细胞生物学之笔记--第5章

第五章细胞的内膜系统与囊泡转运第一节内质网#内质网膜的蛋白分析，表明膜中含有酶至少30多种，分三种类型①与解毒相关的酶系氧化反应电子传递酶系②与脂类物质代谢功能相关eg 脂肪酸CoA连接酶③与碳水化合物代谢功能相关葡萄糖-6磷酸酶（内质网的主要标志酶）内质蛋白（reticulo-plasmin）#内质网的形态结构①膜性三维管网结构系统，基本“结构单位”-小管（ER tubular）、小泡（ER vesicle）扁囊（ER lamina）平均厚度5~6nm②内质网向内与核膜沟通，向外与高尔基体、溶酶体等转换成分③同一组织细胞中，内质网的数量和结构的复杂程度往往与细胞的发育程度成正相关#内质网的基本类型根据电镜观察，内质网分为粗面内质网(rough endoplasmic reticulum, RER) 和滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum, SER)①糙面内质网表面有核糖体附着多呈扁平囊状，参与分泌型蛋白质和多种膜蛋白的合成、加工和转运分泌肽类激素和蛋白的细胞中，RER高度发达；肿瘤细胞、未分化细胞则很少②光面内质网是呈表面光滑的管泡样网状形态结构滑面内质网与粗面内质网相通，是多功能细胞器；在不同细胞或不同生理期，结构分布和发达程度差别很大※有的细胞以RER为主，有的以SER为主，随着生理状态改变，两者可以互相转换③某些特殊的组织细胞中存在内质网的衍生结构髓样体（myeloid body）见于视网膜色素上皮细胞孔环状片层体（annulate lamellae）出现于生殖细胞、快速增值细胞、某些哺乳动物的神经元和松果体细胞及一些癌细胞内质网的功能（一）糙面内质网的主要功能是进行蛋白质的合成、加工修饰、分选及转运1.信号肽指导的分泌性蛋白在糙面内质网中合成①信号肽是指导蛋白多肽链在糙面内质网上合成与穿膜转移的决定因素。

核糖体与内质网的结合以及肽链穿越内质网膜的转移，还有赖于细胞质基质中信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）的介导和内质网膜上信号识别颗粒受体（SRP-receptor，SRP-R）以及被称之为转运体（translocon）的易位蛋白质（易位子）的协助。

②新生多肽链的折叠与装配内质网腔中氧化型谷胱甘肽（GSSG）多肽链上半胱氨酸残基之间二硫键形成的必要条件内膜腔面 蛋白二硫键异构酶PDI Protein disulfide isomerase 加快二硫键形成及多肽链的折叠速度分子伴侣（molecularchaperone ）在其羧基端有一KDEL 驻留信号肽。

是细胞内蛋白质质量监控的重要因子。

协助蛋白质的折叠转运，本身不参与最终产物的形成。

免疫球蛋白重链结合蛋白BiP阻止蛋白质聚集或发生不可逆变性，协助蛋白质折叠（与热激蛋白70同源） 内质蛋白endoplasmin 又称葡萄糖调节蛋白94，内质网标志性分子伴侣，参与新生肽链的折叠和转运钙网蛋白calreticulin 在钙平衡调节、蛋白质折叠和加工、抗原呈递、血管发生及凋亡……与钙离子结合 钙连蛋白calnexin与未完成折叠的新生蛋白质的寡糖链结合，以避免蛋白质彼此的凝集和泛素化；组织折叠尚不完全的蛋白质离开内质网，并促使其完全折叠③蛋白质的糖基化（glycosylation ）主要是寡糖与天冬氨酸残基侧链上的氨基团的结合，（N-链接糖基化），糖基转移酶催化，始于一共同前体-14寡糖（2个N-乙酰葡萄糖胺+9甘露糖+3葡萄糖）最后，寡糖转移酶 催化 14寡糖链 连接到 新生肽链 的特定 三肽序列：Asn-X-Ser 或Asn-X-Thr（X是除Pro之外的任何氨基酸）的Asn上。

糖基化后的新生肽链，寡糖链末端的2个葡萄糖残基被移去，残留的葡萄糖残基结合内质网膜上的分子伴侣，然后在分子伴侣帮助下完成折叠，被移去最后一个葡萄糖残基，包装外送；错误折叠导致肽链的疏水基团外露，被GT（监控酶）识别并重新连接1个葡萄糖，重新结合分子伴侣进行折叠④蛋白质的胞内运输。

“出芽”A.转运小泡进入高尔基复合体，加工浓缩，分泌颗粒排吐到细胞外。

B.内质网膜泡→大浓缩泡→酶原颗粒→排出细胞。

（仅见于哺乳类胰腺细胞）2.信号肽指导的穿膜驻留蛋白插入转移的可能机制（1）单次穿膜蛋白插入转移机制A.新生肽链共翻译插入（cotranslation insertion）驻留蛋白含有位于肽链N端的起始转移信号肽，停止转移信号肽（特定氨基序列，疏水区段）。

当停止转移肽进入转运体，转运体与之作用，从活性状态变为失活状态，终停止对肽链的转移，停止转移肽形成α-螺旋结构，当信号肽被切除，肽链的N-端朝向内质网腔B.由内信号肽（internal signal peptide）介导的内开始转移肽（internal start-transfer peptide）插入转移机制。

当内信号肽到达移位子时，被保留在内质网膜的脂双层中，成为跨膜α-螺旋结构；若内信号肽的N-端比C-端有更多带正电氨基酸残基，则C-端插入内质网腔；反之，肽链插入方向相反。

（书P110图）（2）多次穿膜蛋白质转移插入。

≥2个疏水性开始转移肽、停止转移肽结构序列。

认为多次跨膜蛋白石以内信号肽作为其开始转移信号的。

3.糙面内质网是蛋白质分选的起始部位游离核糖体合成的胞内蛋白包括：A非定位分布的细胞质溶质驻留蛋白。

B定性分布的胞质溶质蛋白C核蛋白D线粒体、质体等半自主性细胞器所必须的核基因编码蛋白。

信号肽被视为蛋白质分选的初始信号。

信号斑（signal patch）是重要的蛋白质分选的分选转运信号。

（二）光面内质网都是作为脂类物质合成主要场所的多功能细胞器1.光面内质网参与脂质的合成和转运2.光面内质网参与糖原的代谢3.光面内质网是细胞解毒的主要场所4.光面内质网是肌细胞钙离子Ca2+ 的储存场所5.光面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关第二节高尔基复合体（Golgi complex）一、高尔基复合体的形态结构（一）高尔基复合体是由三种不同类型的膜性囊泡组成的细胞器1.扁平囊泡（现统称潴泡cisternae）最具特征的主体结构。

每3~8个潴泡整齐排列→高尔基体堆（Golgi stack）宽≈15~20nm；囊泡相距20~30nm。

朝细胞核=凸面=顺面（cis-face）=形成面（forming face）≈6nm≈内质网膜；朝细胞膜=凹面=反面（trans-face）=成熟面（mature face）≈8nm≈细胞膜厚度。

2.小囊泡（现统称小泡vesicle）聚集于形成面，是直径40~80nm的膜泡，多数是光滑小泡，较小的是有被小泡——内质网芽生、分化而来，也称运输小泡（transfer-vesicle）功能①完成从内质网向高尔基体的物质转运②使潴泡的膜结构及其内含物不断地更新、补充3.大囊泡（现统称液泡vacuole）见于成熟面的分泌小泡（secretory vesicle），直径0.1~0.5nm，由扁平状高尔基潴泡末端膨大、断离形成。

（二）高尔基复合体具有显著的极性形态结构、化学组成、功能不同，由顺面到反面以此分为三个组成部分1.顺面高尔基网（cis-Golgi network）连续分分支的管网状结构，显示嗜锇反应的化学特征（电镜下，用锇酸进行染色……结合性强）功能①分选来自内质网的蛋白质和脂类，A大部分转入到高尔基中间膜囊B小部分重新送返内质网而成为驻留蛋白②进行蛋白质修饰的O-链接糖基化&穿膜蛋白在细胞质基质侧结构域的酰基化2.高尔基中间膜囊（medial Golgi stack）多层间隔囊、管结构，①糖基化修饰②多糖&糖脂的合成3.反面高尔基体网（trans-Golgi network）①分选，分泌到细胞外/溶酶体；②一些蛋白的修饰（三）高尔基复合体在不同的组织细胞中呈现不同的分布形式细胞分布特征神经细胞围绕细胞核分布趋向于一极分布具有生理极性的细胞eg输卵管内皮、肠上皮粘膜、甲状腺和胰腺肝细胞沿胆小管分布在细胞边缘精、卵&绝大多数无脊椎动物的某些细胞中分散的分布状态非极性的细胞间期位于中心粒附近，与微管有关二、高尔基复合体的化学组成（一）脂类是高尔基复合体的基本成分高尔基体膜脂类成分，介于内质网膜与质膜之间，脂类总含量≈45%（二）高尔基复合体含有以糖基转移酶为标志的多种酶蛋白体系#糖基转移酶glycosyltransferas是高尔基复合体中最具特征性的酶，主要参与糖蛋白和糖脂的合成。

氧化还原酶NADH-细胞色素C还原酶NADPH-细胞色素还原酶磷酸酶类5’-核苷酸酶、腺苷三磷酸酶、硫胺素焦磷酸酶磷脂酶类磷脂酶A1、磷脂酶A2参与磷脂合成的溶血卵磷脂酰基转移酶、磷酸甘油磷脂酰转移酶酪蛋白磷酸激酶α-甘露糖苷酶#生化区隔化/房室化：高尔基复合体不同囊泡区间分布不同酶系#过渡性细胞器：高尔基复合体蛋白与酶的含量和复杂程度介于内质网和细胞膜间三、高尔基复合体的功能（一）高尔基复合体是细胞内蛋白质运输分泌的中转站外源性分泌蛋白具有①连续分泌continuous secretion=恒定性分泌constitutive secretion=外源性蛋白质在其分泌泡形成之后，随即排放出细胞的分泌形式。

②非连续性分泌discontinuous secretion=先储存于分泌跑中，在需要时再排放到细胞外的分泌形式（二）高尔基复合体是胞内物质加工和成的重要场所1.糖蛋白的加工和成①N-连接糖蛋白糖链的合成和糖基化修饰始于内质网，完成于高尔基复合体②O-连接糖蛋白糖链的合成和糖基化修饰主要或完全在高尔基复合体完成N-连接糖蛋白& O-连接糖蛋白的主要差别N-连接糖蛋白O-连接糖蛋白糖基化发生的部位糙面内质网高尔基复合体连接的氨基酸残基天冬酰胺丝、苏、酪、羟赖（脯）氨酸连接基团-NH2-OH第一个糖基N-乙酰葡糖胺半乳糖、N-乙酰半乳糖胺糖链长度5~25个糖基1~6个糖基糖基化方式寡糖链一次性连接单糖基逐个添加蛋白质糖基化意义：①保护蛋白质，免遭水解酶的降解②糖基化具有运输信号的作用，引导蛋白质包装运输③糖基化形成细胞膜表面的糖被，参与保护、识别、联络等重要生命活动2.蛋白质的水解加工①某些蛋白质或酶，只有在高尔基复合体被特异性水解后，才成熟或有活性；如人胰岛素、胰高血糖素、血清白蛋白等②A溶酶体酸性水解酶的磷酸化，B蛋白聚糖的硫酸化，均在高尔基复合体发生和完成（三）高尔基复合体是胞内蛋白质的分选和膜泡定向运输的枢纽可能机制：对蛋白质修饰、加工，给蛋白质带上分选信号，进行选择、浓缩，形成不同去向的运输分泌小泡运输小泡的三个去向：①溶酶体酶，以有被小泡被转运到溶酶体②分泌蛋白，以有被小泡运向细胞膜/细胞外③以分泌小泡形式在胞质中暂存，被调控释放第三节溶酶体lysosome一、溶酶体的形态结构和化学组成（一）溶酶体是一种具有高度异质性的膜性结构细胞器溶酶体由一层单位膜包裹，膜厚6nm，球形，直径0.2~0.8μm，含60多种分解所有生物活性物质的酸性水解酶，最适pH3.5~5.5一个动物细胞通常含几百个溶酶体，不同溶酶体所含酶的种类不尽相同，导致形态大小、数量分布、理化性质的高度异质性（heterogeneous）（二）溶酶体的共同特征是含有酸性水解酶尽管高度异质性，溶酶体有许多共同特征：①均是一层单位膜包裹成的囊球小体②均含丰富酸性水解酶，如蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、磷酸酶、溶菌酶等。