1、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義基本概念：用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分，先后除去細(xì)胞核、 線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu) 后，存留在上清液中的主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學(xué) 家多稱之為胞質(zhì)溶膠。 主要成分：中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。 主要特點：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系； 通過弱鍵而相互作用處于動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能完成各種中間代謝過程 如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等 蛋白質(zhì)的分選與運輸 與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能 維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運動、胞內(nèi)物質(zhì)運輸及能量傳遞等 蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解 蛋白質(zhì)的修飾 控制蛋白

2、質(zhì)的壽命 降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì) 幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng) 是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的、由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。包括核被膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體及其形成的溶酶體和分泌泡等，以及其它細(xì)胞器如線粒體，質(zhì)體和微體等膜包圍的細(xì)胞器（膜性細(xì)胞器或稱房室compartment）。 不具有界膜的細(xì)胞器，如核蛋白體、中心粒，以及微管、微絲和中間纖維等。內(nèi)膜系統(tǒng)的出現(xiàn)是真核細(xì)胞區(qū)別于原核細(xì)胞的顯著特點之一，其意義在于：大大增加了細(xì)胞內(nèi)膜的表面積，為多種酶特別是多酶體系提供了大面積的結(jié)合部位。內(nèi)膜系統(tǒng)的功能：（1）酶系統(tǒng)的隔離與連接；（2

3、）蛋白質(zhì)、糖、脂肪的合成；（3）加工包裝運輸分泌物；（4）擴(kuò)散屏障及膜電位建立；（5）離子梯度的維持等。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)特點：是由膜所形成的一些形狀大小不同的小管、小囊或扁囊連成一個連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)，其內(nèi)腔是通連的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核膜相連續(xù)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)變異很大，在不同細(xì)胞中，形態(tài)、數(shù)量和分布不同。在同種細(xì)胞不同發(fā)育時期，隨著生理機能的不同，ER也不一樣。化學(xué)組成：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ rough endoplasmic reticulum，rER）多為扁囊狀，在ER膜的外表面附有大量的核糖體，普遍存在于分泌蛋白質(zhì)的細(xì)胞中。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth endoplasmic reticulu

4、m，sER）ER膜上無顆粒（核糖體），ER的成分不是扁囊，而常為小管小囊，它們連接成網(wǎng)，廣泛存在于能合成類固醇的細(xì)胞中。RERSER內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成：脂類約占三分之一，蛋白質(zhì)占三分之二。光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的脂類比粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多一些。粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有大量RNA。較高的脂類成分（磷脂含量多，占70%），蛋白質(zhì)含量比質(zhì)膜多，具有大量的酶（30-40種）。重要的標(biāo)志酶：葡萄糖-6-磷酸酶，電子傳遞體系：細(xì)胞色素b5、NADH-細(xì)胞色素b5還原酶、NADPH-細(xì)胞色素P450以及NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶。二、ER的功能 ER是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。 r

5、ER的功能 sER的功能rER的功能蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并且起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，但是有些蛋白質(zhì)在合成開始不久后便轉(zhuǎn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。 需要移入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)繼續(xù)合成的蛋白：分泌蛋白；膜整合蛋白；內(nèi)膜系統(tǒng)各種細(xì)胞器內(nèi)的可溶性蛋白（需要隔離或修飾）蛋白質(zhì)的修飾與加工蛋白質(zhì)的修飾加工：包括糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化在ER腔面N-連接的糖基化：與天冬酰胺殘基的NH2連接。新生肽的折疊與組裝 不同的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中停留的時間不同，這主要取決于蛋白質(zhì)完成正確折疊和組裝的時間，這一過程是在屬于hsp70家族的ATP酶的

6、作用下完成的，需要消耗能量。脂類的合成合成膜脂，磷脂、膽固醇等膜脂，合成后以出芽的方式轉(zhuǎn)運至高爾基體，溶酶體和質(zhì)膜上，或借磷脂轉(zhuǎn)換蛋白（phospholipids exchange protein，PEP）形成水溶性復(fù)合物，轉(zhuǎn)至其他膜上。sER的功能 類固醇激素的合成（生殖腺內(nèi)分泌細(xì)胞和腎上腺皮質(zhì)） 肝的解毒作用（Detoxification）System of oxygenases-cytochrome p450 family； 肝細(xì)胞葡萄糖的釋放（G-6PG）儲存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+ 泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中返回高爾基體最早發(fā)現(xiàn)于1855年，1889年，Gol

7、gi用銀染法，在貓頭鷹的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。20世紀(jì)50年代以后才正確認(rèn)識它的存在和結(jié)構(gòu)。高爾基體1.形態(tài)結(jié)構(gòu)：一個典型的高爾基復(fù)合體是由扁平囊泡、小泡和大泡組成的。（1）扁平囊泡：扁囊的凸面靠近核側(cè)，稱形成面或未成熟面，又稱順面（cis）；扁囊的凹面遠(yuǎn)離核側(cè)，稱分泌面或成熟面，又稱反面（trans）。中間膜囊含糖基轉(zhuǎn)移酶The Golgi Apparatus2.化學(xué)組成：蛋白質(zhì)約占60%，多為酶類。例如，硫氨素焦磷酸酶（TPP酶）、糖基轉(zhuǎn)移酶（glycosyl transferase）、酸性磷酸酶及其他溶酶體酶，其中糖基轉(zhuǎn)移酶是高爾基復(fù)合體的特征酶，它可以將低聚

8、糖轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)上形成糖蛋白。脂類約占40%，主要為膽固醇，甘油三酯。高爾基體的功能1、參與細(xì)胞分泌活動負(fù)責(zé)對細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)進(jìn)行加工，分類，并運出，其過程是SER上合成蛋白質(zhì)-進(jìn)入ER腔以出芽形成囊泡進(jìn)入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成囊泡囊泡與質(zhì)膜融合、排出。2、蛋白質(zhì)的糖基化O-連接的糖基化主要在高爾基體中進(jìn)行，通過逐次將糖基轉(zhuǎn)移到絲、蘇、羥脯、羥賴氨酸的羥基上形成寡糖鏈，糖的供體同樣為核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的結(jié)果使不同的蛋白質(zhì)打上不同的標(biāo)記，改變多肽的構(gòu)象和增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。3、進(jìn)行膜的轉(zhuǎn)化功能高爾基體的膜無論是厚度還是在化學(xué)組成上都處于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜之間，因此

9、高爾基體在進(jìn)行著膜轉(zhuǎn)化的功能，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的新膜轉(zhuǎn)移至高爾基體后，經(jīng)過修飾和加工，形成高爾基體大囊泡與質(zhì)膜融合，使新形成的膜整合到質(zhì)膜上。4、將蛋白水解為溶性物質(zhì)如將蛋白質(zhì)N端或C端切除，成為有活性的物質(zhì)（胰島素C端）或?qū)⒑卸鄠€相同氨基序列的前體水解為有活性的多肽，如神經(jīng)肽。5、參與形成溶酶體和微體6、參與植物細(xì)胞壁的形成， 植物細(xì)胞壁中的纖維素和果膠質(zhì)是在高爾基本 中合成的。4.高爾基復(fù)合體的發(fā)生高爾基體是一種易變結(jié)構(gòu)，隨時可解體和產(chǎn)生。關(guān)于它的發(fā)生有不同的說法，傾向性看法（普遍認(rèn)為）它是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或核膜轉(zhuǎn)變而來的，即RER失去核糖體，分離成光面膜小泡，由此合并成高爾基池；或者由SER分離

10、出小泡，合并成高爾基池。一、溶酶體的結(jié)構(gòu)溶酶體（lysosome）為C. de Duve與B. Novikoff 1955年首次發(fā)現(xiàn)。是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化。具有異質(zhì)性，形態(tài)大小及內(nèi)含的水解酶種類都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是標(biāo)志酶。膜有質(zhì)子泵，將H+泵入溶酶體，使其PH值降低。膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解1、初級溶酶體（primary lysosome）直徑約0.20.5um，有多種酸性水解酶，但沒有活性，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余種，反應(yīng)的最適PH值為5左右。2、次級溶酶體（secondary lyso

11、some）是正在進(jìn)行或完成消化作用的溶酶體，內(nèi)含水解酶和相應(yīng)的底物，可分為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體(phagolysosome) 。3、殘體（residual body）又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘渣，故名。殘體可通過外排作用排出細(xì)胞，也可能留在細(xì)胞內(nèi)逐年增多，如表皮細(xì)胞的老年斑，肝細(xì)胞的脂褐質(zhì)。二、溶酶體的功能1. 細(xì)胞內(nèi)消化：對高等動物而言，細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于血液中的水分子物質(zhì)，而一些大分子物質(zhì)通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，如內(nèi)吞低密脂蛋白獲得膽固醇；對一些單細(xì)胞真核生物，溶酶體的消化作用就更為重要了。2. 細(xì)胞凋

12、亡：個體發(fā)生過程中往往涉及組織或器官的改造或重建，如昆蟲和蛙類的變態(tài)發(fā)育等等。這一過程是在基因控制下實現(xiàn)的，溶酶體可清除不需要的細(xì)胞。3. 自體吞噬：清除細(xì)胞中無用的生物大分子，衰老的細(xì)胞器等，如許多生物大分子的半衰期只有幾小時至幾天，肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命約10天左右。4. 防御作用：如巨噬細(xì)胞可吞入病原體，在溶酶體中將病原體殺死和降解。5. 參與分泌過程的調(diào)節(jié)，如將甲狀腺球蛋白降解成有活性的甲狀腺素。6. 形成精子的頂體。 溶酶體與疾病微體Rhodin 1954發(fā)現(xiàn)于鼠腎小管上皮細(xì)胞。是一種具有異質(zhì)性的細(xì)胞器。直徑通常0.5um，呈圓形，橢圓形或啞呤形不等，由單層膜圍繞而成。特點：含過氧

13、化氫酶（標(biāo)志酶）和一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶，已發(fā)現(xiàn)40多種氧化酶，各類氧化酶的共性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。RH2+O2R+H2O2鼠肝細(xì)胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細(xì)胞器如線粒體（M）等（Albert et al. ，1989）在動物中： 參與脂肪酸的-氧化； 具有解毒作用，過氧化氫酶利用H2O2將酚、甲醛、甲酸和醇等有害物質(zhì)氧化，飲入的酒精1/4是在微體中氧化為乙醛。在植物中：參與光呼吸，將光合作用的副產(chǎn)物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，在萌發(fā)的種子中，進(jìn)行脂肪的-氧化，產(chǎn)生乙酰輔酶A，經(jīng)乙醛酸循環(huán)，由異檸檬酸裂解為乙

14、醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循環(huán)，因涉及乙醛酸循環(huán)，又稱乙醛酸循環(huán)體。核糖體結(jié)構(gòu)和功能核糖體蛋白質(zhì)與rRNA的功能在單個核糖體上，可區(qū)分多個功能活性部位，在蛋白質(zhì)合成過程中各有專一的識別作用和功能。1.與mRNA結(jié)合的位點：在16SrRNA的3端有一段順序同多數(shù)原核生物的mRNA（AUG上游3-9個堿基）的核糖體結(jié)合位點有互補關(guān)系，以便使mRNA結(jié)合在小亞基上。2.A位點（A site，acceptor site，aminoacyl site）：氨酰基位點，亦稱氨基酸部位或受位，是接受氨酰基tRNA的部位，偏于大亞單位（大亞基“座斗”，右側(cè)“扶手”；小亞基“頭部”和“頸部”）。3.P位點（P si

15、te，peptidyl site）：肽酰基位點，亦稱肽基部位或放位，是與延伸中的肽酰tRNA的結(jié)合位點，偏于小亞單位（小亞基“頭部”，大亞基“座斗、扶手”）。E位點（exit site）：肽酰轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA結(jié)合的位點，偏于小亞單位。 一、結(jié)構(gòu)粒狀或桿狀。蛋白占干重的65-70%，脂類占25-30%。直徑0.51m，長1.53.0m，在胰臟外分泌細(xì)胞中可長達(dá)1020m，稱巨線粒體。肝細(xì)胞約1300個線粒體，占細(xì)胞體積的20%，許多哺乳動物成熟的紅細(xì)胞無線粒體。（一）形態(tài)線粒體通常分布在細(xì)胞功能旺盛的區(qū)域。在腎細(xì)胞中靠近微血管，在精子中分布在鞭毛中區(qū)。線粒體可以向細(xì)胞功能旺盛的區(qū)域遷移

16、，微管是其導(dǎo)軌、馬達(dá)蛋白提供動力。 （二）分布（三）超微結(jié)構(gòu)分為外膜、內(nèi)膜、膜間隙和基質(zhì)四部分。Structures of the mitochondrion1、外膜 (out membrane)含40%的脂類和60%的蛋白，物質(zhì)通透性較高 標(biāo)志酶為單胺氧化酶(調(diào)節(jié)生物體內(nèi)胺的濃度的酶)。2、內(nèi)膜 （inner membrane）含100種以上的多肽，蛋白質(zhì)和脂類的比例高于3:1。心磷脂含量高（達(dá)20%）、缺乏膽固醇，類似于細(xì)菌質(zhì)膜。通透性很低，僅允許不帶電荷的小分子物質(zhì)通過。氧化磷酸化的電子傳遞鏈位于內(nèi)膜。標(biāo)志酶為細(xì)胞色素C氧化酶。內(nèi)膜向線粒體內(nèi)室褶入形成嵴（cristae），能擴(kuò)大內(nèi)膜表面

17、積（達(dá)510倍），嵴有兩種：板層狀、管狀。嵴上覆有基粒。基粒由頭部（F1）和基部（F0）構(gòu)成 。3、膜間隙 (intermembrane space)：是內(nèi)外膜之間的腔隙，寬約6-8nm。4、基質(zhì)（matrix）為內(nèi)膜和嵴包圍的空間。含有：催化三羧酸循環(huán)，脂肪酸、丙酮酸和氨基酸氧化的酶類。標(biāo)志酶為蘋果酸脫氫酶。線粒體DNA（mtDNA），及線粒體特有的核糖體，tRNAs 、rRNA、DNA聚合酶、氨基酸活化酶等。（一）電子載體NAD、黃素蛋白、細(xì)胞色素、鐵硫蛋白、輔酶Q等。1、NAD：即煙酰胺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide），連接三羧酸循環(huán)和呼

18、吸鏈，將代謝過程中脫下來的氫交給黃素蛋白。 2、黃素蛋白：含F(xiàn)MN或FAD的蛋白，可接受2個電子2個質(zhì)子。黃素相關(guān)的脫氫酶類主要有：以FMN為輔基的NADH脫氫酶。以FAD為輔基的琥珀酸脫氫酶。NAD NADPFlavin mononucleotide(FMN)& Flavin adenine dinucleotide3、細(xì)胞色素：分子中含有血紅素鐵，以共價形式與蛋白結(jié)合，通Fe3+、Fe2+形式變化傳遞電子，呼吸鏈中有5類，即：細(xì)胞色素a、a3、b、c、c1，其中a、a3含有銅原子。4、鐵硫蛋白：在其分子結(jié)構(gòu)中每個鐵原子和4個硫原子結(jié)合，通過Fe2+、Fe3+互變進(jìn)行電子傳遞，有2Fe-2S

19、和4Fe-4S兩種類型。5、輔酶Q：是脂溶性小分子量醌類化合物，通過氧化和還原傳遞電子。有3種氧化還原形式，即：氧化型醌Q，還原型氫醌（QH2）和介于兩者之者的自由基半醌（QH）。（二）呼吸鏈的復(fù)合物呼吸鏈組分按氧化還原電位由低向高的方向排列。利用deoxycholate處理線粒體內(nèi)膜、分離出呼吸鏈的4種復(fù)合物。輔酶Q和細(xì)胞色素C不屬于任何一種復(fù)合物。1、復(fù)合物I：NADH脫氫酶。組成：42條肽鏈組成，呈L型，含一個FMN和至少6個鐵硫蛋白，以二聚體形式存在。作用：催化NADH的2個電子傳遞至輔酶Q，同時將4個質(zhì)子由線粒體基質(zhì)（M側(cè)）轉(zhuǎn)移至膜間隙（C側(cè)）。NADHFMNFe-SQNADH +

20、5H+M + QNAD+ + QH2 + 4H+C2、復(fù)合物II：琥珀酸脫氫酶組成：至少由4條肽鏈，含有一個FAD，2個鐵硫蛋白。作用：催化琥珀酸的低能量電子轉(zhuǎn)至輔酶Q，但不轉(zhuǎn)移質(zhì)子。琥珀酸FADFe-SQ。琥珀酸+Q延胡索酸+QH2 3、復(fù)合物III：細(xì)胞色素c還原酶。組成：至少11條不同肽鏈，以二聚體形式存在，每個單體包含兩個細(xì)胞色素b（b562、b566）、一個鐵硫蛋白和一個細(xì)胞色素c1 。作用：催化電子從輔酶Q傳給細(xì)胞色素c，每轉(zhuǎn)移一對電子，同時將4個質(zhì)子由線粒體基質(zhì)泵至膜間隙。2還原態(tài)cyt c1 + QH2 + 2 H+M2氧化態(tài)cyt c1 + Q+ 4H+C復(fù)合物的電子傳遞比較

21、復(fù)雜，和“Q循環(huán)”有關(guān) 4、復(fù)合物IV：細(xì)胞色素c氧化酶組成：為二聚體，每個單體含至少13條肽鏈，分為三個亞單位。 作用：將從細(xì)胞色素c接受的電子傳給氧，每轉(zhuǎn)移一對電子，在基質(zhì)側(cè)消耗2個質(zhì)子，同時轉(zhuǎn)移2個質(zhì)子至膜間隙。cyt cCuAheme aa3- CuBO24還原態(tài)cyt c + 8 H+M + O24氧化態(tài)cyt c + 4H+C + 2H2O由復(fù)合物I、III、IV組成，催化NADH的脫氫氧化。由復(fù)合物II、III、IV組成，催化琥珀酸的脫氫氧化。對應(yīng)于每個復(fù)合物，大約需要3個復(fù)合物，7個復(fù)合物，任何兩個復(fù)合物之間沒有穩(wěn)定的連接結(jié)構(gòu)，而是由輔酶Q和細(xì)胞色素c這樣的可擴(kuò)散性分子連接。 （三）兩條主要的呼吸鏈Transport of e