chapter9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。
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。
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。
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。
Ru-第9章 内膜系统 20161016
• Transport by vesicles: Proteins can enter an organelle such as Golgi apparatus, lysosome, endosome by transport and fusion of vesicles.
Golgi membranes, the vesicles (indicated by the arrowheads) accumulate in the cell. [The
mutants depicted in c and d are temperature-sensitive mutants. When kept at the lower
ER cisternae accumulate in the cell. (d ) A yeast cell bearing a mutation in the sec17 gene,
whose product is involved in vesicle fusion (step 2, part a). Because they cannot fuse with
Chloroplasts
organelle that is enclosed by two layers of membranes (an inner and an outer membrane); chloroplasts absorb sunlight and to make food molecules (sugars) by photosynthesis
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。
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--第九章 作业课件
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。
新蛋白复合物的发现
信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）：
一种核糖核蛋白复合体，沉降系数为11S,含有分子量为72,68,54,19,14 及9kDa的6条多肽和一个7S的scRNA。SRP对无信号序列的蛋白质无作 用。
无核糖体附着，通常为小的管状和泡状，非扁平状，广泛存在于各种 类型的细胞中
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,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。
终止转移信号序列（stop-transfer peptide）：使肽链停靠在内
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蛋白的形成
二次跨膜蛋白的形成
Bip蛋白在ER蛋白的转移和装配中的作用
BIP蛋白：重链结合蛋白(heavy-
chain bining protein)的简称，因为它 能够同IgG抗体的重链结合，是一类 分子伴侣，属于Hsp70家族。
小泡运输(vesicle translocation)：通过膜融合形成小泡包裹蛋白的运输方式 肽：指导分泌蛋白质运输
信号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。
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 内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境 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 内膜系统的形成使这些酶反应互不干扰 扩大了表面积，提高了表面积与体积的比值 区室的形成，相对提高了重要分子的浓度，提高了反应效率
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
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七 白 处
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赅
运 的 膜 阐 输 述 系 您
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观 点
统
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、
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
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。
细胞生物学_10真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输结果
在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与 P、DP和微粒体的关系
细胞类至少存在两类蛋白质分选的信号：
①信号序列：存在于蛋白质一级结上的线性序列，通常1560个氨基酸残基，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移 后被信号肽酶切除。 ②信号斑：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号 序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。 ③每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。
由内质网到高尔基体的蛋白转运中，大多数跨膜蛋白是直 接结合在COP II衣被上，但是少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋 白通过受体与COP II衣被结合，这些受体在完成转运后，通 过COP I衣被小泡返回内质网。
COP II衣被所识别的分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构 域，形式多样。
COPⅡ小泡的装配需要一种称为Sar1的G蛋白的参与。 当Sar1中GDP与GTP进行了交换，诱导Sec23和Sec24蛋 白的结合，接着是Sec13和Sec31蛋白的结合，最后由一 种结合在ER表面的大蛋白质，Sec16与Sec23/Sec24复 合物、Sec13/Sec31复合物相互作用，装配成一个完整的 小泡。
四、细胞结构体系的组装
目前机理尚不清楚。 组装方式：自我组装、协助组装、直接组装。 组装具有重要的生物学意义： ⒈减少和校正蛋白质合成中出现的错误。 ⒉可大大减少所需的遗传物质信息量。 ⒊通过组装与去组装更容易调节与控制多种生物学过程。
分子伴侣：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结合，从 而帮助这些多肽转运、折叠或组装，这一类分子本身并 不参与最终产物的形成。
每种转运小泡都有特异的v-SNARE，能识 别并与靶膜上t-SNARE相互作用。通过vSNARE与t-SNARE两类蛋白间的互补性和相 互作用，决定供体膜泡在靶膜上的锚定与融合。
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: 从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。
如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。
细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。
粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。
高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。
溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。
内体是由内吞作用产生的具有分选作用的细胞器,它能向溶酶体传递从细胞外摄取的物质, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。
另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。
如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。
2. 内膜系统的动态特性是如何形成的?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(endocytosis pathway),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。
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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信号肽与起始跨膜序列
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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
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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
• 多呈大的扁平膜囊状， 在电镜下观察排列整齐。 • 是核糖体和内质网共同构成 • 主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶
蛋白
25
●光面内质网 (smooth endoplasmic reticulum， SER)
• 无核糖体附着的内质网， • 通常为小的膜管和小的膜囊状， • 是脂类合成的重要场所， 往往作为出芽的位点，
(c)细胞接触同位素3分钟后，置于无同位素的培养基中“跟踪”117分钟，
标记物主要出现在分泌泡中。
20
■ 差速离心分离与功能分析 ● 微粒体(microsomes)分离
21
突变体使用
通过对酵母突变体的研究， 揭示了小泡运输的过程
野生型是分泌正常的酵母，A、B、C、D、E是五类不同 的sec基因(secretory genes)突变，代表了蛋白质分泌的 五个过程。A:分泌蛋白不能进入内质网，B: 内质网出芽 缺陷，C:分泌小泡不能与高尔基体融合:D:高尔基体不能 形成分泌泡;E:分泌泡不能与质膜融合
成熟蛋白，切下的信号序列将被降解。
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SRP-DP识别的GDP-GTP交换循环
● 信号肽跨膜的能量来源
研究证明SRP受体和SRP都是G蛋白，它们不仅将合成蛋白质的核糖体引导 到内质网， 而且通过GTP-GDP的交换， 将内质网膜中的易位子(translocon) 通道打开， 让信号序列与之结合。GTP 水解作为信号序列转运的能量来源。
● 小泡运输： 蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从 高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞 外等则是由小泡介导的，这种小泡称为运输小泡。
15
蛋白质分选定位的三种途径
核定位信号 信号肽或导肽
小泡介导
16
信号序列
◆信号序列的作用：决定蛋白质的运输方向。 ◆信号序列特性：通常为15-60个氨基酸长度，位于新生肽的
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内膜结构特点与动态性质 ◆独立性
●内膜封闭的区室 ●执行独立的功能
6
◆动态性质
● 合成途径 分泌性蛋白与脂的合成和加工 内质网 高尔基 体 ● 分泌途径 内质网上合成的蛋白质和脂 出芽小泡向外运输 ● 内吞途径 细胞外的物质吞进内体和溶酶体
7
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。
36
9.2.3 粗面内质网的功能
--信号肽与蛋白质运输
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蛋白质进入核糖体实验
RER微粒体 置于加有放射性标记氨基酸的蛋白 质合成体系中进行短暂温育， 然后加入嘌呤霉素，使蛋白质合成 提前中止并从核糖体中释放出不完全 的多肽。 从破裂的RER小泡中释放出来的物 质中有放射性标记的新合成的多肽
38
道(protein-translocating channel) 。
47
④ SRP释放与蛋白质转运通道的打开。
当SRP-信号序列-核糖体-mRNA复合物锚定到内质网膜后，SRP 受体将其结合的GTP水解同时将SRP释放出来，此时蛋白转运 通道打开，核糖体与通道结合，新生的肽插进通道。释放的 SRP又回到胞质溶胶中循环使用。
◆信号肽的证实
G.Blobel等用离体实验证实了信号肽的存在:
●RER对产物的影响 ●蛋白水解酶实验 ●多聚核糖体的离体翻译
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体外合成实验
加与不加RER小泡，产物不同 40
蛋白水解酶水解实验
• 体外翻译的无细胞系统中(含有RER小泡)合 成分泌蛋白，加入蛋白水解酶，并不能使新 生肽水解。
• 同时加入去垢剂，则能将蛋白质水解，
9
细胞核、内质网、线粒体的进化
10
9.1.2 蛋白质分选
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)。
49
■ 膜蛋白的共翻译转运机理
在粗面内质网上合成的蛋白质有两类: 1. 分泌蛋白 2. 膜蛋白(较为复杂)
50
蛋白质N端的信号序列
•作为信号被SRP识别外， 起始穿膜转移的作用。 • 在蛋白质共翻译转运过程中，信号序列的N-端始终 朝向内质网的外侧，插入蛋白质转运通道后与通道 内的信号序列结合位点(受体)结合，其后的肽序列是 以袢环的形式通过运输通道。
N端。对运输的蛋白质没有特异性，但不同的膜结合细胞器 具有不同的蛋白质定位信号序列。
◆信号序列的类型 ●核定位信号(入核信号)：指导核蛋白的运输。 ●引导肽：指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白的运输。 ●信号肽：指导内膜系统的蛋白质运输。 .
17
信号序列 在蛋白质定位中的作用
18
9.1.3 内膜系统的研究方法
22
9.2 内质网
9.2.1 形态结构和化学组成 ◆形态结构
●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 ; ●通常占细胞膜系统的一半。
23
内 质 网 的 形 态 结 构
24
●根据内质网上是否附有核糖体，将内质网分为 两类:粗面内质网和光面内质网。 粗面内质网(rough endoplasmic reticulum， RER)
内质网以下的各种细胞器， 包括内质网、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 经过内质网和高尔基体的中转。
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◆蛋白质定位的细胞内空间部位
●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；
●有完全封闭的膜障碍，如线粒体、叶绿体、 内质网、高尔基体等；
●有膜障碍，但是膜上有孔，如细胞核。
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◆蛋白质分选定位的三种机制
● 核孔运输：胞质溶胶中合成的蛋白质穿过细胞核内 外膜形成的核孔进入细胞核，被运输的蛋白需要有 核定位信号。
● 跨膜运输： 胞质溶胶中合成的蛋白质进入到内质网、 线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器，需要膜 上运输蛋白的帮助，被运输的蛋白要有信号肽或导 肽。
信号识别颗粒与停靠蛋白
◆信号识别颗粒(signal recognition partical， SRP)
◆三个功能域:
●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
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◆停靠蛋白 (Docking protein， DP )
●是SRP在内质网膜上的受体蛋白 使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。 45
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。
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◆内质网的化学组成
● 蛋白质与脂
磷 脂占50%-60%， 蛋白质约占20% ，与线粒体外 膜很相似 。
Chapter 9
内膜系统与蛋白质分选和膜运输
1
纲要
9.1 内膜系统概述 9.2 内质网 9.3 高尔基体 9.4 溶酶体 9.5 分泌与内吞 9.6 小泡运输的分子机制
2
内膜系统
3
9.1 内膜系统概述
9.1.1 内膜系统与膜结合细胞器
◆膜结合细胞器 p340 (membrane-bounded organelles) ◆内膜系统
⑤信号序列与通道中受体结合。
蛋白质继续合成，随着SRP的释放，核糖体上的多肽插入到内质 网的蛋白通道之后，信号序列与通道中的受体(或称信号结合 蛋白)结合，蛋白质的合成重新开始，并向内质网腔转运， 不 需要能量驱动。