细胞生物学：第5章 细胞质基质与内膜系统
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离子环境ຫໍສະໝຸດ Baidu 细胞器等正常结构维持所必需的离子环境
第二节 内膜系统及其功能
内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等，这
些细胞器在结构、功能及发生方面彼此关联，成为一个动态
整体。
研究技术：电镜技术、放射自显影技术、荧光显微镜技术差速离
心技术和突变体分析技术
细胞组分
数目
体积比
细胞质基质
1
54
核膜
溶酶 体
内吞体 微体
分泌泡 细胞质基质
溶酶体 高尔基复合体 线粒体
细胞质基质
内质网
游离多 核糖体
核膜 质膜
高尔基复合体质膜 分泌泡 微体游离 线粒体 核糖体
一个动物细胞的模式图
示各种主要的细胞内分区
一个肝细胞的部分电镜图象
示几种主要的细胞内膜成分
内膜系统：在结构、功能以及发生上相关的，由膜围绕的细胞 器或细胞结构。主要包括：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内 体和分泌泡等。
细胞组分
数
目
体积比
细胞质基质 细胞核 内质网 高尔基体 溶酶体 胞内体 过氧化物酶体 线粒体
1 1 1 1 300 200 400 1700
54(20-30) 6 12 3 1 1 1 22
成分：中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构。
第一节 细胞质溶质
乳胶小球注射实验，免疫荧光技术
特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互
功能：蛋白质量监控、细胞代谢、信号转导及受体调整、免疫反应、细胞周
期、转录调节及DNA修复，2004年获得诺贝尔化学奖。
胞质靶蛋白
氨基基团 Lys残基
泛素化酶 复合物
泛素-蛋白复合物
泛素
释 放 蛋 白
小肽片段
50种蛋白亚基组成，相对分子量2*106-2.4*106
第一节 细胞质溶质
（四）维持细胞内环境(pH、离子环境)的稳定性 缓冲pH值： 为各种中间代谢反应的进行提供了适宜的微 环境 2类协同转运蛋白清除质子： Na+HCO3-/CI-：反向运输以应对H+升高或降低 Na+/H+反向运输导致pH 升高
细胞核
1
6
内质网
1
12
高尔基体
1
3
溶酶体
300
1
胞内体
200
1
过氧化物酶体
400
1
线粒体
1700
22
一、内质网的形态结构
ER是由一层单位膜 围成的形状大小不同的
扁囊状
小管，小泡，扁囊状结 构，相互连接形成一个
小管
连续的网状膜系统。 细胞膜
细内 胞质 膜网
核 内质网
膜 外
小泡
层
核膜
内质网的内腔相互连通。
作用处于动态平衡的结构体系 。
蛋白质
核糖体 RNA
50nm
细胞质中几种主要组分的模式图解
二、细胞质基质的功能:
第一节 细胞质溶质
(一) 中间代谢反应的进行
所有中间代谢都是在细胞质中进行的，其中大部分是 在细胞质溶质中进行的。
例如：糖酵解、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢
反应必需的微环境；
细胞质基质 反应所需前体物；
合成细胞结构、完成生命活动的大分子前体物
第一节 细胞质溶质
(二) 细胞形态与运动、胞内物质运输及大分子定位
1个16微米的细 细胞骨架为细胞质结构体系的组织者， 胞，骨架表面 也为细胞质成分锚定位点。比表面积 积可达500万1000万平方微 米，而细胞仅 为800平方微米。
细胞质骨架
细胞的形态 细胞的运动 胞内物质运输 能量传递 结构的组织者 细胞分裂
随堂考试
1.在细胞质基质中，蛋白质的寿命是如何控制的？蛋 白质的泛素化降解途径是如何进行的？ 2.内质网的生物学功能主要有哪些？请简单介绍一下。 3. 高尔基体常用的细胞组化反应是什么？它主要有什 么用处？ 4.有什么试验可以证明高尔基体与细胞分泌活动直接 有关？请简述之。
第5章 细胞质基质与内膜系统
15
二、内质网的化学组成
微粒体(microsome)： 匀 蔗糖密度梯度离心从细 浆 胞匀浆中分离出的内质 网碎片。
含有脂类、RNA、 蛋白质及丰富的酶等。
胞质面与腔面的酶 的分布不同。
标志酶：葡萄糖 -6-磷酸酶
16
根据结构与功能，分为：
无核糖体附着，表面光滑 (smooth endoplasmic reticulum, SER)
讲授提纲
第一节 细胞质基质 第二节 内质网 第三节 高尔基体 第四节 溶酶体和过氧化物酶体 第五节 信号肽学说和蛋白质的分选
第一节 细胞质基质
一、基本概念：
用差速离心分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核 、线粒体 、 溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器 或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基 质成分。生物化学家称之为胞质溶胶。
光面内质网
多为小管 或小囊状
广泛存在于 合成类固醇 的细胞中
外与质膜 相连，内 与核膜相 接
其胞质面附着有核糖体，表面粗糙
(rough endoplasmic reticulum, RER)
糙面内质网
多为扁囊状
广泛存在于合成 蛋白质的细胞中
分布于微 管有关
对外界因 素敏感
三、内质网的功能
1. 粗面内质网上的蛋白质的合成
决定蛋白质寿命的信号：
N-端的第一个氨基酸残基：
Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro：稳定 ! 其它12个氨基酸：不稳定 ! 氨酰-tRNA蛋白转移酶决定第一个氨基酸的种类
蛋白质选择性降解的机制：
第一节 细胞质溶质
泛素依赖性途径
(ubiquitin-dependent path)
（三）蛋白质的修饰与选择性降解
第一节 细胞质溶质
蛋白质的修饰
N-端甲基化:组蛋白甲基化 糖基化：N-乙酰葡糖胺 酰基化：内质网上合成的跨膜蛋白 磷酸化、去磷酸化：蛋白活性 辅酶和辅基的共价结合等
25×103 蛋白质构象（热休克蛋白，HSP） 70×103
90×103
蛋白质寿命控制 选择性降解
第一节 细胞质溶质
Chapter 5 cytomatrix and endomembrane system
细胞质的组成
细胞质基质 较为均质和半透明的胶状物质
细胞质
如内质网、高尔基复合体、
有界膜的细胞器： 溶酶体、过氧化物酶体、
细胞器
线粒体和叶绿体等
无界膜的细胞器： 如核糖体、中心粒等
内含物 色素等一些有形成份
内质网
a) 分泌蛋白：胰腺细胞分泌的酶、浆细胞分泌的抗体、小
肠杯细胞分泌的黏蛋白，内分泌腺分泌的激素和胞外基质成分
b) 膜整合蛋白：蛋白质含有停止转移序列 c) 内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白：
溶酶体内的水解酶，内质网与高尔基体和胞内体中的可溶性驻 留蛋白。
2. 合成蛋白质的修饰
4种基本的修饰和加工： ① 糖基化、羟基化、酰基化 ② 二硫键形成， ③ 多亚基蛋白的组装 ④ 蛋白质水解切割
第二节 内膜系统及其功能
内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等，这
些细胞器在结构、功能及发生方面彼此关联，成为一个动态
整体。
研究技术：电镜技术、放射自显影技术、荧光显微镜技术差速离
心技术和突变体分析技术
细胞组分
数目
体积比
细胞质基质
1
54
核膜
溶酶 体
内吞体 微体
分泌泡 细胞质基质
溶酶体 高尔基复合体 线粒体
细胞质基质
内质网
游离多 核糖体
核膜 质膜
高尔基复合体质膜 分泌泡 微体游离 线粒体 核糖体
一个动物细胞的模式图
示各种主要的细胞内分区
一个肝细胞的部分电镜图象
示几种主要的细胞内膜成分
内膜系统：在结构、功能以及发生上相关的，由膜围绕的细胞 器或细胞结构。主要包括：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内 体和分泌泡等。
细胞组分
数
目
体积比
细胞质基质 细胞核 内质网 高尔基体 溶酶体 胞内体 过氧化物酶体 线粒体
1 1 1 1 300 200 400 1700
54(20-30) 6 12 3 1 1 1 22
成分：中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构。
第一节 细胞质溶质
乳胶小球注射实验，免疫荧光技术
特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互
功能：蛋白质量监控、细胞代谢、信号转导及受体调整、免疫反应、细胞周
期、转录调节及DNA修复，2004年获得诺贝尔化学奖。
胞质靶蛋白
氨基基团 Lys残基
泛素化酶 复合物
泛素-蛋白复合物
泛素
释 放 蛋 白
小肽片段
50种蛋白亚基组成，相对分子量2*106-2.4*106
第一节 细胞质溶质
（四）维持细胞内环境(pH、离子环境)的稳定性 缓冲pH值： 为各种中间代谢反应的进行提供了适宜的微 环境 2类协同转运蛋白清除质子： Na+HCO3-/CI-：反向运输以应对H+升高或降低 Na+/H+反向运输导致pH 升高
细胞核
1
6
内质网
1
12
高尔基体
1
3
溶酶体
300
1
胞内体
200
1
过氧化物酶体
400
1
线粒体
1700
22
一、内质网的形态结构
ER是由一层单位膜 围成的形状大小不同的
扁囊状
小管，小泡，扁囊状结 构，相互连接形成一个
小管
连续的网状膜系统。 细胞膜
细内 胞质 膜网
核 内质网
膜 外
小泡
层
核膜
内质网的内腔相互连通。
作用处于动态平衡的结构体系 。
蛋白质
核糖体 RNA
50nm
细胞质中几种主要组分的模式图解
二、细胞质基质的功能:
第一节 细胞质溶质
(一) 中间代谢反应的进行
所有中间代谢都是在细胞质中进行的，其中大部分是 在细胞质溶质中进行的。
例如：糖酵解、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢
反应必需的微环境；
细胞质基质 反应所需前体物；
合成细胞结构、完成生命活动的大分子前体物
第一节 细胞质溶质
(二) 细胞形态与运动、胞内物质运输及大分子定位
1个16微米的细 细胞骨架为细胞质结构体系的组织者， 胞，骨架表面 也为细胞质成分锚定位点。比表面积 积可达500万1000万平方微 米，而细胞仅 为800平方微米。
细胞质骨架
细胞的形态 细胞的运动 胞内物质运输 能量传递 结构的组织者 细胞分裂
随堂考试
1.在细胞质基质中，蛋白质的寿命是如何控制的？蛋 白质的泛素化降解途径是如何进行的？ 2.内质网的生物学功能主要有哪些？请简单介绍一下。 3. 高尔基体常用的细胞组化反应是什么？它主要有什 么用处？ 4.有什么试验可以证明高尔基体与细胞分泌活动直接 有关？请简述之。
第5章 细胞质基质与内膜系统
15
二、内质网的化学组成
微粒体(microsome)： 匀 蔗糖密度梯度离心从细 浆 胞匀浆中分离出的内质 网碎片。
含有脂类、RNA、 蛋白质及丰富的酶等。
胞质面与腔面的酶 的分布不同。
标志酶：葡萄糖 -6-磷酸酶
16
根据结构与功能，分为：
无核糖体附着，表面光滑 (smooth endoplasmic reticulum, SER)
讲授提纲
第一节 细胞质基质 第二节 内质网 第三节 高尔基体 第四节 溶酶体和过氧化物酶体 第五节 信号肽学说和蛋白质的分选
第一节 细胞质基质
一、基本概念：
用差速离心分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核 、线粒体 、 溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器 或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基 质成分。生物化学家称之为胞质溶胶。
光面内质网
多为小管 或小囊状
广泛存在于 合成类固醇 的细胞中
外与质膜 相连，内 与核膜相 接
其胞质面附着有核糖体，表面粗糙
(rough endoplasmic reticulum, RER)
糙面内质网
多为扁囊状
广泛存在于合成 蛋白质的细胞中
分布于微 管有关
对外界因 素敏感
三、内质网的功能
1. 粗面内质网上的蛋白质的合成
决定蛋白质寿命的信号：
N-端的第一个氨基酸残基：
Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro：稳定 ! 其它12个氨基酸：不稳定 ! 氨酰-tRNA蛋白转移酶决定第一个氨基酸的种类
蛋白质选择性降解的机制：
第一节 细胞质溶质
泛素依赖性途径
(ubiquitin-dependent path)
（三）蛋白质的修饰与选择性降解
第一节 细胞质溶质
蛋白质的修饰
N-端甲基化:组蛋白甲基化 糖基化：N-乙酰葡糖胺 酰基化：内质网上合成的跨膜蛋白 磷酸化、去磷酸化：蛋白活性 辅酶和辅基的共价结合等
25×103 蛋白质构象（热休克蛋白，HSP） 70×103
90×103
蛋白质寿命控制 选择性降解
第一节 细胞质溶质
Chapter 5 cytomatrix and endomembrane system
细胞质的组成
细胞质基质 较为均质和半透明的胶状物质
细胞质
如内质网、高尔基复合体、
有界膜的细胞器： 溶酶体、过氧化物酶体、
细胞器
线粒体和叶绿体等
无界膜的细胞器： 如核糖体、中心粒等
内含物 色素等一些有形成份
内质网
a) 分泌蛋白：胰腺细胞分泌的酶、浆细胞分泌的抗体、小
肠杯细胞分泌的黏蛋白，内分泌腺分泌的激素和胞外基质成分
b) 膜整合蛋白：蛋白质含有停止转移序列 c) 内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白：
溶酶体内的水解酶，内质网与高尔基体和胞内体中的可溶性驻 留蛋白。
2. 合成蛋白质的修饰
4种基本的修饰和加工： ① 糖基化、羟基化、酰基化 ② 二硫键形成， ③ 多亚基蛋白的组装 ④ 蛋白质水解切割