第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输

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1 第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 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 第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 一、信号假说与蛋白质分选信号 二、细胞内蛋白质的分选的基本途径和类型 三、膜泡运输 作业

2 真核细胞的细胞内区室化（compartmentalization）： 细胞质基质、细胞内膜系统--膜包被的各种细胞器
1. Plasma membrane 2. Cytoplasmic matrix 3. Pinocytotic vesicle 4. Mitochondria 5. Endoplasmic reticulum 6. Ribosomes 7. Lysosomes 8. Vacuoles 9. Golgi apparatus 10. Centrioles 11. Nuclear membrane 12. Nucleus 13. Nucleolus

3 一、细胞质基质的涵义 细胞质基质（cytoplasmic matrix or cytosol）：或称胞质溶胶，在真核细胞细胞质中，除去可分辨的细胞器外的胶状物质。 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。

4 主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。
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

5 二、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 2、蛋白质的分选与运输 3、与细胞质骨架相关的功能
维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等 4、蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 （1）蛋白质的修饰 （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

6 第二节 细胞内膜系统及其功能 与原核细胞不同的是真核细胞具有复杂的由内膜构成的功能区隔。 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，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。 内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能主要在于两个方面：① 扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上；② 是将细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的独特的环境。

7 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。
胞外分泌 Regulated Secretory 分泌调节示意图 调节分泌途径 组成分泌途径 膜泡运输途径 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质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。

8 一、 内质网（endoplasmic reticulum，ER）
由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的空腔形成互相沟通的三维网络结构。

9 （一）内质网的两种基本类型 根据结构与功能，内质网可以分为两种基本结构类型：
1、粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，rER） 多呈扁囊状，排列较为整齐，因在其膜表面分布着大量的颗粒（核糖体） 是内质网与核糖体共同形成的复合功能结构。 主要功能：合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。 在分泌细胞和分泌抗体的浆细胞中，粗面内质网非常发达。

10 2.光滑内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）
表面没有核糖体的内质网称光滑内质网，常呈分支管状。 是脂质合成的重要场所，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。

11 （二）内质网的功能 蛋白质合成 脂类的合成 蛋白质的修饰与加工 新生肽的折叠与组装 sER的功能

12 1.蛋白质的合成 细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中。有些蛋白质刚合成不久便转移至内质网膜上，继续进行蛋白质合成，这些蛋白质包括： ⑴ 向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外基质成分等； ⑵ 膜的整合蛋白：细胞质膜以及内质网、高尔基体、溶酶体膜上的膜蛋白； ⑶ 构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白：溶酶体和植物液泡中的酸性水 解酶、内质网、高尔基体中固有的蛋白。 其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的，包括: （1）预定滞留在细胞质基质中的驻留蛋白：如糖酵解酶和细胞骨架蛋白； （2）质膜外周蛋白：血影蛋白和锚蛋白； （3）核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。 注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中“游 离”核糖体。

13 Translocationcobegin
信号识别颗粒 当SRP信号肽结合后启动新生肽链的翻译 初生多聚信号肽 信号肽颗粒受体与核糖体易位子作用添加到粗面内质网上的受体 信号肽颗粒替换与循环 开始翻译与转移 粗面内质网上的SRP受体蛋白

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15 2.脂质的合成 内质网合成的构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂所需要的三种酶（酰基转移酶、磷酸酶、胆碱磷酸转移酶）都定位于内质网膜上。 在内质网膜上合成的磷脂几分钟后，就由细胞质基质一侧转向内质网腔面，这种转运可能借助一种磷脂转位因子（phospholipid translocator）或称转位酶（flippase）来完成。 甘油磷脂 二磷酸甘油酯 磷脂酸盐 磷脂酰胆碱 甘油磷脂 酰基转移酶 磷脂转位因子 胆碱磷酸酯转移酶

16 合成的磷脂由内质网向其它膜转运主要有两种方式： ⑴ 以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜上；
⑵ 凭借水溶性的载体蛋白－磷脂转运蛋白（phospholipid exchange proteins，PEP）在膜之间转运磷脂。 内质网膜 细胞质膜 小泡

17 3.蛋白质的修饰与加工 糖基化伴随多肽合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰。
进入内质网的蛋白质发生的主要化学修饰作用有糖基化、羟基化、酰基化和二硫键的形成等。 糖基化伴随多肽合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰。 在内质网腔面，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，通过在膜上的糖基转移酶（glycosyltranferase）的作用，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。

18 寡糖基转移到天冬酰胺残基上称之为N-连接的糖基化（N-linked glycosylation），与天冬酰胺直接结合的糖都是N-乙酰葡萄糖胺。
有少数糖基化是发生在丝氨酸或苏氨酸残基上（也有可能发生在羟赖氨酸或羟脯氨酸）连接，称之为O-连接的糖基化(O-linked glycosylation)，与之直接结合的是N-乙酰半乳糖胺。

19 储藏方式 活动方式 脂类耦联的寡聚糖

20 甘露糖 葡萄糖 多萜醇 成熟前体 N-乙酰葡萄糖胺被衣霉素封闭，多帖醇磷酸化

21 4.新生肽的折叠与装配 不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不一。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，一般不能进入高尔基体。 内质网腔是非还原性的内腔，易于二硫键形成； 正确折叠涉及驻留蛋白：具有KDEL（赖天谷亮）或HDEL（组天谷亮）信号蛋白二硫键异构酶（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。 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。

22 二硫键形成 氧化脱氢 非正确折叠带型 重新整理带型

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24 5.内质网的其它功能  类固醇激素的合成：生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质；  肝细胞的解毒作用（Detoxification）：肝细胞中存在细胞色素P450家族酶系，在这些酶的作用下，可以将不溶于水的有毒物质和代谢产物处理为溶于水的物质，通过尿液排出体外； 储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中。

25 二、高尔基体的形态结构与功能 (一)高尔基体的形态结构和极性
电镜下观察高尔基体是由一些（常常为4～8个）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，扁囊多呈弓形、半球形或球形，膜囊周围有大量的大小不等的囊泡结构； 高尔基体多分布在细胞核的附近趋于细胞的一个极； 高尔基体一般显示有极性，可区分出靠近细胞中心的顺面（cis face）或形成面（forming face）或凸面（convexity）；远细胞中心的另一面，称之为反面（trans face）或成熟面（maturing face）或凹面（concave）。 囊腔

26 高尔基体结构成分的标志细胞化学反应 嗜锇反应：cis面 焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）：trans面 胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）： trans面1～2层囊膜扁平囊膜 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶（NADP酶）或甘露糖酶：中间几 层

27 1、高尔基体顺面膜囊（cis ）或顺面网状结构（CGN） 顺面膜囊是中间多孔而呈连续分支状的管网结构。
高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性；高尔基体至少由互相联系的4个部分组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔 1、高尔基体顺面膜囊（cis ）或顺面网状结构（CGN） 顺面膜囊是中间多孔而呈连续分支状的管网结构。 RER（蛋白质和脂类）（蛋白质KDEL或HDEL）CGN； 蛋白丝氨酸残基发生O--连接糖基化； 跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化； 2、高尔基体中间膜囊（medial Golgi） 由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系。 多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成 。

28 3、高尔基体反面的膜囊（trans）及反面高尔基体网状结构（TGN）
TGN中的低pH值；标志酶CMP酶阳性。 TGN的主要功能： ① 参与蛋白质的分类与包装、运输；② 某些“晚期”的蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣膜”作用，保证单向转运 。 4、周围大小不等的囊泡 高尔基体周围常见大小不等的囊泡。其顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为ERGIC（endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment）或称管状小泡丛VTCs（vesicular-tubular clusters）。

29 扁囊

30 回收逃逸蛋白到ER 定位于ER的逃逸的蛋白

31 萌芽和融合囊泡到高尔基体顺面膜囊 调节型分泌 组成型分泌

32 （二）高尔基体的功能 高尔基体的主要功能是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特定的部位或分泌到细胞外。 高尔基体与细胞的分泌活动 蛋白质的糖基化及其修饰 蛋白酶的水解和其它加工过程

33 1. 高尔基体与细胞的分泌活动 参与细胞分泌活动：rER上合成的蛋白质进入ER腔COPⅡ运输泡进入CGN 在medial Golgi中加工在TGN形成分泌泡运输与质膜融合、排出。 蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身 溶酶体酶的分选：M6P高尔基体反面膜囊的M6P受体。 在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。

34 参与细胞分泌活动

35 溶酶体酶的分选

36 蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身
在内质网网腔中，蛋白二硫键异构酶和协助折叠的分子伴侣，均具有典型的回收信号Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）。 内质网滞留信号：内质网的功能和结构蛋白羧基端的一个同肽系列:Lys-Asp-Gly-Leu-Coo-,即KDEL信号序列。 调节型分泌 与M6P结合的蛋白质 储藏微粒 驻留蛋白

37 2.蛋白质的糖基化及其修饰 蛋白质的糖基化类型 两种糖基化形式的比较 蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 蛋白聚糖的合成
参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果 胶质

38 蛋白质的糖基化类型 天冬酰胺 N-乙酰半乳糖胺 N-乙酰葡萄糖胺 葡萄糖胺 甘露糖 半乳糖 半乳糖胺

39 蛋白质糖基化的两种类型比较 特征 N-连接 O-连接 合成部位 粗面内质网 主要在高尔基体 合成方式 天冬酰氨 最终长度 至少5个糖残基
来自同一个寡糖前体 一个个单糖加上去 与之结合的氨基酸残基 天冬酰氨 丝氨酸、苏氨酸、羟脯、羟赖 最终长度 至少5个糖残基 1-4个糖残基 第一个糖残基 N-乙酰葡萄糖胺 N-乙酰半乳糖胺

40 蛋白质糖基化的特点及其生物学意义 溶酶体中的水解酶类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质都没有糖基化修饰。 糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶在细胞不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。 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。

41 3.蛋白酶的水解和其它加工过程 无生物活性的蛋白质高尔基体切除N-端或两端的序列成熟的多肽；
蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽等； 含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物； 同一种蛋白质前体不同细胞以不同的方式加工不同的多肽； 加工方式多样性的可能原因： ① 确保小肽分子的有效合成； ② 弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号； ③ 有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。

42 三、 溶酶体的形态结构与功能 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。 （一）溶酶体的形态结构与类型 （二）溶酶体的功能 （三）溶酶体的发生 （四）溶酶体与过氧化物酶体

43 （一）溶酶体的形态结构与类型 溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多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）。

44 初级溶酶体呈球形不含明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕。其中含有多种水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和磷酸脂酶等，酶的最适pH值为5左右。溶酶体膜在成分上也与其它生物膜不同： ⑴ 嵌有质子泵，借助水解ATP释放出的能量将H+泵入溶酶体内，以形成和维持酸性的内环境； ⑵ 具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运； ⑶ 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。

45 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。 进入次级溶酶体的物质经过一段时间的消化后，小分子物质可通过其膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢利用。未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余小体或后溶酶体。残余小体可通过类似胞吐的方式将内容物排除细胞。

46 吞噬 胞吞作用 自噬泡

47 （二）溶酶体的功能 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；
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。

48 （三）溶酶体的发生 溶酶体酶是在粗面内质网上合成并经N-连接的糖基化修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链的甘露糖残基发生磷酸化形成M6P，在高尔基体的反面膜囊和TGN膜上存在M6P受体，将溶酶体的酶与其它蛋白区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运至溶酶体中。

49 溶酶体的发生途径 溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER） 高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化 M6P
磷酸葡萄糖苷酶 M6P 磷酸化识别信号：信号斑 高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体） 溶酶体酶分选与局部浓缩 以出芽的方式转运到前溶酶体

50 尿二甘酸葡萄糖胺 识别序列 识别位点 葡萄糖胺磷酸转移酶 催化位点 M6P

51 吞噬作用 晚胞内层

52 分选途径多样化 M6P是溶酶体水解酶分选的重要识别信号。所有糖蛋白离开ER都具有N-连接的寡糖链，只有溶酶体水解酶的寡糖链被磷酸化形成M6P，在每个水解酶上有其特异的信号斑（signal patch），再通过两种酶的相继催化作用而形成。 依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。 还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体的perforin和granzyme）

53 （四）溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（microbody），是由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器。 结晶状的核心 动物细胞中的过氧化物酶体 植物细胞中的过氧化物酶体

54 1、过氧化物酶体与溶酶体的区别 过氧化物酶体的特征： ⑴和溶酶体形态大小类似，所含尿酸氧化酶等呈晶格状结构； ⑵含有氧化酶类； ⑶内环境pH值为7左右； ⑷酶在细胞质基质中合成，经分选与装配形成； ⑸识别的标志酶为过氧化氢酶。

55 过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较

56 2、过氧化物酶体的功能 在动物细胞中过氧化物酶体的功能：
 动物细胞（肝细胞或肾细胞）中的过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒的作用。  过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热量。 在植物细胞中过氧化物酶体的功能： 在绿色植物叶肉细胞中，它催化 CO2 固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应；  乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸  乙酰辅酶A  琥珀酸  葡萄糖。

57 氨基乙酸 甘油醛

58 3、过氧化物酶体的发生 过氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形成成熟的细胞器。
组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。 过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）： PTS1为Ser-lys-leu，多存在于基质蛋白的C端。 PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白N-端 过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来。

59 过氧化物媒体的基质蛋白和膜蛋白均在细胞质基质中合成，通过其特有的信号序列（PTS）转移到过氧化物酶体中（1）。成熟的过氧化物酶体通过分裂方式增生（2）。
另一种发生模型是过氧化物酶体前体的组装(3)、成熟(4)与分裂(2)，而前体的形成与内质网相关。

60 第三节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配
蛋白质的分选（protein sorting）：又称蛋白质的定向转运（protein targeting），指绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运到细胞的特定部位，装配成结构与功能的复合体，才能参与细胞的生命活动这一过程。

61 一、信号假说与蛋白质分选信号 （一）信号假说 信号假说 蛋白质N-端的信号肽（signal peptide）
信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP） 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白docking protein，DP） 转位因子（translocator，translocon） （二）信号肽与共翻译 （三）导肽与后转移

62 （一）信号假说 1975年Blobel和sabatini等提出了信号假说（signal hypothesis），即分泌性蛋白N端作为序列信号肽（signal sequence或signal peptide），指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白合成结束前信号肽被切除。信号识别颗粒(SRP)和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（停泊蛋白,DP）等因子协助完成这一过程。

63 蛋白质N-端的信号肽 旦赖 色 缬 苏笨异丝丝亮亮笨亮笨---- 丝丝丙络丝------ 信号肽（signal peptide）：引导新合成的肽链转移到内质网上合成的信号序列称为信号肽，位于新合成肽链的N端，一般16-26个氨基酸残基，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端三部分。由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer sequence）；信号肽没有严格的专一性，目前尚未发现共同的信号序列。

64 一些典型的分选信号 功能 信号序列 输入细胞核
-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 脯-脯-赖-赖-赖-精-赖-缬 输出细胞核 -Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile- 输入线粒体 +H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu- 输入质体 +H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly- 输入过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu-COO- 输入内质网 +H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln- 返回内质网 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL） 由质膜到内体 Tyr-X-X-Φ

65 信号序列（signal sequence）：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常由15-60个氨基酸残基组成，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（ signal peptidase）切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求。 信号斑（signal patch）：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。 每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。

66 信号识别颗粒 信号识别颗粒 插入核糖体的亚基 转移定位蛋白必需蛋白亚基

67 转位因子或易位子 人工合成的 新生蛋白 链接子因子

68 信号识别颗粒的受体 信号识别颗粒 分泌性蛋白N端序列为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。信号识别颗粒和内质网膜上的信号识别颗粒的受体（停泊蛋白）等因子协助完成这一过程。

69 （二）信号肽与共翻译  肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称为共转移。  跨膜蛋白的起始转移序列和终止转移序列
起始转移序列：蛋白质氨基末端的信号序列除作为信号被SRP识别外，还具有起始穿膜转移的作用。 停止转移序列：肽链中还有某些序列与内质网膜具有很强的亲合力而结合在脂双层之中，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质，称为停止转移序列。 内部信号序列：  跨膜蛋白的类型及其取向 起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数

70 跨膜蛋白的类型及其取向 G蛋白连接因子受体 细胞色素P450 葡萄糖转座子 血型蛋白LDL受体 电压门Ga2+通道 转铁蛋白受体
唾液酸糖蛋白受体 电压门Ga2+通道 转铁蛋白受体 流感病毒HA胰岛素受体 蔗糖神经源蛋白 高尔基体半乳糖转移酶 高尔基体硅铝酸转移酶 生长因子激素受体 流感HN蛋白

71 跨膜蛋白的类型及其取向 开启易位子 初生肽链 peptidase

72 跨膜蛋白的类型及其取向 易位子

73 跨膜蛋白的类型及其取向

74 跨膜蛋白的类型及其取向 肽链中的某些序列与内质网膜有很强的亲和力。而结合在内质网膜的脂质双层中且不再转入内质网腔中的肽链序列，称为停止转移序列（stop transfer sequence）。

75 （三）导肽与后转移 基本的特征： 指导蛋白质进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的信号序列称为导肽。 某些蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器中称后转移（post translocation）。 蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。

76 前体蛋白 定位于线粒体基质中的蛋白质转运图示 precursor

77 二、蛋白质分选途径与类型 蛋白质分选的途径：
1、翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白 2、共转运翻译途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始之后由信号肽引导转移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，再经高尔基体加工包装并有其膜泡运送至溶酶体、细胞质膜或分泌到胞外。

78 途径1 表示核基因编码的mRNA在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成。
途径2 表示合成的蛋白质不含信号序列，并留在细胞质基质中。 途径3.4.5 分别表示通过跨膜转运方式转运至线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。 途径6 .表示通过门控转运方式转运至细胞核。 途径7 表示核基因编码的mRNA在细胞质基质游离核糖体上起始合成，然后在信号肽引导下与内质网膜结合并完成蛋白质合成（途径8）。 途径9 表示以膜泡运输方式从内质网转运至高尔基体。 途径12、11、10 表示以膜泡运输方式分选至质膜、溶酶体和分泌到细胞表面。 共翻译转运的蛋白质分泌途径 翻译后转运非分泌途径

79 进入内质网腔的蛋白质 进入线粒体基质的蛋白质

80 膜整合蛋白 核糖体靶膜蛋白取向途径 destination 游离核糖体靶向细胞器的蛋白的路径

81 1、蛋白质的跨膜转运：在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器；
蛋白质分选的类型： 1、蛋白质的跨膜转运：在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器； 2、膜泡运输：通过不同类型的转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位； 3、选择性的门控转运：通过核孔复合体选择性的核输入和输出； 4、细胞质基质中的蛋白质转运。 跨膜转运 门控转运 膜泡转运

82 三．膜泡运输 膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。 1、COPII包被小泡介导从内质网高尔基体的运输，顺向运输； 2、COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体  内质网，逆向运输； 3、网格蛋白有被小泡介导从高尔基体TGN质膜、胞内体、溶酶体或植物液泡等的运输；在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜内吞泡(细胞质)  胞内体溶酶体运输。 胞内体 网格蛋白 包被出牙 配体的受体

83 在细胞的膜泡运输中，粗面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。由于内质网的驻留蛋白具有回收信号，即使有的蛋白发生逃逸，也会保留或回收回来，所以有人将内质网比喻成“开放的监狱”（open prison）。 高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)附近并在高尔基体膜囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。 同样，内质网、溶酶体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有各自特异的成分，这是行使复杂的膜泡运输功能的物质基础，但是在膜泡中又必须保证各细胞器和细胞间隔本身成分特别是膜成分的相对恒定。

84 膜泡运输是特异性过程，涉及多种 蛋白识别、组装-去组装的复杂调控
膜泡融合是特异性的选择性融合,从而指导细胞内膜流的方向 选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的特异性相互作用 运输小泡寻靶：SNARE假说  Rab 蛋白在小泡运输与融合中的调节作用  小泡融合模型

85 运输小泡寻靶：SRNRE假说 Rothman 和他的同事发现动物细胞融合需要一种可溶的细胞质蛋白，叫做N-乙基马来酰亚胺敏感融合蛋白（N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein，NSF）以及其他几种可溶性NSF附着蛋白（solube NSF attachment protein，SNAP），NSF/SNAP能够介导不同类型小泡的融合，说明它没有特异性。膜融合的特异性是由另外的膜蛋白提供的，这种蛋白称为SNAP受体（SNAP receptor）蛋白，或称为SNARE，它可以作为膜融合时SNAP的附着点。每一种运输小泡都有一个特殊的v-SNARE（vesicle-SNAP receptor）标志，能够同适当的靶膜上的t-SNARE（target-SNAP receptor）标志相互作用。

86 膜泡锚定与融合的特异性是通过转运泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用获得的

87 系绳 停泊

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89 Rab在小泡运输与融合中的调节作用 供体膜上的GNRP识别胞质溶胶中特异Rab 蛋白，诱导GDP的释放并和GTP结合，进而改变Rab 蛋白的构型，使其暴露出脂基团，从而将Rab 蛋白锚定到膜上。运输小泡形成后，在v-SNARE的引导下，到达受体膜的v-SNARE部位，Rab 帮助小泡与受体膜结合，Rab 蛋白上的GTP水解后从膜中释放出来，而小泡却锁定在受体膜上。

90 小泡融合模型

91 衣被召集GTP酶包括Arf蛋白和Sar 1蛋白，Arf参与高尔基体上笼形蛋白衣被与COP I衣被的形成，Sar 1参与内质网上COP II衣被的形成，两者的作用方式大体相似。质膜上笼形蛋白衣被的形成也与GTP酶有关，但其成分尚不明确。 衣被召集GTP酶对衣被的形成其动态调节作用，当多数衣被召集GTP酶处于结合GTP的状态时，它催化衣被的形成；反之当多数衣被召集GTP酶处于结合GDP的状态时，它催化衣被的解体。因此衣被的形成过程是边形成边解体的动态过程，只有在组装速率大于解体速率时，才能形成衣被小泡。 COPII包被小泡的装配 Sar-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白

92 N-端疏水端

93 内质网驻留蛋白的回收图解

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95 网格蛋白有被小泡 接头蛋白

96 思考题与作业： 一、基本概念 细胞质基质 细胞内膜系统 自噬体 自溶作用 顶体 初级溶酶体 信号肽 蛋白质糖基化 二、简答题与论述题 1、谈谈你对细胞质基质的结构组成及其在细胞生命活动中作用的理解。 2、用表格的方式比较糙面内质网和光面内质网的形态结构与功能。 3、细胞内蛋白质合成部位及其去向如何？。 4、糙面内质网上合成哪几类蛋白质，它们在内质网上合成的生物学意义是什么？ 5、指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成需要哪些主要结构或因子？他们如何协同作用完成肽链在内质网上合成？ 6、结合高尔基体的结构特征，谈谈它是怎样行使其生理功能的。 7、蛋白质糖基化的基本类型、特征及生物学意义是什么？ 8、溶酶体是怎样发生的？它有哪些基本功能？ 9、过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别？怎样理解过氧化物酶体是异质性的细胞器？ 10、图解说明细胞内膜系统的各种细胞器在结构与功能上的联系。 11、何谓蛋白质的分选？图解真核细胞内蛋白质分选途径。 12、已知膜泡运输有哪几种类型？ 13、怎样理解细胞结构组装的生物学意义？