第九章 内膜系统与蛋白质分选和膜运输
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
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
高中生物奥赛辅导—真核细胞内膜系统、蛋白质分选和膜泡运输 ppt课件
三、高尔基体的主要功能
1、参与细胞分泌活动
• 如RER上的核糖体合成的Pr→进入ER腔→以出芽
形成囊泡→进入CGN→在medial Gdgi中加工→在 TGN形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出。
Caro等1965年用3H-leu证实了这一过程。 3分钟放射性在RER，17分钟在高尔基体， 37分钟分泌颗粒，117分钟细胞顶端。
高中生物奥赛辅导—真核细胞内膜系统、蛋白质分选和膜 泡运输 ppt课件
本章内容提要：
第一节 细胞质基质的涵义与功能
一、细胞质基质的涵义
二、细胞质基质的功能
第二节 细胞内膜系统及其功能
一、内质网的形态结构与功能 二、高尔基体的形态结构与功能
三、溶酶体的形态结构与功能 四、过氧化物酶体的发生
第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输
⑶ 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白 的降解。
• 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，分别称之为自噬溶酶体 （ autophagolysosome） 和 异 噬 溶 酶 体 （phagolysosome），二者都是进行消化作用的溶酶体。 含有活性的酸性水解酶。
种酸性水解酶类的囊状细胞器，其主要功能是 进行细胞内的消化作用。
• 溶酶体是一种异质性细胞器，根据溶酶体的不
同生理阶段，可分为初级溶酶体（primary lysosome）、次级溶酶体（secondary lysosome）和残余体（residual body）。
• 初级溶酶体呈球形不含明显的颗粒物质，外面由
1.清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的 细胞
2.防御功能 3.其它重要的生理功能
⑴ 作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养； ⑵ 在分泌腺细胞中，溶酶体常常含有摄入的分泌颗粒，可 能参与分泌过程的调节； ⑶ 某些特定细胞编程性死亡及周围活细胞对其清除； ⑷ 精子的顶体（acrosome）相当于特化的溶酶体，在受精 过程中的能溶解卵细胞膜。
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。
内膜系统、蛋白质分选和膜泡运输
击 此
七 白 处
添
质 章 加
正 文
， 文
分 字 真 是
您
选 思 核 想 与 的
提
细 炼 膜 ，
请
胞 言 泡 简 内 意
赅
运 的 膜 阐 输 述 系 您
的
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
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
D. 来自顺面高尔基体的蛋白质比来自反面高尔基体的蛋白质短35. （）转运内吞是一种特殊的内吞作用，受体和配体在内吞过程中并未作任何处理，只是从一个部位转运到另一个部位。
（99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)50. （）所有的细胞都含有糙面和滑面内质网。
（06年）51. （）所有进入早期内体的分子都毫无例外地进入后期内体，在那里与新合成的酸性水解酶会和并最终在溶酶体中被水解。
（09年）52. （）溶酶体的膜含有蛋白质泵，可用ATP水解释放的能量将质子泵出溶酶体，从而维持了溶酶体腔的低pH。
（09年）59. 导肽引导的蛋白质运输没有特异性（99年）60. 核定位信号和分泌蛋白的运输机理是不同的，请设想能否利用分泌蛋白的运输机制来运输核定位蛋白？反之亦然（00年）61. 溶酶体是如何发生的？其基本功能是什么？（01年）62. 胰岛素在胰腺的胰岛细胞合成时，首先得到的是它的前体胰岛素原；然后由一种酶催化水解切除一段短肽形成成熟胰岛素•你的实验室有胰岛素原抗体和胰岛素的抗体•两种抗体都能与电子密度大的金粒子形成复合物，可以在电子显微镜下看到它们作为一些黑点，你可以用两种抗体分别处理一个胰组织样品的薄切片，然后在电子显微镜下观察•下表的+号表示有黑点出现的地方：（01年）请问：①胰岛素原的水解反应在哪里进行？②如果你用抗网格蛋白的抗体处理第三个样品。
如果会发生的话，表中的哪种小泡对网格蛋白会出现阳性结果？63. 请设计一个离体实验证明SRP和SRP受体的功能。
（02年）68. 如果用碱性物质（如氨或氯喹）处理细胞，将会使细胞器中pH升高接近中性。
请预测此时M6P受体蛋白位于何种细胞器质膜中，原因是什么？（09年）69. 假定您已经获得多个工程基因，每一个都能编码一个蛋白质，但具有相互冲突的两种定位信号。
如果将这些基因在细胞中表达，请推测各种蛋白质在细胞中最终去向。
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。
- 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)。
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。
■ 膜结合细胞器的进化及其意义● 内膜系统的进化（图）真核细胞的膜结合细胞器的进化有两种途径，一种是线粒体和叶绿体的进化模式，即内共生途径。
对于内膜系统来说，则是通过细胞质膜的内陷分化途径形成的。
● 内膜系统形成的意义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。
9.1.2 内膜系统与蛋白质分选(protein sorting)■ 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:游离的或与内质网结合的。
● 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(图)。
■ 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、内质网、高尔基体等；③有膜障碍,但是膜上有孔,如细胞核。
根据三种不同的空间障碍, 合成的蛋白质通过三种不同方式进行运输定位(图)。
● 核孔运输(transport through nuclear pore)● 跨膜运输(across membrane transport)● 小泡运输(transport by vesicles)9.1.3细胞内膜系统的研究方法De Duve, A.Claude 和G.Palade 三位科学家使用分离技术揭示了内膜系统的结构和功能而获得了1974的Nobel Plrize。
◆放射自显影（Autoradiography）；◆生化分析（Biochemical analysis）；◆遗传突变分析（Genetic mutants）作用：●同位素示踪技术确定了分泌的路线，从内质网开始经高尔基体运向细胞外；●分离技术确定了参与合成和分泌的主要细胞器的作用：内质网是参与蛋白质合成和转运的，高尔基体不仅是中转站，而且具有加工的作用。
●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)9.2.1 形态结构和化学组成■ 形态结构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(图)。
内质网的两种基本类型:粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，rER）光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）另外还有两个概念：微粒体和肌质网,可将它们看成是特殊类型的内质网。
● 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,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,其功能是参与肌肉收缩活动。
■ 内质网的化学组成● 蛋白与脂：磷脂占50%-60%, 蛋白质约占20%。
● 代谢酶系：光面内质网存在许多代谢酶系(表),如NADH-细胞色素P450还原酶。
9.2.2 光面内质网的功能■ 糖原分解释放游离的葡萄糖■ 类固醇激素的合成■ 脂的合成与转运■ 解毒作用(detoxification)■ Ca2+离子的调节作用9.2.3 粗面内质网的功能——蛋白质转运■ 信号序列的发现和证实■ 信号序列的一般特征及早期信号假说● 信号序列的一般特征长度一般为15～35个氨基酸残基, N-末端含有1个或多个带正电荷的氨基酸,其后是6～12个连续的疏水残基;在蛋白质合成中将核糖体引导到内质网,进入内质网后通常被切除(图)。
● 早期的信号假说1975年, G.Blobel和B.Dobberstein 根据对信号序列的研究成果,正式提出了信号假说(signal hypothesis),要点是:(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,靠自由碰撞与内质网膜接触,然后靠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。
● 信号假说证明: 基因重组实验■ 新蛋白复合物的发现与信号假说的补充● 信号识别颗粒(signal recognition partical, SRP)1981年发现了信号识别颗粒(signal recognition partical, SRP),是一种核糖核酸蛋白复合体,作用是识别信号序列,并将核糖体引导到内质网上。
● 停靠蛋白(docking protein, DP) ：SRP在内质网膜上的受体蛋白。
■ 蛋白质共翻译转运的机理:信号假说● 新信号假说的基本内容①ER转运蛋白质合成的起始。
②信号序列与SRP结合。
③核糖体附着到内质网上。
④SRP释放与蛋白质转运通道的打开。
⑤信号序列与通道中受体结合。
⑥信号肽酶切除信号序列。
■ 膜蛋白的共翻译转运机理● 起始转移信号(start-transfer signal)● 内含信号序列(internal signal sequence) 与单次跨膜蛋白● 停止转移肽(stop-transfer peptide)与单次跨膜蛋白■ Bip在ER蛋白的转移和装配中的作用研究发现进入内质网腔中的蛋白质片段很快被一些称为Bip的蛋白结合。
Bip蛋白是重链结合蛋白(heavy-chain binding protein) 的简称,因为它能够同IgG抗体的重链结合。
Bip是一类分子伴侣,属于Hsp70家族,在内质网中有两个作用：Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止多肽链不正确地折叠和聚合(图)。
■ 蛋白质在内质网中的修饰● N-连接糖基化(N-linked glycosylation)● 羟基化(hydroxylation)● 形成脂锚定蛋白9.3 高尔基复合体(Golgi complex)意大利科学家Camillo Golgi在1898年发现的。
9.3.1 高尔基体的形态结构和极性■ 形态结构电子显微镜下排列整齐的扁平膜囊(saccules)堆叠在一起,多呈弓形, 也有的呈半球形或球形(图)。
■ 高尔基体的极性● 结构上的极性:高尔基体的结构可分为几个层次的区室; ①靠近内质网的一面称为顺面(cis face), 或称形成面(forming face)；②高尔基体中间膜囊(medial Golgi); ③靠近细胞质膜的一面称为反面高尔基网络(trans Golgi network，TGN)。
● 功能上的极性:高尔基体执行功能时是“流水式”操作,上一道工序完成了,才能进行下一道工序。
■ 数量和分布●数量：数量不等,平均为每细胞20个。
●分布：高尔基复合体只存在于真核细胞中, 原核细胞中则无。
■ 高尔基体的化学组成● 蛋白质和脂：蛋白质含量占60%● 酶类高尔基复合体的膜上含有丰富的酶类,如糖基转移酶、磺化糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、激酶、甘露糖苷酶、磷脂酶等。
但在膜上的分布并不均一(表)。
高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶。
9.3.2 高尔基体的功能高尔基体的主要功能是参与细胞的分泌活动,是细胞内物质运输的交通枢纽。