细胞生物学 第七章 细胞内膜系统及蛋白质分选与泡膜运输复习进程.ppt

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1、细胞生物学 第七章 细胞内膜系统及蛋白质分选与泡膜运输 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望v细胞内区室化是真核细胞结构与功能的基细胞内区室化是真核细胞结构与功能的基本特征之一。本特征之一。v细胞内被膜区分为细胞内被膜区分为3类结构：类结构：v 细胞质基质细胞质基质v 细膜内膜系统细膜内膜系统v 由膜包被的各种细胞器由膜包被的各种细胞器v 如：线粒体、叶绿体、细胞核等如：线粒体、叶绿体、细胞核等第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能

2、v一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义v细胞质基质细胞质基质（cytosol,cytoplasmic matrix）:v 是细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物是细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。质。 细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半约占细胞质的一半 第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能v一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义 用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细

3、胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。生物化学家多称之为胞质溶胶。 第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能v一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义主要成分：主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细中间代谢有关的数千种酶类、细 胞质骨架结构。胞质骨架结构。 主要特点：主要特点：细胞质基质细胞质基质是一个高度有序的体是一个高度有序的体 系；通过弱键而相互作用处于动态系；通过弱键而相互作用处于动态 平衡的结构体系。平衡的结构体系。细胞质基质细胞质基质第一节第一节 细胞质基质

4、的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能v二、细胞质基质的功能二、细胞质基质的功能1、完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等途径等2、 蛋白质的蛋白质的分选与运输分选与运输 （第三节第三节）3、 与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等运输及能量传递等第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能v二、细胞质基质的功能二、细胞质基质的功能v4、 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰蛋白

5、质的修饰 控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命 降解变性和错误折叠的蛋白质降解变性和错误折叠的蛋白质 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象形成正确的分子构象第二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能 细胞内膜系统细胞内膜系统（ endomembrane system ） 是指细胞内在结构、功能及发生上相关是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。包括：包括：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、 分泌泡等分泌泡等细胞内膜系统细胞内膜系统v一、内

6、膜系统的研究方法一、内膜系统的研究方法v1、电镜技术、电镜技术v 研究细胞内膜系统的超微结构研究细胞内膜系统的超微结构v2、免疫标记与放射自显影技术、免疫标记与放射自显影技术v 用于功能定位用于功能定位v3、 生化分析生化分析v 组分分离与分析组分分离与分析v4、遗传突变分析遗传突变分析v 膜泡运输与功能机制研究膜泡运输与功能机制研究v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（一）内质网（一）内质网（ endoplasmic reticulum ，ER）v1、内质网的类型、内质网的类型 粗面内质网粗面内质网 （ rough endoplasmic reticulum，rER） 光面内

7、质网光面内质网 （smooth endoplasmic reticulum，sER）微粒体（微粒体（microsome）：）：由破碎的内质网形成的近似由破碎的内质网形成的近似 球形的囊泡结构，通常包含球形的囊泡结构，通常包含 内质网膜与核糖体。内质网膜与核糖体。内质网的类型内质网的类型微粒体分离微粒体分离v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（一）内质网（一）内质网（ endoplasmic reticulum ，ER）v2、内质网的功能、内质网的功能 ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网几乎全部脂类和多种重要

8、蛋白都是在内质网合成的。合成的。 v2、内质网的功能、内质网的功能v（1）rER的功能的功能 蛋白质合成蛋白质合成 蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工 新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装 蛋白质合成蛋白质合成 分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。需要隔离或修饰）。 其它的多肽是在细胞质基质中其它的多肽是在细胞质基质中“游离游离”核糖体上合核糖体上合成的成的。包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶白、核输入蛋白、转

9、运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。体的蛋白。 注意：注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并并都是都是 起始于细胞质基质中起始于细胞质基质中“游离游离”核糖体核糖体，只不过有，只不过有 些合成不久就转移到内质网中继续合成。些合成不久就转移到内质网中继续合成。蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等 糖基化糖基化 在在糖基转移酶（糖基转移酶（glycosyltransferase）作用作用下发生在下发生在ER腔面腔面。方式：。方式： N- 连接的糖基化：连接的糖基化：寡

10、糖基转移至天冬酰胺残基（寡糖基转移至天冬酰胺残基（Asn）上上 ；O-连接的糖基化：连接的糖基化：寡糖基转移至丝氨酸或苏氨酸残基寡糖基转移至丝氨酸或苏氨酸残基（Ser/Thr or Hylys/Hypro）上。）上。酰基化酰基化发生在发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸的细胞质基质侧：软脂酸链连接到链连接到跨膜蛋白暴露在外的结构域的跨膜蛋白暴露在外的结构域的Cys上。上。N-连接蛋白质糖基的过程连接蛋白质糖基的过程新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装新生肽的折叠组装：新生肽的折叠组装： 非还原性的内腔，易于二硫键形成；非还原性的内腔，易于二硫键形成； 正确折叠：正确折叠：蛋白二硫键异构酶（蛋白二硫

11、键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态新形成二硫键并处于正确折叠的状态（蛋白质处于自（蛋白质处于自由能最低的状态）由能最低的状态） 结合蛋白结合蛋白（Binding protein，Bip，chaperone）：）：识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。进重新折叠与装配。 Quality control of newly synthesized proteins-The role of N-lin

12、ked glycosylation in ER protein foldingvThe lumen of rER contains:vBip and calnexin (chaperones) : that recognize and bind to unfolded or misfolded proteins and give them correct conformation;vProtein disulfide isomerase ( PDI ) ;vGT(glucosyl-transferase, monitoring enenzyme ) recognize unfolded or

13、misfolded proteins and adds a glucose to the end of oligo. v2、内质网的功能、内质网的功能（2）sER的功能的功能 合成合成细胞所需的包括磷脂和胆固醇的绝大多数细胞所需的包括磷脂和胆固醇的绝大多数膜脂膜脂 ，其中最主要的是卵磷脂。其中最主要的是卵磷脂。 两种例外：两种例外：鞘磷脂和糖脂（鞘磷脂和糖脂（ER开始开始Golgi complex 完成）；完成）； Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的某些单一脂类是在它们的膜上合成的。 合成磷脂的三种酶：合成磷脂的三种酶：酰基转移酶、磷酸酶、磷酸转酰基转移酶、磷酸酶、磷酸转移酶。定位

14、于内质网膜上，其活性部位在膜的细胞质移酶。定位于内质网膜上，其活性部位在膜的细胞质基质侧。基质侧。卵磷脂的合成过程v磷脂的运输：磷脂的运输：v从内质网膜的细胞质基质侧转运至腔面从内质网膜的细胞质基质侧转运至腔面v 可能借助于磷脂转位因子或转位酶；可能借助于磷脂转位因子或转位酶；v从内质网转运至其他膜（两种方式）从内质网转运至其他膜（两种方式）v内质网膜以出芽的形式转运到高尔基体、溶酶体、内质网膜以出芽的形式转运到高尔基体、溶酶体、细胞质膜上；细胞质膜上；v与水溶性磷脂转换蛋白（与水溶性磷脂转换蛋白（PEPPEP）结合成水溶性复）结合成水溶性复合物进入细胞质基质，自由扩散至靶膜后将磷脂释合物进入

15、细胞质基质，自由扩散至靶膜后将磷脂释放并安插在膜上。放并安插在膜上。从内质网转运至其他膜（从内质网转运至其他膜（两种方式两种方式）v2、内质网的功能、内质网的功能v（2）sER的功能的功能v 类固醇激素的合成（类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质腺皮质） 肝的解毒作用（肝的解毒作用（DetoxificationDetoxification） 肝脏内质网膜上的不溶性肝脏内质网膜上的不溶性代谢废物在代谢废物在cyt p450 家族氧化酶系作用下羟基化成为可溶性物质，并转家族氧化酶系作用下羟基化成为可溶性物质，并转出肝细胞入尿排出。出肝细胞入尿排出。 肝细胞葡萄糖的释

16、放肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG-6PG G） 储存钙离子：储存钙离子：肌质网肌质网（特化的内质网）（特化的内质网）膜上的膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中泵入肌质网腔中v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（一）内质网（一）内质网（ endoplasmic reticulum ，ER）v3、 内质网与基因表达的调控内质网与基因表达的调控 内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然装、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。是需要有一个精确调控的过程。

17、 v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（二）高尔基体（二）高尔基体（ Golgi complex ）v1、形态结构、形态结构高尔基体结构由扁平囊膜和大小不等的囊泡构高尔基体结构由扁平囊膜和大小不等的囊泡构成；成；高尔基体是有极性的细胞器高尔基体是有极性的细胞器： 膜囊凸面膜囊凸面形成面形成面/ /顺面顺面 (cis face)(cis face)； 膜囊凹面膜囊凹面成熟面成熟面/ /反面反面 (trans face)(trans face)高尔基体至少由互相联系的高尔基体至少由互相联系的4 4个部分组成个部分组成，每，每一部分又可能划分出更精细的间隔一部分又可能划分出更精细的间

18、隔 高尔基体顺面网状结构（高尔基体顺面网状结构（CGNCGN），），又称又称ciscis膜膜囊囊接受来自内质网的物质并转入中间囊膜接受来自内质网的物质并转入中间囊膜 高尔基体中间膜囊（高尔基体中间膜囊（medial Golgimedial Golgi） 多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成体有关的多糖的合成 高尔基体反面囊膜和高尔基体反面囊膜和反面网状结构（反面网状结构（TGNTGN）参与蛋白质的分类与包装参与蛋白质的分类与包装 周围大小不等的囊泡周围大小不等的囊泡物质运输物质运输高尔基体的高尔基体的4 4个组成个组成部分部分 高尔基体与细胞骨

19、架关系密切高尔基体与细胞骨架关系密切； 高 尔 基 的 膜 囊 上 存 在高 尔 基 的 膜 囊 上 存 在 微 管 的 马 达 蛋 白微 管 的 马 达 蛋 白（kinesinkinesin）和和微丝的马达蛋白微丝的马达蛋白（myosinmyosin）。）。最最近还发现特异的近还发现特异的血影蛋白血影蛋白（spectrinspectrin）网架网架 。它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用的膜泡运输中起重要的作用。v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（二）高尔基体（二）高尔基体（ Golgi complex ）

20、v2、功能、功能v(1)高尔基体与细胞的分泌活动高尔基体与细胞的分泌活动v蛋白质的分选及其转运蛋白质的分选及其转运如：如：流感病毒囊膜蛋白特异性地转运流感病毒囊膜蛋白特异性地转运：上皮细胞游上皮细胞游 离端的质膜离端的质膜； 水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运水泡性口炎病毒囊膜蛋白特异性地转运：上皮细上皮细胞基底面的质膜胞基底面的质膜v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（二）高尔基体（二）高尔基体（ Golgi complex ）v2、功能、功能（1）高尔基体与细胞的分泌活动）高尔基体与细胞的分泌活动v蛋白质的分选及其转运蛋白质的分选及其转运v溶酶体酶的分选溶酶体酶的分选溶酶体

21、酶的分选溶酶体酶的分选甘露糖甘露糖-6-6-磷酸（磷酸（M6PM6P）反面膜囊反面膜囊M6PM6P受体受体溶酶体酶在内质网合成时发生溶酶体酶在内质网合成时发生N-N-连接的糖基化修连接的糖基化修饰饰高尔基体（顺面膜囊中有高尔基体（顺面膜囊中有N-N-乙酰葡糖胺磷酸乙酰葡糖胺磷酸转移酶和转移酶和N-N-乙酰葡糖胺磷酸糖酶）乙酰葡糖胺磷酸糖酶） 产生产生M6P M6P 反面膜囊反面膜囊M6PM6P受体受体在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6PM6P的另的另一种分选途径。一种分选途径。v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（二）高尔基体（二）高尔基体（

22、Golgi complex ）v2、功能、功能（1）高尔基体与细胞的分泌活动）高尔基体与细胞的分泌活动v蛋白质的分选及其转运蛋白质的分选及其转运v溶酶体酶的分选溶酶体酶的分选（2）蛋白质糖基化及其修饰）蛋白质糖基化及其修饰（3）蛋白酶的水解和其他加工过程）蛋白酶的水解和其他加工过程 蛋白质糖基化类型蛋白质糖基化类型 特特 征征 N-连接连接 O-连接连接1. 合成部位合成部位粗面内质网和高粗面内质网和高尔基体尔基体2. 合成方式合成方式 来自同一个寡来自同一个寡糖前体糖前体一个个单糖加上去一个个单糖加上去3.与之结合的与之结合的氨基酸残基氨基酸残基 天冬酰胺天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苏

23、氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸羟赖氨酸、羟脯氨酸4 最终长度最终长度 至少至少5个糖残个糖残基基一般一般14个糖残基，个糖残基，但但ABO血型抗原较长血型抗原较长5.第一个糖第一个糖残基残基 N乙酰葡萄乙酰葡萄糖胺糖胺N乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等N-连接与连接与O-连接的寡糖比较连接的寡糖比较 高尔基体高尔基体v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（二）高尔基体（二）高尔基体（ Golgi complex ）v2、功能、功能v（3）蛋白酶的水解和其他加工过程）蛋白酶的水解和其他加工过程蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型无生物活性的蛋白原（无生物活

24、性的蛋白原（proproteinproprotein）高尔基体高尔基体切除切除N-N-端或两端的序列端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等素及血清白蛋白等蛋白质前体蛋白质前体高尔基体高尔基体水解水解同种有活性的多肽，如同种有活性的多肽，如神经肽等神经肽等含有不同信号序列的蛋白质前体含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体高尔基体加工成不加工成不同的产物同的产物同一种蛋白质前体同一种蛋白质前体不同细胞、以不同的方式加工不同细胞、以不同的方式加工不不同的多肽同的多肽加工方式多样性的可能原因：加工方式多样性的可能原因：确保小肽分子的有效合成；确保小肽分

25、子的有效合成；弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；信号；有效地防止这些活性物质在合成它的细有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。胞内起作用。v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（二）高尔基体（二）高尔基体（ Golgi complex ）v3、高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体与细胞内的膜泡运输v高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用枢纽作用高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体与细胞内的膜泡运输v二、内膜系统的结构与功能二、内膜系统的结构与功能v（三）溶酶体与过氧化物酶体（三）溶酶体与过氧

26、化物酶体v 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体（溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。能是进行细胞内的消化作用。1、溶酶体类型、溶酶体类型v溶酶体是以含有大量溶酶体是以含有大量酸性水解酶酸性水解酶为共同特征为共同特征、不同、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性形态大小，执行不同生理功能的一类异质性 （heterogenous）的细胞器）的细胞器 。v初级溶酶体初级溶酶体（primary lysosome）v次级溶酶体次级

27、溶酶体（secondary lysosome）v 自噬溶酶体（自噬溶酶体（autophagolysosome）v 异噬溶酶体（异噬溶酶体（phagolysosome）v残余小体残余小体（residual body），次级溶酶体未被消化），次级溶酶体未被消化的残渣，又称后溶酶体。的残渣，又称后溶酶体。小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）动物细胞溶酶体系统示意图动物细胞溶酶体系统示意图 溶酶体膜的特征：溶酶体膜的特征：嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；具有多种载体蛋白用于水解的产

28、物向外转运；具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。降解。溶酶体的标志酶：溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（酸性磷酸酶（acid phosphataseacid phosphatase）2、溶酶体的功能溶酶体的功能清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤 和死亡的细胞和死亡的细胞防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细 胞而吞噬、消化）胞而吞噬、消化） 溶酶体其他重要功能溶酶体其他重要功能作为细胞内的消化作为细胞

29、内的消化“器官器官”为细胞提供营养；为细胞提供营养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节的调节参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；受精过程中的精子的顶体（受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。）反应。溶酶体酶的合成及溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（连接的糖基化修饰（RER） 高尔基体高尔基体cis膜囊膜囊:寡糖链上的甘露糖残基磷酸化寡糖链上的甘露糖残基磷酸化酶蛋白酶蛋白-M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体高尔基体trans-膜囊和膜囊和TGN膜（膜（M6P受

30、体）受体）溶酶体酶分选与局部浓缩溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑磷酸化识别信号：信号斑3、发生途径发生途径 溶酶体溶酶体溶酶体酶去磷酸化溶酶体酶去磷酸化M6P受体受体4、过氧化物酶体与溶酶体的区别过氧化物酶体与溶酶体的区别 氧化物酶体氧化物酶体( (peroxisome)peroxisome)又称又称微体微体( (microbody)microbody)，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。性细胞器。过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，

31、但过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的过氧化物酶体中的尿酸氧化酶尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征可作为电镜下识别的主要特征。鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P P）和其它细胞器如线粒体（和其它细胞器如线粒体（M M）等等（Albert et al. ，1989）通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体微体与初级溶酶体的特征比较微体与初级溶酶体的特征比较5、过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧动物细胞（肝细胞或肾细

32、胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。 过氧化物酶体中常含有两种酶：过氧化物酶体中常含有两种酶： 依赖于黄素（依赖于黄素（FADFAD）的氧化酶的氧化酶，其作用是将，其作用是将底物氧化形成底物氧化形成H H2 2O O2 2； 过氧化氢酶过氧化氢酶，作用是将，作用是将H H2 2O O2 2分解，形成水和分解，形成水和氧气。氧气。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能供热能。5、过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在植物细胞中过氧化物酶体的功能：

33、在绿色植物叶肉细胞中，它催化在绿色植物叶肉细胞中，它催化COCO2 2固定反应副固定反应副产物的氧化，即所谓产物的氧化，即所谓光呼吸反应光呼吸反应； 乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸化物酶体降解储存的脂肪酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A琥珀酸琥珀酸葡萄糖葡萄糖。 绿色植物光呼吸反应绿色植物光呼吸反应6、过氧化物酶、过氧化物酶体的发生体的发生6、过氧化物酶体的发生、过氧化物酶体的发生 氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体还需要进一氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形成成熟的细胞器

34、。步装配形成成熟的细胞器。 组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。后转运到过氧化物酶体中。 过氧化物酶体蛋白分选的信号序列过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）：）： PTS1为为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的多存在于基质蛋白的C C端。端。 PTS2为为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白存在于某些基质蛋白N-N-端端 过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可

35、能的受体蛋白。过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。内质网也参与内质网也参与过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v一、分泌蛋白的合成模型一、分泌蛋白的合成模型信号假说信号假说v1、信号假说、信号假说(Signal hypothesis) 1975，GBlobel et al内容：第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v一、分泌蛋白的合成模型一、分泌蛋白的合成模型信号假说信号假

36、说v1、信号假说、信号假说(Signal hypothesis) 指导因子指导因子：蛋白质蛋白质N-端的信号肽（端的信号肽（signal peptide）信号肽的一级序列信号肽的一级序列信号肽一级序列由信号肽一级序列由疏水核心疏水核心（h）、）、C端端（c）和）和N端端（n）三）三个区域构成。个区域构成。以血清白蛋白和以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，显信号肽为例，显示出两者的示出两者的n区长度明显不同区长度明显不同第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v一、分泌蛋白的合成模型一、分泌蛋白的合成模型信号假说信号假说v1、信

37、号假说、信号假说(Signal hypothesis) 信号识别颗粒（信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）及其受体（又称停泊蛋白及其受体（又称停泊蛋白docking protein，DP）等等 .在非细胞系统中蛋白质的翻译过程在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与与SRP、DP和微粒体的关系和微粒体的关系 实实验验组组编码信号编码信号 SRP DP 微粒微粒序列的序列的mRNA结结 果果 1 + - - - 产生含信号肽的完整产生含信号肽的完整多肽多肽2 + + - - 合成合成70100氨基酸残氨基酸残基后，基后， 肽链停止延伸肽链停止延伸3 + + +

38、- 产生含信号肽的完整产生含信号肽的完整多肽多肽4 + + + + 信号肽切除，多肽链信号肽切除，多肽链进入微粒体中进入微粒体中 * “+”和和“-”分别代表反应混合物中存在（分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（）或不存在（-）该物质。）该物质。第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v一、分泌蛋白的合成模型一、分泌蛋白的合成模型信号假说信号假说v2、信号肽与共转移、信号肽与共转移第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v一、分泌蛋白的合成模型一、分泌蛋白的合成模型信号假说信号假说v2、信号肽与共转移、信号肽与共转移 起始转移序列

39、和停止转移序列起始转移序列和停止转移序列 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽的跨膜次数起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽的跨膜次数跨膜蛋白的取向跨膜蛋白的取向第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v一、分泌蛋白的合成模型一、分泌蛋白的合成模型信号假说信号假说v3、导肽与后转移、导肽与后转移v 引导在细胞质基质中合成的蛋白质进入线粒体引导在细胞质基质中合成的蛋白质进入线粒体和叶绿体等细胞器的信号序列称和叶绿体等细胞器的信号序列称导肽。导肽。蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称细胞器中，称后转移后转

40、移（post translocation）。）。 蛋白质跨膜转移过程需要蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。后后转转移移第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v二、蛋白质分选（二、蛋白质分选（protein sorting）与分选信号（）与分选信号（sorting signals）v1、分选途径（、分选途径（Road map）门控运输门控运输（gated transport）跨膜运输跨膜运输（

41、transmembrane transport）膜泡运输膜泡运输（vesicular transport）细胞质基质中的蛋白质转运细胞质基质中的蛋白质转运第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输v二、蛋白质分选（二、蛋白质分选（protein sorting）与分选信号）与分选信号（sorting signals）v2、分、分v 选选v 取取v 信信v 号号信号功能信号功能 举举 例例蛋白进入蛋白进入ER +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala

42、-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滞留在滞留在ER中中 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体蛋白进入线粒体 +H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-进入细胞核进入细胞核 -Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 进入过氧化进入过氧化 物酶体物酶体 -Ser-Lys-Leu-第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输

43、v三、膜泡运输三、膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。定向运输及其复杂的调控过程。 第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输三、膜泡运输三、膜泡运输1、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用运输作用膜泡运输方式膜泡运输方式: 1. 笼形蛋白包被小泡笼形蛋白包被小泡介导介导

44、从高尔基体从高尔基体TGN质膜和胞质膜和胞内体及溶酶体的运输；内体及溶酶体的运输； 2. COPII包被小泡包被小泡介导从介导从内质网内质网高尔基体的运输；高尔基体的运输； 3. COPI包被小泡包被小泡负责将蛋负责将蛋白从高尔基体白从高尔基体 内质网内质网; 在在从内质网从内质网高尔基体和高尔基体和/或从或从高尔基体的高尔基体的cis面面trans面的面的物质转运中也可能涉及到物质转运中也可能涉及到COPI包被小泡包被小泡 在高尔基体在高尔基体TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图区笼形蛋白有被小泡的形成示意图第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输三、膜泡运输三

45、、膜泡运输1、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用（1）网格蛋白包被小泡）网格蛋白包被小泡负责蛋白质从高尔基体负责蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞内体或溶酶体质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输和植物液泡运输在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜内内吞泡吞泡(细胞质细胞质) 胞内体胞内体溶酶体运输溶酶体运输高尔基体高尔基体TGN是网格蛋白包被小泡形成的发源地是网格蛋白包被小泡形成的发源地 COPII包被小泡的装配包被小泡的装配Sar-GTP与内质网膜的结合起始与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配

46、，形成亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白可溶性蛋白 第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输三、膜泡运输三、膜泡运输1、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用（2） COPII包被小泡包被小泡负责从内质网负责从内质网高尔基体的物质运输；高尔基体的物质运输； COPII包被蛋白由包被蛋白由5种蛋白亚基组成；种蛋白亚基组成； 包被蛋白的装配包被蛋白的装配是受控的；是受控的； COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。

47、包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输三、膜泡运输三、膜泡运输1、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用（3） COPI包被小泡包被小泡 COPI包被含有包被含有8种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于依赖于ARF(GTP-binding protein)；负责回收、转运内质网逃逸蛋白负责回收、转运内质网逃逸蛋白(escaped proteins） ER。细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：细胞器中保留及回收蛋白质的两种机

48、制： 转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运； 通过识别驻留蛋白通过识别驻留蛋白C-端的回收信号端的回收信号(lys-asp-glu-leu,KDEL)的特异性受体，以的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式包被小泡的形式捕获逃逸蛋白捕获逃逸蛋白。第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输三、膜泡运输三、膜泡运输1、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用、三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用（3） COPI包被小泡包被小泡 COPI-包被小泡在非选择性的批量运输包被小泡在非选择性的批量运输(

49、bulk flow)中行使功能中行使功能, 负责负责 rER Golgi SV PM。 COPI-包被小泡除行使包被小泡除行使GolgiER逆行转运外，逆行转运外，也可行使顺行转运功能也可行使顺行转运功能, 从从ERER-Golgi ICGolgi。内质网驻留蛋白的回收图解内质网驻留蛋白的回收图解第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输三、膜泡运输三、膜泡运输2、膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装-去组装的复杂调控去组装的复杂调控膜泡融合是特异性的膜泡融合是特异性的选择性融合选择性融合，从而指导细胞内膜，从而

50、指导细胞内膜流的方向流的方向选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相特异性相互作用互作用（如神经细胞质膜的（如神经细胞质膜的syntaxin特异结合突触小特异结合突触小泡膜上的泡膜上的VAMPvesicle-associated membrane protein)膜泡融合是特异性的选择性融合膜泡融合是特异性的选择性融合膜泡锚定与融合的特异性是通过转运泡膜上的膜泡锚定与融合的特异性是通过转运泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用获得的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用获得的 第三节第三节 细胞内蛋白质的分选细胞内蛋白质的分选与膜泡运输与膜泡运输三、膜泡运输三、膜泡