1、第六章真核細胞內膜系統、 蛋白質分選與膜泡運送生物奧賽輔導大 慶 外 國 語 學 校大 慶 外 國 語 學 校第1頁第1頁本章內容提綱： 第一節 細胞質基質涵義與功效 一、細胞質基質涵義 二、細胞質基質功效 第二節 細胞內膜系統及其功效一、內質網形態結構與功效 二、高爾基體形態結構與功效三、溶酶體形態結構與功效 四、過氧化物酶體發生 第三節 細胞內蛋白質分選與膜泡運送一、信號假說與蛋白質分選信號二、細胞內蛋白質分選基本路徑和類型三、膜泡運送第2頁第2頁真核細胞細胞內區室化： 細胞質基質、細胞內膜系統-膜包被各種細胞器1.Plasma membrane 2. Cytoplasmic matrix

2、3. Pinocytotic vesicle4. Mitochondria5. Endoplasmicreticulum6. Ribosomes7. Lysosomes8. Vacuoles9. Golgi apparatus10. Centrioles11. Nuclear membrane12. Nucleus13. Nucleolus第3頁第3頁一、細胞質基質涵義細胞質基質（cytoplasmic matrix or cytosol）：或稱胞質溶膠，在真核細胞細胞質中，除去可分辨細胞器外膠狀物質。用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質膜等細胞器或

3、細胞結構后，存留在上清液中主要是細胞質基質成份。生物化學家多稱之為胞質溶膠。 第4頁第4頁主要成份：與中間代謝相關數千種酶類、維持細胞形態細胞質骨架結構。 主要特點：細胞質基質是一個高度有序體系；通過弱鍵互相作用處于動態平衡結構體系第5頁第5頁1、完畢各種中間代謝過程 2、蛋白質分選與運送3、與細胞質骨架相關功效 維持細胞形態、細胞運動、胞內物質運送 及能量傳遞等 4、蛋白質修飾、蛋白質選擇性降解二、細胞質基質功效第6頁第6頁細胞內膜系統是指在結構，功效乃至發生上相互關聯、由膜包被細胞器或細胞結構，主要包含內質網、高爾基體、溶酶體、胞內體和分泌泡等。內膜系統功效主要在于兩個方面： 擴大膜總面積

4、，為酶提供附著支架。 是將細胞內部區分為不同功效區域，確保各種生化反應所需獨特環境。第二節 細胞內膜系統及其功效第7頁第7頁一、 內質網（endoplasmic reticulum，ER） 由封閉管狀或扁平囊狀膜系統及其包被空腔形成互相溝通三維網絡結構。第8頁第8頁（一）內質網兩種基本類型 1、粗面內質網（RER）嗜堿性多呈扁囊狀，排列較為整潔，因在其膜表面分布著大量顆粒（核糖體）是內質網與核糖體共同形成復合功效結構。主要功效：合成份泌性蛋白和各種膜蛋白。在分泌細胞和分泌抗體漿細胞中，粗面內質網非常發達。第9頁第9頁 2.光滑內質網（SER）嗜酸性表面沒有核糖體內質網稱光滑內質網，常呈分支管狀

5、。是脂質合成主要場合，廣泛存在于能合成類固醇細胞中。第10頁第10頁（二）內質網功效 ER是細胞內除核酸以外生物大分子，是蛋白質與脂類合成基地。幾乎所有脂類和各種主要蛋白質都是在內質網合成。 蛋白質合成 脂類合成 蛋白質修飾與加工 新生肽折疊與組裝第11頁第11頁 1. 粗面內質網功效合成蛋白質 向細胞外分泌蛋白質：消化酶、抗體、多肽類激素、胞外基質成份等； 膜整合蛋白：細胞質膜以及內質網、高爾基體、 溶酶體膜上膜蛋白； 構成內膜系統細胞器中可溶性駐留蛋白：溶酶體和植物液泡中酸性水解酶、內質網、高爾基體中固有蛋白。 物質運送管道 區域化作用 第12頁第12頁其它多肽是在細胞質基質中“游離”核糖

6、體上合成，包括:（1）預定滯留在細胞質基質中駐留蛋白：如呼吸酶和細胞骨架蛋白；（2）質膜外周蛋白：血影蛋白和錨定蛋白；（3）核輸入蛋白、轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體蛋白。 注意：細胞中蛋白質都是在核糖體上合成，并都是起始于細胞質基質中“游離”核糖體。第13頁第13頁2.滑面內質網功效 1、固醇類激素合成：生殖腺內分泌細胞和腎上腺皮質； 2、肝細胞解毒作用：肝細胞中存在細胞色素P450家族酶系，在這些酶作用下，能夠將不溶于水有毒物質和代謝產物處理為溶于水物質，通過尿液排出體外；3、儲存鈣離子：肌質網膜上Ca2+-ATP酶將細胞質基質中Ca2+ 泵入肌質網腔中。第14頁第14頁2.滑面內質網功

7、效4、參與糖原合成和分解：滑面內質網標志酶葡萄糖6磷酸酶5、參與血小板形成第15頁第15頁 2.脂質合成內質網合成構成細胞所需要包括磷脂和膽固醇在內幾乎所有膜脂，其中最主要是磷脂酰膽堿（卵磷脂）。合成磷脂所需要三種酶（酰基轉移酶、磷酸酶、膽堿磷酸轉移酶）都定位于內質網膜上。在內質網膜上合成磷脂幾分鐘后，就由細胞質基質一側轉向內質網腔面，合成磷脂由內質網向其它膜轉運主要有兩種方式： 以出芽方式轉運到高爾基體、溶酶體和細胞膜上； 憑借水溶性載體蛋白磷脂轉運蛋白（在膜之間轉運磷脂）。 內質網膜小泡細胞質膜第16頁第16頁3.蛋白質修飾與加工 進入內質網蛋白質發生主要化學修飾作用有糖基化、羥基化、酰基

8、化和二硫鍵形成等。糖基化伴隨多肽合成同時進行，是內質網中最常見蛋白質修飾。在內質網腔面，當與糖基化相關氨基酸殘基出現后，通過在膜上糖基轉移酶作用，將寡糖基轉移到相應天冬酰胺殘基上。第17頁第17頁1、寡糖基轉移到天冬酰胺殘基上稱之為N-連接糖基化，與天冬酰胺直接結合糖都是N-乙酰葡萄糖胺。 糖基化主要發生在粗面內質網中，經高爾基體加工最后形成成熟糖蛋白。2、有少數糖基化是發生在絲氨酸或蘇氨酸殘基上連接，稱之為O-連接糖基化，與之直接結合是N-乙酰半乳糖胺。是在高爾基體中進行。N-連接與O-連接寡糖比較：第18頁第18頁4.新生肽折疊與裝配不同蛋白質在內質網停留時間長短不一。不能正確折疊畸形肽鏈

9、或未裝配成寡聚體蛋白質亞單位，普通不能進入高爾基體。內質網腔是非還原性，極易形成二硫鍵，不易肽鏈正確折疊。 正確折疊包括駐留蛋白：二硫鍵異構酶（PDI）切斷二硫鍵，幫助新合成蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊狀態。結合蛋白（Binding protein，BIP）識別錯誤折疊蛋白或未裝配好蛋白亞單位，并促進重新折疊與裝配。 第19頁第19頁（二）內質網病變 1、增生：如解毒作用增強，肝細胞內滑面內質網增多。 2、腫脹：肌細胞缺氧，中毒時，肌漿網可出現水腫。 3、擴張：細胞水腫時，液體入腔內使之擴張。 4、解聚：當用四氯化碳引起大鼠肝細胞中毒時，粗面內質網上多聚核糖體解聚為單個核糖體，并失去正常而

10、有規律排列。 5、脫粒：解聚之后核糖體進一步脫離內質網，稱為脫粒。 6、萎縮：細胞（如饑餓時）以及有某種物質貯積細胞，其粗面內質網則萎縮、減少。 7、內容物含量改變第20頁第20頁二、高爾基體 1898年，Golgi用銀染法，在貓頭鷹神經細胞內觀測到了清楚結構，后因此定名為高爾基體。20世紀50年代以后才正確結識它存在和結構。又稱高爾基復合體。第21頁第21頁一、形態結構與構成1、形態：由48個扁平膜囊堆在一起形成高度有極性細胞器。凸出一面對著內質網稱為形成面或順面（cis face）；凹進一面對著質膜稱為成熟面或反面（trans face）。高爾基體形態、數目、大小和分布在不同細胞有差異，但

11、基本結構相同。分泌功效越旺盛細胞越多。第22頁第22頁 2、化學組成： 高爾基體膜含有大約60%蛋白質和40%脂類，含有一些和ER共同蛋白成份。 高爾基體膜上含有豐富酶，主要有糖基轉移酶、磺基-糖基轉移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶和磷脂酶等不同類型。 高爾基體標志酶為糖基轉移酶。第23頁第23頁 高爾基體順面網狀結構（cis-Golgi network，CGN） 又稱cis膜囊含有磷酸轉移酶 高爾基體中間膜囊（medial Golgi）含有N-乙酰葡萄糖胺轉移酶，與高爾基體多糖合成相關。高爾基體反面網狀結構（trans Golgi network，TGN） 含有半乳糖轉移酶和唾

12、液酸轉移酶二、高爾基體功效區室第24頁第24頁三、高爾基體主要功效1、參與細胞分泌活動如RER上核糖體合成Pr進入ER腔以出芽形成囊泡進入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成囊泡囊泡與質膜融合、排出。第25頁第25頁Caro等1965年用3H-leu證實了這一過程。3分鐘放射性在RER，17分鐘在高爾基體，37分鐘分泌顆粒，117分鐘細胞頂端。第26頁第26頁2、蛋白質糖基化（1） O-連接糖基化（O-linked glycosylation）與Ser、ThrOH連接，連接第一個糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進行。特點：由不同糖基轉移酶催化，每次加上一個單糖；糖基數目為

13、1-4個，最多5-6個；最終一個加上糖殘基為唾液酸。第27頁第27頁N連接寡糖與O連接寡糖區別N連接寡糖O連接寡糖連接基團NH2OH連接氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸，蘇氨酸，羥賴氨酸第一個糖殘基N乙酰葡糖胺N乙酰半乳糖胺，半乳糖糖鏈長度525個糖殘基14個寡糖基，最多56個合成部位糙面內質網和高爾基體高爾基體糖基化方式合成好寡糖鏈一次性連接糖殘基單個添加第28頁第28頁3、參與蛋白聚糖合成： 如動物細胞中蛋白聚糖合成。植物細胞壁中多糖，包括半纖維素、果膠質也是在高爾基體中合成。4、蛋白酶水解和其它加工過程 在糙面內質網上合成蛋白質有些是無生物活性前體物，稱為蛋白原(proprotein), 蛋白原

14、必須通過加工改造才干含有生物活性。第29頁第29頁5、進行膜轉化功效： 內質網上合成新膜脂轉移至高爾基體后，通過修飾和加工，形成運送泡與質膜融合，使新形成膜整合到質膜上。 第30頁第30頁四、高爾基體起源由內質網或核膜外層產生小泡轉化而來：現傾向于高爾基體由內質網轉變而來，即糙面內質網上核糖體消失分離出小泡或由滑面內質網分離出小泡形成高爾基體。第31頁第31頁三、 溶酶體形態結構與功效 溶酶體幾乎存在于所有動物細胞中。溶酶體是單層膜圍繞、內含各種酸性水解酶類囊泡狀細胞器。其主要功效是進行細胞內消化作用。（一）溶酶體形態結構與類型（二）溶酶體功效（三）溶酶體發生（四）溶酶體與過氧化物酶體第32頁

15、第32頁（一）溶酶體形態結構與類型溶酶體（lysosome）是單層膜圍繞、內含各種酸性水解酶類囊狀細胞器，其主要功效是進行細胞內消化作用。溶酶體是一個異質性細胞器，依據溶酶體不同生理階段，可分為初級溶酶體（primary lysosome）、次級溶酶體（secondary lysosome）和殘余體（residual body）。 第33頁第33頁初級溶酶體呈球形不含顯著顆粒物質，外面由一層脂蛋白膜圍繞。其中含有各種無活性水解酶類，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和磷酸脂酶等，酶最適pH值為5左右。溶酶體膜在成份上也與其它生物膜不同： 嵌有質子泵，借助水解ATP釋放出能量將H+泵

16、入溶酶體內，以形成和維持酸性內環境； 含有各種載體蛋白用于水解產物向外轉運； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于預防本身膜蛋白降解。 第34頁第34頁次級溶酶體是初級溶酶體與細胞內自噬泡或異噬泡、胞飲泡或吞噬泡融合形成復合體，分別稱之為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體（phagolysosome），兩者都是進行消化作用溶酶體。含有活性酸性水解酶。進入次級溶酶體物質通過一段時間消化后，小分子物質可通過其膜上載體蛋白轉運到細胞質基質中，供細胞代謝利用。未被消化物質殘余在溶酶體中形成殘余小體或后溶酶體。殘余小體可通過類似胞吐方式將內容物排除細胞。長期留在細胞內而不被排除殘余小體

17、常見為脂褐質。 第35頁第35頁胞吞作用吞噬自噬泡第36頁第36頁（二）溶酶體功效 1.清除無用生物大分子、衰老細胞器及衰老損傷和死亡細胞 2.防御功效 3.其它主要生理功效 作為細胞內消化“器官”為細胞提供營養； 在分泌腺細胞中，溶酶體經常含有攝入分泌顆粒，也許參與分泌過程調整； 一些特定細胞編程性死亡及周圍活細胞對其清除； 精子頂體（acrosome）相稱于特化溶酶體，在受精過程中能溶解卵細胞膜。 第37頁第37頁（三）溶酶體發生 溶酶體酶是在粗面內質網上合成并經N-連接糖基化修飾，然后轉至高爾基體，在高爾基體順面膜囊中寡糖鏈甘露糖殘基發生磷酸化形成M6P，在高爾基體反面膜囊和TGN膜上存

18、在M6P受體，將溶酶體酶與其它蛋白區別開來，并得以濃縮，最后以出芽方式轉運至溶酶體中。 第38頁第38頁 1、先天性溶酶體病：由于一些酶缺乏造成不能分解底物代謝性疾病，腦苷脂沉積病，神經鞘磷脂沉積病，臺薩氏病（黑蒙性白癡）患者表現為漸進性失明，癡呆，癱瘓。 2、矽肺是一個職業病，其病因與溶酶體相關。當工人在勞動中肺部吸入矽塵顆粒后，矽塵末即被肺部巨噬細胞吞噬。但巨噬細胞內溶酶體不能消化分解該顆粒而使之蓄積在細胞內。由于胞內矽塵顆粒表面形成矽酸，破壞了溶酶體膜穩定性，水解酶釋放出來便使巨噬細胞自溶，矽塵顆粒從死亡細胞中釋放出來后又重新被另外巨噬細胞吞噬，如此重復，巨噬細胞相繼死亡，刺激成纖維細胞

19、分泌大量膠原，形成膠原纖維結節，結果是肺組織彈性減少，肺功效受損。 3、細胞組織自溶：溶酶體膜不穩定（四）溶酶體疾病 第39頁第39頁四、氧化物酶體 過氧化物酶體（peroxisome）又稱微體（microbody），是由單層膜圍繞、內含一個或幾種氧化酶類細胞器。 動物細胞中過氧化物酶體 植物細胞中過氧化物酶體結晶狀關鍵第40頁第40頁1、過氧化物酶體與溶酶體區別過氧化物酶體特性：和溶酶體形態大小類似，所含尿酸氧化酶等呈晶格狀結構稱類核體；含有氧化酶類；內環境pH值為7左右；酶在細胞質基質中合成，經分選與裝配形成；辨認標志酶為過氧化氫酶。第41頁第41頁過氧化物酶體與初級溶酶體特性比較第42頁

20、第42頁 2、過氧化物酶體功效 在動物細胞中過氧化物酶體功效： 動物細胞（肝細胞或腎細胞）中過氧化物酶體可氧化分解血液中有毒成份，起到解毒作用。 過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細胞直接提供熱量。 在植物細胞中過氧化物酶體功效： 在綠色植物葉肉細胞中，它催化CO2固定反應副產物氧化，即所謂光呼吸反應； 3、過氧化物酶體發生與粗面內質網出芽形成第43頁第43頁分泌蛋白N端含有一段特殊信號序列可將多肽和核糖體引導到ER膜上；信號肽引導下多肽以邊合成邊轉運方式，通過ER膜上蛋白復合體進入ER腔，切除信號肽。 1975年，洛克菲勒大學Blobel, Sabatini推測：一、信號假說與蛋白質分選信號

21、（一）、信號假說第三節 細胞內蛋白質分選與膜泡運送第44頁第44頁Blobel with members of his laboratoryGnter BlobelBlobel等（1975）提出信號假說，認為蛋白質N端信號肽，指導蛋白質轉至內質網上合成，獲1999年諾貝爾生理醫學獎。第45頁第45頁蛋白質轉移到內質網合成涉及下列成份：1、信號肽： 普通位于新合成肽鏈N端，有可位于中部。普通1535個氨基酸殘基：N端含有至少1個帶正電荷氨基酸；中部含有6-12個疏水氨基酸； C端含有可被信號肽酶辨認位點。 作用：通過與SRP辨認和結合, 引導核糖體與內質網結合; 通過信號序列疏水性，引導新生肽跨膜轉運。 又稱開始轉移序列二、內質網蛋白質合成第46頁第46頁N端信號肽普通結構第47頁第47頁二、蛋白質分選基本路徑蛋白質分選路徑： 1、翻譯后轉運路徑：在細胞質基質游離核糖體上完畢多肽鏈合成，然后轉運至膜圍繞細胞器，如線粒體