内膜系统

2. Protein folding
肽链的合成仅需要几十秒钟至几分钟，而新合成的多肽在内质网停 留的时间往往长达几十分钟。不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不 一，这在很大程度上取决于合成蛋白正确折叠所需要的时间。
β- 折叠
（1）多肽链的折叠 （2）二硫键的形成
一级结构
α- 螺旋
二级结构
三级结构
四级结构
• 内质网膜的主要化学成份是蛋白质和脂质
脂质占30%-40%，蛋白质占60%-70%
脂类主要成分为磷脂，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。
• 内质网含有丰富的代谢酶系
标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶，其他如细胞色素P450等
• 内质网腔中含有网质蛋白
蛋白质二硫异构酶(protein disulphide isomerase, PDI)
第三章 内膜系统
Endomembrane System
转运小泡 细胞质 过氧化物酶体 溶酶体 高尔基复合体 线粒体 内质网 核膜
膜 性 细 胞 器
细胞核 细胞膜
核糖体
非 膜 性 细 胞 器
溶酶体
核糖体
线粒体
高尔基体
细胞核
内质网
细胞膜
内膜系统 (Endomembrane System)
指位于细胞内，在结构、功能 和发生上相互关联的膜性细胞器， 包括内质网、高尔基体、溶酶体、 过氧化物酶体、小泡和核膜等，它 们是统一的膜系统在局部区域特化 的结果，是真核细胞特有的结构。
5′
1
2 3 4 5 6 7
细 胞 质
内质网膜 内 质 网 腔
信号肽指导分泌蛋白到内质网上合成的过程
①在细胞质基质中游离核糖体起始多肽链的合成，当多肽链延伸到80-100个氨基 酸残基的时候， ②N端的信号肽就暴露出来，这时SRP识别并结合信号肽，暂停多肽链的合成并防 止新生肽的损伤和成熟前的折叠。 ③在SRP的引导下，SRP与内质网膜上的SRP受体结合，核糖体与易位子结合。 ④之后SRP水解GTP，使SRP脱离信号肽和核糖体，返回细胞质基质重复利用， ⑤与此同时，易位子通道打开，在信号肽的引导下，多肽链通过易位子并形成袢环 样的结构，核糖体开始继续合成多肽链。 ⑥信号肽进入内质网腔厚，被信号 肽酶识别并切除，切下的信号肽将 被降解。 ⑦多肽链合成结束后，合成的蛋白 进入内质网腔，易位子通道关闭， 核糖体与内质网分离，进入细胞质 基质再利用。
脂
2、糖原代谢
• 肝细胞的一个重要功能 是维持血液中葡萄糖水 平的恒定， 这一功能与 葡萄糖-6-磷酸酶的作用 密切相关。 • 光面内质网中的葡萄糖6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷 酸水解生成葡萄糖和无 机磷，释放游离的葡萄 糖进入血液供细胞之用。
3、解毒作用
肝细胞上的SER有丰富的氧化酶系统，通过氧化 或羟化作用，降解脂溶性药物。
③内膜系统的驻留蛋白
如：溶酶体内的各种酸性水解酶，内质网、高尔基体和内
吞体等腔内的固有蛋白等。
问题：
• 蛋白质是大分子物质，在糙面内质网 上合成，后如何进入内质网腔？
1. Protein synthesis
The Signal Hypothesis （信号假说）
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999
37
3. Protein glycosylation
O-连接的寡糖的糖基化
O-连接的寡糖是指与蛋白质的丝氨酸、苏氨酸 和酪氨酸残基侧链上的羟基基团连接的寡糖。 O-连接的寡糖的糖链中又增加了半乳糖（Gal）、 岩藻糖和唾液酸（NANA）等糖残基。
3. Protein glycosylation
3. Protein glycosylation
蛋白质的糖基化
蛋白质的糖基化：是指单糖或寡
糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白。
3. Protein glycosylation
蛋白质糖基化作用方式
N-连接的糖基化：发生在内质网腔内， 是糖蛋白中最普遍的一种 O-连接的糖基化：主要或全部在高尔基 复合体中进行。
• 光面内质网
(Smooth Endoplasmic Reticulum SER)
Leabharlann Baidu
糙面内质网(RER)/颗粒内质网
• 呈扁囊状，排列较为整齐，因在其膜表面分布着大量的 核糖体而命名。它是内质网与核糖体共同形成的复合机 能结构，其主要功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。
光面内质网(SER)/ 无颗粒内质网
分子伴侣(molecular chaperone)如Bip, hsp70等
二、形态结构和类型
（一）形态结构
内质网（ER）：是由一层单位膜围成的管、泡或
扁囊状结构，互相连成一个连续的内腔相通的膜 性管道系统。内与核膜相连，少数与质膜相连。
（二）类型——是否有核糖体附着
• 糙面内质网
(Rough Endoplasmic Reticulum RER)
蛋白二硫键异构酶(PDI)
3、蛋白质的修饰与加工——糖基化
4、蛋白质运输
4. Protein transport
高尔基体
运输小泡
融合 高尔基体
运输小泡
RER 出芽
RER
小泡运输(vesicle transport)
（二）光面内质网的功能
1、脂质合成
可合成生物膜需要的所有脂类：磷脂、胆固醇和糖脂。
• 膜表面光滑，呈管、泡样网 状结构，无核糖体颗粒附着， 其主要功能是参与脂类合成， 如磷脂、固醇、脂肪等。
光面内质网电镜图
（三）两种内质网的异同
类 型 核糖体 RER 有 SER 无
扁囊为主，管腔与 分支小管或小泡交织成 结 构 核膜腔相通 网，与RER相通 除红细胞外的所有 分 布 一些特化细胞 细胞 合成外输性蛋白的 分泌类固醇激素细胞中 数 量 细胞中多（浆细胞， 多（汗腺胞，胰腺细胞， 胰腺细胞 ） 小肠上皮细胞） 性 质 嗜碱性 嗜酸性
（一）糙面内质网的功能：
1、蛋白质合成
1、合成蛋白的种类
2、信号假说
2、多肽链的折叠与组装
结合蛋白(Bip)
蛋白二硫键异构酶(PDI)
3、蛋白质的修饰与加工——糖基化
4、蛋白质运输
3. Protein glycosylation
• 包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键
形成等。
• 其中最主要的是糖基化，几乎所有内质 网上合成的蛋白质最终被糖基化。
如：氨基酸代谢→氨→尿素(无毒)； 苯巴比妥类药物+葡萄糖醛酸→水溶性物质
第一节 内质网
Keith R. Porter
George E. Palade
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1974
一、化学组成
H3-AA
匀
浆 微粒体 (microsome)
胰腺细胞
分 离
鉴 定
细胞组分分离技术
放射性标记技术
一、化学组成
内质网膜 内 质 网 腔
1. Protein synthesis
5′ 1
2 3 4 5
细 胞 质
内质网膜 内 质 网 腔
3′
信号肽酶 (signal peptidase)
1. Protein synthesis
5′ 1
2 3 4 5 6 3′
细 胞 质
内质网膜 内 质 网 腔
1. Protein synthesis
3. Protein glycosylation N-连接的糖基化
在粗面内质网中，糖链被连接在多肽链中天冬酰胺残基 (Asn)的氨基上，故称之为N-连接糖基化。
在内质网腔中N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)、甘露糖（Man） 和葡萄糖 （Glc）的多个分子按顺序先后被连接到内质网膜中 叫多萜醇的脂质分子上，成为寡聚糖，并使寡聚糖活化。 已活化的寡聚糖即由糖基转移酶催化，转移到天冬酰胺残基 (Asn)的氨基上
（1）多肽链的折叠
内质网膜
核糖体 mRNA
2. Protein folding
内质网腔
多肽链 结合
分子伴侣
正确折叠
未正确折叠
分子伴侣 仍结合
分子伴 侣解离
膜泡运输
降解
（2）二硫键的形成
2. Protein folding
内质网腔为氧化环境
存在蛋白二硫异构酶
氧 化
二 硫 异 构 酶
三、内质网的功能

信号肽(signal peptide):新生的分泌性蛋白质多肽链N
端的一段特殊的氨基酸序列，是指导蛋白质在糙面内质网 上合成的决定因素，进入内质网后常被切除 。

信号识别颗粒(signal recognition particle, SRP):
位于细胞质基质中，识别信号肽。

信号识别颗粒受体(SRP-R): 又称对接蛋白(docking
3. Protein glycosylation
mRNA
5′ 核糖体
rER膜
3′
多萜醇 5′
3′
Asn
新生的多肽 NH2
P P
糖基转移酶 Asn NH2 寡糖
rER腔
寡糖链从磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上
蛋白质糖基化（protein glycosylation）
寡聚糖转移酶
N-连接 Asn=天冬酰胺
细 胞 质
信号肽 (signal peptide) 信号识别颗粒受体(SRP-R)
内质网膜 内 质 网 腔
移位子(translocon)
1. Protein synthesis
5′ 1
2 3
细 胞 质
内质网膜 内 质 网 腔
3′
1. Protein synthesis
5′ 1
2 3 4 3′
细 胞 质
蛋白质糖基化的意义
使蛋白质能够抵抗消化酶的作用 赋予蛋白质传导信号的功能 某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠
在细胞表面形成糖萼（细胞膜的外表有一层糖蛋
白构成的外被 ）
三、内质网的功能
（一）糙面内质网的功能：
1、蛋白质合成
1、合成蛋白的种类
2、信号假说
2、多肽链的折叠与组装
结合蛋白(Bip)
除。 ，位于内质网的膜上，与SRP结合。 一段特殊的氨基酸序列，是指导蛋白质在糙面内质网上合成 细胞质基质中，识别信号肽。 protein) 白质穿越内质网的通道。 的决定因素，进入内质网后常被切除 。
信号肽 (signal peptide)
信号识别颗粒( SRP)
移位子(translocon)
信号识别颗粒受体 (SRP-R) 对接蛋白(docking protein)
protein)，位于内质网的膜上，与SRP结合。

移位子(translocon): 位于内质网膜上的蛋白复合体，
是蛋白质穿越内质网的通道。

信号肽酶(signal peptidase):特异性的将信号肽从多肽链
上切除。
1. Protein synthesis
5′ 1 3′ 2 3′
信号识别颗粒
小亚基 大亚基
"for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell"
Gü nter Blobel

信号肽(translocon): 信号识别颗粒 信号识别颗粒受体 移位子 信号肽酶 (signal (signal (signal peptide): peptidase (SRP-R): 位于内质网膜上的蛋白复合体，是蛋 recognition 新生的分泌性蛋白质多肽链 ):特异性的将信号肽从多肽链上切 又称对接蛋白 particle, (docking SRP): N位于 端的
三、内质网的功能
（一）糙面内质网的功能：
1、蛋白质合成
1、合成蛋白的种类
2、信号假说
2、多肽链的折叠与组装
结合蛋白(Bip)
蛋白二硫键异构酶(PDI)
3、蛋白质的修饰与加工——糖基化
4、蛋白质运输
RER合成蛋白的种类：
①向细胞外分泌的蛋白
如：抗体、激素、细胞外基质等
②穿膜蛋白
如：膜受体、离子通道等等
（1）多肽链的折叠
2. Protein folding
分子伴侣（molecular chaperone）：能特异地识别新生肽链或部分 折叠的肽链并与之结合，帮助这些多肽链进行正确的折叠和装配， 但其本身并不参与最终蛋白的形成。
Bip蛋白是重链结合蛋白 （heavy-chain binding protein） 的简称 功能： 1.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 2.Bip的第二个作用是防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。
磷脂酰胆碱的合成 (卵磷脂)
脂肪酸 + 磷酸甘油
酰基转移酶
磷脂酸+磷酸甘油
磷脂酸酶 胆碱磷酸转移酶
二脂酰甘油酯 + CDP-胆碱
卵磷脂
磷脂的转运方式：
一种是以出芽的方式转 运到高尔基体、溶酶体 和细胞膜上；
一种是凭借磷脂转换蛋
白（phospholipid exchange protein，
PEP）在膜之间转移磷