溶酶体和小泡,虽然有不同的结构和功能,但是它们都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输,形成了一个特别的细胞内系统。
中山大学生命科学学院细胞生物学模拟试卷第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输任课教师：命题人：10349001命题时间：2013年1月4日姓名：专业：______________一、填空题（每题1分，共10分）1.内膜系统中的动态网络主要是由细胞中3中不同的生化活动及三种不同的代谢途径造成的。
这三种途径分别为：①生化合成途径；②分泌途径；③________________。
2.从蛋白质定位的细胞内空间部位来看，可以分为三种类型，其中胞质溶胶，包括胞质溶胶中的细胞骨架蛋白和各种酶及蛋白质分子都属于______________。
3.胞质溶胶中合成的蛋白质，可以分为三种不同的运输方式将蛋白质定位到不同的膜结合细胞器中。
这三种不同的运输方式为核孔运输、跨膜运输和_____________。
4.根据信号序列运输方向的不同可以分为三种类型：也就是入核信号、引导肽和_______________。
5.在心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网，其功能是参与肌肉收缩活动，这种内质网实际上是______________。
6.内质网的标志酶是____________。
7.高尔基体的标志酶是_______________。
8.造成高尔基体蛋白质向内质网会流的原因有两种可能，一种是内质网进行蛋白质运输时发生包装错误，将ER的结构和功能蛋白质运输到了高尔基体，被高尔基体遣返；第二种情况是__________________________。
9.溶酶体的标志酶是______________。
10.介导从ER向内侧高尔基体运输的运输小泡是________________。
二、判断题，正确用T表示, 不正确用F表示(每题1分，共10分)1.蛋白质合成分选有两种情况：先合成再分选和先分选再合成。
（）2.细胞核因为核膜上面有核孔，因此属于无膜障碍的蛋白质分选定位。
（）3.信号序列完成了知道蛋白质运输任务之后常常再次转变成其他蛋白质的信号肽。
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。
■ 膜结合细胞器的进化及其意义● 内膜系统的进化（图）真核细胞的膜结合细胞器的进化有两种途径，一种是线粒体和叶绿体的进化模式，即内共生途径。
对于内膜系统来说，则是通过细胞质膜的内陷分化途径形成的。
● 内膜系统形成的意义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。
9.1.2 内膜系统与蛋白质分选(protein sorting)■ 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:游离的或与内质网结合的。
● 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(图)。
■ 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、内质网、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)。
● 核孔运输(transport through nuclear pore)● 跨膜运输(across membrane transport)● 小泡运输(transport by vesicles)9.1.3细胞内膜系统的研究方法De Duve, A.Claude 和G.Palade 三位科学家使用分离技术揭示了内膜系统的结构和功能而获得了1974的Nobel Plrize。
◆放射自显影（Autoradiography）；◆生化分析（Biochemical analysis）；◆遗传突变分析（Genetic mutants）作用：●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，而且具有加工的作用。
●突变体研究揭示了分泌活动的相关基因及分泌的机理。
9.2内质网(endoplasmic reticulum，ER)9.2.1 形态结构和化学组成■ 形态结构一层单位膜所形成的囊状、泡状和管状结构，并形成一个连续的网膜系统。
由于它靠近细胞质的内侧，故称为内质网(图)。
内质网的两种基本类型:粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，rER）光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）另外还有两个概念：微粒体和肌质网,可将它们看成是特殊类型的内质网。
● 微粒体(microsome)：在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构,在体外实验中,具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。
● 肌质网(sarcoplasmic reticulum)：心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网,其功能是参与肌肉收缩活动。
■ 内质网的化学组成● 蛋白与脂：磷脂占50%-60%, 蛋白质约占20%。
● 代谢酶系：光面内质网存在许多代谢酶系(表),如NADH-细胞色素P450还原酶。
9.2.2 光面内质网的功能■ 糖原分解释放游离的葡萄糖■ 类固醇激素的合成■ 脂的合成与转运■ 解毒作用(detoxification)■ Ca2+离子的调节作用9.2.3 粗面内质网的功能——蛋白质转运■ 信号序列的发现和证实■ 信号序列的一般特征及早期信号假说● 信号序列的一般特征长度一般为15～35个氨基酸残基, N-末端含有1个或多个带正电荷的氨基酸,其后是6～12个连续的疏水残基;在蛋白质合成中将核糖体引导到内质网,进入内质网后通常被切除(图)。
● 早期的信号假说1975年, G.Blobel和B.Dobberstein 根据对信号序列的研究成果,正式提出了信号假说(signal hypothesis),要点是:(1)分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体;(2)合成的N-端信号序列露出核糖体后,靠自由碰撞与内质网膜接触,然后靠N-端信号序列的疏水性插入内质网的膜;(3)蛋白质继续合成,并以袢环形式穿过内质网的膜;(4)如果合成的是分泌的蛋白,除了信号序列被信号肽酶切除外,全部进入内质网的腔,若是膜蛋白,则由一个或多个停止转移信号将蛋白质锚定在内质网膜上。
● 信号假说证明: 基因重组实验■ 新蛋白复合物的发现与信号假说的补充● 信号识别颗粒(signal recognition partical, SRP)1981年发现了信号识别颗粒(signal recognition partical, SRP),是一种核糖核酸蛋白复合体,作用是识别信号序列,并将核糖体引导到内质网上。
● 停靠蛋白(docking protein, DP) ：SRP在内质网膜上的受体蛋白。
■ 蛋白质共翻译转运的机理:信号假说● 新信号假说的基本内容①ER转运蛋白质合成的起始。
②信号序列与SRP结合。
③核糖体附着到内质网上。
④SRP释放与蛋白质转运通道的打开。
⑤信号序列与通道中受体结合。
⑥信号肽酶切除信号序列。
■ 膜蛋白的共翻译转运机理● 起始转移信号(start-transfer signal)● 内含信号序列(internal signal sequence) 与单次跨膜蛋白● 停止转移肽(stop-transfer peptide)与单次跨膜蛋白■ Bip在ER蛋白的转移和装配中的作用研究发现进入内质网腔中的蛋白质片段很快被一些称为Bip的蛋白结合。
Bip蛋白是重链结合蛋白(heavy-chain binding protein) 的简称,因为它能够同IgG抗体的重链结合。
Bip是一类分子伴侣,属于Hsp70家族,在内质网中有两个作用：Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止多肽链不正确地折叠和聚合(图)。
■ 蛋白质在内质网中的修饰● N-连接糖基化(N-linked glycosylation)● 羟基化(hydroxylation)● 形成脂锚定蛋白9.3 高尔基复合体(Golgi complex)意大利科学家Camillo Golgi在1898年发现的。
9.3.1 高尔基体的形态结构和极性■ 形态结构电子显微镜下排列整齐的扁平膜囊(saccules)堆叠在一起,多呈弓形, 也有的呈半球形或球形(图)。
■ 高尔基体的极性● 结构上的极性:高尔基体的结构可分为几个层次的区室; ①靠近内质网的一面称为顺面(cis face), 或称形成面(forming face)；②高尔基体中间膜囊(medial Golgi); ③靠近细胞质膜的一面称为反面高尔基网络(trans Golgi network，TGN)。
● 功能上的极性:高尔基体执行功能时是“流水式”操作,上一道工序完成了,才能进行下一道工序。
■ 数量和分布●数量：数量不等,平均为每细胞20个。
●分布：高尔基复合体只存在于真核细胞中, 原核细胞中则无。
■ 高尔基体的化学组成● 蛋白质和脂：蛋白质含量占60%● 酶类高尔基复合体的膜上含有丰富的酶类,如糖基转移酶、磺化糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、激酶、甘露糖苷酶、磷脂酶等。
但在膜上的分布并不均一(表)。
高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶。
9.3.2 高尔基体的功能高尔基体的主要功能是参与细胞的分泌活动,是细胞内物质运输的交通枢纽。
