第七章细胞内膜系统

4、控制蛋白质的寿命 蛋白质N端的第一个氨基酸残基决定了蛋白 质的寿命。蛋白质的降解通过泛素依赖的 降解途径。 5、降解变性和错误折叠的蛋白质 6、分子伴侣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。

泛素依赖的降解途径
泛素是由 76 个氨基酸残基组成的小分子蛋 白（又称遍在蛋白）。多个泛素分子共价 结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N 端，然后由一种蛋白酶体（26s的蛋白酶复 合体）将蛋白质水解。
一、内质网
（一）、内质网简介 1945年由porter等观察培养的小鼠成纤维细胞时
发现。 内质网是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。 在不同的细胞中形态、数量差异较大。 分为糙面内质网和滑面内质网，内质网膜上有易 位子结构。 内质网与其它细胞器的关系。 微粒体与内质网。
（二）、内质网的功能
4、新生多肽的折叠与装配 内质网上合成的多肽要经过正确的折叠形成三级
结构。在内质网腔中，蛋白二硫键异构酶和Bip 蛋白对蛋白质的正确快速折叠起着重要作用。二 者都有4肽内质网驻留信号。 5、解毒功能 滑面内质网中有一些酶，能清除脂溶性废物和代 谢产生的有害物质。如P450家族酶系
第 蛋七 白章 质真 分核 选细 与胞 膜内 泡膜 运系 输统 、
第一节
细胞质基质的涵义与功能 第二节 细胞内膜系统及其功能 第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输
第一节 细胞质基质的涵义与功能
除去可分辨的细胞器外的胶状物质。其体 积约占细胞质的一半。 细胞质基质的涵义 细胞质基质的功能
初级溶酶体
从高尔基体反面膜囊脱落下来 形成，0.2-0.5um。内含多种水解酶：蛋白酶、 核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷脂酶、磷酸酶、硫酸 酶等60多种。PH为5左右。 溶酶体膜的特点 （1）膜上有质子泵 （2）膜上 有载体蛋白，用于水解产物向外转运 （3）膜蛋 白高度糖基化。 次级溶酶体 初级溶酶体与来自细胞外部的胞 饮泡、吞噬泡或内部的自噬泡融合形成的复合体。 是正在进行消化作用的溶酶体，形状不规则，较 大。
泛素依赖的降解途径
（ubiquitin –dependent pathway）
泛素是一个由76个氨
基酸残基组成的小肽， 它的作用主要是识别要 被降解的蛋白质。
26S的蛋白酶体主要
降解两种类型的蛋
白质：一类是错误
折叠的蛋白质，另
一类就是需要进行
数量调节的蛋白质。
在ATP供能的情况 下泛素的C端与非特异 性泛素激活酶E1的半胱 氨酸残基共价结合，形 成E1-泛素复合物。 E1泛素复合物再将泛素转 移给另一个泛素结合酶 E2。E2则可以直接将泛 素转移到靶蛋白赖氨酸 残基上，但在通常情况 下靶蛋白泛素化需要一 个特异的泛素蛋白连接 酶E3。
内质网是典型的异质性细胞器,在细
胞分裂时，内质网要经历解体和重建 的过程； 内质网的存在增大了细胞内膜的表面 积，为酶反应提供了结合位点； 内质网形成的封闭体系，将内质网上 合成的物质与细胞质基质中合成的物 质分隔开来，更有利于它们的加工和 运输。
（二）、内质网的功能
1、蛋白质的合成是粗面内质网的主要功能 所有蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的核糖 体。一部分蛋白质刚开始合成后不久便和核糖体 一起转移到内质网膜上继续合成，肽链一边延伸 一边穿过内质网膜进入内质网腔。主要包括： （1）向细胞外分泌的蛋白质 （2）细胞膜、内质网、高尔基体、溶酶体膜上 的膜整合蛋白 （3）构成细胞器中（内质网、高尔基体、溶酶 体、胞内体）的可溶性驻留蛋白
1、高尔基复合体的形态结构
形态多变、大小不一，最富有特征的结构是4—8 个排列较整齐的扁平膜囊构成主体结构，扁平膜 囊多呈弓形、也有半球形、球形，膜囊周围有大 小不等的囊泡。
二、 高尔基复合体
Leabharlann Baidu2、有极性
在细胞中有恒定的位臵；物质从一侧进入， 从另一侧输出。 靠近核的一面（凸面）为形成面（forming face）或顺面（cis face），面向细胞膜的 一面（凹面）称成熟面（mature face）或 反面（trans face）。
细胞质基质的功能
1、许多中间代谢过程都在细胞质基质中进行 2、细胞质基质中细胞骨架具有多种功能 3、参与蛋白质的修饰
（1）辅酶或辅基与酶的共价结合 （2）磷酸化与去磷酸化：调节蛋白质的生物学 活性。 （3）糖基化 （4）对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰—不易 被细胞内的蛋白水解酶水解，使蛋白质在细胞中 维持较长的寿命。 （5）酰基化
（二）、内质网的功能
2、光面内质网是脂质合成的重要场所 内质网合成几乎全部的膜脂。
合成磷脂酰胆碱的过程：
磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向细 胞质基质。 磷脂的翻转： 在磷脂转位因子的作用下，新合成的脂类分子会 由细胞质基质侧转向内质网腔面。它对于脂类的 识别具有特异性，它对于头部为胆碱的脂类（鞘 磷脂和磷脂酰胆碱）转位能力最强，因此导致了 脂类分子在膜上分布成分的不对称性。
与之结合的氨基 酸残基 最终长度 第一个糖残基
蛋白质糖基化的生物学意义
糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成 正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖侧链 影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。 对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白 质的分选信号。 进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限 制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可 能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同 时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。 与细胞识别有关。
3、高尔基复合体由3个相互联系的部分组成 （1）高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基管网状结
构： 位于顺面最外侧的扁平膜囊，是中间多孔 而呈连续分支状的管网结构，接受来自内质网的 物质，大部分经分类后进入中间膜囊，小部分返 回内质网。还是发生O-连接的糖基化的部位，跨 膜蛋白发生酰基化的部位。 （2）高尔基体中间膜囊： 由扁平膜囊与管道组 成，有很大的膜表面。多数糖基化、糖脂的形成 及与高尔基体有关的多糖合成都发生在中间膜囊
肝 脏 星 形 细 胞 中 各 种 溶 酶 体
次级溶酶体
残余体
（后溶酶体、末期溶酶体） 经过消化后，有用的物质经膜上的载体蛋 白转运至胞质重新利用，未消化物质留在 溶酶体中形成残余体，残余体有的通过胞 吐作用排出细胞，有的留在细胞内。 溶酶体的标志酶是酸性磷酸酶。 植物圆球体、糊粉粒、液泡具有溶酶体的 功能。
3、将蛋白水解为活性物质 很多肽激素和神经多肽要在与TGN膜结合的蛋白
水解酶的作用下水解才能成为有活性的多肽。 几种加工方式：1、在高尔基体中切除N端或两 端的序列形成成熟的多肽，如胰岛素、胰高血糖 素、血清蛋白等。2、合成时为多个相同重复序 列，在高尔基体中水解为多个相同的活性多肽， 如神经肽。3、同一蛋白质前体可以加工成不同 的产物

内质网上进行N-连接的糖基化:
糖的供体为核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、
UDP-N-乙酰葡糖胺。
糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇 再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-
（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。 X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。
（3）、高尔基体反面膜囊及反面网状结构
。 PH值比其它部位低。参与蛋白质的分类与包装， 最后从高尔基体输出。还发生一些蛋白质的修饰。 高尔基体周围有大小不等的囊泡:顺面的称为 “小泡”（40-80nm)，反面的称为“液泡” （100-500nm) 高尔基体与细胞骨架关系密切。在非极性细胞中 ，高尔基体分布在MTOC(负端)
4、进行膜的转化功能
高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都 处于内质网和质膜之间，因此高尔基体在进行着 膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高 尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜 融合，使新形成的膜整合到质膜上。
三、溶酶体
（一）、溶酶体简介
1、溶酶体是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶 类的囊泡状细胞器。 2、溶酶体的发现：生化证据。 3、形态大小差异较大。一般为球形。数目差异 也较大。 4、结构类型 异质性细胞器，分为初级溶酶体、次级溶酶体、 残余体
4、高尔基体不同部位的化学标志 （1）顺面膜囊有嗜锇反应 （2）反面1-2层膜有焦磷酸硫胺素酶的化学反应 （3）靠近trans面的一些膜囊状和管状结构有胞
嘧啶单核苷酸酶的化学反应 （4）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶是高尔基体 中间膜囊 的标志酶
（二）、高尔基体的功能
高尔基体是细胞内大分子运输的重要交通枢纽， 还是糖类合成的工厂。 1、高尔基体与细胞的分泌活动 放射自显影技术跟踪胰腺腺泡细胞蛋白质合成。 内质网上合成的蛋白质包括分泌性蛋白、细胞膜 上的膜蛋白、溶酶体中的酶、细胞外基质成分等 都是经高尔基体分泌出去的。 部分溶酶体酶的分选依赖6-磷酸甘露糖标志。 蛋白质在高尔基体中分选及转运的信息存在于编 码蛋白质的基因本身。
分子伴侣（molecular chaperones）
细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成 的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位 相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配， 这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因 此称为分子伴侣。
分 子 伴 侣
细胞质基质与胞质溶胶是两个不同的概念。
第二节 细胞内膜系统及其功能
细胞内膜系统：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， 主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞 内体和分泌泡等。 细胞内膜系统的动态性质：将细胞的合成 活动、分泌活动、内吞活动连成一个动态 网络。
内膜系统将细胞中的
生化合成、分泌和内 吞作用连接形成动态 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；细胞通过内 吞途径将细胞外的物 质送到溶酶体降解。
细胞质基质的概念：真核细胞的细胞质中，
细胞质基质的涵义
细胞质基质的成分：
1、与代谢相关的数千种酶类及其它一些蛋 白质 2、细胞质骨架（微丝、微管、中间纤维） 3、各种代谢中间产物，如脂类、糖、氨基 酸、核苷酸、核苷酸衍生物等。 细胞质基质的主要特点： 细胞质基质是一个高度有序的体系； 通过弱键的相互作用处于动态平衡的结构体 系。
二、内质网的功能
6、合成类固醇激素（生殖腺内分泌细胞和肾
上腺皮质）

7、储存Ca 2+的功能 内质网膜上有Ca 2+— ATP酶，将细胞质基 质中的Ca 2+泵入内质网。内质网膜上还有 Ca 2+离子通道，接受信号后释放Ca 2+，肌 肉细胞中的内质网特化为肌质网。

二、 高尔基复合体
高尔基复合体的发现 （一）、高尔基复合体简介
（二）、内质网的功能
磷脂的转运：合成的磷脂由内质网向其它膜转
运的方式主要有两种：一种是以出芽方式转移到 高尔基体、溶酶体和细胞膜上，另一种方式是通 过磷脂转换蛋白转移磷脂到线粒体或过氧化物酶 体。
（二）、内质网的功能
3、蛋白质的修饰与加工 N-连接的糖基化（发生在ER腔面）
在ER腔中进行的蛋白质糖基化主要是N-连接 的糖基化。N-乙酰葡萄糖胺连接到蛋白质的天冬 酰胺残基侧链的氨基上。 所有N-连接的糖链都来源于同一14糖残基的寡 糖链。 酰基化（发生在胞质侧） 羟基化、二硫键的形成等。
2、蛋白质的糖基化及其修饰 (1)蛋白质的糖基化类型：
N-连接的糖基化与O-连接的糖基化。 (2)两种糖基化形式的比较：见表。 (3)蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 (4)蛋白聚糖的合成 (5)参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶 质。

特征 合成部位
合成方式
N-连接与O-连接的寡糖比较 N-连接 O-连接 糙面内质网 高尔基体 来自同一个寡糖 一个个寡糖加上去 前体 天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸、 羟脯氨酸、羟赖氨 酸 至少5个糖残基 一般1-4个糖残基， ABO血型抗原较长 N-乙酰葡萄糖胺 N-乙酰半乳糖胺等