【细胞生物学】内膜系统与蛋白质分选和膜运输1
细胞生物学 第七章_内膜系统与蛋白质的分选
细胞总膜面积的50%，细胞体积的 12%。
Rough ER
分为粗糙内质网(rough RE, rER ) 和滑面内质网(smoothER, sER) 。
rER呈扁平囊状，排列整齐，有核 糖体附着。
sER呈分支管状或小泡状，无核糖 体附着。
Smooth ER
外表面称为胞质溶胶面，内表面称 为潴泡面。
由扁平膜囊（saccule）、大囊泡 （vacuole）、小囊泡（vesicle） 三个基本成分组成。
3-10层扁平囊泡堆积构成囊堆 （ stack of saccule）。
19
（一）形态与组成
分布于ER与细胞膜间，呈弓形 或半球形。
具有极性：凸出的一面对着ER 称为顺面/内侧面（cis face）或 形成面（forming face）；凹进 的一面对着质膜称为反面/外侧 面（transface）或成熟面。
16
Synthesis and transportationof membrane lipids
Mostmembranelipidsare synthesized within the sER.
There are two exceptions:
(1) Sphingomyelin (鞘磷脂) and glycolipid (糖脂),(beginsin ER; completedin Golgi);
第九章 内膜系统与蛋白质分选和膜运输 细胞生物学(王金发版)章节总结
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输
9.1内膜系统
9.1.1内膜系统概述
9.1.2内质网
9.1.3高尔基体
9.1.4溶酶体
9.2细胞的分泌和内吞作用
9.2.1细胞分泌过程
9.2.2细胞内吞过程
9.2.3膜泡运输机制
9.3膜的生物发生
9.3.1膜脂
9.3.2膜整合蛋白和外周蛋白
9.3.3脂锚定蛋白形成
9.1内膜系统
9.1.1内膜系统概述
（1）内膜系统的组成
内质网、高尔基体、溶酶体、细胞核、液泡。功能上紧密联系，形成协调统一的整体。
（2）内膜系统的结构特点
既相互独立，又相互间处于动态平衡状态。通过三种途径：生化合成途径；分泌途径；内吞途径。
（3）内膜系统的重要功能—蛋白质分选
蛋白质分选三种途径：核孔运输；跨膜运输；膜泡运输。
信号肽指导内膜系统蛋白质的运输，其对蛋白质没有特异性，对不同的膜结合细胞器具有特异性。
（4）内膜系统的进化与生物学意义
原因：遗传信息量增大；细胞体积增大；表面积与体积比下降；物质代谢速度受限。
途径：内共生途径；质膜内陷。
生物学意义：形成了特定的功能区域与微环境，有不同的物质浓度及代谢系统，合理利用了资源，工作效率上升；通过各种活动，形
成统一整体。
（5）内膜系统的研究方法
放射性自显影；差速离心分离与功能分析；突变技术；绿色荧光蛋白定位法。
9.1.2内质网
（1）结构与组成
平行扁平囊泡（粗面内质网）或管状囊泡（光面内质网）组成。粗面内质网可与核膜、质膜结构连续，外表面称为胞质溶胶面，内表面为潴泡面。
标志酶为葡萄糖-6-磷酸酶。
（2）功能
①光面内质网
糖原分解释放葡萄糖；类固醇激素的合成；脂的合成与转运；解毒作用（P450）；钙库。
第七章+内膜系统、蛋白质分选和膜泡运输
精品资料
（二）功能区隔
• 顺面高尔基体管网状结构（cis Golgi network），CGN是 入口区域。接收来自内质网的物质。
• 高尔基体中间膜囊（medial Golgi），多数糖基修饰，糖 脂的形成以及与高尔基体有关(yǒuguān)的多糖合成发生 于此处。
精品资料
精品资料
一、内质网
• Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最 初看到的是位于(wèiyú)细胞质内部的网状结构，故名 endoplasmic reticulum，ER。
精品资料
（一）形态(xíngtài)与组成
• 由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成 互相沟通的三维网络结构。
例如： 1.糖酵解的酶系形成多酶复合体与微丝结合，使 糖酵解的一系列反应高效进行。 2.卵母细胞中mRNA和蛋白质的特定(tèdìng)分布 形成位 置信息，在受精卵细胞分裂时将mRNA 和蛋白质分配给不同的子代细胞，后者进一步分 化，发育成不同的组织器官。
精品资料
细胞质基质(jī zhì)的功能
• 磷脂的转运: • 以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞
质膜上。 • 磷脂与磷脂交换蛋白（phospholipid exchange
protein, PEP: 一种水溶性载体(zàitǐ)蛋白）结合
chapter+9++内膜系统与蛋白质分选和膜运输
Chapter 9 内膜系统与蛋白质分选和膜运输
9.1 内膜系统概述
9.1.1 内膜系统与膜结合细胞器
1. 内膜系统(endomembrane systems)
内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)、细胞核等五类膜结合细胞器, 因为它们的膜是相互流动的, 处于动态平衡, 在功能上也是相互协同的。广义上的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等细胞内所有膜结合的细胞器。
2. 膜结合细胞器(membrane-bound organelles)或膜结合区室(membrane-bound compartments)
指细胞质中所有具有膜结构的细胞器,包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、分泌泡、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等。由于它们都是封闭的膜结构,内部都有一定的空间,所以又称为膜结合区室。除核糖体和细胞骨架。
3. 膜结合细胞器的功能:
①胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位
②细胞核基因组存在场所，DNA和RNA的合成地
③内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地
④高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装
⑤溶酶体细胞内的降解作用
⑥内体内吞物质的分选
⑦线粒体通过氧化磷酸化合成ATP
⑧叶绿体进行光合作用
⑨过氧化物酶体毒性分子的氧化
4. 内膜结构特点与动态性质
①独立性
A 内膜封闭的区室
B 执行独立的功能
②动态性质
A合成途径: 分泌性蛋白与脂的合成和加工内质网高尔基体
B 分泌途径：内质网上合成的蛋白质和脂出芽小泡向外运输
C内吞途径：细胞外的物质吞进内体和溶酶体
内膜系统的动态特性：内膜系统将细胞中的生化合成、分泌和内吞作用连接成动态的、相互作用的网络。在内质网合成的蛋白和脂通过分泌活动进入分泌小
细胞生物学复习思考题答案
第八章内膜系统与蛋白质分选和膜运输
1名词解释：
膜结合细胞器：指细胞质中所有具有膜结构的细胞器。包括内膜系统及线粒体，叶绿体，过氧化物酶体，细胞核。
内膜系统：是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被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。
初级溶酶体：是指刚刚分泌的单层膜包被且内含溶酶体酶的分泌小泡。
次级溶酶体：是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体。
自噬溶酶体：指初级溶酶体与细胞内的自噬泡融合形成的次级溶酶体。
异噬溶酶体：指初级溶酶体与细胞内的异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的次级溶酶体。
自噬作用：是溶酶体对自身结构的吞噬降解的一种现象。
异噬作用：是溶酶体对进入细胞内的营养物质或致病菌等大分子物质进行消化降解的一种现象。
自溶作用：是溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解的一种现象。
蛋白质分选：指细胞对新蛋白前导肽或信号肽的识别，挑选，并通过特殊方式运送到达细胞的各个部位的过程。
翻译后转运：是指胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器或成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白的转运方式。
共翻译转运：是指蛋白质合成在游离核糖体上起始后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后边合成边转运的转运方式。
肽：是一种由氨基酸脱水而成，含有羧基和氨基的两性有机化合物。
导肽：是将游离核糖体上合成蛋白质的N端具有信号作用的序列。
细胞分泌：动、植物细胞将在粗面内质网上合成而又非其组成部分的蛋白和脂通过小泡运输的方式经过高尔基体的进一步加工和分选运送到细胞内相应结构、细胞质膜以及细胞外的过程称为细胞分泌。
细胞生物学真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输
和细胞骨架相关的功能
诸如：维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等
内质网的形态
✓ 粗面内质网 (rER)
由连续的扁平膜囊构成，核糖体附着 于外侧（细胞质侧）。
✓ 光面内质网 (sER)
由相互交错的膜性管网构成。
✓ 微粒体
由内质网和高尔复合体的膜性成分构 成的大小相似的异源混合物。
信号假说 分泌性蛋白合成中的必需因子
• 信号肽、信号识别颗粒和停泊蛋白。
共转移
• 新生肽边合成便进入内质网。 • 特征：
1. 消耗 GTP 2. 新生肽以” 袢环”形式进入内质网腔 3. 信号肽被切除
信号肽和共转移
膜蛋白的合成
分选信号
1. 开始转移序列：指导肽链跨越内质网膜。 2. 停止转移序列：与内质网膜高度亲和。
滞留在ER中
进入线粒体 进入细胞核 进入过氧化物酶体
-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-
+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-PhePhe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-SerArg-Tyr-Leu-Leu-
溶酶体膜的特征：
1. 质子泵：在质子泵的作用下，内部 的质子浓度很高。
2. 糖基化蛋白：可能防止溶酶体的自 我消化。.
细胞生物学 第7章 真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜(共103张PPT)
Compartmentalization
质膜
内膜
生物膜
原核细胞 – 质膜构成的单一区室
真核细胞 – 内膜 – 各种细胞器
内膜系统出现的意义：
各自独立，各司其职
相互依存，协调同一
大大提高了细胞代谢反应的效率
细胞核
细
胞
细胞质
过氧化物酶体
线粒体
细胞骨架
中心粒
核糖体
细胞质基质(基质溶胶)
第一节 细胞质基质的涵义与功能
这一过程不断重复，指定蛋白
质上就被绑了一批泛素分子。
热休克蛋白(heat shock protein ，Hsp)
能选择性的与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用水
解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠成
正确构象。主要包括3个家族，每一家族中都有由不同基因
编码的数种蛋白成员。
第二节 细胞内膜系统及其功能
(二)、 ER的功能
(一)、内质网的形态结构及化学组成
1. 内质网的形态结构
2. 内质网的类型
3. 内质网的化学组成
1. 内质网的形态结构
ER是交织分布在细胞质中的由膜围成的扁囊或小管
状管道系统。基本结构分为三部分：
内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄（5-6nm），
有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连，少数能与质膜相
内膜系统与蛋白质分选-细胞生物学
内膜系统与蛋⽩质分选（protein sorting）
蛋⽩质是由核糖体合成的，合成之后必须准确⽆误地运送到细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋⽩形成了⼀个明确的地址签（address target），细胞通过对蛋⽩质地址签的识别进⾏运送，这就是蛋⽩质的分选（protein sorting）。细胞中蛋⽩质的运输有两种⽅式：共翻译运输和翻译后运输，内膜系统参与共翻译运输，是分泌蛋⽩质分选的主要系统。
■蛋⽩质分选定位的时空概念
所谓蛋⽩质分选定位的时空概念包括两种含义：①合成的蛋⽩质何时转运？②合成蛋⽩质在细胞中定位空间及转运中所要逾越的空间障碍是什么？
●从时间上考虑，蛋⽩质的合成分选有两种情况：先合成，再分选和⼀边合成⼀边分选。为了适于蛋⽩质分选的时间上的需要，核糖体在合成蛋⽩质时就有两种存在状态：游离的或与内质结合的。
●从蛋⽩质定位的空间看，包括了细胞内各个部分，即使是具有蛋⽩质合成机器的线粒体和叶绿体也需要从细胞质中获取所需蛋⽩质。
细胞中各部位（包括细胞质）中的蛋⽩质都是来⾃胞质溶胶，不过内质以上的细胞器，包括细胞核、线粒体、过氧化物酶体和质体所需蛋⽩是由胞质溶胶直接运送的。⽽从内质以下的各种细胞器，包括内质、⾼尔基体、溶酶体、内体、分泌泡、细胞质膜以及细胞外基质等所需的蛋⽩质虽然起始于胞质溶胶，但要经过内质和⾼尔基体的中转。
■蛋⽩质分选定位的空间障碍及运输⽅式
从蛋⽩质定位的细胞内空间部位结构来看，可分为三种类型：①没有膜障碍的，如胞质溶胶，包括胞质溶胶中的细胞⾻架蛋⽩和各种酶及蛋⽩分⼦；②有完全封闭的膜障碍，如线粒体、叶绿体、内质、⾼尔基体等；③有膜障碍，但是膜上有孔，如细胞核。
细胞生物学 第7章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜
控制蛋白质的寿命
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，形成正确的分子构象 提供离子环境、提供底物、物质运输通路、细胞分化等
在基质中合成的蛋白质命运不同：
a、具N端信号肽的（分泌蛋白）合成后→内质网；
b、N端具导肽的分别被转送到各种细胞器（线粒体、叶绿 体、微体、细胞核等）中；
泛素：kiss of protein death
泛素结合酶
泛素活化酶
泛素蛋白连接酶
多泛素链
26S 蛋白酶体 复合物
细胞中的Ｅ1、Ｅ２ 和Ｅ３三种酶，它们各有 分工。Ｅ1负责激活泛素分 子，泛素分子被激活后就 被运送到Ｅ２上，Ｅ２负 责把泛素分子绑在需要降 解的蛋白质上。但Ｅ２并 不认识指定的蛋白质，这 就需要Ｅ３帮助，因为Ｅ ３具有辨认指定蛋白质的 功能。当Ｅ２携带着泛素 分子在Ｅ３的指引下接近 指定蛋白质时，Ｅ２就把 泛素分子绑在指定蛋白质 上。这一过程不断重复， 指定蛋白质上就被绑了一 批泛素分子。
二、内质网的形态结构与功能
(一)、内质网的形态结构及化学组成
(二)、 ER的功能
(一)、内质网的形态结构及化学组成
1. 内质网的形态结构
2. 内质网的类型
3. 内质网的化学组成
Baidu Nhomakorabea
1. 内质网的形态结构
ER是交织分布在细胞质中的由膜围成的扁囊或 小管状管道系统。基本结构分为三部分： 内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄（56nm），有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连， 少数能与质膜相连。
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
第一节 细胞质基质的涵义与功能
一、细胞质基质的基本涵义 在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的胶状物质。
主要成分： 蛋白wzf质:在占基质总中量的的课题20：－30%，以水化物的形式存在
A 与1、中各间种复代杂谢的有代谢关反的应是数如千何种有条酶不类紊地进行？ 各个环节
之间是如何相互关联、相互制约？
（一）、形态与组成
• 是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞 器。
• 常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形。 • 凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面（cis face
）。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面（trans face）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。 • 扁平囊直径约1um，中间为囊腔，周缘多呈泡状，4－8 个扁平囊在一起(某些藻类可达一二十个)，构成高尔 基体的主体(Golgi stack)。
胞质溶胶
早期的实验细胞学家和生化学家用差速离心的方 法分离细胞匀浆的各组分，获得的上清液称之为 胞质溶胶。
乳胶小球实验：将乳胶小球用微注射的方法注入 非洲爪蟾的卵母细胞中，经一段时间后，取出乳 胶小球，分析渗入小球中的蛋白质。结合在细胞 质基质中的蛋白质不容易渗入乳胶小球。
胞质溶胶与细胞质基质的关系
3. 高尔基体反面的网络结构（TGN）， 是高尔基体的 出口区域，功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输 出。某些“晚期”的蛋白质修饰也发生在TGN中
第5章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
26
➢ 内质网上进行N-连接 的糖基化。
N-连接的糖基化（Nlinked glycosylation）：与 天冬酰胺残基的NH2连 接，糖为N-乙酰葡糖 胺。
粗面内质网的功能
Protein glycosylation in RER
Diagram of Golgi body. Vesicles arrive at the cis face and leave from trans face. The internal compartment of each membrane sac is called a “cisterna” (pl. cisternae).
内质网 高尔基体 溶酶体
10
一、内质网
K. R. Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维 细胞，因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构， 故名内质网（endoplasmic reticulum，ER）。
➢ 分类 ➢ 组成 ➢ 功能
11
根据是否附有核糖体：
➢ 粗面内质网（糙面内质网， routh endoplasmic reticulum, rER)
有核糖体附着
➢ 光面内质网（滑面内质网， smooth endoplasmic reticulum, sER)
细胞生物学总结(复习重点)——7.内膜系统、蛋白质分选、膜泡运输
1、细胞质基质：真核细胞的细胞质中除去细胞器和内含物以外的、较为均质半透明的液态胶状物称为细胞质基质或胞质溶胶。
4、内膜系统：细胞内在结构、功能乃至发生上相关的、由膜围绕的细胞器或细胞结构的统称，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、分泌泡等。
2、微粒体：为了研究ER的功能，常需要分离ER膜，用离心分离的方法将组织或细胞匀浆，经低速离心去除核及线粒体后，再经超速离心，破碎ER的片段又封合为许多小囊泡（直径约为100nm），这就是微粒体。
3、糙面内质网：细胞质内有一些形状大小略不相同的小管、小囊连接成网状，集中在胞质中，故称为内质网。内质网膜的外表面附有核糖体颗粒，则为糙面内质网，为蛋白质合成的部位。核糖体附着的膜系多为扁囊单位成分，普遍存在于分泌蛋白质的细胞中，其数量随细胞而异，越是分泌旺盛的细胞中越多。
5、分子伴侣：细胞中，这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转移、折叠或组装，但其本身并不参与最终产物的形成。
6、溶酶体：溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类、形态不
一、执行不同生理功能的囊泡状细胞器，主要功能是进行细胞内的消化作用，在维持细胞正常代谢活动及防御方面起重要作用。
7、残余小体：在正常情况下，被吞噬的物质在次级溶酶体内进行消化作用，消化完成，形成的小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运至细胞质中，供细胞代谢用，不能消化的残渣仍留在溶酶体内，此时的溶酶体称为残余小体或三级溶酶体或后溶酶体。残余小体有些可通过外排作用排出细胞，有些则积累在细胞内不被排出，如表皮细胞的老年斑、肝细胞的脂褐质。
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
二、内膜系统的结构与功能 （二）高尔基体（ Golgi complex ） 2、功能
（3）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
无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除 N-端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖 素及血清白蛋白等
蛋白质合成
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（需要隔离或修饰）。
其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合 成的 。 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 体的蛋白。 注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是
起始于细胞质基质中“游离”核糖体，只不过有 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
修饰加工：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等 糖基化 在糖基转移酶（glycosyltransferase）作用 下发生在ER腔面。方式： N- 连接的糖基化：寡糖基转移至天冬酰胺残基（Asn） 上； O-连接的糖基化：寡糖基转移至丝氨酸或苏氨酸残基 （Ser/Thr or Hylys/Hypro）上。 酰基化发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸 链 连 接 到 跨膜蛋白暴露在外的结构域的Cys上。
第七章
细胞内膜系统及蛋白质分选与泡 膜运输
细胞内区室化是真核细胞结构与功能的基 本特征之一。
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输
1.如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的
答:造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引
起的:①蛋白质和脂的合成活动:在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗
面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动:③内吞活动(endocytoipathway),是分泌的相反过程,细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体。
3.请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义
答:至少有六方面的意义:①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接,细胞内不同区域形成pH值差异,离子浓度的维持,扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③内膜系统通过小泡分泌的方式完成膜的流动和特定功能蛋白的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了一些具有杀伤性的酶类在运输过程中的安全，并能准确迅速到达作用部位。④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系
统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率。4.为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一
细胞生物学资料：第九章 内膜系统与蛋白质分选和膜运输
中山大学生命科学学院
细胞生物学模拟试卷
第九章内膜系统与蛋白质分选和
膜运输
任课教师：
命题人：10349001
命题时间：2013年1月4日
姓名：专业：______________
一、填空题（每题1分，共10分）
1.内膜系统中的动态网络主要是由细胞中3中不同的生化活动及三种不同的代
谢途径造成的。这三种途径分别为：①生化合成途径；②分泌途径；③________________。
2.从蛋白质定位的细胞内空间部位来看，可以分为三种类型，其中胞质溶胶，
包括胞质溶胶中的细胞骨架蛋白和各种酶及蛋白质分子都属于______________。
3.胞质溶胶中合成的蛋白质，可以分为三种不同的运输方式将蛋白质定位到不
同的膜结合细胞器中。这三种不同的运输方式为核孔运输、跨膜运输和_____________。
4.根据信号序列运输方向的不同可以分为三种类型：也就是入核信号、引导肽
和_______________。
5.在心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网，其功能是参与肌肉收缩活动，
这种内质网实际上是______________。
6.内质网的标志酶是____________。
7.高尔基体的标志酶是_______________。
8.造成高尔基体蛋白质向内质网会流的原因有两种可能，一种是内质网进行蛋
白质运输时发生包装错误，将ER的结构和功能蛋白质运输到了高尔基体，被高尔基体遣返；第二种情况是__________________________。
9.溶酶体的标志酶是______________。
10.介导从ER向内侧高尔基体运输的运输小泡是________________。
(细胞生物学(王金发版)章节总结)第九章 内膜系统与蛋白质分选和膜运输
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输
9.1内膜系统
9.1.1内膜系统概述
9.1.2内质网
9.1.3高尔基体
9.1.4溶酶体
9.2细胞的分泌和内吞作用
9.2.1细胞分泌过程
9.2.2细胞内吞过程
9.2.3膜泡运输机制
9.3膜的生物发生
9.3.1膜脂
9.3.2膜整合蛋白和外周蛋白
9.3.3脂锚定蛋白形成
9.1内膜系统
9.1.1内膜系统概述
（1）内膜系统的组成
内质网、高尔基体、溶酶体、细胞核、液泡。功能上紧密联系，形成协调统一的整体。
（2）内膜系统的结构特点
既相互独立，又相互间处于动态平衡状态。通过三种途径：生化合成途径；分泌途径；内吞途径。
（3）内膜系统的重要功能—蛋白质分选
蛋白质分选三种途径：核孔运输；跨膜运输；膜泡运输。
信号肽指导内膜系统蛋白质的运输，其对蛋白质没有特异性，对不同的膜结合细胞器具有特异性。
（4）内膜系统的进化与生物学意义
原因：遗传信息量增大；细胞体积增大；表面积与体积比下降；物质代谢速度受限。
途径：内共生途径；质膜内陷。
生物学意义：形成了特定的功能区域与微环境，有不同的物质浓度及代谢系统，合理利用了资源，工作效率上升；通过各种活动，形
成统一整体。
（5）内膜系统的研究方法
放射性自显影；差速离心分离与功能分析；突变技术；绿色荧光蛋白定位法。
9.1.2内质网
（1）结构与组成
平行扁平囊泡（粗面内质网）或管状囊泡（光面内质网）组成。粗面内质网可与核膜、质膜结构连续，外表面称为胞质溶胶面，内表面为潴泡面。
标志酶为葡萄糖-6-磷酸酶。
（2）功能
①光面内质网
糖原分解释放葡萄糖；类固醇激素的合成；脂的合成与转运；解毒作用（P450）；钙库。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
过氧化物酶体、内膜系统
◆内膜系统(endomembrane system)
指内质网、高尔基体、溶酶体、液泡和细胞核5
类膜结合细胞器，它们的膜是相互流动的，处
于动态平衡，功能上也相互协同。
内膜系统
内膜系统的种类和功能
细胞核：产生mRNA 内质网：蛋白质合成 高尔基体：蛋白质加工 溶酶体：蛋白质分解 分泌泡和内体：与质膜关联，参与分泌和内吞
体外实验证明SRP和DP的作用
跨膜信号与膜蛋白的定向
◆单次跨膜蛋白
●起始转移信号(start transfer signal)
可切割的信号序列 (N-端) ●内部信号序列(internal signal sequence) 不可切割 ●终止转移序列(stop transfer sequence)
A位点：氨酰tRNA结合位点；
P位点：肽酰tRNA结合位点；
E位点：脱氨酰tRNA结合位点；
mRNA结合位点：SD序列。
10
多聚核糖体
在蛋白质合成过程 中，同一条mRNA
分子能够同多个核
糖体结合，同时合 成若干条蛋白质多 肽链。
11
蛋白质的寿命和蛋白质降解
N端规则 蛋白酶体对蛋白质的降解
12
◆蛋白质转运通道——易位子( translocon)
●易位子是分泌蛋白质的跨膜通道，高5～6 nm，
直径为 8.5 nm, 中央孔径为 2 nm
●哺乳动物细胞中有三种类型的Sec61, 即α、β和γ ●Sec61α有10个跨膜α螺旋
补 充 的 信 号 假 说
1. ER蛋白质在游离核糖体起始合成； 2. 信号肽与SRP结合，蛋白合成中止； 3. SRP和DP介导核糖体附着到ER上； 4. SRP释放，蛋白质转运通道的打开； 5. 信号肽引导蛋白质进入ER，合成重新开始； 6. 信号肽酶切除信号肽； 7. 蛋白质合成结束。
17
内膜系统的动态性质
◆独立性 ●内膜封闭的区室 ●执行独立的功能 ◆动态性质(穿梭小泡)
●Biosynthetic pathway
●Secretory pathway ●Endocytic pathway
膜结合细胞器的进化
◆起因∶
●遗传信息的扩大 ●体积的增大 ●表面积与体积比值失调 ●物质代谢速度受限
◆蛋白质继续合成，以袢环形式穿过内质网的膜; ◆蛋白的存在方式:
？
？
●若是分泌蛋白，信号肽被信号肽酶切除， 其余完全进入腔； ●若是膜蛋白，停止转移信号锚定在膜上。
信号假说的补充 ——信号识别颗粒与停靠蛋白
◆信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP） ●SRP 核糖核蛋白复合体。
9.1 核糖体和蛋白质合成
◆核糖体(ribosome)是细胞内一种核糖核蛋白颗粒是
细胞内合成蛋白质的细胞器。
◆核糖体的主要成分是核糖体RNA(rRNA), 占60%,
蛋白质(r蛋白质), 占40%。
真核细胞由60S大亚基和40S小亚基组成；
原核细胞由50S大亚基和30S小亚基组成；
细胞质中的核糖体有两种存在状态∶ ●游离核糖体(free ribosome)； ●膜旁核糖体(membranous ribosomes)。
●一条300bp的7S RNA (scRNA)。
●六条多肽
信号肽识别结合位点
◆三个功能域:
▲翻译暂停结构域 ▲信号肽识别结合位点 ▲SRP受体蛋白结合位点
SRP受体蛋白结合位点 翻译暂停结构域
◆停靠蛋白（Docking protein, DP）
●是SRP在内质网膜上的受体蛋白
●两个亚基:亲水的α亚基, 疏水的β亚基
●1960s ,George Palade 示踪技术研究培 养细胞的蛋白合成分泌过程 ●Redman和Sabatini用分离的RER小泡 研究膜结合核糖体合成的蛋白质去向 ●1971年美国洛克菲勒大学的Blobel等提 出了信号序列(signal sequence)的概念。
同位素示踪实验
A.无微粒体
高尔基体、溶酶体、分泌蛋白和膜蛋白。
26
核糖 体蛋 白质 翻译 后的 运输 方式
27
线粒体和叶绿体前导肽介导的蛋白转运
●前导肽通常长约 20-80 个氨基酸，通常带 正电荷的碱性氨基酸 (特别是精氨酸和赖氨 酸)含量较为丰富; ●有形成两性(既亲水又疏水)α螺旋的倾向。 ●需要受体、从接触点进入、解折叠、能量、 需要转运肽酶、需要分子伴侣。 ●不同的前导肽没有序列同源性。
叶绿体与线粒体结构和功能的比较
结构区室的差别 功能 氧化磷酸化和光合磷酸化
ATP合成酶
电子传递链
氧化磷酸化
光合磷酸化
细胞器部位
电子供体 电子受体 H+质子浓度差 偶联因子 产生1个ATP 需要的H+
线粒体内膜
NADH或FADH2 ½ O2 膜间间隙/基质 F0-F1 ATP合酶 2个
类囊体膜
B.加微粒体
无微粒体体系合成蛋白
蛋白质入RER实验
◆信号肽的证实
G.Blobel 等用核糖体、微粒体无细胞 蛋白合成体系进行离体实验证实了 信号肽的存在:
●RER小泡对产物的影响 ●蛋白水解酶实验 ●多聚核糖体的离体翻译
R E R 小 泡 实 验
蛋 白 水 解 酶 水 解 实 验
多聚核糖体离体 翻译实验
◆对策:细胞内部结构区域化
◆途径：
●细胞质膜内陷途径
●内共生途径
真核细胞的进化
内膜系统的生物学意义
特定的功能区域和微环境 ●合理使用资源、分工明确 ●集团化管理 ●提高工作效率 动态性质 ●保证了膜结构的一致性 ●使细胞“青春常在” ●特殊酶类的安全性 表面积/体积提高 ●提高了反应效率
9.2 蛋白质分选和内质网
◆二次与多次跨膜蛋白 多次跨膜有多次跨膜信号与多个终止 信号。蛋白跨膜的次数是由其内部信号 序列和终止转移信号序列的数目决定的。
多个起始与终止跨膜信号
36
信号肽的特性
◆序列特征
15-35个氨基酸残基，1个或多个带正电氨
基酸，其中含有4-12个疏水残基。
◆信号序列无特异性:
◆位置: ●N-端信号肽 ●内部信号肽
早期信号假说(signal hypothesis)
1975年，Blobel等正式提出了信号假说: ◆合成始于游离核糖体;
◆N端信号序列靠自由碰撞与内质网膜接触，然 后靠N端信号序列的疏水区插入内质网的膜;
核酶
具有催化活性的
RNA。与蛋白质 酶相比，核酶的
催化效率较低，
是一种较为原始 的催化酶。
13
反义RNA
◆反义RNA：是指与mRNA互补的RNA分子。 可控制mRNA的翻译，一种基因表达调控方式。
14
9.2 内膜系统
内膜系统与膜结合细胞器
◆膜结合细胞器(membrane-bounded organelles)
●翻译后转运(post-tranlational translocation)
在游离核糖体上进行蛋白质合成，完成后转运到胞质 溶胶、核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。
●共翻译转运(co-translational translocation)
在游离核糖体开始蛋白质合成，中止并转运到内质网
上形成膜旁核糖体继续合成，最终转运至内质网、
蛋白质定位细胞器的运输方式
◆核孔运输
◆跨膜运输
◆小泡运输
信号序列
◆ 决定蛋白质的正确运输方向，通
常为 15-80 个氨基酸，位于新生
肽的N端。 ◆信号序列指导蛋白质运输和定位 对蛋白质没有特异性。 ●不同细胞器具有不同的定位信号 ▲入核信号 ▲引导肽 ▲信号肽
信号序列 在蛋白质定位中的作用
◆蛋白质的两种运输方式
28
线粒体基质蛋白转运
（单个前导肽）
29
线粒体内/外膜蛋白的转运
（单个前导肽，停止转运序列）
与Tim（内膜转运酶）结合就成为内膜蛋白 与Tom（外膜转运酶）结合就成为外膜蛋白
30
线粒体膜间隙蛋白的转运
（单个前导肽，停止转运序列）
31
糙面内质网的功能 --信号肽与蛋白质运输
信号序列(signal sequence) ◆研究过程
H2O的光解 NADP+ Hale Waihona Puke Baidu囊体/基质 CF0-CF1 ATP合酶 3个
2
信号合成？
线粒体蛋 白定位？
3
CHAPTER 9
内膜系统与蛋白质 分选和膜运输
OUTLINE
9.1 核糖体和蛋白质合成 9.2 内膜系统简介 9.2 内质网和蛋白质分选 9.3 高尔基体和蛋白质加工 9.4 溶酶体 9.5 细胞分泌与内吞作用 9.6 小泡运输的分子机制
6
核糖体的化学组成
7
核糖体的装配
核糖体是一种自我组装的结构。 原核生物核糖体亚基的装配在细胞质；真核
生物核糖体亚基的装配地点在细胞核核仁部位。
rRNA和蛋白质的装配关系:
组成核糖体的蛋白质和 rRNA 在大小亚基中 均有一定的空间排布和先后顺序。
8
核糖体的合成与装配
核仁 细胞核 细胞质
9
核糖体的功能——蛋白质合成