第九章内膜系统与蛋白分选和膜运输
9内膜系统与蛋白质分选和膜运输
幻灯片70
作业
●1、何谓信号肽假说？其主要内容是什么？
●2、简述分泌蛋白的运输过程。
幻灯片71
1、何谓信号肽假说？其主要内容是什么？
●信号肽假说指分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，
然后在信号肽引导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。
●其主要内容是：
●信号肽与S R P结合→肽链延伸终止→S R P与受体结合→S R P脱离信号肽→肽链在内
质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止→翻译体系解散
幻灯片72
2、简述分泌蛋白的运输过程。
●分泌蛋白的运输过程如下：
●①核糖体阶段。
分泌性蛋白质起始合成并发生蛋白的跨内质网膜转运。
●②内质网阶段。
蛋白糖基化加工和形成运输小泡。
●③细胞质基质运输阶段。
运输小泡脱离糙面内质网并移向高尔基体，与其顺面膜囊融
合。
●④高尔基复合体加工修饰阶段。
分泌蛋白进行加工修饰，并在反面膜囊中分选和包装，
形成较大囊泡进入细胞质基质。
●⑤细胞质基质运输阶段。
大囊泡接近质膜。
●⑥胞吐阶段。
分泌泡与质膜融合，将分泌蛋白释放出胞外。
细胞生物学真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输(共49张PPT)
➢ 高尔基复合体（GC）
高尔基复合体的形态特征 高尔基体复合体的结构成分 高尔基复合体的功能
➢ 溶酶体（Lys）和过氧化物酶体
溶酶体的形态和结构特征
溶酶体的功能
溶酶体的生物发生 过氧化物酶体（微体）
§7.3 蛋白质的分选和细胞结构体系的组装
蛋白质的分选
➢ 蛋白质的分选及其种类 ➢ 蛋白质分选途径
网格蛋白包被小泡:
路径：
➢ 高尔基复合体反面管网→ 细胞膜、胞内体、溶酶体或液泡
➢ 受体介导的内吞：质膜→内吞泡→胞内体→溶酶体
网格蛋白有被小泡的形成过程
COP Ⅱ蛋白包被小泡：
路径：内质网→高尔基体顺面管网
COP Ⅰ蛋白包被小泡：
路径：脂双层和一些蛋白的反向转运 ，高尔基体顺面管网→内质网
至少5个糖残基
一个个单糖加上去
丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸 、羟脯氨酸
一般1～4个糖残基，但ABO 血型抗原较长
5.第一个糖残基
N—乙酰葡萄糖胺
N—乙酰半乳糖胺等
N-连接与O-连接的糖基化比较
糖基化的特征和生物学作用:
不需要模板 协助折叠和转运过程
限制其他大分子靠近蛋白表面，对蛋白酶的降解有较 强的抵抗作用
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教学目的1、掌握信号肽假说和蛋白质转运的机制。
2、掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用。
3、掌握细胞内蛋白质的分选。
教学内容本章从以下6个方面讨论了细胞质质基质与内膜系统:1．细胞质膜系统及其研究方法2．内质网3．高尔基复合体4．溶酶体5．细胞的分泌与内吞作用6．小泡运输的分子机理计划学时及安排本章计划6学时。
教学重点和难点真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统，将细胞内环境分割成许多功能不同的区室。
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)等四类膜结合细胞器，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，其中包括膜运输系统。
本章是细胞生物学的重点章，包括六个方面的内容，其中内质网及信号肽假说、小泡运输的分子机理是本章的关键内容。
1．内质网是内膜系统中的重要膜结合细胞器，主要分清光面内质网和粗面内质网在功能上的差异。
对于粗面内质网，重点是信号肽假说和蛋白质转运的机制。
2．高尔基复合体是内膜系统中参与蛋白质加工与分选的细胞器，要求了解和掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用，即将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞的特定部位或分泌到细胞外。
理解高尔基体在细胞内物质运输中所起的交通枢纽作用。
3．关于溶酶体，要求掌握溶酶体膜的稳定性、溶酶体的类型及特点、溶酶体的功能、溶酶体的生物发生。
4．细胞内蛋白质的分选是本章的核心内容之一，重点学习和掌握运输小泡的类型和分选信号、披网格蛋白小泡形成的机理、COP-被膜小泡形成的机理、小泡的定向运输、停靠和融合机理。
通过本章的学习要充分了解细胞内部结构的动态关系，蛋白质合成和分选的机制和“流水”作业的模式，从中获得启发。
教学方法讲授、讨论教学过程9．内膜系统与蛋白质分选和膜运输9.1 细胞质膜系统及其研究方法9.1.1 膜结合细胞器与内膜系统■ 膜结合细胞器的种类和功能● 膜结合细胞器种类与数量(表)● 膜结合细胞器的功能（表）● 膜结合细胞器在细胞内的分布（图）■ 内膜系统的动态性质内膜系统的最大特点是动态性质(图),这就使内膜系统的结构处于一个动态平衡。
chapter9内膜系统与蛋白质分选和膜运输
信号肽与起始跨膜序列
52
内部信号序列
53
内部信号序列
不位于N-末端，但具信号序列的作用 可作为蛋白质共翻译转移的信号被SRP识别，同时它也 是起始转移信号。 是不可切除的，又是疏水性， 是膜蛋白的一部分，如 果共翻译转运蛋白质中只有一个内含信号序列，那么合 成的蛋白就是单次跨膜蛋白
54
单次跨膜蛋白的定向I
在内质网合成的蛋白和 脂通过分泌活动进入分泌小 泡运送到工作部位(包括细胞 外);细胞通过内吞途径将细 胞外的物质送到溶酶体降解。
8
内膜系统的进化
◆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
◆对策:细胞内部结构区域化 ◆途径：
●内共生途径 ●细胞质膜内陷途径。
11
◆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。
12
细胞质中蛋白质合成和空间定位
细胞中各部位(包括细胞质)中 的蛋白质都是来自胞质溶胶，
内质网以上的细胞器，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。
将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基体。
●有两个面
内质网的外表面称为胞质溶胶面(cytosolic space)， 内表面称为潴泡面(cisternal space)
26
内质网与核膜的关系
27
◆特殊类型的内质网
●微粒体(microsome)
在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内 质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构，
4
● 膜结合细胞器的功能
• 细胞核 基因组存在场所，DNA和RNA的合成地 • 内质网 大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地 • 高尔基体 蛋白质和脂的修饰、分选和包装 • 溶酶体 细胞内的降解作用 • 内体 内吞物质的分选 • 线粒体 通过氧化磷酸化合成ATP • 叶绿体 进行光合作用 • 过氧化物酶体 毒性分子的氧化
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ATP⑧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泡运送到工作部位(包括细胞外);细胞通过内吞途径将细胞外的物质送到溶酶体降解。
５. 内膜系统的进化①起因∶A 遗传信息的扩大B 体积的增大C 表面积与体积比值失调D 物质代谢速度受限②对策:细胞内部结构区域化③途径：A 内共生途径B 细胞质膜内陷途径。
9 内膜系统与蛋白质分选.
9．内膜系统与膜运输真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统, 将细胞分成许多膜结合的区室,包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等。
虽然这些区室具有各自独立的结构和功能，但它们又是紧密相关的，尤其是它们的膜结构是相互转换的，这种转换的机制则是通过蛋白质分选(protein sorting)和膜运输实现的(图9-1)。
图9-1 内膜系统和膜运输9.1 细胞质膜系统及其研究方法9.1.1膜结合细胞器与内膜系统关于真核细胞中具有膜结构的细胞器的总体描述通常有三个概念:膜结合细胞器(membrane-bound organelles)或膜结合区室(membrane-bound compartments)细胞质膜系统(cytoplasmic membrane system)内膜系统(endomembrane systems)虽然这三个概念都是指真核细胞中具有膜结构的细胞器,但是在含义上仍有一些差别。
膜结合细胞器的种类和功能膜结合细胞器种类与数量原核细胞内只有一个区室就是胞质溶胶(cytosol)。
真核细胞内有许多膜结合的区室，但与胞质溶胶相比, 所占比例都很小(表9-1)。
表9-1 肝细胞中主要膜结合细胞器的体积比细胞器每细胞所含数量细胞内的百分比胞质溶胶 1 54线粒体1700 22内质网 1 12细胞核 1 6高尔基体 1 3过氧化物酶体400 1溶酶体300 1内体200 1膜结合细胞器的功能膜结合细胞器在细胞的生命活动中具有重要作用(表9-2)。
表9-2 真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器(区室) 主要功能胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核基因组存在的场所，DNA和RNA的合成地内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用内体内吞物质的分选线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用过氧化物酶体毒性分子的氧化在这些膜结合的细胞器中,线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核等的独立性很强,并且有特别的功能；其他几种膜结合细胞器,如内质网、高尔基体、溶酶体和小泡,虽然有不同的结构和功能,但是它们都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输,形成了一个特别的细胞内系统。
细胞生物学真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡运输
① 蛋白质的修饰、分选、包装、转运。 ② 充当阀门，保证单向运输。
4. 高尔基体周围的小泡
高尔基复合体的结构成分
高尔基复合体的功能
蛋白质加工
• 蛋白质的糖基化 • 蛋白质的酶解加工 • 其它
细胞分泌
蛋白质的糖基化：
糖基化的种类 糖基化的特征和生物学作用
糖基化的种类：
➢ 高尔基复合体（GC）
高尔基复合体的形态特征 高尔基体复合体的结构成分 高尔基复合体的功能
➢ 溶酶体（Lys）和过氧化物酶体
溶酶体的形态和结构特征 溶酶体的功能 溶酶体的生物发生 过氧化物酶体（微体）
§7.3 蛋白质的分选和细胞结构体系的组装
蛋白质的分选
➢ 蛋白质的分选及其种类 ➢ 蛋白质分选途径
膜蛋白的拓扑结构是如何形成的？
开始转移序列和停止转移序列的的数目决定了跨膜次数
导肽和翻译后转移
导肽
• 指导蛋白进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。
翻译后转运
• 蛋白质在细胞质中完全合成后再进入线粒体、叶绿 体和过氧化物酶体。
• 特征：
在蛋白质跨膜转运和去折叠过程（需要Hsp70 的协助） 中需要消耗ATP。
细胞结构体系的组装
➢ 细胞质基质的涵义
在膜性细胞器外面的、由流体的细胞质构成的区域。
主要成分：
• 和细胞中间代谢相关的酶类 • 细胞骨架
主要特征：
• 高度有序性 • 由弱键维持的动态平衡
细胞质基质
➢ 细胞质基质的功能
蛋白质合成、降解和修饰
细胞中间代谢
诸如：糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等
网格蛋白包被小泡:
路径：
➢ 高尔基复合体反面管网→ 细胞膜、胞内体、溶酶体或液泡 ➢ 受体介导的内吞：质膜→内吞泡→胞内体→溶酶体
9内膜系统与蛋白质分选和膜运输 中山大学研究生入学考试细胞生物学真题各章节专项整理
73.经过长期的进化，细胞发展了一套科学、规范的合成蛋白质转运的机制，确保新合成蛋白的准确、及时“上岗”，请问细胞通过哪些机制保证了蛋白及时到位行使生命的功能？（12年）
36.( )膜脂是在内质网上合成的，它的运送也是靠小泡运输的方式完
成的．（00年）
37.( )M6P受体蛋白是高尔基复合体TGN系统特有的蛋白质，它的作用是进行溶酶体酶蛋白的分选．（00年）
38.( )内质网中滞留的蛋白质之所以不能外运，是因为它们不能正确折叠．（00年）
39.( )光面内质网具有下列功能：糖原分解、解毒作用、蛋白质的糖基化以及脂的合成（00年）
A.细胞质膜中有受体，并且细胞外基质中存在与膜受体特异结合的配体
B.衔接蛋白（adaptor protein）C.网格蛋白（clathrin）
D.发动蛋白（dynamin）E.需要上述条件都存在
31.真核细胞质膜形成披网格蛋白小泡时须有皮网格蛋白、衔接蛋白、GTP-发动蛋白的存在。如果发生下列改变，请预测将会观察到何种结果？( )（09年）
22.下列细胞器中，参与蛋白质合成与运输的一组细胞器是：( )。（00年）
A.核糖体，内质网、高尔基体复合体B.线粒体、内质网、溶酶体；
C.细胞核、微管、内质网D.线粒体、溶酶体、高尔基体．
23.内质网中的IP3受体是( )。（00年）
A.二聚依：B．同源四聚体；C．异源二聚体；D.五聚体
24.下面哪一种成份不参与包被小窝的形成？( )（01年）
A.缺少衔接蛋白B.缺少皮网格蛋白C.没有发动蛋白
32.凡是在ER腔中没有正确折叠的蛋白质将被转移到胞质溶胶中的( )内进行降解。（10年）
内膜系统、蛋白质分选和膜泡运输
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提
细 炼 膜 ，
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赅
运 的 膜 阐 输 述 系 您
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观 点
统
。
、
目录
壹
细细 胞胞 内质 膜基 系质 统的 及涵 其义 功与 能功
能
貳
内 质 网
叁
高 尔 基 体
肆
溶 细酶 胞体 内与 蛋过 白氧 质化 的物 分酶 选体 与 膜 泡 运 输
具有异质性，由单层膜围绕而成。
过氧化物酶体中常含有两种酶：
○ 依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成 H2O2；
○ 过氧化氢酶，作用是将H2O2分解，形成水和氧气。
Peroxisome of hepatocyte
特征 形态大小
酶种类 pH 值 是否需O2 功能 发生
识别的标志酶
异质性（heterogenous）的细胞器 。
初级溶酶体（primary lysosome）
由高尔基体分泌形成， 含多种酸性水解酶。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
次级溶酶体（secondary lysosome）
是正在进行或完成消化作 用的溶酶体，分为自噬溶 酶体和异噬溶酶体。由初 级溶酶体与胞吞泡或自噬 泡或异噬泡融合形成。
溶酶体 多呈球形，直径0.2～0.5μm， 无酶晶体 酸性水解酶 5 左右 不需要 细胞内的消化作用 酶在粗面内质网合成经高尔基体 出芽形成 酸性水解酶等
微体 球形，哺乳动物细胞中直径多在 0.15～ 0.25μm，内常有酶的晶体 含有氧化酶类 7 左右 需要 多种功能 酶在细胞质基质中合成，经分裂 与组装形 成 过氧化氢酶
【细胞生物学】内膜系统与蛋白质分选和膜运输2
●狭义：高尔基体外侧网络的分选作用
●分选作用主要 是由信号序列和 受体之间的相互 作用决定的
9.4 溶酶体(lysosome)
◆动物细胞内的一种细胞器
◆小球状,直径一般0.25～0.8μm, 由一层单位膜包被
◆溶酶体含有50多种水解酶类，
在细胞内起消化和保护作用
◆当细胞被损伤时，溶酶体可
释放出水解酶类，使细胞自溶
生产加工流水线
酶 顺面 脂肪酰基转移酶 √ 甘露糖苷酶 Ⅰ √ 乙酰葡萄糖胺转移酶 Ⅰ 甘露糖苷酶 Ⅱ NADPase 磷酸酶 腺苷酸环化酶 √ 5＇核苷酶 √ 酸性磷酸酶 核苷二磷酸酶 唾液酸转移酶 硫胺素焦磷酸酶 半乳糖基转移酶
中间膜囊 反面
√ √ √ √ √ √
√ √ √ √ √ √ √
高尔基体的功能
●N-乙酰葡萄糖苷酶（内质网） ●N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶（TGN）
信号斑
◆M6P受体蛋白(M6P receptor protein)
●M6P 受体蛋白在 pH 为 6.5 ～ 7 的条件下与 M6P 结合 ●在酸性条件下(pH=6)脱落 ●M6P受体蛋白主要存在于高尔基体外侧网络 ●在某些细胞中 M6P 受体蛋白也存在于细胞质 膜上。？
甘油三酯和磷脂 解毒作用 P450的作用 Ca2+离子浓度的调节作用 Ca2+-ATP酶
糖原分解与游离葡萄糖释放
葡萄糖磷酸化酶 葡萄糖磷酸易位酶 葡萄糖-6-磷酸酶
乙酰辅酶A
磷脂的合成
脂酰辅酶A 磷酸甘油 二酰甘油
翻转酶
光面内质网的解毒作用
在混合氧化酶、NADPH、O2共同作用下
脂溶性有毒物
从CGN向TGN的运输
高尔基潴泡的融合和
真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
细胞质基质的涵义与功能 细胞内膜系统及其功能 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输
一、细胞质基质的概念
在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。细 胞质基质是细胞的重要的组分，其体积占细胞质的一半。
主要成分： 中间代谢有关的数干种酶类，细胞质骨架结构，糖原、脂滴
酶、抗体、多肽类激素等。以分泌泡的形式通过胞吐作用 输送到细胞外。 • 膜的整合蛋白
质膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜上的膜蛋白。
3.1.1 蛋白质合成是糙面内质网的主要功能
• 构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白 内质网、高尔基复合体、溶酶体、胞内体、小泡和植物液
泡
蛋白质合成
其它的蛋白质是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的： (a)细胞质基质中的驻留蛋白,如糖酵解酶和细胞骨架蛋白。 (b)质膜内表面的外周蛋白, 如血影蛋白和锚蛋白。 (c)核输入蛋白。 (d)将掺入到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的蛋白。
在ER腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上。当与糖基 化有关的氨基酸残基出现后，通过位于膜上的糖基转移酶的作用 下，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。
糖基化的类型与发生部位
N—连接的糖基化：发生在内质网中 （天冬酰胺残基Asn）+（N—乙酰葡糖胺） O—连接的糖基化：发生在高尔基中 （丝氨酸/苏氨酸 or羟赖氨酸/羟脯氨酸）+（N—乙酰半乳糖胺）
网常为分支管状、形成较为复杂的立体结构。 主要功能：是脂质合成的重要场所。所占的区域通常较小
，往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转 移到高尔基体内。
3.1 RER的功能
细胞生物学课后习题答案
细胞生物学第一章细胞概述1 举例说明细胞的形态与功能相适应。
细胞形态结构与功能的相关性与一致性是很多细胞的共同特点。
如红细胞呈扁圆形的结构，有利于O 2 和CO 2 的交换。
高等动物的卵细胞和精细胞不仅在形态、而且在大小方面都是截然不同的。
2 真核细胞的体积一般都是原核细胞的1000 倍，真核细胞如何解决细胞内重要分子的浓度问题？真核细胞为了解决细胞内重要分子的浓度问题，出现了特化的内膜系统，使一些反应局限于特定的膜结合的细胞器，这样，一些重要反应的分子浓度并没有被稀释。
3 组成蛋白质的基本构件只是20 种氨基酸，为什么蛋白质却具有如此广泛的功能？根本原因是蛋白质具有几乎无限的形态结构，因此蛋白质仅仅是一类分子的总称。
换句话说，蛋白质之所以有如此广泛的作用，是因为蛋白质具有各种不同的结构，特别是在蛋白质高级结构中具有不同的结构域，而这种不同的空间构型使得蛋白质能够有选择地同其他分子进行相互作用，这就是蛋白质结构决定功能放入特异性。
正是由于蛋白质具有如此广泛特异性才维持了生命的高度有序性和复杂性。
4 为什么解决生命科学的问题不能不仅靠分子生物学而要靠细胞生物学？第二章细胞生物学研究方法第三章细胞质膜和跨膜运输1 有人说红细胞是研究膜细胞结构的最好材料，你能说说理由吗？①首先是红细胞数量大，取材容易（体内的血库），极少有其他类型的细胞污染。
②其次，成熟的哺乳动物的红细胞中没有细胞核和线粒体等膜相细胞器，细胞质膜是它唯一的膜结构，所以在分离后不存在其他膜污染问题。
2 十二烷基磺酸钠（SDS）和TritonX-100 都是去垢剂，哪一种可用于分离分离有生物功能的膜蛋白？SDS 是离子型的去垢剂，不仅可使细胞膜崩溃，并与膜蛋白的疏水部分结合使其分离，而且还破坏膜蛋白内部的非共价键，使蛋白质变性，故不宜用于分离膜蛋白。
TritonX-100 是非离子型的去垢剂，它可以使膜脂溶解，又不会使蛋白质变性。
故用于分离膜蛋白。
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。
8、蛋白质分选：细胞中绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，随后或在细胞质基质中或转至糙面内质网上继续合成，然后，通过不同途径转运到细胞的特定部位并装配成结构与功能的复合体，参与细胞的生命活动的过程。
又称定向转运。
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________________。
二、判断题，正确用T表示, 不正确用F表示(每题1分，共10分)1.蛋白质合成分选有两种情况：先合成再分选和先分选再合成。
（）2.细胞核因为核膜上面有核孔，因此属于无膜障碍的蛋白质分选定位。
（）3.信号序列完成了知道蛋白质运输任务之后常常再次转变成其他蛋白质的信号肽。
9.内膜系统与膜运输
9.1.1膜结合细胞器与内膜系统
关于真核细胞中具有膜结构的细胞器的总体描述通常有三个概念:
(膜结合细胞器(membrane-bound organelles)或膜结合区室(membrane-bound compartments)
(膜结合细胞器在细胞内的分布
膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的(图9-2)。
图9-2 动物细胞中膜结合的细胞器及分布
细胞内的空间为胞质溶胶,里面被一些膜结合的细胞器分隔成许多区室,每个区室至少有一层单位膜包裹,如细胞核、高尔基体、内质网、溶酶体、线粒体等。
图9-4 核膜和ER膜进化的可能途径
(内膜系统形成的意义
内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有十分重要的意义。内膜系统的形成, 使得真核细胞内部结构复杂化了, 正是这种复杂化, 保证了细胞生命活动的顺利进行。
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?
Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser- Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu- 输入细胞核 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-
输入过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu- 说明: +H3N 代表氨基端; COO-代表羧基端。
图9-7 信号序列在蛋白质分选中的作用
(a)具有ER定位信号序列的蛋白质被运输到ER中,而没有引导序列的蛋白质存在于胞质溶胶中。(b)通过重组DNA技术将引导序列与胞质溶胶的蛋白基因重组,表达的胞质溶胶蛋白被定位到ER, 相反,被剥夺了ER定位信号的蛋白质则只能存在于胞质溶胶中。该实验说明引导序列对所引导的蛋白质没有特异性。
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(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。
②粗面内质网膜结合核糖体的蛋白质运输：信号假说。
信号序列，SRP识别信号肽、停止翻译、识别停靠蛋白，停靠蛋白，蛋白质运输通道，袢环状过膜。
起始转移信号（信号序列及内部信号序列）与蛋白质运输通道受体位点结合，停止转运信号和内部信号序列决定穿膜次数。
信号序列被信号肽酶切除，内部信号序列保留。
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概念：内质网是由一层单 位膜所形成的囊状、泡状 和管状结构，并形成一个 连续的网膜系统。由于它 靠近细胞质的内侧，故称 为内质网。
ER有三种基本的形 态:
1. 扁平囊状排列 2. 管道状排列 3. 小泡状排列 上述3种形状均是可 相互转换
内质网的两种基本类型
糙面内质网（RER:rough endoplasmic reticulum） 光面内质网(SER:south endoplasmic reticulum)
● 终止转移信号序列：使肽链停靠在内质网膜上终止转移的一 段信号序列，不会被切除
转运过程中仅有N端信号序列的蛋 白质：N端序列要被信号肽酶切除 而成为分泌蛋白
内部信号与单次跨膜：
较多正端氨基酸侧朝向胞质，导致 跨膜蛋白的N端和C端位置不同
终止转移信号与单次跨膜
条件：一个N端信号序列+ 一个终止转移序列
过氧化物酶体 400 1
溶酶体
300 1
内体
200 1
内体
内吞物质的分选
线粒体
通过氧化磷酸化合成ATP
叶绿体
进行光合作用
2
过氧化物酶体 毒性分子的氧化
■ 膜结合细胞器在细胞内的分布和进化途径
■ 内膜系统的动态性质
3
■内膜系统形成的意义
① 内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行不仅提 高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性
没找到与内质网结合的合 理解释，只能以自由碰撞说 明？？
■ 新蛋白复合物的发现
信号识别颗粒SRP （signal recognition particle）：是一种核 糖核蛋白颗粒
3个功能位点： ●信号肽识别结合位点 ●翻译暂停结构域 ● SRP受体蛋白结合位点
SRP的受体： （又称停泊蛋白docking
❖ 分泌蛋白 ❖ 膜整合蛋白 ❖ 溶酶体蛋白
真核细胞中膜结合核糖体和游离核糖体合成的某些蛋白
膜结合核糖体
分泌蛋白（分泌到细胞外） 肽类激素 生长因子 消化酶类 血清蛋白 细胞外基质蛋白
释放到ER腔中的蛋白（驻留蛋白） RER中的酶类 高尔基复合体的酶 溶酶体的酶 整合膜蛋白 ER膜的糖蛋白 高尔基体的膜糖蛋白 溶酶体膜糖蛋白 质膜糖蛋白 核膜糖蛋白 脂锚定质膜蛋白 质膜的外周蛋白(位于质膜的外侧面)
诱导肝细胞中各种酶活性，从而合成糖原
2.类固醇激素的合成
分泌内固醇激素的细胞：肾上腺细胞、睾丸间质细胞、黄体 细胞，均含丰富的光面内质网
光面内质网上含有类固醇激素合成的酶系： 能合成胆固醇，并氧化、还原、水解胆固醇转变成各种类固醇 激素。
3. 对Ca2+离子的调节作 用
光面内质网上重要的膜蛋白： Ca2+ -ATP酶 作用：将细胞质中多余的Ca2+储存在内质网中
■ 内质网的化学组成
●膜含60%的蛋白和40%的脂类，没有或很少含胆固醇 ●约30多种膜整合蛋白，另有30多种位于ER网腔。
● 蛋白质与脂 ● 代谢酶系 ● 细胞色素P450与电子传递链 ● 标志酶 内质网的标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶
内质网的功能--------之------光面内质网的功能
1
糖
与 分 泌 相 关 的 不 同 酵 母 突 变 体
突变体研究揭示了分泌活动的相关基因及分泌的机理
9.2 内 质 网(endoplasmic reticulum，ER)
■ 概述
1945年，著名超微结构学家Porter和Claude，在电镜下观察 组织培养的鸡胚成纤维细胞时，发现有各种大小的管道相连 成网状，并多处在细胞质的内质部位，故定名为内质网。
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 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 ④ 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
9.1.2 内膜系统与蛋白质分选(protein sorting)
2.防止新合成蛋 白质在转运过程 中变性或断裂
■ 蛋白质在内质网中的修饰
● N-连接糖基化(N-linked glycosylation) ● 羟基化(hydroxylation) ● 酰基化形成脂锚定蛋白
●当穿过ER膜的蛋白质上出现Asn残基时，
糖 基
在糖基转移酶的作用下将磷酸多萜醇上的
化
14个糖分子转移到Asn残基上，形成具糖链
作用：
在蛋白质合成中将 核糖体引导到内质 网, 之后被信号肽酶 切除。
ER跨膜可切除信号的一般结构
● 早期的信号假说（Signal hypothesis）
1975年，Blobel和Dobberstein提出信号假说
(1)分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体; (2)合成的N-端信号序列露出核糖体后，靠自由
protein，DP）
SRP对无信号序列的蛋 白质无作用
SRP和DP都是单体G蛋白，活性受GAP和GEF调节 G蛋白在蛋白质转运中的作用
■完整的信号假说（Signal hypothesis）
完整信号假说的主要内容：
（1）内质网转运蛋 白质的起始。 （2）信号序列与 SRP结合。 （3）核糖体附着到 内质网上。 （4）SRP释放与蛋 白质转运通道（易 位子）打开 （5）随着SRP的释 放，蛋白质的合成 重新开始，并向内 质网腔内转运。 （6）信号肽酶切除 信号序列（若为N端 信号）。
12
两个重要概念:
● 微粒体(microsome): 在细胞匀浆和差速离心过程中获 得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状 结构,含有内质网膜和核糖体颗粒，在体外实验中,具有蛋白 质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。
● 肌质网(sarcoplasmic reticulum) :心肌和骨骼肌细胞中 的一种特殊的内质网,其上有钙泵，功能是参与肌肉收缩 活动。
混合功能氧化酶将底物羟基化的机制
小结：光面内质网的功能
1.糖原分解释放游离的葡萄糖 2.类固醇激素的合成 4. 对Ca2+离子的调节作用 5.脂的合成与转运 6. 肝细胞的解毒作用(detoxification)
9.2.3 粗面内质网的功能——蛋白质转运
●蛋白质合成 ●蛋白质修饰 ●蛋白质转运
❖ 膜结合核糖体上合成 的蛋白:
膜
蛋
移信号+内部信号+终止转移信号、、、
白
偶数次跨膜： 内部信号+终止转移信号、、、
翻译后蛋白的 转运
需要分子伴侣的 帮助： HSP70家族帮助 解折叠； HSP60帮助蛋白 折叠
需要分子伴 侣帮助解折 叠和折叠
■ Bip(Hsp70家族)在ER蛋白的转移和装配中的作用
1.BIP结合未折 叠或不正确折 叠的蛋白质， 并帮助这些蛋 白进行正确的 折叠
■信号序列指导蛋白质的正确运输
信号序列：15－60个aa长度，不同的膜结合细胞 器具有不同的蛋白质定位的信号序列
蛋白质的准确定 位必须靠信号序 列引导
信号序列没有特 异性
到达不同部位的 蛋白质其信号序 列不同
9.1.3 内膜系统的研究方法
De Duve, A.Claude and G.Palade,1974 Nobel Prize 1.同位素示踪技术
原
受胰高血糖素和肾上腺素控制
分
解
释
触发PKA和PKC级联放大反应
放
游
离 的
血液中葡萄糖浓度的增加
葡
萄
糖
血糖过高：糖尿病！
问题：细胞通过何种方式维持血液中葡萄 糖水平的恒定?
血液中葡萄糖增加：信号触发胰岛A细胞和肾上腺细胞 释放激素，激活PKA和PKC途径
血液中葡萄糖降低：胰岛B细胞分泌胰岛素
促使肌肉和脂肪细胞膜上葡萄糖运输蛋白增加
4. 脂的合成与转运：磷脂酰胆碱的合成； 磷脂的合成和转运
在光面内质网膜中合成磷脂酰胆碱
磷脂转位因子在磷脂转运中的作用 属ABC转运器家族蛋白
磷脂的转运
膜泡运输
磷脂转运 蛋白PEP 运输
4.肝细胞的解毒作用
光面内质网上的细胞色素P450通过将有毒物质氧化、还原、 水解，使其由脂溶性转变成水溶性而排出。
碰撞与内质网膜接触，后靠N-端信号序列的 疏水性插入内质网的膜; (3)蛋白质继续合成，并以袢环形式穿过内质网 的膜; (4)如果合成的是分泌的蛋白，除了信号序列被 信号肽酶切除外，全部进入内质网的腔，若 是膜蛋白，则由一个或多个停止转移信号将 蛋白质锚定在内质网膜上。
早期信号假说发
现了蛋白质的“地 址签” 获得1999 年诺贝尔医学/生 早理期奖信号假说存在问题：
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（7）蛋白质合成结
膜蛋白的共翻译转运机理
● N端信号序列：被SRP识别，引导多肽穿内质网膜，后被信号 肽酶切除
● 内部信号序列(internal signal sequence) ：被SRP识别， 引导多肽穿内质网膜。是疏水性氨基酸，并且不会被切除
● 起始信号序列：能够被SRP识别并引导穿膜的序列， 包括：N端信号序列 和 内部信号序列
■ 蛋 白 质 分 选 定 位 的 时 空 概 念
5
■ 蛋白质分选定位的空间障碍及运输方式
核孔运输：将蛋白质运输到细胞 核中
入核信号：指导核蛋白的运输
跨ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ运输：跨膜性细胞器的运输 导肽：指导线粒体、叶绿体和过
氧化物酶体蛋白的运输
小泡运输：通过膜融合形成小泡 包裹蛋白的运输方式
信号肽：指导分泌蛋白质运输
终止转移信号与二次跨膜
条件：一个中间信号序列+一个 终止转移序列
起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
分泌蛋白（可溶性蛋白）：只有一个N端信号序列，引导后蛋白质进 入内质网后被信号肽酶切除