功能区隔与蛋白分选.pptx

INTRACELLULAR COMPARTMENT AND PROTEINS SORTING第六章细胞内功能区隔与蛋白质分选第一节 细胞质基质第二节 蛋白质分选的基本原理第三节 膜泡运输第四节 内质网第五节 高尔基体第六节 溶酶体与过氧化物酶体第一节 细胞质基质 一、细胞质基质的基本涵义二、细胞质基质的功能 三、细胞质基质与胞质溶胶第一节 细胞质基质一、细胞质基质的基本涵义 在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的胶状物质胶状物质。A 与中间代谢有关的数千种酶类例如：糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径；糖原的合成、蛋白质与脂肪合成的重要场所 B 细胞周期、增殖、分化、衰老、凋亡的调控因子。主要成分：蛋白质占总量的2030%，以水化物的形式存在 C 骨架系统（微丝、微管、中间纤维）:是细胞质基质的组织者D mRNA一、细胞质基质的基本涵义一、细胞质基质的基本涵义细胞质基质的组织结构 1、细胞质基质是一个高度有序的凝胶结构体系，形细胞质基质是一个高度有序的凝胶结构体系，形成成精细的区域精细的区域。细胞骨架纤维形成复杂的三维纤维网络。多数蛋白直细胞骨架纤维形成复杂的三维纤维网络。多数蛋白直接或间接地与骨架结合或与生物膜结合接或间接地与骨架结合或与生物膜结合 2 2、在细胞质基质结构体系中，蛋白质与蛋白质、蛋、在细胞质基质结构体系中，蛋白质与蛋白质、蛋白质与其他大分子之间都是通过白质与其他大分子之间都是通过弱键相互作用弱键相互作用的。的。3 3、各组分之间的作用常常处于、各组分之间的作用常常处于动态动态平衡之中。平衡之中。细胞质基质所依赖的特殊环境细胞质基质所依赖的特殊环境 高蛋白浓度；高蛋白浓度；特定的离子环境特定的离子环境中间代谢的过程及其调节（底物与产物的定向转运机制？）控制细胞增殖、分化、衰老、凋亡所依赖的信号转导途径。蛋白的分选及定向运输由于细胞骨架的组织，使细胞中的成分，在结构功能上形成更为精细的区域。实现了细胞质中各功能的区域化。二、细胞质基质的功能二、细胞质基质的功能各膜质细胞器各膜质细胞器 细胞核细胞核 细胞质基质细胞质基质蛋白质的修饰蛋白质的修饰 1 1、辅基或辅酶与酶的共价结合辅基或辅酶与酶的共价结合 2 2、磷酸化与去磷酸化磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性。，用以调节很多蛋白质的生物活性。3 3、糖基化糖基化。多数为。多数为O-O-连接的糖基化。连接的糖基化。在哺乳动物细胞中把在哺乳动物细胞中把N-N-乙酰葡萄糖胺分子加到蛋白质的丝乙酰葡萄糖胺分子加到蛋白质的丝氨酸的羟基上氨酸的羟基上 。4 4、蛋白质蛋白质NN端的甲基化修饰，使蛋白质维持较长的寿命。端的甲基化修饰，使蛋白质维持较长的寿命。例如：组蛋白例如：组蛋白 中间纤维中间纤维 5 5、酰基化酰基化。蛋白质与脂肪酸形成脂蛋白蛋白质与脂肪酸形成脂蛋白。跨膜蛋白在内质网、高尔基体的转运过程中，暴露在细胞跨膜蛋白在内质网、高尔基体的转运过程中，暴露在细胞质基质中的结构域被酰基化。质基质中的结构域被酰基化。酶与癌基因的产物特异性的识别，将脂肪酸链共价结合在酶与癌基因的产物特异性的识别，将脂肪酸链共价结合在特异的蛋白质上。例如：特异的蛋白质上。例如：SrcSrc、RasRas中的脂肪酸链。中的脂肪酸链。降解变性与错误折叠的蛋白和短寿命蛋白质降解变性与错误折叠的蛋白和短寿命蛋白质降解变性与错误折叠的蛋白和短寿命蛋白质降解变性与错误折叠的蛋白和短寿命蛋白质泛素泛素泛素泛素：是一个由：是一个由7676个氨基酸残基构成的小分子蛋白质。个氨基酸残基构成的小分子蛋白质。泛素的功能泛素的功能泛素的功能泛素的功能：帮助清理细胞中短寿命蛋白和错误折叠的蛋白质；帮助清理细胞中短寿命蛋白和错误折叠的蛋白质；参与细胞周期调控；参与细胞周期调控；DNADNA修复；细胞的程序性死亡。修复；细胞的程序性死亡。容易降解蛋白质的特征容易降解蛋白质的特征容易降解蛋白质的特征容易降解蛋白质的特征：决定蛋白质寿命的信号是决定蛋白质寿命的信号是NN端第一个氨基酸残基端第一个氨基酸残基。MetMet Thr Ser Val Gly Pro Ala Cys Thr Ser Val Gly Pro Ala Cys，则稳定；，则稳定；之外，则不稳定之外，则不稳定 降解机制是依赖泛素降解途径降解机制是依赖泛素降解途径降解机制是依赖泛素降解途径降解机制是依赖泛素降解途径：泛素在一系列酶的作用：泛素在一系列酶的作用下与靶蛋白结合，使靶蛋白被泛素标记，从而下与靶蛋白结合，使靶蛋白被泛素标记，从而被蛋白酶体水被蛋白酶体水解解。帮助变形或错误折叠的蛋白重新折叠，形帮助变形或错误折叠的蛋白重新折叠，形成正确的分子构象成正确的分子构象 利用热休克蛋白（利用热休克蛋白（heat shock protein heat shock protein）Hsp,Hsp,在消耗在消耗ATPATP的情况下把变性蛋白重新折叠成正确的构的情况下把变性蛋白重新折叠成正确的构象。象。热休克蛋白有三个家族：热休克蛋白有三个家族：25KD25KD、75KD75KD、90KD90KD错变形或错误折叠的蛋白正确的分子构象 HspATPADP三、细胞质基质与胞质溶胶三、细胞质基质与胞质溶胶n n 细胞质基质是由微管、微丝和中间纤维等形成的相互联系的是由微管、微丝和中间纤维等形成的相互联系的结构体系。其中蛋白质和其他大分子以凝聚状态结构体系。其中蛋白质和其他大分子以凝聚状态或暂时以凝聚状态存在与周围的溶液分子处于动或暂时以凝聚状态存在与周围的溶液分子处于动态平衡。态平衡。是一种由精细区域化的凝胶结构体系，细胞在不是一种由精细区域化的凝胶结构体系，细胞在不同的发育间段和不同的生理状态下，可能有所不同的发育间段和不同的生理状态下，可能有所不同同 。作为一个蛋白质是否属于细胞质基质中的结构成作为一个蛋白质是否属于细胞质基质中的结构成分，主要取决于其在生命活动中是结合在细胞骨分，主要取决于其在生命活动中是结合在细胞骨架上，还是溶解在周围的溶液中。架上，还是溶解在周围的溶液中。n n 胞质溶胶早期的实验细胞学家和生化学家用差速离心的方早期的实验细胞学家和生化学家用差速离心的方法分离细胞匀浆的各组分，获得的上清液称之为法分离细胞匀浆的各组分，获得的上清液称之为胞质溶胶。胞质溶胶。乳胶小球实验：将乳胶小球用微注射的方法注入乳胶小球实验：将乳胶小球用微注射的方法注入非洲爪蟾的卵母细胞中，经一段时间后，取出乳非洲爪蟾的卵母细胞中，经一段时间后，取出乳胶小球，分析渗入小球中的蛋白质。结合在细胞胶小球，分析渗入小球中的蛋白质。结合在细胞质基质中的蛋白质不容易渗入乳胶小球。质基质中的蛋白质不容易渗入乳胶小球。胞质溶胶与细胞质基质的关系 包涵关系包涵关系n n定定义义：结结构构、功功能能和和发发生生上上相相关关的的内内膜膜形形成成的的细细胞结构称为细胞内膜系统。胞结构称为细胞内膜系统。n n功能：区隔化；增加表面积。功能：区隔化；增加表面积。n n系统发生上内膜起源于质膜的内陷和内共生。系统发生上内膜起源于质膜的内陷和内共生。n n个个体体发发生生上上内内膜膜来来源源于于原原有有内内膜膜系系统统的的分分裂裂，具具有有epigeneticepigenetic的特性。的特性。细胞内膜系统细胞内膜系统第二节第二节 蛋白质分选的基本原理蛋白质分选的基本原理细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列信号序列（signal sequence）。其二是细胞器上具特定的信号识识别别装装置置（分选受体，sorting receptor）。一、蛋白质分选信号一、蛋白质分选信号n n信信号号序序列列（signal signal sequencesequence）：引引导导蛋蛋白白质质定定向向转转移移的的线线性性序序列列，通通常常15-6015-60个个氨氨基基酸酸残残基基，对对所所引引导的蛋白质没有特异性要求。导的蛋白质没有特异性要求。n n信信号号斑斑（signal signal patchpatch）：存存在在于于完完成成折折叠叠的的蛋蛋白白质质中中，构构成成信信号号斑斑的的信信号号序序列列之之间间可可以以不不相相邻邻，折折叠在一起构成蛋白质分选的信号。叠在一起构成蛋白质分选的信号。signal sequence and signal patchsignal sequence and signal patch二、蛋白质分选运输机制二、蛋白质分选运输机制n n1 1、门门控控运运输输（gated gated transporttransport）：如如通通过过核核孔孔复复合合体的运输。体的运输。n n2 2、跨跨膜膜运运输输（transmembrane transmembrane transporttransport）：蛋蛋白白质质通过跨膜通道进入目的细胞器。通过跨膜通道进入目的细胞器。n n3 3、膜膜泡泡运运输输（vesicular vesicular transporttransport）：蛋蛋白白质质在在内内质质网网或或高高尔尔基基体体中中被被包包装装成成衣衣被被小小泡泡，选选择择性性地地运运输到靶细胞器。输到靶细胞器。第三节第三节 胞内膜泡运输胞内膜泡运输n n内膜系统之间的物质传递常通过膜泡运输进行。内膜系统之间的物质传递常通过膜泡运输进行。n n多多数数运运输输小小泡泡在在膜膜的的特特定定区区域域以以出出芽芽的的方方式式产产生生。表表面面具具有有一一个个笼笼子子状状的的由由蛋蛋白白质质构构成成的的衣衣被被（coatcoat）。衣衣被被在在运运输输小小泡泡与与靶靶细细胞胞器器的的膜膜融融合合之之前解体。前解体。n n衣被小泡在细胞内沿微管或微丝运输。衣被小泡在细胞内沿微管或微丝运输。n n与与膜膜泡泡运运输输有有关关的的马马达达蛋蛋白白有有3 3类类，在在这这些些马马达达蛋蛋白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。白的牵引下，可将膜泡运到特定的区域。n n动力蛋白（动力蛋白（dyneindynein），趋向微管负端；），趋向微管负端；n n驱动蛋白（驱动蛋白（kinesinkinesin），趋向微管正端；），趋向微管正端；n n肌球蛋白（肌球蛋白（myosinmyosin），趋向微丝的正极。），趋向微丝的正极。一、衣被类型一、衣被类型n n已知三类：已知三类：1.1.笼形蛋白（笼形蛋白（clathrinclathrin）2.2.COPICOPI3.3.COPIICOPIIn n主要作用：主要作用：1.1.选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；2.2.如同模具一样决定运输小泡的外部特征。如同模具一样决定运输小泡的外部特征。三种衣被小泡的功能三种衣被小泡的功能衣被类型衣被类型GTPGTP酶酶组成与衔接蛋白组成与衔接蛋白运输方向运输方向clathrinclathrinARFARFClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP2AP2质膜质膜内体内体ClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP1AP1高尔基体高尔基体内体内体ClathrinClathrin重链与轻链，重链与轻链，AP3AP3高尔基体高尔基体溶酶体，溶酶体，植物液泡植物液泡COP ICOP IARFARFCOPCOP 高尔基体高尔基体内质网内质网COP IICOP IISar 1Sar 1Sec23/Sec24Sec23/Sec24复合体，复合体，Sec Sec 13/3113/31复合体，复合体，Sec 16Sec 16内质网内质网高尔基体高尔基体（一）笼形蛋白衣被小泡（一）笼形蛋白衣被小泡n n运输途径：质膜运输途径：质膜内体；高尔基体内体；高尔基体内体；高尔内体；高尔基体基体溶酶体、植物液泡。溶酶体、植物液泡。n n衣被结构：衣被结构：3 3重链、重链、3 3轻链，形如轻链，形如triskeliontriskelion。clathrinclathrin的曲臂交织在一起，形成的曲臂交织在一起，形成5 5边形网孔的笼子。边形网孔的笼子。n n衔接蛋白：连接衣被与受体。衔接蛋白：连接衣被与受体。Clathrin coated vesiclesDeep-etch view of a typical clathrin latticeSelective transport by clathrin coated vesiclesn n当衣被小泡形成时，可溶性蛋白当衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamindynamin聚集成一聚集成一圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近圈围绕在芽的柄部，使柄部的膜尽可能地拉近（小于（小于1.5nm1.5nm），导致膜融合，），导致膜融合，pinch offpinch off衣被小泡。衣被小泡。（二）（二）COP I衣被小泡衣被小泡n n功功 能能：回回 收收、转转 运运 内内 质质 网网 逃逃 逸逸 蛋蛋 白白（escaped escaped proteinsproteins）返返回回内内质质网网；也也可可介介导导高高尔尔基基体体不不同同区区域域间的蛋白质运输。间的蛋白质运输。n n组成：由组成：由7 7种蛋白组成。种蛋白组成。n n回收信号：回收信号：Lys-Asp-Glu-LeuLys-Asp-Glu-Leu（KDELKDEL）。）。COP I VesiclesCop I and II VesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）（三）（三）COP衣被小泡衣被小泡n n介导内质网到高尔基体的物质运输。形成于内质介导内质网到高尔基体的物质运输。形成于内质网出口位点，该处无核糖体。网出口位点，该处无核糖体。n n主要亚基：主要亚基：Sar1GTPSar1GTP、Sec23/Sec24Sec23/Sec24、Sec13/Sec31Sec13/Sec31。n n多数跨膜蛋白直接与多数跨膜蛋白直接与COP IICOP II结合，少数跨膜蛋白结合，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与和多数可溶性蛋白通过受体与COP IICOP II结合。结合。n n分选信号：位于跨膜蛋白胞质面，形式多样，常分选信号：位于跨膜蛋白胞质面，形式多样，常包含双酸性基序包含双酸性基序DEXDE DEXDE，如，如Asp-X-GluAsp-X-Glu。COP II VesiclesCOPII Coated vesicle二、衣被形成二、衣被形成n n衣衣被被召召集集GTPGTP酶酶：为为GG蛋蛋白白，活活化化状状态态可可引引起起衣衣被被蛋蛋白白聚聚集集，包包括括ARFARF和和SAR SAR 1 1。存存在在于于细细胞胞质质，激激活后转位到膜上。活后转位到膜上。n nARFARF：参与：参与clathrinclathrin和和COP ICOP I衣被的形成。衣被的形成。n nSAR 1SAR 1：参与：参与COP IICOP II衣被的形成。衣被的形成。n nERER上上形形成成COPIICOPII小小泡泡时时，SAR1SAR1交交换换GDP/GTPGDP/GTP而而激活。激活。n n激激活活的的SAR1SAR1暴暴露露出出脂脂肪肪酸酸链链尾尾巴巴，插插入入ERER膜膜，促促进衣被蛋白的核化和组装。进衣被蛋白的核化和组装。n nSAR1SAR1可可激激活活磷磷脂脂酶酶DD，将将一一些些磷磷脂脂水水解解，使使衣衣被被蛋白牢固地结合在膜上。蛋白牢固地结合在膜上。n n当小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。当小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。Coat assemblyCoat assembly三、膜泡运输的定向机制三、膜泡运输的定向机制n n（一）（一）SNAREs SNAREs n n功能：介导运输小泡与靶膜的融合。功能：介导运输小泡与靶膜的融合。n n类型：类型：v-SNAREsv-SNAREs和和t-SNAREst-SNAREs。n n结结构构：具具有有一一个个螺螺旋旋结结构构域域，相相互互缠缠绕绕形形成成跨跨SNAREsSNAREs复合体，将小泡与靶膜拉在一起。复合体，将小泡与靶膜拉在一起。SNAREsSNAREs in vesicle transportn n神神经经细细胞胞中中，SNAREsSNAREs负负责责突突触触小小泡泡的的停停泊泊和和融融合合。破破伤伤风风毒毒素素和和肉肉毒毒素素能能选选择择性性地地降降解解SNAREsSNAREs，阻阻断神经传导。断神经传导。n n病病毒毒融融合合蛋蛋白白的的工工作作原原理理与与SNAREsSNAREs相相似似，介介导导病病毒与宿主质膜的融合。毒与宿主质膜的融合。HIV fusion proteinHIV fusion protein（二）（二）Rabsn n也也叫叫targeting targeting GTPaseGTPase，属属于于GG蛋蛋白白，起起分分子子开开关关作作用。已知用。已知3030余种，不同膜上具有不同的余种，不同膜上具有不同的RabsRabs。n nRabsRabs促进和调节运输小泡的停泊和融合。促进和调节运输小泡的停泊和融合。n nRabsRabs还还有有许许多多效效应应因因子子，帮帮助助运运输输小小泡泡聚聚集集和和靠靠近靶膜，触发近靶膜，触发SNAREsSNAREs抑制因子。抑制因子。Rabs in docking四、受体介导的内吞四、受体介导的内吞n n批量内吞（批量内吞（Bulk-phase endocytosisBulk-phase endocytosis）：非特异性的）：非特异性的摄入细胞外物质，穴样内陷（摄入细胞外物质，穴样内陷（caveolaecaveolae）是发生批）是发生批量内吞的部位。量内吞的部位。n n受体介导的内吞受体介导的内吞 (receptor mediated endocytosis)(receptor mediated endocytosis)是一是一种选择浓缩机制。种选择浓缩机制。LDLLDL、运铁蛋白、生长因子、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等都通过胰岛素等都通过RMERME转运。转运。n n衣被小窝（衣被小窝（coated pitscoated pits）是质膜内凹的部位，相当）是质膜内凹的部位，相当于分子过滤器于分子过滤器(约占肝细胞表面积约占肝细胞表面积2%)2%)。受体、笼形。受体、笼形蛋白和衔接蛋白大量集中于此处。蛋白和衔接蛋白大量集中于此处。n n受体胞质端的受体胞质端的Tyr-X-X-Tyr-X-X-是衔接蛋白识别的信号，是衔接蛋白识别的信号，X X为任何氨基酸，为任何氨基酸，为分子较大的疏水氨基酸为分子较大的疏水氨基酸(如如PhePhe、LeuLeu、Met)Met)。n n受体同配体结合后启动内化作用，衣被开始组装。受体同配体结合后启动内化作用，衣被开始组装。Clathrin coated piton the cytosolic face of a celln n低密脂蛋白的吸收：低密脂蛋白的吸收：n n胆胆固固醇醇主主要要在在肝肝细细胞胞中中合合成成，以以低低密密脂脂蛋蛋白白（low-density lipoproteinslow-density lipoproteins，LDLLDL）释放到血液。）释放到血液。n nLDLLDL颗颗粒粒芯芯部部含含有有被被长长链链脂脂肪肪酸酸酯酯化化的的胆胆固固醇醇分分子子。周周围围由由磷磷脂脂和和胆胆固固醇醇构构成成的的脂脂单单层层包包围围，有有一个较大的一个较大的Apo-BApo-B蛋白（配体）。蛋白（配体）。LDL ParticleLDL endocytosisn n细胞需要胆固醇时，合成细胞需要胆固醇时，合成LDLLDL跨膜受体蛋白。跨膜受体蛋白。n n受体与受体与LDLLDL颗粒结合后，形成衣被小泡；颗粒结合后，形成衣被小泡；n n进进入入细细胞胞质质的的小小泡泡随随即即脱脱掉掉衣衣被被，成成为为平平滑滑小小泡泡，同同早早期期内内体体融融合合，内内体体中中PHPH值值低低，使使受受体体与与LDLLDL颗粒分离；再经晚期内体将颗粒分离；再经晚期内体将LDLLDL送人溶酶体。送人溶酶体。n n在溶酶体中，在溶酶体中，LDLLDL被水解成游离的胆固醇。被水解成游离的胆固醇。The receptor-mediated endocytosis of LDLLDL Endocytosisn n受体回收途径：受体回收途径：n n大部分返回原来的质膜结构域，如大部分返回原来的质膜结构域，如LDLLDL受体；受体；n n有有些些进进入入溶溶酶酶体体被被消消化化，如如EGFEGF的的受受体体，称称为为受体下行调节（受体下行调节（receptor down-regulationreceptor down-regulation）；）；n n有有些些被被运运至至质质膜膜不不同同的的结结构构域域，形形成成穿穿胞胞运运输输（transcytosistranscytosis）。）。Transcytosis五、外排作用五、外排作用n n组成型外排途径：由组成型外排途径：由TGNTGN区分泌囊泡向质膜运输，区分泌囊泡向质膜运输，通过通过default pathwaydefault pathway完成转运。更新膜蛋白和膜脂、完成转运。更新膜蛋白和膜脂、形成形成ECMECM、营养成分或信号分子。、营养成分或信号分子。n n调节型外排途径：如激素或酶储于分泌泡内，当调节型外排途径：如激素或酶储于分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡释放出去。细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡释放出去。The constitutive and regulated secretory pathways第四节第四节 内质网内质网n nPorterPorter等等于于19451945年年发发现现于于培培养养的的小小鼠鼠成成纤纤维维细细胞胞，因因最最初初看看到到的的是是位位于于细细胞胞质质内内部部的的网网状状结结构构，故故名名endoplasmic reticulumendoplasmic reticulum，ERER。一、形态与组成一、形态与组成n n约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。n n分为分为RERRER和和SERSER。n nRERRER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。n nSERSER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。n n细细胞胞不不含含纯纯粹粹的的RERRER或或SERSER，它它们们分分别别是是ERER连连续续结构的一部分。结构的一部分。RERRERSERn n膜含膜含60%60%的蛋白和的蛋白和40%40%的脂类，的脂类，PCPC含量较高，含量较高，SMSM含量较少，没有或很少含胆固醇。含量较少，没有或很少含胆固醇。n n约约3030多种膜结合蛋白，另有多种膜结合蛋白，另有3030多种位于多种位于ERER网腔。网腔。n n葡糖葡糖-6-6-磷酸酶是磷酸酶是ERER标志酶，核糖体结合糖蛋白标志酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorinribophorin）只分布在）只分布在RERRER，P450P450酶系只分布在酶系只分布在SERSER。二、二、ER的功能的功能n n（一）蛋白质合成（一）蛋白质合成n n内质网上合成的蛋白主要有：内质网上合成的蛋白主要有：1.1.向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；2.2.膜的整合蛋白；膜的整合蛋白；3.3.需需要要与与其其它它细细胞胞组组分分严严格格分分开开的的酶酶，如如溶溶酶酶体体的各种水解酶；的各种水解酶；4.4.需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。Blobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。Blobel with members of his laboratoryGnter Blobeln n蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：1.1.信信号号肽肽：位位于于NN端端，约约16301630个个氨氨基基酸酸，含含有有6-6-1515个个连连续续排排列列的的带带正正电电荷荷的的非非极极性性氨氨基基酸酸，又又称开始转移序列。称开始转移序列。2.2.信信号号识识别别颗颗粒粒（SRPSRP）：6 6种种多多肽肽和和1 1个个7S 7S RNARNA组组成，属成，属RNPRNP。与信号序列结合，导致。与信号序列结合，导致PrPr合成暂停。合成暂停。AA Sequences of ER Signal PeptidesAA Sequences of ER Signal Peptides3.3.SRPSRP受受体体，ERER膜膜的的整整合合蛋蛋白白，异异二二聚聚体体，可可与与SRPSRP特异结合。特异结合。4.4.停止转移序列，与内质网膜的亲合力很高，阻停止转移序列，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。5.5.转位因子，由转位因子，由3-43-4个个Sec61Sec61蛋白构成的通道，每个蛋白构成的通道，每个Sec61Sec61由由3 3条肽链组成。条肽链组成。Translocation of proteins across ER蛋白质转入内质网合成的过程：蛋白质转入内质网合成的过程：n n信号肽与信号肽与SRPSRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRPSRP与受体结与受体结合合SRPSRP脱离脱离肽链进入内质网肽链进入内质网信号肽切除信号肽切除肽肽链延伸至终止。链延伸至终止。n n这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translationco-translation。Insertion of Transmembrane protein into the ER membrane（二）蛋白质的修饰与加工（二）蛋白质的修饰与加工n n包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，几乎所有内质网上合成的蛋白最终都被糖基化。几乎所有内质网上合成的蛋白最终都被糖基化。n n糖基化的作用：糖基化的作用：n n使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；n n赋予蛋白质传导信号的功能；赋予蛋白质传导信号的功能；n n某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。n n糖基一般连接在糖基一般连接在4 4种氨基酸上，分为种氨基酸上，分为2 2种：种：n nN-N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NHNH2 2连接，连接，糖为糖为N-N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。n nO-O-连接的糖基化：与连接的糖基化：与SerSer、ThrThr和和HypHyp的的OHOH连接，连接，连接的糖为半乳糖或连接的糖为半乳糖或N-N-乙酰半乳糖胺，在高尔基乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。体上进行。n n内质网上进行内质网上进行N-N-连接的糖基化。糖的供体为核苷连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如糖，如GDP-GDP-甘露糖、甘露糖、UDP-N-UDP-N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。n n糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇分子上，装配成寡糖链。分子上，装配成寡糖链。n n再被寡糖转移酶转到再被寡糖转移酶转到Asn-X-SerAsn-X-Ser或或Asn-X-ThrAsn-X-Thr的的AsnAsn上。上。Protein glycosylation in RERProtein glycosylation in RERProtein glycosylation in RER（三）新生肽链的折叠、组装和运输（三）新生肽链的折叠、组装和运输n n蛋白的折叠在蛋白的折叠在hsp70hsp70家族的家族的ATPATP酶的作用下完成酶的作用下完成 。n n无无法法正正确确折折叠叠的的蛋蛋白白被被转转入入溶溶酶酶体体降降解解，约约90%90%的的新新合合成成T T细细胞胞受受体体亚亚单单位位和和AchAch受受体体都都被被降降解解，而从未到达靶膜。而从未到达靶膜。n nCOP IICOP II介导由介导由ERER输出的膜泡运输。输出的膜泡运输。（四）内质网的其它作用（四）内质网的其它作用1.1.合成磷脂、胆固醇等。合成磷脂、胆固醇等。2.2.解毒，如肝细胞的细胞色素解毒，如肝细胞的细胞色素P450P450酶系。酶系。3.3.参与甾体类激素的合成。参与甾体类激素的合成。4.4.使葡糖使葡糖6-6-磷酸水解，释放糖至血液中。磷酸水解，释放糖至血液中。5.5.储存钙离子，作为胞内信号物质，如肌质网。储存钙离子，作为胞内信号物质，如肌质网。6.6.提供酶附着的位点和机械支撑作用。提供酶附着的位点和机械支撑作用。第五节第五节 高尔基体高尔基体n n发发现现于于18551855年年，18891889年年，GolgiGolgi用用银银染染法法，在在猫猫头头鹰鹰的的神神经经细细胞胞内内观观察察到到了了清清晰晰的的结结构构，因因此此定定名名为为高高尔基体。尔基体。一、形态与组成一、形态与组成n n由由扁扁平平囊囊泡泡堆堆积积而而成成，有有极极性性。通通常常4848个个(某某些些藻类较多藻类较多)扁平囊在一起，构成扁平囊在一起，构成Golgi stackGolgi stack。n n分布于分布于ERER与细胞膜间，呈弓形或半球形。与细胞膜间，呈弓形或半球形。n n凸凸出出的的一一面面对对着着ERER称称为为顺顺面面（cis cis faceface），凹凹进进的的一面对着质膜称为反面（一面对着质膜称为反面（trans facetrans face）。）。Structure of the Golgi ComplexDistribution，nucleus green，Golgi body redn n膜含有约膜含有约60%60%的蛋白和的蛋白和40%40%的脂类，具有一些和的脂类，具有一些和ERER共同的蛋白成分。共同的蛋白成分。n n主要的酶有糖基转移酶、磺基主要的酶有糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、氧化糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等。酶和磷脂酶等。n n标志酶为糖基转移酶。标志酶为糖基转移酶。二、功能区隔二、功能区隔1.1.cis Golgi networkcis Golgi network，CGNCGN是入口区域。是入口区域。2.2.medial medial GolgiGolgi，多多数数糖糖基基修修饰饰，糖糖脂脂的的形形成成以以及及与高尔基体有关的糖合成发生于此处。与高尔基体有关的糖合成发生于此处。3.3.trans trans Golgi Golgi networknetwork，TGNTGN是是出出口口区区域域，参参与与蛋蛋白白质的分类与包装，最后输出。质的分类与包装，最后输出。Golgi networkn n高尔基体不同区域的细胞化学反应：n n嗜锇反应：cis面膜囊被特异地染色；n nTPP酶：trans面的膜囊；n nNADP酶：显示中间的膜囊；n nCMP酶：trans面的囊状和管状结构。三、主要功能三、主要功能n n1 1、参参 与与 细细 胞胞 分分 泌泌 活活 动动：RERRER合合 成成 PrPrERER腔腔COPIICOPII小小泡泡CGNmedial CGNmedial GdgiGdgi加加工工TGNTGN区区形成运输泡形成运输泡与质膜融合、排出。与质膜融合、排出。n n高尔基体依据信号序列或信号斑对蛋白质分类。高尔基体依据信号序列或信号斑对蛋白质分类。n n2 2、O-O-连接的糖基化：糖的供体为核苷糖。连接的糖基化：糖的供体为核苷糖。n n3 3、进进行行膜膜的的转转化化功功能能：ERER合合成成膜膜脂脂转转移移至至高高尔尔基基体，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。体，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。n n4 4、将将蛋蛋白白水水解解为为活活性性物物质质：如如将将胰胰岛岛素素C C端端切切除除；或将神经肽前体降解为活性片段。或将神经肽前体降解为活性片段。n n5 5、参与形成溶酶体。、参与形成溶酶体。n n6 6、植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。、植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。第六节第六节 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体与过氧化物酶体n nLysosomeLysosome为为 de de DuveDuve与与 Novikoff Novikoff 19551955年年 发发 现现。PeroxisomePeroxisome由由Rhodin Rhodin 19541954在在鼠鼠肾肾小小管管上上皮皮细细胞胞中中发发现。现。一、溶酶体的结构一、溶酶体的结构n n含酸性水解酶（最适含酸性水解酶（最适pH=5pH=5），执行细胞内消化。），执行细胞内消化。n n具有异质性，酸性磷酸酶是标志酶。具有异质性，酸性磷酸酶是标志酶。n n膜有质子泵，溶酶体内膜有质子泵，溶酶体内pHpH值低。值低。n n膜蛋白高度糖基化。膜蛋白高度糖基化。1、初级溶酶体（primary lysosome）由高尔基体分泌形成，含多种酸性水解酶。n n2 2、次级溶酶体（、次级溶酶体（secondary lysosomesecondary lysosome）n n是是正正在在进进行行或或完完成成消消化化作作用用的的溶溶酶酶体体，分分为为自自噬噬溶酶体和异噬溶酶体。溶酶体和异噬溶酶体。n n3 3、残体（、残体（residual bodyresidual body）n n又又称称后后溶溶酶酶体体（post-lysosomepost-lysosome），已已失失去去酶酶活活性性，仅仅留留未未消消化化的的残残渣渣，故故名名。可可排排出出细细胞胞，也也可可能能留留在在细细胞胞内内逐逐年年增增多多，如如表表皮皮细细胞胞的的老老年年斑斑，肝肝细胞的脂褐质。细胞的脂褐质。Secondary lysosome肝细胞脂褐质肝细胞脂褐质二、溶酶体的功能二、溶酶体的功能1.1.细细胞胞内内消消化化：如如从从LDLLDL释释放放胆胆固固醇醇，单单细细胞胞真真核核生物籍其消化食物。生物籍其消化食物。2.2.自自体体吞吞噬噬：清清除除无无用用生生物物大大分分子子，衰衰老老细细胞胞、细细胞器、个体发育中多余的细胞。胞器、个体发育中多余的细胞。3.3.防御作用：如巨噬细胞。防御作用：如巨噬细胞。4.4.参参与与分分泌泌过过程程的的调调节节：如如将将甲甲状状腺腺球球蛋蛋白白降降解解成成有活性的甲状腺素。有活性的甲状腺素。5.5.形成精子的顶体。形成精子的顶体。三、溶酶体的发生三、溶酶体的发生n n在高尔基体的在高尔基体的transtrans面以出芽的方式形成：面以出芽的方式形成：n n前前溶溶酶酶体体蛋蛋白白N-N-连连接接的的糖糖基基化化高高尔尔基基体体磷磷酸酸转转移移酶酶识识别别信信号号斑斑将将N-N-乙乙酰酰葡葡糖糖胺胺磷磷酸酸转转移移在在1212个个甘甘露露糖糖残残基基上上在在中中间间膜膜囊囊切切去去N-N-乙乙酰酰葡葡糖糖胺胺形形成成M6PM6P配配体体与与transtrans膜膜囊囊上上M6PM6P受受体体结结合合通通过过clathrinclathrin衣衣被被包包装装成成运运输输小小泡泡与与晚晚期期的的内内体体融融合合，受受体体解解离离切切除除甘甘露露糖糖残残基基上上的的磷酸磷酸 。The recognition of a lysosomal hydrolase in Golgi and mannose phosphorylation Transport of newly synthesized hydrolases to lysosomes四、溶酶体与疾病四、溶酶体与疾病1.1.矽矽肺肺：二二氧氧化化硅硅尘尘粒粒（矽矽尘尘）吸吸入入肺肺泡泡