細胞生物學

CellBiology

第七章細胞質基質與內膜系統

第一節細胞質基質及其功能一、細胞質基質的含義二、細胞質基質的功能第二節細胞內膜系統及其功能一、內質網二、高爾基體三、溶酶體四、過氧化物酶體

在光學顯微鏡下觀察不到活細胞中的任何膜結構。電鏡超薄切片技術出現后，人們通過形態學觀察和生化證據確認了真核細胞內具有發達的細胞內膜相結構，將細胞質區分成不同的隔室。細胞內區室化是真核細胞結構和功能的基本特征之一。細胞內區室化是真核細胞結構和功能的基本特征之一。細胞內被膜區分為1.細胞質基質；2.細胞內膜系統；3.其他由膜包被的各種細胞器（如線粒體等）

真核細胞的細胞內被膜區分為三類結構：

細胞質基質

在細胞質中除了膜性細胞器以外的膠狀物質

細胞內膜系統內質網、高爾基體、溶酶體、胞內體和分泌泡其他膜包被的細胞器線粒體、葉綠體、過氧化物酶體和細胞核在這些膜結合的細胞器中,線粒體、葉綠體、過氧化物酶體和細胞核等的獨立性很強,并且有特別的功能；其他幾種膜結合細胞器,如內質網、高爾基體、溶酶體和小泡,雖然有不同的結構和功能,但是它們都參與蛋白質的加工、分選和膜泡運輸,形成了一個特別的細胞內膜系統。細胞質膜線粒體內質網微管微絲中間絲核糖體

第一節細胞質基質及其功能

細胞質基質是細胞的重要的結構成分，其體積約占細胞質的一半。肝細胞中細胞質基質及其它組分的數目及所占體積比細胞組分數目體積比細胞質基質細胞核內質網高爾基體溶酶體胞內體過氧化物酶體線粒體1111300200400170054612311122

一、細胞質基質的含義1、概念：在真核細胞的細胞質中，除去可分辨的細胞器以外的膠狀物質，稱為細胞質基質。曾經的名稱：

細胞學角度：光鏡下稱透明質：在光鏡下所能看到的所有細胞器以外的部分，認為其是無色透明均勻一致的膠體物質。電鏡下稱細胞質基質：除去可分辨的細胞器以外的膠狀物質。

生化角度：細胞質的可溶相（胞質溶膠）：指通過細胞分級離心的方法除去所有細胞器和各種顆粒的上清液部分。透明質（細胞液）→胞質溶膠→細胞質基質光鏡下可見結構以外的部分離心沉淀物以外部分可分辯結構以外的膠狀物質胞質溶膠——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細胞結構后，存留在上清液中的主要是細胞質基質的成分。

蛋白質占20-30%一、細胞質基質的含義2、學術爭議細胞質骨架結構是否是細胞質基質的組成成分。一種觀點認為：是。證據１，骨架的組成成分微管、微絲蛋白處于動態平衡；證據２，沒有骨架則細胞質基質的組成成分失去錨定為點，不能維持高度有序的結構。另一種觀點：不是。認為細胞骨架是細胞的結構體系。二、化學組成細胞質基質是細胞真正的內環境，其組成成分復雜。主要含有與中間代謝有關的數千種酶類，依分子大小大致劃分為下列幾種：小分子和各種離子：如水、K+、Cl-、Na+、Mg２+、Ca２+等中分子類：脂類、糖類、氨基酸、核苷酸類大分子類：蛋白質、脂蛋白、RNA、多糖等。它呈復雜的膠體性質，可隨環境條件的改變由溶膠變為凝膠狀態或者相反，這成為某些細胞運動方式的動力。三、細胞質基質的組織結構

1、細胞質基質是一個高度有序的凝膠結構體系，形成精細的區域。2、細胞骨架纖維貫穿其中并對多種功能行使組織者作用。細胞骨架纖維形成復雜的三維纖維網絡。多數蛋白直接或間接地與骨架結合或與生物膜結合。3、在細胞質基質結構體系中，蛋白質與蛋白質、蛋白質與其他大分子之間都是通過弱鍵相互作用的。4、各組分之間的作用常常處于動態平衡之中。

細胞質基質很可能是高度有序的體系。蛋白質核糖體mRNAtRNA

四、細胞質基質的功能

（一）為蛋白質、脂肪酸合成提供場所

細胞內所有蛋白質合成的起始步驟都發生在細胞質基質的游離核糖體上。

（二）與細胞質骨架相關的功能

細胞質骨架可作為細胞質基質結構體系的組織者，為基質中其它成分或細胞器提供錨定位點；維持細胞形態、細胞運動、胞內物質運輸及能量傳遞等。（三）與細胞膜相關的功能：

1、膜相細胞器使細胞質基質產生區室化；

2、依靠細胞膜或細胞器膜上的泵蛋白和離子通道維持細胞內外跨膜的離子梯度。

（四）蛋白質的修飾和選擇性降解

1、

蛋白質的修飾

（1）輔基或輔基與酶的共價結合（2）磷酸化與去磷酸化：調節很多蛋白質的生物活性（3）蛋白質糖基化作用：主要發生在內質網和高爾基體中（4）蛋白質N端的甲基化修飾：保護蛋白不被水解，延長壽命，如骨架蛋白和組蛋白1、

蛋白質的修飾（5）?；簩⒅舅徭溂釉诘鞍妆┞对诨|的區域①是跨膜蛋白在內質網、高爾基體的轉運過程中，暴露在細胞質基質中的結構域被?；?；②酶與癌基因的產物特異性的識別，將脂肪酸鏈共價結合到蛋白質特定的位點上。例如：src、ras中的脂肪酸鏈。

2、控制蛋白質的壽命

決定蛋白質壽命的信號是N端的第一個氨基酸殘基。若N端的第一個氨基酸是Met（甲硫氨酸）、Ser（絲氨酸）、Thr（蘇氨酸）、Ala（丙氨酸）、Val（纈氨酸）、Cys（半胱氨酸）、Gly（甘氨酸）、或Pro（脯氨酸），則蛋白質是穩定的，如是其他12種氨基酸之一，則是不穩定的。識別N端不穩定的氨基酸信號并準確地將這種蛋白質降解是依賴于泛素的降解途徑。在蛋白質降解過程中，多個泛素分子共價結合到含有不穩定氨基酸殘基的蛋白質的N端，然后由一種蛋白酶體（26s的蛋白酶復合體）將蛋白質完全水解。泛素(ubiquitin,Ub)

2004年諾貝爾化學獎授予科學家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和歐文·羅斯，以表彰他們發現了泛素調節的蛋白質降解。

泛素依賴的降解途徑

（ubiquitin–dependentpathway）

泛素是一個由76個氨基酸殘基組成的小肽，具有蛋白質降解和細胞周期調控等多種生物學功能。

蛋白酶體主要降解兩種類型的蛋白質：一是錯誤折疊或異常的蛋白質，一是需要進行存量調控和不穩定的蛋白質。蛋白酶體由約50種蛋白質亞基組成，似蛋白質破碎機。

蛋白質底物催化核心調節部分泛素底物識別蛋白泛素-聯連酶泛素活化酶泛素分解酶26S蛋白酶體蛋白酶體電鏡負染照片3、降解變性和錯誤折疊的蛋白質

細胞質基質中的變性蛋白，錯誤折疊的蛋白，含有被氧化或其他非正常修飾氨基酸的蛋白質，不管其N端氨基酸殘基是否穩定，也常常被很快清除。錯誤折疊的內質網蛋白的降解和輸出

降解變性和錯誤折疊的蛋白質4、幫助變性或錯誤折疊的蛋白質重新折疊，形成正確的分子構象

這一功能主要依靠熱休克蛋白來完成。

熱休克蛋白(heatshockprotein，Hsp)DNA序列分析表明熱休克蛋白有3個主要家族即25kD，70kD和90kD的蛋白，每一家族中都有由不同基因編碼的數種蛋白。有的基因在正常條件下表達，而有些則在溫度增高或其它異常情況下大量表達，以保護細胞，減少異常環境的損傷。已有證據表明在正常的細胞中，90kD和70kD，特別是70kD的熱休克蛋白選擇性地與畸形的蛋白質及其形成的聚合物結合，利用水解ATP釋放的能量使聚集的蛋白質溶解并進一步折疊成具有正確構象的蛋白質。

利用熱休克蛋白（Hsp）,在消耗ATP的情況下把變性蛋白重新折疊成正確的構象錯誤變性或錯誤折疊的蛋白正確的分子構象

HspATPADP蛋白質重新折疊

第二節細胞內膜系統及其功能

內膜系統出現的意義：

各自獨立，各司其職

相互依存，協調統一

大大提高了細胞代謝反應的效率與原核細胞不同的是真核細胞具有復雜的由內膜構成的功能區隔。細胞內膜系統是指在結構，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。內質網、高爾基體、溶酶體和小泡,雖然有不同的結構和功能,但是它們都參與蛋白質的加工、分選和膜泡運輸,形成了一個特別的細胞內膜系統。內膜系統形成了一種胞內網絡結構，其功能主要在于兩個方面：①擴大膜的總面積，為酶提供附著的支架，如脂肪代謝、氧化磷酸化相關的酶都結合在細胞膜上；②是將細胞內部區分為不同的功能區域，保證各種生化反應所需的獨特的環境。

內膜系統在細胞內分布的模式圖膜結合細胞器在細胞內的分布膜結合細胞器在細胞內是按功能、分層次分布的（見上頁圖）從功能上看,細胞內膜結合細胞器的分布是功能越重要越靠近中央;從層次看,上游的靠內,下游的靠外。如細胞核位于細胞的中央,它是細胞中最重要的細胞器,有兩層膜結構。細胞核的外膜與內質網的膜是聯系在一起的,細胞核的外膜是粗面內質網的一部分。粗面內質網的功能是參與蛋白質合成,其作用僅次于細胞核,所以內質網位于細胞核的外側。膜結合細胞器在細胞內的分布高爾基體在內質網的外側,接受來自內質網的蛋白質和脂肪,然后對它們進行修飾和分選,它所完成的是內質網的下游工作。溶酶體是含有水解酶的囊泡,它是由高爾基體分泌而來。內體是由內吞作用產生的具有分選作用的細胞器,它能向溶酶體傳遞從細胞外攝取的物質,這種細胞器一般位于細胞質的外側。另外還有線粒體、過氧化物酶體等分布在細胞的不同部位。如果是植物細胞還有葉綠體和中央大液泡,它們是按功能定位。細胞內房室化

真核細胞膜結合區室的主要功能細胞器(區室)

主要功能細胞質基質代謝的主要場所；蛋白質合成部位細胞核基因組存在場所，DNA和RNA的合成地內質網大多數脂的合成場所，蛋白質合成和集散地高爾基體蛋白質和脂的修飾、分選和包裝溶酶體細胞內的降解作用內體內吞物質的分選；能向溶酶體運輸蛋白質線粒體通過氧化磷酸化合成ATP葉綠體進行光合作用過氧化物酶體毒性分子的氧化內膜系統的動態性質內膜系統的最大特點是動態性質(下頁圖),內膜系統中的結構是不斷變化的，其各自的位置是處于流動狀態。正是這種流動狀態,將細胞的合成活動、分泌活動和內吞活動連成了一種網絡結構,在各內膜結構之間常?？吹揭恍┬∨輥砘卮┧?，這些小泡分別是從內質網、高爾基體和細胞質膜上產生的，這就使內膜系統的結構處于一個動態平衡。內膜系統將細胞中的生化合成、分泌和內吞作用連接形成動態的、相互作用的網絡。在內質網合成的蛋白和脂通過分泌活動進入分泌小泡運送到工作部位；細胞通過內吞途徑將細胞外的物質送到溶酶體降解。內膜系統的動態性質

研究內膜系統的技術

電鏡技術放射自顯影技術熒光顯微技術差速離心技術突變體分析技術一、內質網（一）內質網的特性（二）內質網的兩種基本類型：糙面內質網和光面內質網內質網是典型的異質性細胞器，在細胞分裂時，內質網要經歷解體和重建的過程；內質網的存在增加了細胞內膜的表面積，為酶反應提供了結合位點；內質網形成的封閉體系，將內質網上合成的物質與細胞質基質中合成的物質分隔開來，更有利于它們的加工和運輸。內質網是細胞內除核酸以外的生物大分子如蛋白質、脂質和糖類的合成基地。（一）內質網的特性內質網遍布整個細胞質由喹啉藍熒光染料染色的細胞在熒光顯微鏡下顯示的內質網結構

內質網（endoplasmicreticulum，ER）

由封閉的管狀或扁平囊狀膜系統及其包被的空腔形成互相溝通的三維網絡結構。經高錳酸鉀技術處理后的細胞的內質網膜系統的全貌性結構糙面內質網（rER):①膜表面附著核糖體；②形態多為板層狀排列的扁囊；③多分布在分泌活動旺盛或分化較完善的細胞內。光面內質網（sER):①膜表面無核糖體附著；②形態多為分支小管或小泡；③多分布在一些特化的細胞中。核糖體糙面內質網1、糙面內質網2、光面內質網光面內質網（二）內質網的類型內質網的形態內質網(endoplasmicreticulum)模式圖糙面內質網(rER)與光面內質網(sER)糙面內質網(rER)光面內質網(sER)糙面內質網的形態光面內質網的形態內質網3、糙面內質網與光面內質網的比較

4、內質網與其他細胞器的關系：（1）細胞膜有時與ER連，甚至管道相通——發生關系。（2）ER常與外層核膜連接，ER腔與核周隙相溝通，外核膜有時附著核糖體——核-質物質交換；發生同源性。（3）合成旺盛的細胞，rER與線粒體緊密相連——能量關系。（4）間期，ER分布常常與微管走向一致，并與微管馬達蛋白（驅動蛋白）結合——在驅動蛋白牽引下向外延伸呈復雜網狀結構。（三）ER的功能

ER是細胞內除核酸以外的生物大分子，如蛋白質與脂類合成的基地。幾乎全部脂類和多種重要蛋白質都是在內質網合成的。蛋白質合成脂質的合成蛋白質的修飾與加工新生多肽的折疊與組裝內質網的其它作用1.蛋白質的合成是糙面內質網的主要功能

細胞中的蛋白質都是在核糖體上合成的，并都是起始于細胞質基質中。有些蛋白質剛合成不久便轉移至內質網膜上，繼續進行蛋白質合成，這些蛋白質包括：（1）向細胞外分泌的蛋白質：酶、抗體、多肽類激素、胞外基質成分等；（2）膜的整合蛋白：細胞質膜以及內質網、高爾基體、溶酶體膜上的膜蛋白；（3）細胞器中的可溶性駐留蛋白：溶酶體和植物液泡中的酸性水解酶、內質網、高爾基體中固有的蛋白。

1.蛋白質的合成是糙面內質網的主要功能

其它的多肽是在細胞質基質中“游離”核糖體上合成的，包括:（1）預定滯留在細胞質基質中的駐留蛋白：如糖酵解酶和細胞骨架蛋白；（2）質膜外周蛋白：血影蛋白和錨蛋白；（3）核輸入蛋白，轉運到線粒體、葉綠體和過氧物酶體的蛋白。注意：細胞中蛋白質都是在核糖體上合成的，并都是起始于細胞質基質中“游離”核糖體。蛋白質轉移到內質網上合成的過程信號識別顆粒信號肽糙面內質網膜上的信號識別受體核糖體受體蛋白質轉移蛋白質繼續合成當SRP信號肽結合后啟動新生肽鏈的翻譯開始翻譯與轉移信號肽顆粒受體與核糖體易位子作用添加到糙面內質網上的受體信號肽顆粒替換與循環糙面內質網附著核糖體合成的蛋白*分泌蛋白，如抗體、激素、細胞外基質蛋白質*跨膜蛋白*需要與其它細胞組分嚴格分開的酶，如溶酶體的各種水解酶*需要進行修飾的蛋白，如糖蛋白游離核糖體合成的蛋白

*結構蛋白質*細胞核蛋白質*代謝所需的酶*線粒體蛋白質

2、光面內質網是脂質合成的重要場所ER合成細胞所需絕大多數膜脂（包括磷脂和膽固醇）

兩種例外：鞘磷脂和糖脂

磷脂轉位蛋白：在磷脂轉位蛋白的作用下，新合成的脂類分子會由細胞質基質側轉向內質網腔面。它對于脂類的識別具有特異性，它對于頭部為膽堿的脂類（鞘磷脂和磷脂酰膽堿）轉位能力最強，因此導致了脂類分子在膜上分布成分的不對稱性。合成的磷脂由內質網向其它膜轉運主要有三種方式：（1）以出芽的方式轉運到高爾基體、溶酶體和細胞膜上；（2）憑借水溶性的載體蛋白－磷脂交換蛋白（phospholipidexchangeproteins，PEP）在膜之間轉運磷脂。（3）供體膜與受體膜之間通過膜嵌入蛋白所介導的直接接觸。

內質網膜小泡細胞質膜內質網——→高爾基體膜小泡溶酶體膜細胞膜

內質網→線粒體過氧化物酶體磷脂轉換蛋白

3、蛋白質的修飾與加工（1）位置:

在內質網腔內發生。（2）類型：包括糖基化、羥基化、?；⒍蜴I形成等，幾乎所有內質網上合成的蛋白最終都被糖基化。（3）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。多肽鏈的二硫鍵橋示意圖蛋白質分子中氨基酸殘基間次級鍵作用示意圖

3、蛋白質的修飾與加工（4）糖基化主要有兩種方式

N-連接的糖基化：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。在糙面內質網和高爾基體上進行。O-連接的糖基化：與絲氨酸、蘇氨酸和羥脯氨酸和羥賴氨酸的OH連接，連接的糖為N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進行。N—連接的糖基化糖:N—乙酰葡萄糖胺氨基酸：天冬氨酸發生部位：內質網(rER)和高爾基體O—連接的糖基化糖：N—乙酰半乳糖胺氨基酸：絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸

發生部位：高爾基體（主要）寡糖轉移酶內質網膜在內質網上，糖分子首先被糖基轉移酶轉移到膜上的磷酸多萜醇分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉移酶轉到新合成肽鏈特定序列的天冬酰胺殘基上。N-連接的糖基化內質網腔內蛋白質的糖基化（N-糖基化）4、新生多肽的折疊與組裝蛋白的折疊在hsp70家族的ATP酶的作用下完成。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。正確折疊涉及ER駐留蛋白：Bip（BindingProtein）和蛋白二硫鍵異構酶（proteindisulfideisomerase，PDI）ER駐留蛋白：氨基酸序列中具有KDELorHDEL信號。4、新生多肽的折疊與組裝

內質網腔易于形成錯誤二硫鍵，蛋白二硫鍵異構酶（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。

Hsp70家族的結合蛋白（Bip）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

新生肽鏈是否正常折疊的質量控制機制：

N-linkedglycosylation

保證不運出不合格產品！改過自新的措施：Bipandcalnexin(chaperones):Proteindisulfideisomerase(PDI);屢教不改者的下場：葡糖基轉移酶GT(glucosyl-transferase)識別錯誤折疊蛋白，加上一個葡萄糖基團作為標記。

ER中無法正確折疊的畸形肽鏈和未組裝成寡聚體的蛋白亞質單位被運出ER進行降解

Sec61復合體二硫鍵形成氧化脫氫非正確折疊帶型重新整理帶型5、內質網的其它功能1）解毒，如肝細胞的細胞色素P450酶系。2）參與甾體類激素的合成。3）使葡糖6-磷酸水解，釋放糖至血液中。4）儲存鈣離子，作為細胞內信號物質，如肌質網。5）提供酶附著的位點和機械支撐作用。（四）內質網與基因表達的調控異常：未折疊蛋白質超量積累

折疊好膜蛋白超量積累

內質網膜脂成分變化內質網——核信號轉導途徑特異基因表達內質網功能正常正常：蛋白質ER中調控折疊、裝配、加工、包裝、轉運內質網膜高爾基體膜細胞膜各種膜之間的轉化關系核膜（一）高爾基體的形態結構與極性結構：由一些（4-8個）排列整齊的扁平膜囊構成主體結構，膜囊多呈弓形，也有呈半球形或球形。膜囊周圍有大量大小不等的囊泡結構。高爾基體是有極性的細胞器：位置、方向和物質轉運。形成面或順面（cisface）——

靠近細胞核的一面，膜囊彎曲成凸面；成熟面或反面（transface）——

面向細胞質膜的一面常呈凹面。二、高爾基體

高爾基體各部膜囊的４種標志細胞化學反應：嗜鋨反應——cis面（順面）膜囊被特異染色；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）反應——特異顯示trans面（反面）的1-2層膜囊；胞嘧啶單核苷酸酶（CMP）酶和酸性磷酸酶反應——顯示靠近trans面上的一些膜囊狀和管網結構。GERL結構：60年代初，Novikoff發現CMP和酸性磷酸酶存在于高爾基體的一側，稱這種結構為GERL，意為與高爾基體（G）密切相關，但它是內質網（ER）的一部分，參與溶酶體（L）的生成；煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）反應——顯示中間膜囊。嗜鋨反應NADP酶的細胞化學反應TPP酶細胞化學反應高爾基體至少由互相聯系的3個部分組成，每一部分又可能劃分出更精細的間隔。高爾基體順面膜囊或順面網狀結構（CGN）；高爾基體中間膜囊；高爾基體反面膜囊以及反面高爾基網狀結構（TGN）；周圍大小不等的囊泡。電鏡下的高爾基體高爾基體中間膜囊1、高爾基體順面膜囊（CGN）是中間多孔而呈連續分支狀的管網結構。CGN接受來自內質網新合成的物質并將其分類后大部分轉入中間膜囊，小部分蛋白質與脂質再返回內質網。返回的蛋白質具有KDEL信號序列。是物質入口區域。2、高爾基體中間膜囊形態：由扁平膜囊與管道組成，形成不同間隔，但功能上是連續的、完整的膜囊體系——使其具有很大的膜表面。功能：是多數糖基修飾、糖脂形成以及與高爾基體有關的多糖的合成場所。3、高爾基體反面膜囊以及反面高爾基網狀結構TGN：呈管網狀，較低的pH，TGN即為GERL區。是出口區域。主要功能：參與蛋白質的分類與包裝；某些“晚期”的蛋白質修飾（如唾液酸化、蛋白質酪氨酸殘基的硫酸化及蛋白原的水解加工等）在蛋白質與脂類的轉運過程中起“瓣膜”作用，保證這些物質的單向轉運。高爾基體周圍的囊泡順面一側的囊泡可能是內質網和高爾基體之間的物質運輸小泡——ERGIC或VTCs。反面一側是分泌泡與分泌顆粒。此外，高爾基體各個膜囊之間均由膜性結構相連；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極端。（二）高爾基體的功能將內質網合成的多種蛋白質進行加工、分類與包裝，然后分門別類地運送到細胞特定部位或分泌到胞外。高爾基體還是糖類合成的工廠。1、高爾基體與細胞的分泌活動分泌性蛋白在細胞內合成，但其轉運的過程卻是通過高爾基體來完成的。除分泌性蛋白外，很多細胞膜上的膜蛋白、溶酶體中的酸性水解酶及膠原纖維等胞外基質成分都是由高爾基體來完成定向轉運過程。蛋白分選、轉運1、高爾基體與細胞的分泌活動參與細胞分泌活動：RER上合成的蛋白質

進入ER腔COPⅡ運輸泡

進入CGN在中間膜囊中加工

在TGN形成分泌泡

運輸與質膜融合、排出；溶酶體酶的分選：M6P

反面膜囊M6P受體。然而糖鏈在多數蛋白質分選中并不起決定性作用。肝細胞中溶酶體酶還存在不依賴于M6P的另一種分選途徑。蛋白質分選及其轉運信息僅存在于編碼該蛋白質的基因本身。如水泡性口炎病毒包膜蛋白具有雙酸分選信號（Asp-X-Gln或DXE）。參與細胞分泌活動2、蛋白質的糖基化及其修飾

蛋白質糖基化的特點及其生物學意義（1）溶酶體中的水解酶類、多數細胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在細胞質基質和細胞核中絕大多數蛋白質都沒有糖基化修飾。（2）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蛋白質糖基化的特點及其生物學意義（3）糖基化的主要作用是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。（4）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。-N-乙酰葡糖胺甘露糖葡萄糖半乳糖N-乙酰神經氨酸(唾液酸)內質網(ER)腔高爾基體腔高甘露糖N-連接寡糖EndoHEndoH敏感不敏感復雜寡糖UDPCMPUDP233AsnAsnAsnAsnAsnAsn-UDPGMP5+3UDPUDP葡萄糖苷酶Ⅰ葡萄糖苷酶ⅡER甘露糖苷酶甘露糖苷酶Ⅰ甘露糖苷酶Ⅱ--①②③④⑤EndoH(糖鏈內切酶)N-連接糖基化修飾過程

N-連接糖基化修飾

3、蛋白酶的水解和其他加工過程（1）無生物活性的蛋白原

高爾基體

切除N-端或兩端的序列

成熟多肽；如胰島素、胰高血糖素等。（2）蛋白質前體

高爾基體

水解

同種有活性的多肽，如神經肽等；（3）含有不同信號序列的蛋白質前體

高爾基體

加工成不同的產物；（4）同一種蛋白質前體

不同細胞以不同的方式加工

不同的多肽；蛋白質的水解和加工：胰島素分子的加工與成熟3、蛋白酶的水解和其他加工過程

加工方式多樣性的可能原因：確保小肽分子的有效合成；彌補缺少包裝并轉運到分泌泡中的必要信號；有效地防止這些活性物質在合成它的細胞內起作用。（三）高爾基體與疾病功能亢進導致高爾基復合體代償性肥大毒性物質導致高爾基復合體萎縮與損壞腫瘤細胞分化狀態影響高爾基復合體形態三、溶酶體（一）形態結構與類型溶酶體——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的消化作用。異質性——形態、大小、所含水解酶類不同；含有大量酸性水解酶。根據溶酶體處于完成其生理功能的不同階段，分為：初級溶酶體次級溶酶體殘余體小鼠脾臟巨噬細胞中的溶酶體M：線粒體，L：溶酶體（樸英杰）1.初級溶酶體：非活動性溶酶體呈球形，直徑0.2-0.5

m，內容物均一，不含有明顯的顆粒，外面由一層脂蛋白膜圍繞，厚度為7.5nm；含有多種酸性水解酶：如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶。酸性磷酸酶是溶酶體的常用標志酶。1.初級溶酶體溶酶體膜的特征：嵌有質子泵，形成和維持溶酶體中酸性的內環境；具有多種載體蛋白用于向外轉運水解的產物；膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。2.次級溶酶體：活動性溶酶體是初級溶酶體與細胞內的自噬泡或異噬泡、胞飲泡或吞噬泡融合形成的復合體。異噬溶酶體：外源性物質（異溶作用）自噬溶酶體：細胞內衰老物質（自溶作用）,自噬體或自溶體內含多種生物大分子、顆粒性物質、線粒體等細胞器乃至細菌等。形態不規則。作用：消化作用。初級溶酶體次級溶酶體溶酶體

自噬溶酶體溶酶體類型功能轉換示意圖動物細胞溶酶體系統示意圖胞飲作用胞內體3.殘余體或后溶酶體（脂褐素、髓樣結構）經一段時間消化后，小分子物質可通過膜上的載體蛋白轉運到細胞質基質中，未被消化的物質殘存在溶酶體中形成殘余體?？赏ㄟ^胞吐方式將內容物排出細胞。溶酶體——可看做是以含有大量酸性水解酶為共同特征的，不同形態大小，執行不同生理功能的一類異質性的細胞器。髓樣物質

脂褐素后溶酶體（溶酶體殘體）（二）溶酶體的功能是對生物大分子強烈的消化作用。一般概括成3種途徑：內吞作用吞噬作用自噬作用溶酶體的類型及在細胞消化過程中的作用圖中簡示了溶酶體的四種消化作用:A.吞噬作用;B自噬作用;C.自溶作用;D.細胞外消化作用。

初級溶酶體次級溶酶體（二）溶酶體的功能1、清除無用的大分子、衰老的細胞器及衰老損傷和死亡的細胞——“清道夫”作用；溶酶體酶缺失或溶酶體酶的代謝環節故障，影響細胞代謝，引起疾病。如臺-薩氏等各種儲積癥。臺-薩氏綜合癥神經元中同心圓狀的溶酶體

溶酶體中缺少b-氨基己糖酯酶A，導致神經節甘脂GM2不能被水解，造成積累。（二）溶酶體的功能2、防御功能某些細胞可識別并吞噬入侵的病毒和細菌，在溶酶體作用下將其殺死并進一步降解。如巨噬細胞。巨噬細胞吞噬的細菌、病毒顆粒是在溶酶體的作用下被分解消化某些病原體（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）。（二）溶酶體的功能

3、其它重要的生理功能作為細胞內的消化“器官”為細胞提供營養；分泌腺細胞中，溶酶體攝入分泌顆粒，可能參與分泌過程的調節；參與清除贅生組織或退行性變化的細胞；精子的頂體反應。在細胞饑餓狀態下，溶酶體可通過分解細胞內的一些大分子物質，為細胞的生命活動提供營養和能量。溶酶體參與某些腺體組織（如甲狀腺）細胞分泌過程中的調節功能溶酶體與分泌顆粒溶酶體在器官發育中的作用頂體：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。頂體反應(a)海膽精子前端的頂體,正好位于細胞核的前面;(b)當精子的質膜與卵細胞周圍物質接觸時,精子釋放出頂體中溶酶體的酶,消化卵細胞外的物質,使精子得以與卵細胞接觸。消化細胞外的物質（頂體反應）溶酶體的外消化作用（頂體反應）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（三）溶酶體的發生1、發生途徑

溶酶體酶是在粗面內質網上合成并經N-連接的糖基化修飾，然后轉至高爾基體，在高爾基體的順面膜囊中寡糖鏈的甘露糖殘基發生磷酸化形成M6P，在高爾基體的反面膜囊和TGN膜上存在M6P受體，將溶酶體的酶與其它蛋白區分開來，并得以濃縮，最后以出芽的方式轉運至溶酶體中。

溶酶體的發生

溶酶體中酶是如何進入的？2、溶酶體酶分選的方式：

（1）依賴于M6P的分選途徑但該途徑的效率不高，部分含有M6P的溶酶體酶通過運輸小泡直接分泌到細胞外；但細胞質膜上也存在依賴Ca2+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。

（2）不依賴于M6P的分選途徑

在正常淋巴細胞如細胞毒T細胞和自然殺傷T細胞的溶酶體中，除溶酶體酶外，還含有水溶性蛋白穿孔素和粒酶，其進入溶酶體的方式不依賴于M6P途徑。該溶酶體以分泌泡釋放內含物，故稱分泌溶酶體；溶酶體膜上的跨膜蛋白，如葡糖腦苷酯酶；酸性磷酸酶：依賴于自身的氨基酸殘基信號進行分選。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、分泌溶酶體的perforin和granzyme）溶酶體膜上的跨膜蛋白的分選不涉及M6P途徑，它是依賴于自身的氨基酸殘基信號進行分選的。

3、溶酶體酶的加工：

在溶酶體內進行，加工方式多樣。（3）分選途徑多樣化（四）溶酶體與疾病

溶酶體酶缺失或溶酶體酶的代謝環節故障，影響細胞代謝，引起疾病。如臺-薩氏（Tay-Sachs）等各種儲積癥溶酶體吞入了不能消化的成分，從而造成溶酶體膜破裂，釋放出其中的水解酶，最終導致細胞死亡。如肺部細胞吞噬二氧化硅所引起的矽肺和石棉肺。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）各類貯積癥

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，常見的貯積癥主要有以下幾類。臺-薩氏綜合征（Tay-Sachsdiesease）：又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（圖6-30），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。

II型糖原累積?。≒ompe?。喝苊阁w缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶體中積累，導致心、肝、舌腫大和骨骼肌無力。屬常染色體缺陷性遺傳病，患者多為小孩，常在兩周歲以前死亡。

矽肺

二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細胞吞噬，含有矽塵的吞噬小體與溶酶體合并成為次級溶酶體。二氧化硅的羥基與溶酶體膜的