第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
细胞生物学 翟中和版 总结笔记第七章
Cell biology细胞生物学第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输细胞内被膜区分类：细胞质基质、细胞内膜系统、有膜包被的细胞器第一节细胞质基质的含义和功能一、细胞质基质的含义（1）含义：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主要含有：（1）与代谢有关的许多酶（2）与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构细胞质基质是一个高度有序的体系，细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的功能。
细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等相互联系形成的结构体系，蛋白质和其他分子以凝聚或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡。
差速离心获得的胞质溶胶的组分和细胞质基质溶液成分很大不同。
胞质溶胶中的多数蛋白质可能通过弱键结合在基质的骨架纤维上。
二、细胞质基质的功能（1）蛋白质分选和转运N端有信号序列的蛋白质合成之后转移到内质网上，通过膜泡运输的方式再转运到高尔基体。
其他蛋白质的合成都在细胞质基质完成，并根据自身信号转运到线粒体、叶绿体、细胞核中，也有些蛋白驻留在细胞质基质中。
（2）锚定细胞质骨架（3）蛋白的修饰、选择性降解1 蛋白质的修饰辅基、辅酶与蛋白的结合磷酸化和去磷酸化糖基化N端甲基化（防止水解）酰基化2 控制蛋白质寿命N端第一个氨基酸残基决定寿命细胞质基质能够识别N端不稳定的氨基酸信号将其降解，依赖于泛素降解途径3 降解变性和错误折叠的蛋白质4 修复变性和错误折叠的蛋白热休克蛋白的作用第二节细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构。
研究方法：电镜技术免疫标记和放射自显影离心技术和遗传突变体分析一、内质网的形态结构和功能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的互相沟通的三维网络结构。
（一）内质网的两种基本类型糙面内质网和光面内质网。
糙面内质网：扁囊状整齐附着有大量核糖体功能：合成分泌性蛋白和膜蛋白光面内质网：分支管状，小功能：脂质合成，出芽位点部分细胞合成固醇类激素糙面内质网有20多种和光面内质网不同的蛋白，说明有特殊装置隔开两种内质网的组分。
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输-测试题(满分：70)
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输- 测试题（满分：70）一、选择题（共25小题，1～20题每题1分，21～25题每题2分）1、下列关于信号肽，最正确的一项是（）A. 是C端的一段氨基酸序列 C. 具有信号作用，但不被切除B. 是N端的一段氨基酸序列 D. 跨膜运输后要被切除2、细胞质基质中合成，到内质网上继续合成的蛋白的定位序列为（）A. 信号肽 C. 转运肽B. 导肽 D. 信号斑3、参与蛋白质合成与运输的一组细胞器是（）A. 核糖体、内质网、高尔基体 C. 细胞核、微管、内质网B. 线粒体、内质网、溶酶体 D. 细胞核、内质网、溶酶体4、台-萨氏病是一种与溶酶体有关的遗传缺陷病，主要是（）缺乏而不能水解神经节苷脂GM2。
A. 磷酸二酯酶 C. β-氨基己糖酯酶AB. N-乙酰氨基转移酶 D. 腺苷酸环化酶5、指导蛋白质转运到线粒体上的氨基酸序列被称为（）A. 导肽 C. 转运肽B. 信号肽 D. 新生肽6、溶酶体的H+ 浓度比细胞质基质中高（）A. 5倍 C. 50倍B. 10倍 D. 100倍以上7、下面（）不是在粗面内质网上合成的A. 抗体 C. 胶原蛋白B. 溶酶体膜蛋白 D. 核糖体蛋白8、下列细胞器中的膜蛋白在粗面内质网上合成的为（）A. 叶绿体 C. 过氧化物酶体B. 线粒体 D. 溶酶体9、具运输和分拣内吞物质的细胞器是（）A. 有被小体 C. 胞内体B. 滑面内质网 D. 溶酶体10、下列（）是特化的内质网A. 肌质网 C. 乙醛酸循环体B. 脂质体 D. 残余小体11、真核细胞中下列（）细胞器或细胞结构上不可能有核糖体存在A. 内质网 C. 细胞核膜B. 细胞质基质 D. 细胞质膜12、下列细胞器中，有极性的是（）A. 溶酶体 C. 线粒体B. 微体 D. 高尔基体13、蛋白质的糖基化及其加工、修饰和寡糖链的合成是发生在高尔基体的（）A. 顺面管网状结构 C. 反面管网状结构B. 中间膜囊 D. 反面囊泡14、合成后的磷脂被（）转运至过氧化物酶体的膜上A. 磷脂转位因子 C. 膜泡B. 磷脂转换蛋白 D. 细胞骨架15、真核细胞中被称为异质性细胞器的是（）A. 溶酶体 C. 内质网B. 核糖体 D. 高尔基体16、细胞中合成脂类的重要场所是 ( )A. 粗面内质网 C. 高尔基体B. 光面内质网 D. 胞质溶胶17、真核细胞内生物大分子运输的交通枢纽是（）A. 溶酶体 C. 内质网B. 胞内体 D. 高尔基体18、真核细胞中生物大分子的合成基地是（）A. 溶酶体 C. 内质网B. 胞内体 D. 高尔基体19、溶酶体的（）借助M6P分选途径完成其分类、转运。
细胞生物学 第七章 细胞内膜系统及蛋白质分选与泡膜运输
周围大小不等的囊泡——物质运输
高尔基体与细胞骨架关系密切； 高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（
kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。最近 还发现特异的血影蛋白（spectrin）网架 。它 们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的 膜泡运输中起重要的作用。
❖ 残余小体（residual body），次级溶酶体未被消化 的残渣，又称后溶酶体。
用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶， M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）
动物细胞溶酶体系统示意图
溶酶体膜的特征： 嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境； 具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的
❖ 二、内膜系统的结构与功能 ❖ （二）高尔基体（ Golgi complex ） ❖ 2、功能
❖ （3）蛋白酶的水解和其他加工过程
蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型
无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除 N-端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖 素及血清白蛋白等
蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如 神经肽等
一种分选途径。
❖ 二、内膜系统的结构与功能
❖ （二）高尔基体（ Golgi complex ） ❖ 2、功能
（1）高尔基体与细胞的分泌活动 ❖ 蛋白质的分选及其转运 ❖ 溶酶体酶的分选 （2）蛋白质糖基化及其修饰
（3）蛋白酶的水解和其他加工过程
蛋白质糖基化类型
特征
N-连接
O-连接
1. 合成部位
2. 合成方式
细胞学第7章复习题
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输1一．名词解释1.细胞内膜系统：位于细胞质内，在结构、功能及发生上密切相关的内膜包绕形成的细胞器或细胞结构，是真核细胞特有的结构。
主要包括内质网、高尔基体和溶酶体等。
2.初级溶酶体：是指刚从高尔基体的边缘膨大分离出来，还未同消化物融合的潜伏状态，无活性。
3.次级溶酶体：是酶在进行或完全消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物。
根据自身消化物质得来源不同，分为自噬溶酶体和异噬溶酶体4. 细胞质基质：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，主要含有与中间代谢有关的酶和维持细胞形态、胞内物质运输有关的细胞质骨架结构等。
二．填空题1.在内质网上合成的蛋白主要包括分泌蛋白、膜整合蛋白、细胞器驻留蛋白等。
2.蛋白质的糖基化修饰主要分为N－连接的糖基化修饰，指的是蛋白质上的天冬酰胺残基与N-乙酰葡萄糖胺直接连接，和O－连接的糖基化修饰，指的是蛋白质上的丝氨酸或苏氨酸残基与N-乙酰半乳糖胺直接连接。
3.肌细胞中的内质网异常发达，被称为肌质网。
4.原核细胞中核糖体一般结合在细胞质膜上，而真核细胞中则结合在粗面内质网上。
5.真核细胞中，光面内质网是合成脂类分子的细胞器。
6.内质网的标志酶是葡萄糖-6－磷酸酶。
7.细胞质中合成的蛋白质如果存在信号肽，将转移到内质网上继续合成。
如果该蛋白质上还存在停止转移序列，则该蛋白被定位到内质网膜上。
8.高尔基体的标志酶是糖基转移酶。
9.具有将蛋白进行修饰、分选并分泌到细胞外的细胞器是高尔基体。
10.被称为细胞内大分子运输交通枢纽的细胞器是高尔基体。
11.蛋白质的糖基化修饰中，N－连接的糖基化反应一般发生在内质网中，而O－连接的糖基化反应则发生在和高尔基体中。
12.蛋白质的水解加工过程一般发生在高尔基体中。
13.从结构上高尔基体主要由顺面膜囊、中间膜囊和反面膜囊和囊泡组成。
14.植物细胞中与溶酶体功能类似的结构是圆球体、中央液泡和糊粉粒。
真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 复
• 1954年,Palade和Porter等,证实内质网是由膜围绕的囊泡 所组成。
• 2.内质网形态结构和发生
•
封闭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
• 依赖于泛素的26S蛋白酶体(proteosome)：
•
结构：一个筒状20S催化核心(core，14种多肽，28个亚
基)，两端各一个19S调节部分(cap，15个亚基)。
•
含量：占细胞蛋白总量1％。
•
存在：细胞质基质和细胞核。
• 蛋白质的泛素化过程
• 蛋白质的泛素化过程：三步
• ATP供能，泛素C端与非特异性 泛素活化酶E1的Cys共价结合， 形成E1-泛素复合物。
结构。
•
一端通过与核膜联系，另一端沿 大小通常占细胞膜
微管向外延伸。
系统一半，体积占细胞
• 结构稳定性：细胞周期内，经历解体 总体积10％以上。
与重建，变化复杂；不同类型细胞、
同一细胞在不同发育阶段和生理状态，
其结构也有明显变化。
• 发生：可能起源于细胞质膜，与核膜 同源；自我组装，rER合成膜蛋白、s ER合成膜脂。
•
GroEL-GroES分子伴侣系统对于新合成蛋白的折叠是
非常重要的。这两种蛋白质组成了一个由两个穴（GroEL）
和一个盖子（GroES）组成的圆柱，底物进入这个圆柱，
进行折叠，然后释放。
第二节细胞内膜系统及其功能
• 细胞内膜系统(endomembrane system)的研究方法：电镜
技术(超微结构)；免疫标记和放射自显影技术(功能定位)；
细胞生物学 第7章 真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜(共103张PPT)
一，其意义在于：大大增加了细胞内膜的表面积；为多种酶特
别是多酶体系提供了大面积的结合位点；酶系统的隔离与连接；
蛋白质、糖、脂肪的合成、加工和包装；运输分泌物；扩散屏
障及膜电位建立；离子梯度的维持等。
二、内质网的形态结构与功能
(一)、内质网的形态结构及化学组成
②赋予蛋白质传导信号的功能；
③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。
糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：
（O-linked glycosylation）：与
Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖
或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。
（N-linked glycosylation）：与
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
N—乙酰半乳糖胺等
内质网上进行N-连接的糖基化。
糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸多萜醇
（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。
再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser
或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。
高等细胞区室化
Compartmentalization
质膜
内膜
生物膜
原核细胞 – 质膜构成的单一区室
真核细胞 – 内膜 – 各种细胞器
内膜系统出现的意义：
各自独立，各司其职
相互依存，协调同一
大大提高了细胞代谢反应的效率
细胞核
细
胞
细胞质
过氧化物酶体
线粒体
细胞骨架
《细胞生物学》 习题集参考答案
《细胞生物学》习题集参考答案第一章绪论一．填空题1．胡克，1665，原生动物，红细胞2．细胞的发现，细胞学说的建立，细胞学经典时期，实验细胞学时期3．能量守恒定律，细胞学说，达尔文进化论4．遗传信息的形成，膜的形成5．细胞内基因选择性表达特异功能蛋白质, 生物发育6．碱基互补配对7．全能性8．体细胞9．染色体DNA与蛋白质相互作用关系；细胞增殖、分化、凋亡（程序性死亡）的相互关系及调控；细胞信号转导研究或细胞结构体系的组装二．选择题1．C 2：D 3：C 4：D 5. Ｂ三：判断题1．√2。
√3。
√4：×（原生质包括细胞内所有的生活物质）5．×四．名词解释1．细胞生物学是应用现代物理学与化学的技术成就和分子生物学的概念与方法，以细胞作为生命活动的基本单位的思维为出发点，探索生命活动规律的学科，其核心问题将遗传与发育在细胞水平上结合起来。
2．生物大分子是指细胞中存在的那些分子质量巨大、结构复杂、具有生物活性的有机化合物，如以蛋白质、核酸、多糖及脂类等四大类为典型的生物大分子，它们是由多个氨基酸或核苷酸等小分子聚合而成的，具有广泛的生物活性，既是细胞的结构成分，又是细胞和种生命活动的执行者或体现者。
五．简答题1．Science Nature /Nature Cell Biology /Cell /Molecular Cell/ Developmental Cell /Cancer Cell/ Neuron/Journal of Cell Biology /Gene and Biology /Journal of Cell Science（参看课本P14）国内的相关学术刊物《中国科学》.《科学通报》.《分子细胞生物学报》.《细胞生物学杂志》.《遗传学报》.《动物学报》.《微生物学报》等（参看课本P14-15）2．（1）细胞结构功能→细胞生命活动。
细胞生命活动的研究，将进一步加深对细胞结构与功能的了解；（2）细胞中单一基因与蛋白→基因组与蛋白质组及在细胞生命活动中的协同作用，特别是复合体的相互作用；（3）细胞信号转导途径→信号调控网络；（4）体外（in vitro）研究→体内（in vivo）研究；（5）静态研究→活细胞的动态研究；（6）实验室研究为主→计算生物学更多地介入并与之结合；（7）细胞生物学与生物学其他学科的渗透→与数、理、化及纳米科学等多学科的交叉。
翟中和细胞生物学第七章总结2（名词解释）
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输1.细胞质基质：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，也称胞质溶胶，内含水、无机离子、酶以及可溶性大分子和代谢产物。
21、许多中间代谢过程在细胞质基质中进行。
包括糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成与分解以及蛋白质与脂肪酸的合成等。
2、细胞质骨架是细胞质基质的主要结构成分，与维持细胞形态、细胞运动、物质运输及能量传递有关，而且也是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点。
3、与蛋白质的修饰及选择性降解有关。
①蛋白质的修饰，在细胞质中发生的蛋白质修饰的类型主要有：辅酶或辅基与酶的共价结合；磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性；糖基化作用；对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰；酰基化。
②控制蛋白质的寿命。
③降解变性和错误折叠的蛋白质。
④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。
这一功能主要靠热休克蛋白来完成。
3①辅酶或辅基与酶的共价结合。
②磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性。
③糖基化作用：糖基化主要发生在内质网和高尔基体中，在细胞质基质中发现的糖基化是指在哺乳动物的细胞中把N-乙酰葡糖胺分子加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上。
④对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰：这种修饰的蛋白质，如很多细胞支架蛋白和组蛋白等，不易被细胞内的蛋白质水解酶水解，从而使蛋白质在细胞中维持较长的寿命。
⑤酰基化：最常见的一类酰基化修饰是内质网上合成的跨膜蛋白在通过内质网和高尔基体的转运过程中发生的，它由不同的酶来催化，把软脂酸链共价地连接在某些跨膜蛋白的暴露在细胞质基质中的结构域；另一类酰基化修饰发生在诸如src基因和ras基因这类癌基因的产物上，催化这一反应的酶可识别蛋白中的信号序列，将脂肪酸链共价地结合到蛋白质特定的位点上。
如src基因编码的酪氨酸蛋白激酶与豆蔻酸的共价结合。
酰基化与否并不影响酪氨酸蛋白激酶的活性，但只有酰基化的激酶才能转移并靠豆蔻酸链结合到细胞质膜上。
细胞生物学 第七章 细胞内膜系统及蛋白质分选与泡膜运输
❖ 2、内质网的功能 （2）sER的功能 合成细胞所需的包括磷脂和胆固醇的绝大多数膜脂 ，
其中最主要的是卵磷脂。
两种例外：鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgi complex 完成）；
Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。 合成磷脂的三种酶：酰基转移酶、磷酸酶、磷酸转移
酶。定位于内质网膜上，其活性部位在膜的细胞质基 质侧。
第二节 细胞内膜系统及其功能
细胞内膜系统（ endomembrane system ） 是指细胞内在结构、功能及发生上相关
的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。 包括：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、
分泌泡等
细胞内膜系统
❖ 一、内膜系统的研究方法 ❖ 1、电镜技术 ❖ 研究细胞内膜系统的超微结构 ❖ 2、免疫标记与放射自显影技术 ❖ 用于功能定位 ❖ 3、 生化分析 ❖ 组分分离与分析 ❖ 4、遗传突变分析 ❖ 膜泡运输与功能机制研究
N-连接蛋白质糖基的过程
新生肽的折新叠组生装肽：的折叠与组装
非还原性的内腔，易于二硫键形成；
◎正确折叠：蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重 新形成二硫键并处于正确折叠的状态（蛋白质处于自 由能最低的状态）
◎ 结合蛋白（Binding protein，Bip，chaperone）： 识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促 进重新折叠与装配。
(chaperones) : that recognize and bind to unfolded or misfolded proteins and give them correct conformation; ❖ Protein disulfide isomerase ( PDI ) ; ❖ GT(glucosyl-transferase, monitoring enenzyme ) recognize unfolded or misfolded proteins and adds a glucose to the end of oligo..
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
◆扁平囊泡(sacuules)
◆小囊泡(vesicle) ◆大囊泡(vacuoles)
The Golgi Apparatus
培养的上皮细胞中高尔基体的分布 （高尔基体为红色，核为绿色）
高尔基体的形态结构
高尔基体的极性
◆高尔基内侧网络 (cis-Golgi network, CGN) 顺面、形成面 ◆中间潴泡 (medial cisternae) ◆高尔基外侧网络 (trans Golji network,TGN) 外侧面、成熟面
磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很 少含胆固醇。
ER约有30多种膜结合蛋白，另有30多种位于内质网腔， 这些蛋白的分布具有异质性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存
在于内质网，被认为是标志酶，核糖体结合糖蛋白
（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。
内质网的模式图
解毒作用
2+ Ca 离子浓度的调节作用
磷脂的合成
磷脂交换蛋白的作用
解毒作用
◆光面内质网含有丰富的氧化酶系统(如细 胞色素P450、NADH细胞色素C还原酶等)能 使许多有害物质解毒 ,转化为易于排出的 物质。
粗面内质网的功能 --信号肽与蛋白质运输
核糖体循环
?
二、ER的功能（RER）
第二节
细胞内膜系统及其功能
定义：指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的 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。
功能：区隔化；增加内表面积，提高代谢和调节能力。 从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷和内共生。 从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原有内膜系统的 分裂，具有核外遗传的特性。
细胞生物学第六、七、八、九章习题及参考答案
本章要点：本章重点阐述了线粒体和叶绿体的结构和功能，要求重点掌握掌握线粒体与氧化磷酸化，线粒体和叶绿体都是半自主性细胞器，了解线粒体和叶绿体的起源与增殖。
一、名词解释1、氧化磷酸化2、电子传递链（呼吸链）3、ATP合成酶4、半自主性细胞器5、光合磷酸化二、填空题1、能对线粒体进行专一染色的活性染料是。
2、线粒体在超微结构上可分为、、、。
3、线粒体各部位都有其特异的标志酶，内膜是、外膜是、膜间隙是、基质是。
4、线粒体中，氧化和磷酸化密切偶联在一起，但却由两个不同的系统实现的，氧化过程主要由实现，磷酸化主要由完成。
5、细胞内膜上的呼吸链主要可以分为两类，既和。
6、由线粒体异常病变而产生的疾病称为线粒体病，其中典型的是一种心肌线粒体病。
7、植物细胞中具有特异的质体细胞器主要分为、、。
8、叶绿体在显微结构上主要分为、、。
9、在自然界中含量最丰富，并且在光合作用中起重要作用的酶是。
10、光合作用的过程主要可分为三步：、和、。
11、光合作用根据是否需要光可分为和。
12、真核细胞中由双层膜包裹形成的细胞器是。
13、引导蛋白到线粒体中去的具有定向信息的特异氨基酸序列被称为。
14、叶绿体中每个H+穿过叶绿体ATP合成酶，生成1个ATP分子，线粒体中每个H+穿过ATP合成酶，生成1个ATP分子。
15、氧是在植物细胞中部位上所进行的的过程中产生的。
三、选择题1. 线粒体各部位都有其特异的标志酶，线粒体其中内膜的标志酶是（）。
A、细胞色素氧化酶B、单胺氧酸化酶C、腺苷酸激酶D、柠檬合成酶2.下列哪些可称为细胞器（）A、核B、线粒体C、微管D、内吞小泡3.下列那些组分与线粒体与叶绿体的半自主性相关（）。
A、环状DNAB、自身转录RNAC、翻译蛋白质的体系D、以上全是。
4.内共生假说认为叶绿体的祖先为一种（）。
A、革兰氏阴性菌B、革兰氏阳性菌C、蓝藻D、内吞小泡四、判断题1、在真核细胞中ATP的形成是在线粒体和叶绿体细胞器中。
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(8章真核细胞内的区域化)
Quality control of newly synthesized proteins---The role of N-linked glycosylation in ER protein folding
Functions of cytoplasmic matrix:
➢The Cytosol performs most of the cell’s intermediary metabolism. ➢The Cytosol is the site of protein synthesis and degradation or modification.
糖为N-乙酰葡糖胺。 • O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，
连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基 体上进行。
Protein glycosylation in RER
• 内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷 糖，如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多萜 醇分子上，装配成寡糖链。
蛋白质转入内质网合成的过程：
• 信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结 合→SRP脱离信号肽→肽链在内质网上继续合成 →信号肽切除→肽链延伸至终止。
• 这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为 co-translation。
Insertion of Transmembrane protein into the ER membrane
(1) the cytosol (2) the endomembrane system:
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。
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（1）小分子类：
如水、无机离子（ K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl- 等）和 溶解的气体。 （2）中分子类： 如脂类、糖（葡萄糖、果糖、蔗糖等）、氨基酸、核 苷酸及其衍生物。 （3）大分子类： 如蛋白质、多糖、脂蛋白及RNA等。同时，也含有很多 酶，特别是一些与大分子物质合成和参与主要代谢过 程所必需的酶。
3、细胞质基质的生物学特性
（ 1 ）细胞质基质在生长时期，由于质同化作用大于 异化作用，故其体积增加，到一定程度就进行 分裂。 （ 2 ）细胞质基质是物质反应的场所。细胞内的一些 生化反应主要在细胞内外环境或主要细胞器的 接触面进行，同时，也在整个细胞质内进行。 （ 3 ）细胞质基质的激应性。细胞质对外界环境的影 响，将产生不同的反应，如细胞质的运动、收 缩等特性。 （ 4 ）细胞质基质本身还具有外部运动和内部运动的 特性。如变形虫伸出伪足和不断改变形状；胞 质环流等。
为多亚基结构，沉降系 数为26S，由一个中空的 20S催化核心（为圆柱体， 由14种多肽，28个亚基组成， 分4个环层，每层7个亚基， 中间2层蛋白分别称为1-7， 具酶活性；上下两层命名为 1-7 ，无酶切活性）和两 个19S的帽子（为调节部分， 又称PA700，由15个亚基组 成）组成。蛋白酶体含量占 细胞总蛋白的1%。
信号肽假说——分泌蛋白合成模型
蛋白质首先在细胞质游离核糖体上起始合成。当多肽 链延伸至80个aa左右后，N端信号序列与SRP结合使肽链 延伸暂时停止，并防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直 至SRP颗粒与ER膜上的停泊蛋白（SRP受体）结合，核糖 体与ER膜的易位子（translocon）结合。此后，SRP颗粒 脱离信号序列和核糖体，返回细胞质基质中重复使用，肽 链又开始延伸。以环化构象存在的信号肽与易位子组分结 合并使孔道打开，信号肽穿入ER膜并引导肽链以袢环形式 进入ER腔中，这是一个需GTP的耗能过程。与此同时， 腔面上的信号肽酶切除信号肽。肽链延伸直至完成整个多 肽链的合成。如果一种多肽只有N端信号序列而没有停止 转移序列，该多肽合成后则进入ER腔中；如果一种多肽的 停止转移序列位于分子的中部，该多肽最终则成为跨膜蛋 白。含有多个起始转移序列和多个停止转移序列的多肽则 成为多次跨膜蛋白。
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”。
蛋白质酶体（proteosome）
1）蛋白酶体结构
N-连接与O-连接的寡糖比较
特 征 N-连接 粗面内质网 来自同一个寡糖前体 O-连接
1.合成部位 2.合成方式
3.与之结合的 天冬酰胺 氨基酸残基
4.最终长度
5.第一个糖残 基
至少5个糖残基
N—乙酰葡萄糖胺
粗面内质网或高尔 基体 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
信号肽结构
N端或接近N端极性区为1-7个亲水的极 性残基（如Arg、Ser、Thr、Lys）组成，带 正电荷。 紧接亲水区由15-19个AA残基组成 疏水核心，主要为Pro和Gly，无酸性AA。 疏水中心的结尾由甘氨酸和丙氨酸等侧链较 短的氨基酸残基组成。疏水核心形成两个不 连续的α-螺旋区。该两个α -螺旋区如被破坏， 则会抑制蛋白质分泌。
细胞内膜系统概念：
细胞内，在结构、功能及发生上有一定联 系的膜性结构的总称。
内膜系统的区域化衍生形成各种细胞 器（organelles）
第二节 内 质 网
endoplasmic reticulum, ER 一、 形态结构
一层单位膜围成的管状、泡状和囊状
的结构。相互连接形成一个连续的内腔相
通的膜性管道系统。在靠近细胞核的部位，
第七章 真核细胞内膜系 统、蛋白质分选 与膜泡运输
第一节 一、细胞质基质
细胞质基质
细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其 体积约占细胞质的一半 。
肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比
细胞组分 细胞质基质 细胞核 内质网 数 1 1 1 目 体积比 54 6 12
蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠， 还需要一些蛋白质帮助（如热休克蛋白Hsp70）使 其能够正确地折叠成有功能的蛋白。
（3）新生肽的折叠与组装
新生肽需要进一步折叠组装。有些 多肽还要进一步装配成寡聚体。不能正确 折叠的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白 质亚单位，不论是在ER膜上还是在ER腔 中，一般都不能进入高尔基体。 这类多 肽一旦被识别，便通过Sec61p复合体从 ER腔转移至细胞质基质，进而被蛋白酶 体所降解。
3）蛋白质降解标记——泛素化 ① 泛素（ubiquitin） 是一个由76个氨基酸残基组成的小分子蛋 白，具有多种功能。在蛋白质降解过程中，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，被26S的蛋白酶体 （proteosome）完全水解。 ② 蛋白质泛素化 被降解蛋白质赖氨酸残基上单个或连续多 个附着泛素分子的过程。
4、细胞质基质的功能
（1）完成各种中间代谢过程：如糖酵解过 程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。 蛋白质合成与脂肪酸合成也在细胞质 基质中完成。 （2）维持细胞形态、细胞运动、胞内物质 运输及能量传递等。这些与细胞质骨 架相关。 （3）在蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降 解等方面也起重要作用。
二、细胞内膜系统（endomembrane system）
导肽与后转移
线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧 物酶体中的蛋白质是在细胞质基质中合成以后再 转移到细胞器中的，称为后转移（post translocation）。其转移也需要某些信号序列指导 才能进入细胞器。这些对蛋白质多肽链的转移起 指导作用的信号序列称为导肽或前导肽（leader peptide）。
2）能被蛋白酶体降解的蛋白质具有特征序列 （蛋白质降解信号）： 如：人IkB、 -catenin、HIV-Vpu等: -Asp-Ser-Gly-X-X-Ser-
Cyclin A、B1、B2等: -Arg-Leu-Gly-X-X-X-Ile-Gly酵母多种蛋白： N端降解子（N-degron），PEST(脯谷 丝苏，位蛋白质内部)
信号肽假说——分泌蛋白合成模型
蛋白质首先在细胞质游离核糖体上起始合成，当多肽链延 伸至80个aa左右后，N端信号序列与SRP结合使肽链延伸暂时 停止，并防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直至SRP颗粒与 ER膜上的停泊蛋白（SRP受体）结合，核糖体与ER膜的易位 子（translocon）结合。此后，SRP颗粒脱离信号序列和核糖 体，返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸。以环化构 象存在的信号肽与易位子组分结合并使孔道打开，信号肽穿入 ER膜并引导肽链以袢环的形式进入ER腔中，这是一个需GTP 的耗能过程。与此同时，腔面上的信号肽酶切除信号肽。肽链 延伸直至完成整个多肽链的合成。如果一种多肽只有N端信号 序列而没有停止转移序列，该多肽合成后则进入ER腔中；如 果一种多肽的停止转移序列位于分子的中部，该多肽最终则成 为跨膜蛋白。含有多个起始转移序列和多个停止转移序列的多 肽则成为多次跨膜蛋白。
细胞质基质含酶
蛋白质合成：几乎所有参与蛋白质合成的氨基酸激酶。 核酸合成： 所有使胸腺嘧啶核苷酸掺入到 DNA 中必须 的酶，也有不少合成核酸所需要的酶。
脂肪代谢的合成： 大部分脂肪酸合成的酶。 糖酵解及戊糖磷酸过程：这两个反应过程所需的酶。 糖原代谢作用：合成和分解糖原的两个最重要的酶，即 尿苷二磷酸葡萄糖 α - 葡聚糖葡萄糖转 移酶和葡萄糖磷酸化酶。
1）分泌性蛋白质（外输性蛋白质）
rER主要合成外输性蛋白质。
2）膜整合蛋白质
包括质膜蛋白、驻留在rER、 sER、高尔 基体、溶酶体膜上的蛋白质。
3）内膜系统构成的各种细胞器中的可溶性 蛋白
包括定位于高尔基复合体、滑面内质网、 溶酶体的蛋白质（这些蛋白需要隔离或修 饰）。
注意：
上述几类蛋白质在rER上合成，是边合成 边转移至rER腔中。 其它多肽是在细胞质基质中的“游离”核糖 体上合成的。包括：细胞质基质中的驻留 蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运 到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。 细胞中所有蛋白质的合成都在核糖体上进 行，并都是起始于细胞质基质中“游离”核 糖体。
可与外层核膜相连；在靠近质膜的部位，
可与质膜内褶相连。
已分化细胞中，内质网较发达。 未分化细胞中，内质网较不发达， 而游离核糖体却非常丰富。故内质 网发达与否可作为判断细胞分化程 度和功能状态的一种形态学指标。
二、基本类型
粗面内质网： rough endoplasmic reticulum， rER 光面内质网： smooth endoplasmic reticulum， sER
N—乙酰半乳糖胺等
N-连接机制 供体：磷酸多萜醇 糖基：14个糖残基的寡糖链从供体磷酸多 萜醇上转移到新生肽链的特定三肽 序列的Asn残基上。
特定三肽序列为： Asn-X-Ser 或 Asn-X-Thr （其中X为除以外的任何氨基酸）
信号肽假说 （G.Blobel et al，1975）
信号肽（signal peptide）概念 分泌型蛋白质在其合成过程中其N端所 带的、一般含15-30AA残基的一小段肽 链。
3
1
胞内体
过氧化物酶体 线粒体
200
400 1700
1
1 22
1、 细胞质基质的概念 用差速离心法分离细胞匀浆物组分， 先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔 基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后， 存留在上清液中的主要是细胞质基质的成 分。生物化学家多称之为胞质溶胶。
2、化学组成