第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸2023/12/26第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸CYTOPLASMICMATRICANDENDOMEMBRANESYSTEM第七章

真核細胞內膜系統、蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第一節細胞質基質的涵義與功能第二節細胞內膜系統及其功能第三節細胞內蛋白質的分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸一.細胞質基質的涵義

基本概念：在真核細胞的細胞質中,除去可分辨的細胞器外的膠狀物質,稱細胞質基質。

成分：中間代謝有關的酶類、細胞骨架結構。

特點：細胞質基質是一個高度有序的體系；通過弱鍵而相互作用處于動態平衡的結構體系。第一節細胞質基質的涵義與功能第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

許多中間代謝過程在細胞基質中完成：

如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等.

與細胞質骨架相關的功能 細胞質骨架維持細胞形態、運動、胞內物質運輸及能量傳遞，構成細胞基質結構體系。細胞基質與骨架蛋白分子間選擇性結合，使生物大分子錨定在細胞骨架的三維空間的特定區域。

在蛋白質的修飾、蛋白質選擇性的降解等方面起重要作用：

蛋白質的修飾的主要類型：①輔酶或輔基與酶的共價結合②糖基化：N－乙酰葡萄糖胺加到蛋白質絲氨酸殘基的羥基上。③磷酸化和去磷酸化④N－端甲基化⑤酰基化：脂肪酸+Pro

控制蛋白質的壽命：N-Met、Ser，Thr，Ala，Val，Cys，Gly或Pro

降解變性和錯誤折疊的蛋白質

幫助變性或錯誤折疊的蛋白質重新折疊：靠Hsp水解ATP來完成。二.細胞質基質的功能第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸定義：指在結構、功能乃至發生上相互關聯、由膜包被的細胞器或細胞結構,主要包括內質網、高爾基體、溶酶體、胞內體和分泌泡等。功能：區隔化；增加內表面積，提高代謝和調節能力。從系統發生來看內膜系統起源于質膜的內陷和內共生。從個體發生來看新細胞的內膜系統來源于原有內膜系統的分裂，具有核外遺傳的特性。第二節細胞內膜系統及其功能第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內膜系統第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

內膜系統的進化◆起因∶

●遺傳信息的擴大●體積的增大●表面積與體積比值失調●物質代謝速度受限◆對策:細胞內部結構區域化◆途徑：

●內共生途徑●細胞質膜內陷途徑。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

內膜結構特點與動態性質

◆獨立性

●內膜封閉的區室●執行獨立的功能◆協作性:動態性質●Biosyntheticpathway●Secretorypathway

●Endocyticpathway:materialsmovefromtheoutersurfaceofthecelltocompartments,suchasendosomesandlysosomes,locatedwithinthecytoplasm第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內膜系統的動態特性第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

內膜系統的生物學意義◆形成了一些特定的功能區域和微環境(細胞內功能分化)●合理使用資源●集團化管理●提高工作效率◆動態性質●保證了膜結構的一致性●使細胞“青春常在”?第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸一.內質網的形態結構與功能K.R.Porter等于1945年發現于培養的小鼠成纖維細胞，因最初看到的是位于細胞質內部的網狀結構，故名內質網（endoplasmicreticulum，ER）。后來發現內質網不僅僅存在于細胞的“內質”部，通常還與質膜和核膜相連，并且與高爾基體關系密切，并且常伴有許多線粒體。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸ER第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸(一)內質網的兩種基本類型約占細胞總膜面積的一半，是封閉的網絡系統。分為粗面型內質網（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型內質網（smoothendoplasmicreticulum，SER）。RER呈扁平囊狀，排列整齊，膜圍成的空間稱為ER腔（lumen），有核糖體附著。SER呈分支管狀或小泡狀，無核糖體附著,是脂質合成的重要場所。細胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續結構的一部分。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸ER主要功能是合成蛋白質和脂類，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER膜中含大約60%的蛋白和40%的脂類，脂類主要成分為磷脂，磷脂酰膽堿含量較高，鞘磷脂含量較少，沒有或很少含膽固醇。ER約有30多種膜結合蛋白，另有30多種位于內質網腔，這些蛋白的分布具有異質性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于內質網，被認為是標志酶，核糖體結合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內質網的模式圖第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內質網的形態結構第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內質網與核膜的關系第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

內質網的化學組成

◆內質網的標志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。

◆細胞色素P450在內質網膜中最為豐富。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸光面內質網的功能

光面內質網的酶類

◆糖代謝酶類

◆脂代謝酶類

◆藥物脫毒與相關的氧化酶

◆蛋白質的加工酶類第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸糖原分解與游離葡萄糖釋放

脂類的合成與轉運

解毒作用

Ca2+離子濃度的調節作用第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸磷脂的合成第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸磷脂交換蛋白的作用第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

解毒作用◆光面內質網含有豐富的氧化酶系統(如細胞色素P450、NADH細胞色素C還原酶等)能使許多有害物質解毒,轉化為易于排出的物質。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸粗面內質網的功能

--信號肽與蛋白質運輸

第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸核糖體循環?第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸蛋白質合成蛋白質都是在核糖體上合成的，并且起始于細胞質基質中“游離”核糖體，但是有些蛋白質在合成開始不久后便轉在內質網上合成，這些蛋白主要有：向細胞外分泌的蛋白、如抗體、激素；膜的整合蛋白；需要與其它細胞組合嚴格分開的酶，如溶酶體的各種水解酶；需要進行修飾的蛋白，如糖蛋白。

其它的多肽是在細胞質基質中“游離”核糖體上合成的。包括：---細胞質基質中的駐留蛋白、質膜外周蛋白、核輸入蛋白、---轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。二、ER的功能（RER）第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸ProteinssynthesizedonribosomesofrERinclude:

secretoryproteins,integralmembraneproteins,solubleproteinsoforganelles.第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸蛋白質的修飾與加工包括糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內質網上合成的蛋白質最終被糖基化。糖基化的作用：①使蛋白質能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質傳導信號的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：O-連接的糖基化（O-linkedglycosylation）：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進行。N-連接的糖基化（N-linkedglycosylation）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡萄糖胺。內質網上進行N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡萄糖胺。糖分子首先被糖基轉移酶轉移到膜上的磷酸長醇（dolicholphosphate）分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉移酶轉到新合成肽鏈特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺殘基上。X是除Pro以外的任何氨基酸。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸新生肽鏈的折疊、組裝和運輸不同的蛋白質在內質網腔中停留的時間不同，這主要取決于蛋白質完成正確折疊和組裝的時間。有些無法完成正確折疊的蛋白質被輸出內質網，轉入溶酶體中降解掉。新生肽的折疊組裝：ER內腔是非還原性的，易于二硫鍵形成；蛋白二硫鍵異構酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態。結合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）:識別錯誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進重新折疊與裝配。正確折疊涉及駐留蛋白：PDI和Bip具有KDELorHDEL信號；第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內質網的其它作用（SER）合成磷脂、膽固醇等膜脂:合成后以出芽的方式轉運至高爾基體，溶酶體和質膜上，或借磷脂轉移蛋白（PTP）形成水溶性復合物，轉至其他膜上。解毒：如肝細胞的細胞色素P450酶系，通常可將脂溶性有毒物質，代謝為水溶性物質，使有毒物質排出體外。參與甾體類激素的合成：在生殖腺和腎上腺的內分泌細胞中，SER、線粒體，可能還有高爾基體上的一些酶共同參與甾體類激素的合成。調節血糖濃度：使葡糖6-磷酸水解為磷酸和葡萄糖，釋放糖至血液中。儲存鈣離子:作為細胞內信號物質，如肌質網。支撐作用：內質網是細胞內最豐富的膜，形成了一種網絡結構，提供機械支撐作用，并成為細胞質中酶附著的支架。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸三、內質網與基因表達的調控內質網蛋白質的合成、加工、折疊、組裝、轉運及向高爾基體轉運的復雜過程顯然是需要有一個精確調控的過程。

影響內質網

細胞核信號轉導的三種因素：

內質網腔內未折疊蛋白的超量積累。

折疊好的膜蛋白的超量積累。

內質網膜上膜脂成份的變化——主要是固醇缺乏。這些變化通過不同的信號轉導途徑，最終調節細胞核內特異基因表達。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸二.高爾基體的形態結構與功能最早發現于1855年，1889年，Golgi用銀染法，在貓頭鷹的神經細胞內觀察到了清晰的結構，因此定名為高爾基體。20世紀50年代以后才正確認識它的存在和結構。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸(一)、形態與組成是由數個扁平囊泡堆在一起形成的高度有極性的細胞器。常分布于內質網與細胞膜之間，呈弓形或半球形。凸出的一面對著內質網稱為形成面或順面（cisface）。凹進的一面對著質膜稱為成熟面或反面（transface）。順面和反面都有一些或大或小的運輸小泡。扁平囊直徑約1um，單層膜構成，中間為囊腔，周緣多呈泡狀，4~8個扁平囊在一起(某些藻類可達一二十個)，構成高爾基體的主體，即高爾基體堆(Golgistack)。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸高爾基體的結構和極性形態結構連續的整體膜結構。◆扁平囊泡(sacuules)◆小囊泡(vesicle)◆大囊泡(vacuoles)第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸TheGolgiApparatus

培養的上皮細胞中高爾基體的分布（高爾基體為紅色，核為綠色）

培養的上皮細胞中高爾基體的分布（高爾基體為紅色，核為綠色）第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸高爾基體的形態結構第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

高爾基體的極性◆高爾基內側網絡(cis-Golginetwork,CGN)

順面、形成面◆中間潴泡(medialcisternae)◆高爾基外側網絡(transGoljinetwork,TGN)

外側面、成熟面第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

RegionsoftheGolgiapparatus

第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

數量與化學組成◆數量分泌功能越旺盛的細胞,越多。◆蛋白質和脂質膜:蛋白質40%,脂60%;內質網:蛋白質20%,脂50-60%;高爾基體:蛋白質60%,脂40%;◆高爾基復合體的標志酶是糖基轉移酶。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸二、功能區隔高爾基體順面的網絡結構（cisGolginetwork，CGN）：是高爾基體的入口區域。接受由內質網合成的物質并分類后轉入中間膜囊。高爾基體中間膜囊（medialGolgi）：多數糖基修飾、糖脂的形成以及與高爾基體有關的糖合成均發生此處。高爾基體反面的網絡結構（transGolginetwork，TGN）：由反面一側的囊泡和網管組成，是高爾基體的出口區域，功能是參與蛋白質的分類與包裝，最后輸出。

4.在高爾基體周圍還存在大小不等的囊泡。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸高爾基體各部分膜囊具有不同的細胞化學反應：

①嗜鋨反應：cis面膜囊被鋨酸特異地染色；②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特異顯示高爾基體的trans面的1～2層膜囊；③胞嘧啶單核苷酸酶(CMP酶)：可顯示靠近trans面上的一些膜囊狀和管狀結構，CMP酶也是溶酶體的標志酶。 ④煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可顯示高爾基體中間幾層扁平囊；第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管的負端----微管組織中心（MTOC）。高爾基的膜囊上存在馬達蛋白（cytoplasmicdynein和kinesin）和微絲的馬達蛋白（myosin）。最近還發現特異的血影蛋白（spectrin）網架。它們在維持高爾基體動態的空間結構以及復雜的膜泡運輸中起重要的作用。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸三、高爾基體主要功能1、負責對細胞合成的蛋白質進行加工，分類，并運出，其過程是RER上合成蛋白質→進入ER腔→以出芽形成囊泡→進入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成囊泡→囊泡與質膜融合、排出。高爾基體對蛋白質的分類，依據的是蛋白質上的信號肽或信號斑。2、溶酶體酶的分選：M6P

反面膜囊M6P受體在肝細胞中溶酶體酶還存在不依賴于M6P的另一種分選途徑。

（一）參與細胞分泌活動第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸參與細胞分泌活動第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸（二）參與蛋白質的糖基化

特征

N-連接

O-連接1.合成部位

粗面內質網高爾基體2.合成方式

來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3.與之結合的氨基酸殘基

天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4最終長度

至少5個糖殘基一般1～4個糖殘基，但ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較1、蛋白質糖基化類型或高爾基體第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸2、蛋白質糖基化的特點及其生物學意義

糖蛋白寡糖鏈的合成與加工都沒有模板，靠不同的酶在細胞不同間隔中經歷復雜的加工過程才能完成。

糖基化的主要作用是使蛋白質在成熟過程中折疊成正確構象和增加蛋白質的穩定性；多羥基糖側鏈影響蛋白質的水溶性及蛋白質所帶電荷的性質。對多數分選的蛋白質來說，糖基化并非作為蛋白質的分選信號。

進化上的意義：寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它大分子接近細胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細胞的祖先具有一個保護性的外被，同時又不象細胞壁那樣限制細胞的形狀與運動。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸（四）進行膜的轉化功能

高爾基體的膜無論是厚度還是在化學組成上都處于內質網和質膜之間，因此高爾基體在進行著膜轉化的功能，在內質網上合成的新膜轉移至高爾基體后，經過修飾和加工，形成運輸泡與質膜融合，使新形成的膜整合到質膜上。（五）參與形成溶酶體。（六）參與植物細胞壁的形成。（七）合成植物細胞壁中的纖維素和果膠質。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

高爾基體在細胞內膜泡蛋白運輸中起重要的樞紐作用膜泡運輸的主要途徑,其中多數與高爾基體直接相關三、高爾基體與細胞內的膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸三.溶酶體與過氧化物酶體第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸一、溶酶體的結構溶酶體（lysosome）：是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器，其主要功能是進行細胞內消化。C.deDuve與B.Novikoff1955年首次發現。幾乎存在于所有的動物細胞中。具有異質性（heterogenous），形態大小及內含的水解酶種類都可能有很大的不同。執行不同生理功能。共同特征：含有大量酸性水解酶，酸性磷酸酶是標志酶。膜有質子泵，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內有多種載體蛋白可將水解的產物向外轉運。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸電子顯微鏡下的溶酶體第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸溶酶體的形態結構

溶酶體的形態

溶酶體是一種異質性(heterogenous)的細胞器,呈小球狀。大小變化很大，直徑一般0.25～0.8μm，最大的可超過1μm,最小的直徑只有25-50nm。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸二、溶酶體的類型根據完成其生理功能的不同階段可分為：1、初級溶酶體（primarylysosome）2、次級溶酶體（secondarylysosome）3、殘余體（residualbody）。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸直徑約0.2~0.5um膜厚7.5nm，內含物均一，無明顯顆粒，是高爾基體分泌形成的。含有多種水解酶，但沒有活性，只有當溶酶體破裂，或其它物質進入，才有酶活性。水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶類，已知60余種，這些酶均屬于酸性水解酶，反應的最適PH值為5左右。溶酶體膜雖然與質膜厚度相近，但成分不同，主要區別是：

①膜有質子泵，將H+泵入溶酶體，使其PH值降低。②膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。③具有多種載體蛋白用于水解的產物向外轉運；1、初級溶酶體（primarylysosome）第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸Figure

13-18

ThelowpHinlysosomesandendosomes.

ProteinslabeledwithapH-sensitivefluorescentprobe(fluorescein)andthenendocytosedbycellscanbeusedtomeasurethepHinendosomesandlysosomes.ThedifferentcolorsreflectthepHthatthefluorescentprobeencountersintheseorganelles.ThepHinlysosomes(red)isabout5,whilethepHinvarioustypesofendosomes(blueandgreen)rangesfrom5.5to6.5.(CourtesyofFredMaxfieldandKennethDunn.)第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸 小鼠脾臟巨噬細胞中的溶酶體用電鏡細胞化學技術顯示其中含有的酸性磷酸酶，M：線粒體，L：溶酶體（樸英杰）第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸2、次級溶酶體（secondarylysosome）是正在進行或完成消化作用的溶酶體，內含水解酶和相應的底物，可分為異噬溶酶體(hetephagolysosome)和自噬溶酶體（autophagolysosome）。前者消化的物質來自外源，后者消化的物質來自細胞本身的各種組分。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸3、殘余體（residualbody）

又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘渣，故名。殘余體可通過外排作用排出細胞，也可能留在細胞內逐年增多，如表皮細胞的老年斑，肝細胞的脂褐質。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸動物細胞溶酶體系統示意圖第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸二、溶酶體的功能自體吞噬：清除無用的生物大分子，衰老細胞、細胞器、個體發育中多余的細胞。許多生物大分子的半衰期只有幾小時至幾天，肝細胞中線粒體的平均壽命約10天左右。細胞內消化：如高等動物內吞低密脂蛋白獲得膽固醇，單細胞真核生物利用溶酶體的消化食物。防御作用：如巨噬細胞可吞入病原體，在溶酶體中將病原體殺死和降解。病原體感染刺激單核細胞分化成巨噬細胞而吞噬、消化。巨噬細胞中含有大量溶酶體。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

作為細胞內的消化“器官”為細胞提供營養；

參與分泌過程的調節：如將甲狀腺球蛋白降解成有活性的甲狀腺素。

細胞凋亡：個體發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發育等等。這一過程是在基因控制下實現的，稱為程序性細胞死亡，注定要消除的細胞以出芽的形式形成凋亡小體，被巨噬細胞吞噬并消化。。形成精子的頂體（acrosome）：受精過程中的精子的頂體相當于一個化學鉆，可溶穿卵子的皮層，使精子進入卵子。三、其它重要的生理功能第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

貯積癥（storagedisease）:是由于遺傳缺陷引起的，由于溶酶體的酶發生變異，功能喪失，導致底物在溶酶體中大量貯積，進而影響細胞功能。如臺-薩氏綜合征（Tay-Sachsdiesease）：要叫黑蒙性家族癡呆癥，溶酶體缺少氨基已糖酯酶A（β-N-hexosaminidase），導致神經節甘脂GM2積累，影響細胞功能，造成精神癡呆，2~6歲死亡。患者表現為漸進性失明、病呆和癱瘓，該病主要出現在猶太人群中。

某些病原體（麻瘋桿菌、利什曼原蟲或病毒）被細胞攝入，進入吞噬泡但并未被殺死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞內體中的酸性環境）。I細胞疾病：N－乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶單基因缺陷

溶酶體與疾病

溶酶體的基本功能是對生物大分子的強烈的消化作用，這對于維持細胞的正常代謝活動及防御微生物的侵染都有重要的意義。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸三、溶酶體的發生初級溶酶體是在高爾基體的trans面以出芽的形式形成，形成過程：內質網上核糖體合成溶酶體蛋白→進入內質網腔進行N-連接的糖基化修飾→進入高爾基體cis面膜囊→磷酸轉移酶識別溶酶體水解酶的信號斑→將乙酰葡糖胺磷酸轉移在1~2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體→與trans膜囊上的受體結合→通過clathrin衣被包裝成初級溶酶體。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾（RER）

高爾基體cis膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶高爾基體trans-膜囊和TGN膜（M6P受體）溶酶體酶分選與局部濃縮以出芽的方式轉運到前溶酶體磷酸葡萄糖苷酶磷酸化識別信號：信號斑發生途徑

第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸溶酶體的發生過程

第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸Figure6-40.Themannose6-phosphate(M6P)pathway,themajorroutefortargetinglysosomalenzymestolysosomes.

PrecursorsoflysosomalenzymesmigratefromtherERtothecis-Golgiwheremannoseresiduesarephosphorylated.IntheTGN,thephosphorylatedenzymesbindtoM6Preceptors,whichdirecttheenzymesintovesiclescoatedwiththeclathrin.Theclathrinlatticesurroundingthesevesiclesisrapidlydepolymerizedtoitssubunits,andtheuncoatedtransportvesiclesfusewithlateendosomes.Withinthislow-pHcompartment,thephosphorylatedenzymesdissociatefromtheM6Preceptorsandthenaredephosphorylated.ThereceptorsrecyclebacktotheGolgi,andtheenzymesareincorporatedintoadifferenttransportvesiclethatbudsfromthelateendosomeandsoonfuseswithalysosome.ThesortingoflysosomalenzymesfromsecretoryproteinsthusoccursintheTGN,andthesetwoclassesofproteinsareincorporatedintodifferentvesicles,whichtakedifferentroutesaftertheybudfromtheGolgi.[G.Griffithsetal.,Cell

52:329;S.Kornfeld,Annu.Rev.Biochem.

61:307;andG.GriffithsandJ.Gruenberg,TrendsCellBiol.

1:5]第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內吞體rER順面管網反面管網高爾基復合體

溶酶體水解酶前體加入磷酸基團M-6-P溶酶體酶前溶酶體ATPADP+PiH+去除磷酸成熟溶酶體PH=6第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸◆信號斑(signalpatch)

是溶酶體酶形成的一個特殊的空間結構，信號斑是由幾段信號肽形成的一個三維結構的表面,這幾段信號肽聚集在一起,形成一個斑點被磷酸轉移酶識別。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸信號斑與信號肽第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

溶酶體酶的分選◆M6P受體蛋白(M6Preceptorprotein)●M6P受體蛋白在pH為6.5～7的條件下與M6P結合●在酸性條件下(pH=6)脫落●M6P受體蛋白主要存在于高爾基體外側網絡●在某些細胞中M6P受體蛋白也存在于細胞質膜上。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸Mannose6-phosphateresiduestargetproteinstolysosomesTargetingofsolublelysosomalenzymestoendosomesandlysosomesbyM-6-PtagN-乙酰葡萄糖胺磷酸轉移酶磷酸葡萄糖苷酶第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

依賴于M6P的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過運輸小泡直接分泌到細胞外。

在細胞質膜上也存在依賴于鈣離子的M6P受體，同樣可與胞外的溶酶體酶結合，通過受體介導的內吞作用，將酶送至前溶酶體中，M6P受體返回細胞質膜，反復使用。

還存在不依賴于M6P的分選途徑：如酸性磷酸酶合成后直接經高爾基體到細胞表面，再依賴其細胞基質部分酪氨酸殘基信號，從細胞表面轉運到溶酶體。

分選途徑多樣化

酶的加工方式多樣化

糖側鏈的部分水解、膜蛋白等第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸五、過氧化物酶體過氧化物酶體(peroxisom)又稱微體(microbody)Rhodin1954發現于鼠腎小管上皮細胞。是由單層膜圍繞而成的內含一種或幾種氧化酶類的異質性細胞器。直徑通常0.5um，呈圓形，橢圓形或啞呤形不等。特點：含過氧化氫酶（標志酶）和一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶，已發現40多種氧化酶，其中尿酸氧化酶（urateoxidase）的含量極高，以至于在有些種類形成酶結晶構成的核心。各類氧化酶的共性是將底物氧化后生成H2O2。而過氧化氫酶又利用H2O2去氧化其它底物。RH2+O2→R+H2O2第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸電鏡下的過氧化物酶體第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸鼠肝細胞超薄切片所顯示的過氧化物酶體（P）和其它細胞器如線粒體（M）等（Albertetal.，1989）煙草葉肉細胞的過氧化物酶體（中央具有尿酸氧化酶形成的晶體狀核心）第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸過氧化物酶體的酶類◆氧化酶(oxidases)

●約占過氧化物酶體酶總量的一半●各種氧化酶作用于不同的底物●將氧還原成過氧化氫。RH2+O2→R+H2O2第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸◆過氧化氫酶(catalase)●是過氧化物酶體的標志酶●約占過氧化物酶體酶總量的40%●作用是將過氧化氫還原成水

RH2+H2O2→R+2H2O第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸過氧化物酶體與溶酶體的區別

過氧化物酶體和初級溶酶體的形態與大小類似，但過氧化物酶體中的尿酸氧化酶等常形成晶格狀結構，可作為電鏡下識別的主要特征。

通過離心可分離過氧化物酶體和溶酶體：過氧化物酶體沉降先于溶酶體。

過氧化物酶體和溶酶體的差別第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸微體與初級溶酶體的特征比較第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸在動物中：①參與脂肪酸的β-氧化向細胞直接提供熱能；②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氧化，飲入的酒精1/4在微體中氧化為乙醛。2、在植物中：①參與光呼吸，將光合作用的副產物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫。②在萌發的種子中，進行脂肪的β-氧化，產生乙酰輔酶A，經乙醛酸循環，由異檸檬酸裂解為乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循環，因涉及乙醛酸循環，又稱乙醛酸循環體。2、過氧化物酶體的功能第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

3、過氧化物酶體的發生

氧化物酶體經分裂后形成子代的細胞器，子代的過氧化物酶體再進一步裝配形成成熟的細胞器。組成過氧化物酶體的蛋白均由核基因編碼，主要在細胞質基質中合成，然后轉運到過氧化物酶體中。

過氧化物酶體蛋白分選的信號序列（Peroxisomal-targetingsignal，PTS）：

PTS1為Ser-lys-leu，多存在于基質蛋白的C端。

PTS2為Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基質蛋白N-端。

過氧化物酶體膜上存在幾種可與信號序列相識別的可能的受體蛋白。

過氧化物酶體的膜脂可能在內質網上合成后轉運而來。

內質網也參與過氧化物酶體的發生第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸過氧化物酶體發生過程的示意圖第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸過氧化物酶體的增殖第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸細胞內合成的蛋白質、脂類等物質之所以能夠定向的轉運到特定的細胞器取決于兩個方面：其一是蛋白質中包含特殊的信號序列（signalsequence）。其二是細胞器上具特定的信號識別裝置（分選受體，sortingreceptor）。第三節細胞內蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸◆信號序列的間接證據1972年,Milstein和他的同事發現:●從細胞質分離的IgG輕鏈:多20個氨基酸殘基●釋放到細胞外的IgG輕鏈:少20個氨基酸殘基第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸（一）信號假說：G.Blobel等1975年提出了信號假說(Signalhypothesis)，認為蛋白質N端的信號肽，指導蛋白質轉至內質網上合成，因此獲1999年諾貝爾生理醫學獎。一、信號假說與蛋白質分選信號第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

蛋白質轉移到內質網合成涉及以下成分：信號肽（signalpeptide），存在于蛋白質一級結構上的線性序列，位于新合成肽鏈的N端，一般16~30個氨基酸殘基，含有6-15個連續排列的帶正電荷的非極性氨基酸，由于信號肽又是引導肽鏈進入內質網腔的一段序列，又稱開始轉移序列（starttransfersequence）；有些在完成蛋白質的定向轉移后被信號肽酶（signalpeptidase）切除；通常信號序列對所引導的蛋白質沒有特異性要求，每一種信號序列決定特殊的蛋白質轉運方向。信號斑（signalpatch）：存在于完成折疊的蛋白質中，構成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構成蛋白質分選的信號。（二）蛋白質分選信號第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

信號肽的特性◆序列特征15-35個氨基酸殘基，其中含有4-12個疏水殘基◆特異性:◆位置:●N-端突出的一段肽●內含信號肽。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸信號肽的一級序列：信號肽一級序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三個區域構成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信號肽為例，顯示出兩者的n區長度明顯不同信號肽（Signalpeptides）與信號斑（Signalpatches）signalsequenceandsignalpatch第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸3、信號識別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP），由6種多肽組成，結合一個7SRNA，屬于一種RNP(ribonucleoprotein)。能與信號序列結合，導致蛋白質合成暫停。4、SRP受體（SRPreceptor），內質網膜的整合蛋白，異二聚體，可與SRP特異結合。又稱停泊蛋白（DP）。5、停止轉移序列（stoptransfersequence），與內質網膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續進入網腔，成為跨膜Pr。6、轉位因子（translocator，translocon），由3-4個Sec61蛋白構成的通道，每個Sec61由3條肽鏈組成。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

信號識別顆粒與停靠蛋白◆signalrecognitionpartical,SRP●SRPisacytosolicribonucleoproteinparticle●Sixdiscretepolypeptides●A300-nucleotideRNA●三個功能域:▲翻譯暫停結構域(P9/P14)▲信號肽識別結合位點(P54)▲SRP受體蛋白結合位點(P68/P72)。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸Signalrecognitionpartical第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸◆Dockingprotein,DP

●是SRP在內質網膜上的受體蛋白●兩個亞基:親水的α亞基,疏水的β亞基◆易位子(translocon)●MultiplecopiesoftheSec61complexassembletoformacylindertransloconchannel●5～6nmhighand8.5nmindiameter,withacentralpore,roughly2nmindiameter●哺乳動物細胞中有三種類型的Sec61,即α、β和γ●Sec61α有10個跨膜α螺旋第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸內質網腔細胞質SRP受體信號識別顆粒(SRP)核糖體結合蛋白tRNAAP核糖體mRNA信號肽A信號假說第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸TranslocationofsolubleproteinsacrossER分泌性蛋白在內質網上合成過程（1～4）圖解顯示信號肽、SRP、SRP受體及移位子之間的相互作用第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸

Signalhypothesis第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸Signalhypothesis第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸體外實驗證明SRP顆粒、SRP受體的作用第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸在非細胞系統中蛋白質的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關系

實驗組別含有編碼信號SRPDP微粒體序列的mRNA結果

1+－－－產生含信號肽的完整多肽2++－－合成70～100氨基酸殘基后，肽鏈停止延伸3+++－產生含信號肽的完整多肽4++++信號肽切除，多肽鏈進入微粒體中

*“+”和“-”分別代表反應混合物中存在（+）或不存在（－）該物質。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸（三）蛋白質轉入內質網合成的過程：1、信號肽與共轉移：信號肽與SRP結合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結合→SRP脫離信號肽→肽鏈在內質網上繼續合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內質網腔→信號肽切除→肽鏈延伸至終止。這種肽鏈邊合成邊向內質網腔轉移的方式，稱為co-translation。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸信號肽與共轉移第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸起始轉移序列和終止轉移序列第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸起始轉移序列和終止轉移序列的數目決定多肽跨膜次數InsertionofaMultipassTransmembraneproteinintotheERmembrane第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸2、導肽與后轉移基本的特征：

蛋白質在細胞質基質中合成以后再轉移到線粒體、葉綠體、過氧化酶體等細胞器中的過程，稱后轉移（posttranslocation）。蛋白質跨膜轉移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質的幫助（如熱休克蛋白Hsp70）使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸蛋白質分選主要是指膜結合核糖體上合成的蛋白質,通過信號肽,在翻譯的同時進入內質網,然后經過各種加工和修飾,使不同去向的蛋白質帶上不同的標記,最后經過高爾基體反面網絡進行分選,包裝到不同類型的小泡,并運送到目的地,包括內質網、高爾基體、溶酶體、細胞質膜、細胞外和核膜等。廣義的蛋白質分選也包括在游離核糖體上合成的蛋白質的定位。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸二、蛋白質分選基本途徑與類型1、跨膜運輸（transmembranetransport）：蛋白質通過跨膜通道進入目的地。如細胞質中合成的蛋白質通過線粒體上的轉位因子（translocator）進入線粒體。2、膜泡運輸（vesiculartransport）：被運輸的物質在內質網或高爾基體中加工成衣被小泡，選擇性地運輸到靶細胞器3、門控運輸（gatedtransport）：如通過核孔復合體的運輸。4、細胞基質的蛋白質的轉運。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸三、胞內膜泡運輸細胞內膜系統之間的物質傳遞常常通過膜泡運輸方式進行。各類運輸泡之所能夠被準確地運到靶細胞器，主要取決于膜的表面識別特征。大多數運輸小泡是在膜的特定區域以出芽的方式產生的。其表面具有一個籠子狀的由蛋白質構成的衣被（coat）。這種衣被在運輸小泡與靶細胞器的膜融合之前解體。衣被小泡在細胞內沿微管運輸。與膜泡運輸有關的馬達蛋白有3類，在這些馬達蛋白的牽引下，可將膜泡運到特定的區域。動力蛋白（dynein），趨向微管負端；驅動蛋白（kinesin），趨向微管正端；肌球蛋白（myosin），趨向微絲的正極。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸ProteinSorting第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸高爾基體進行的蛋白質的分選第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸衣被類型已知三類：網格蛋白（clathrin）COPICOPII主要作用：選擇性的將特定蛋白聚集在一起，形成運輸小泡；如同模具一樣決定運輸小泡的外部特征。相同性質的運輸小泡之所以具有相同的形狀和體積，與衣被蛋白的組成有關。第七章真核細胞內膜系統蛋白質分選與膜泡運輸（一）網格蛋白衣被小泡相關運輸途徑：質膜→胞內體，高爾基體→胞內體，高爾基體→溶酶體、植物液泡。結構：由3個重鏈和3個輕鏈組成，形成一個具有3個曲臂的形狀。許多籠形蛋白的曲臂部分交織在一起，形成具有5邊形網孔的籠子。銜接蛋白(adaptin)：介于籠形蛋白與配體受體復合物之間，起連接作用。目前至少發現4種，分別結合不同