细胞器资料

原核细胞简介

原核细胞（prokaryotic cell）没有核膜，遗传物质集中在一没有明确界限的低电子密度区。DNA为裸露的环状分子，通常没有结合蛋白，环的直径约为2.5nm，周长约几十纳米。没有恒定的内膜系统，核糖体为70S型，原核细胞构成的生物称为原核生物（prokaryote），均为单细胞生物，通常称为细菌（bacterium）。

原核细胞procaryotic/prokaryotic cell 指没有核膜且不进行有丝分裂、减数分裂、无丝分裂的细胞。这种细胞不发生原生质流动，观察不到变形虫样运动。鞭毛(fl agellum)呈单一的结构。光合作用、氧化磷酸化在细胞膜进行，没有叶绿体(chloropl ast)、线粒体(mitochondrion)等细胞器(organelles)的分化，只有核糖体。由这种细胞构成的生物，称为原核生物，它包括所有的细菌和蓝藻类。即构成细菌和蓝藻等低等生物体的细胞。它没有真正的细胞核(nucleus),只有原核或拟核,所含的一个基因带(或染色体),是环状双股单一顺序的脱氧核糖核酸分子(circular DNA),没有组蛋白(histon e)与之结合无核仁(nucleolus),缺乏核膜(nuclear envelope)。外层原生质中有70 S 核糖体与中间体,缺乏高尔基体(Golgi)、内质网(E.R.)、线粒体和中心体(centrosomes)等。转录和转译(transcription and translation)同时进行,四周质膜内含有呼吸酶。无有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis),脱氧核糖核酸(DNA)复制后,细胞随即分裂为原核细胞主要生物种类

原核细胞构成的生物称为原核生物（prokaryote），均为单细胞生物，通常称为细菌（bacterium）。

根据外表特征，可把原核生物粗分为“三菌三体”6种类型，即细菌（狭义的）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体。

一、细菌

细菌是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。细菌主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有夹膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。可根据形状分成三类，即：球菌、杆菌和螺旋菌。

（一）细胞壁

细胞壁厚度因细菌不同而异，一般为15-30nm。主要成分是肽聚糖，由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸构成双糖单元，以β（1-4）糖苷键连接成大分子。N-乙酰胞壁酸分子上有四肽侧链，相邻聚糖纤维之间的短肽通过肽桥（革兰氏阳性菌）或肽键（革兰氏阴性菌）桥接起来，形成了肽聚糖片层，像胶合板一样，粘合成多层。

肽聚糖中的多糖链在各物种中都一样，而横向短肽链却有种间差异。革兰氏阳性菌细胞壁厚约20～80nm，有15-50层肽聚糖片层，每层厚1nm，含20-40％的磷壁酸（teichoic acid），有的还具有少量蛋白质。革兰氏阴性菌细胞壁厚约10nm，仅

2-3层肽聚糖，其他成分较为复杂，由外向内依次为脂多糖、细菌外膜和脂蛋白。此外，外膜与细胞之间还有间隙。

肽聚糖是革兰阳性菌细胞壁的主要成分，凡能破坏肽聚糖结构或抑制其合成的物质，都有抑菌或杀菌作用。如溶菌酶是N-乙酰胞壁酸酶，青霉素抑制转肽酶的活性，抑制肽桥形成。

细菌细胞壁的功能包括：保持细胞外形；抑制机械和渗透损伤（革兰氏阳性菌的细胞壁能耐受20kg/cm2的压力）；介导细胞间相互作用（侵入宿主）；防止大分子入侵；协助细胞运动和分裂。

脱壁的细胞称为细菌原生质体（bacterial protoplast）或球状体（spheroplast，因脱壁不完全），脱壁后的细菌原生质体，生存和活动能力大大降低。

（二）细胞膜

是典型的单位膜结构，厚约8~10nm，外侧紧贴细胞壁，某些革兰氏阴性菌还具有细胞外膜。通常不形成内膜系统，除核糖体外，没有其它类似真核细胞的细胞器，呼吸和光合作用的电子传递链位于细胞膜上。某些行光合作用的原核生物（蓝细菌和紫细菌），质膜内褶形成结合有色素的内膜，与捕光反应有关。某些革兰氏阳性细菌质膜内褶形成小管状结构，称为中膜体（mesosome）或间体，中膜体扩大了细胞膜的表面积，提高了代谢效率，有拟线粒体（Chondroid）之称，此外还可能与DNA的复制有关。

（三）细胞质与核质体

细菌和其它原核生物一样，没有核膜，DNA集中在细胞质中的低电子密度区，称核区或核质体（nuclear body）。细菌一般具有1-4个核质体，多的可达20余个。核质体是环状的双链DNA分子，所含的遗传信息量可编码2000～3000种蛋白质，空间构建十分精简，没有内含子。由于没有核膜，因此DNA的复制、RNA的转录与蛋白的质合成可同时进行，而不像真核细胞那样些生化反应在时间和空间上是严格分隔开来的。

每个细菌细胞约含5000～50000个核糖体，部分附着在细胞膜内侧，大部分游离于细胞质中。细菌核糖体的沉降系数为70S，由大亚单位（50S）与小亚单位（30 S）组成，大亚单位含有23SrRNA，5SrRNA与30多种蛋白质，小亚单位含有16Sr RNA与20多种蛋白质。30S的小亚单位对四环素与链霉素很敏感，50S的大亚单位对红霉素与氯霉素很敏感。

细菌核区DNA以外的，可进行自主复制的遗传因子，称为质粒（plasmid）。质粒是裸露的环状双链DNA分子，所含遗传信息量为2~200个基因，能进行自我复制，有时能整合到核DNA中去。质粒DNA在遗传工程研究中很重要，常用作基因重组与基因转移的载体。

胞质颗粒是细胞质中的颗粒，起暂时贮存营养物质的作用，包括多糖、脂类、多磷酸盐等。

（四）其他结构

许多细菌的最外表还覆盖着一层多糖类物质，边界明显的称为荚膜，如肺炎球菌，边界不明显的称为粘液层（slime layer），如葡萄球菌。荚膜对细菌的生存具有重要意义，细菌不仅可利用荚膜抵御不良环境；保护自身不受白细胞吞噬；而且能有选择地粘附到特定细胞的表面上，表现出对靶细胞的专一攻击能力。例如，伤寒沙门杆菌能专一性地侵犯肠道淋巴组织。细菌荚膜的纤丝还能把细菌分泌的消化酶贮存起来，以备攻击靶细胞之用。

鞭毛是某些细菌的运动器官，由一种称为鞭毛蛋白（flagellin）的弹性蛋白构成，结构上不同于真核生物的鞭毛。细菌可以通过调整鞭毛旋转的方向（顺和逆时针）来改变运动状态。

菌毛是菌体表面极其的蛋白纤细，须用电镜观察。特点是：细、短、直、硬、多，菌毛与细菌运动无关，根据形态、结构和功能，可分为普通菌毛和性菌毛两类。前者与细菌吸附和侵染宿主有关，后者为中空管子，与传递遗传物质有关。

（五）繁殖

细菌一二分裂的方式繁殖，某些细菌处于不利的环境，或耗尽营养时，形成内生孢子，又称芽孢，是对不良环境有强抵抗力的休眠体，由于芽胞在细菌细胞内形成，故常称为内生孢子。

芽孢的生命力非常顽强，有些湖底沉积土中的芽抱杆茵经500-1000年后仍有活力，肉毒梭菌的芽孢在pH 7.0时能耐受100℃煮沸5-9.5小时。芽孢由内及外有以下几部分组成：

1．芽孢原生质（spore protoplast，核心core）：含浓缩的原生质。

2．内膜（inner membrane）：由原来繁殖型细菌的细胞膜形成，包围芽孢原生质。

3．芽孢壁（spore wall）：由繁殖型细菌的肽聚糖组成，包围内膜。发芽后成为细菌的细胞壁。

4．皮质（cortex）：是芽孢包膜中最厚的一层，由肽聚糖组成，但结构不同于细胞壁的肽聚糖，交联少，多糖支架中为胞壁酐而不是胞壁酸，四肽侧链由L-Ala组成。

5．外膜（outer membrane）：也是由细菌细胞膜形成的。

6．外壳（coat）：芽孢壳，质地坚韧致密，由类角蛋白组成(keratinlike protei n),含有大量二硫键，具疏水性特征。

7．外壁（exosporium）：芽孢外衣，是芽孢的最外层，由脂蛋白及碳水化合物(糖类)组成，结构疏松。

二、放线菌

放线菌是具有菌丝、以孢子进行繁殖、革兰氏染色阳性的一类原核微生物。因其具有分枝状菌丝、菌落形态与霉菌相似，过去曾认为放线菌是"介于细菌与真菌之间的微生物"。然而，用近代生物学技术所进行的研究结果表明，放线菌实际上是属于

细菌范畴内的原核微生物，只不过其细胞形态为分枝状菌丝。从系统发育上看，放线菌（除高温放线菌外）与全部G+细菌一起同属于这一大分支中的高G+C/mol％群。

三、蓝藻

蓝藻又称蓝细菌（cyanobacterium），能进行与高等植物类似的光合作用

蓝藻

（以水为电子供体，放出O２），与光合细菌的光合作用的机制不一样，因此被认为是最简单的植物。蓝藻没有叶绿体，含有藻蓝素（呈蓝色,但含量少）和叶绿素（成绿色并且含大量）是能够进行光合作用的自养生物。细菌中绝大多数种类是营腐生或者寄生生活的一样生物。蓝藻和细菌中，都没有成型的细胞核。蓝藻细胞遗传信息载体与其它原核细胞一样，是一个环状DNA分子，但遗传信息量很大，可与高等植物相比。蓝藻细胞的体积比其它原核细胞大得多，直径一般在士10um，甚至可达70μm（颤藻），所以肉眼不能看清蓝藻细胞。蓝藻属单细胞生物，有些蓝藻经常以丝状的细胞群体存在，如：属蓝藻门念珠藻类的发菜（nostoc commune var.flagtlliform e）就是蓝藻的丝状体；做绿肥的红萍实际上是一种固氮蓝藻与水生蕨类满江红的共生体。蓝球藻，念珠藻，颤藻，发菜（细胞群体呈黑蓝色）均属于蓝藻，所以蓝藻并不都是呈现绿色的。

四、支原体

支原体（mycoplasma）的大小通常为0.2~0.3μm，可通过滤菌器。无细胞壁，不能维持固定的形态而呈现多形性。细胞膜中胆固醇含量较多，约占36%，这对保持细胞膜的完整性是必需的，凡能作用于胆固醇的物质（如二性霉素B、皂素等）均可引起支原体膜的破坏而使支原体死亡。

支原体基因组为一环状双链DNA，分子量小（仅有大肠杆菌的五分之一），合成与代谢很有限。肺炎支原体的一端有一种特殊的末端结构（terminal structure），能使支原体粘附于呼吸道粘膜上皮细胞表面，与致病性有关。

五、衣原体和立克次氏体

衣原体（Chlamydia）很小，直径200nm-500nm，能通过细菌滤膜。立克次氏体（Rickettsia）略大，大多不能通过滤菌膜。它们都有DNA和RNA，有革兰氏阴性细菌特征的含肽聚糖的细胞壁，但酶系统不完全，必须在寄主细胞内生活，有摄能寄生物(energe parasite)之称。

砂眼是衣原体引起的，由于能形成包含体，起初被认为是大型病毒，1956年，我国著名微生物学家汤飞凡及其助手张晓楼等人首次分离到沙眼的病原体。

衣原体生活史特殊，具有感染力的个体称为原体(elementory body)，体积小，有坚韧的细胞壁。在宿主细胞内，原体逐渐伸长，形成无感染力的个体，称作始体(i nitial body)，是一种薄壁的球状细胞，体积较大，通过二等分裂的方式在宿主细胞内形成一个微菌落，随后大量的子细胞有分化为具有感染能力的原体。

立克次氏体也是专性细胞内寄生的，主要寄生于节肢动物，有的会通过蚤、虱、蜱、螨传入人体、如斑疹伤寒、战壕热。美国医生H.T.Richetts 1909年首次发现它是落基山斑疹伤寒的病原体，并于1910年牺牲于此病，故后人称这类病原体为立克次氏体。与衣原体的不同处在于其细胞较大，无滤过性，合成能力较强，且不形成包涵体。细胞结构与生物系统

传统分类法根据生物的营养方式、运动能力和细胞结构的特点，把生物划分为动物界和植物界。植物细胞的主要特征是具有硬的细胞壁和进行光合作用的叶绿体。按传统分类系统，虽然大多数生物种容易归类，可是对某些生物来说却遇到了分类上的困难，例如眼虫（Euglena）是一种单细胞生物，含有叶绿体，却不具有细胞壁；细菌和真菌则有细胞壁而无叶绿体；支原体既无叶绿体也无细胞壁，古细菌既有原核生物的特征也具有真核生物的特征。这些生物按照传统分类法进行分类显然就要遇到困难。

1977年C. Woese根据对16SrRNA核苷酸顺序的同源性比较，提出将生命划分为三界，即：真细菌（Eubacteria）、真核生物Eucaryotes、古细菌（Archaes）。1996年Bult领导的研究小组在Science上发表了詹氏甲烷球菌（Methanococcus jannaschii）的全基因组序列，进一步证明它既不是典型的细菌也不是典型的真核生物，而是介于两者之间的生命体，即生命的第三形式。

内质网的发现

由KR. Porter、A. Claude 和EF. Fullam等人于1945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做内质网endoplas mic reticulum，ER，后来发现内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还有质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，并且常伴有许多线粒体。

内质网（ER,Endoplasmic Reticulum），细胞质内由膜组成的一系列片状的囊腔和管状的腔，彼此相通形成一个隔离于细胞基质的管道系统，为细胞中的重要细胞器。实际上是一个连续的膜囊和膜管网，可分为粗面内质网（RER, Rough Endopl asmic Reticulum）和滑面内质网（SER, Smooth Endoplasmic Reticulum）两大部分（粗面内质网也称为糙面内质网或颗粒型内质网，滑面内质网也称为光面内质网或非颗粒型内质网）。

内质网联系了细胞核和细胞质、细胞膜这几大细胞结构，使之成为通过膜连接的整体。内质网负责物质从细胞核到细胞质，细胞膜以及细胞外的转运过程。

粗面内质网上附着有大量核糖体，合成膜蛋白和分泌蛋白。光面内质网上无核糖体，为细胞内外糖类和脂类的合成和转运场所。

内质网细胞质中由膜围成的分支小管、小囊或扁平囊状结构连通而成的管道系统，其周缘常分离出一种小泡状结构。电镜下观察，内质网膜厚度约为5～6纳米，按形态结构的不同分为两个区域：一是粗面内质网，多为扁平囊状结构，膜上含有两种核糖体亲合蛋白，因而在膜的细胞质面上附着有核糖体；一是滑面内质网，多呈网状分布的小管，膜的细胞质面上不附着核糖体。滑面内质网不仅在一定部位与粗面内质网相连通，而且有的与质膜或核外膜相联。内质网扩大了细胞质内的膜面积，在内质网膜上附有的多种酶，为生命活动的各种化学反应的正常进行创造有利条件。粗面内质网不仅是核糖体的支架，而且是在核糖体上合成的分泌蛋白的运输通道。此外，能够对核糖体合成的多肽链进行一定的改造，或用于自身的装配和生成。滑面内质网具有解毒、合成脂类和分解糖元的功能，还参与分泌性蛋白的运输过程。

内质网是细胞内的一个精细的膜系统。是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。两膜间是扁平的腔、囊或池。内质网分两类，一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗面内质网，另一类是膜上光滑的，没有核糖体附在上面，叫滑面内质网。粗糙型内质网的功能是合成蛋白质大分子，并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。凡蛋白质合成旺盛的细胞，粗面内质网便发达。在神经细胞中，粗面内质网的发达与记忆有关。光滑型内质网的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关，并且还具有运输蛋白质的功能。

粗面内质网又叫做颗粒型内质网，常见于蛋白质合成旺盛的细胞中。粗面内质网大多为扁平的囊，少数为球形或管泡状的囊。在靠近核的部分，囊泡可以与核的外膜连接。粗面内质网的表面所附着的核糖体(也叫核糖核蛋白体)是合成蛋白质的场所，新合成的蛋白质就进入内质网的囊腔内。粗面内质网既是新合成的蛋白质的运输通道，又是核糖体附着的支架。

滑面内质网又称为非颗粒性内质网。滑面内质网的囊壁表面光滑，没有核糖体附着。滑面内质网的形状基本上都是分支小管及小囊，有时小管排列得非常紧密，以同心圆形式围绕在分泌颗粒和线粒体的周围。因此，滑面内质网在切面中所看到的形态，与粗面内质网有明显的不同。

滑面内质网与蛋白质的合成无关，可是它的功能却更为复杂，它可能参与糖元和脂类的合成、固醇类激素的合成以及具有分泌等功能。在胃组织的某些细胞的滑面内质网上曾发现有Cl-的积累，这说明它与HCl的分泌有关。在小肠上皮细胞中，可以观察到它与运输脂肪有关。在心肌细胞和骨骼肌细胞内的滑面内质网，可能与传导兴奋的作用有关在平滑肌细胞内，却发现它与Ca2+的摄取和释放有关。

一、形态与组成

内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。内质网是内膜构成的封闭的网状管道系统。具有高度的多型性。粗面内质网（RER）呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为ER腔（lumen），膜外有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。肌肉细胞中的内质网是一种特化的滑面内质网（SER），称

为肌质网，可贮存Ca2+，引起肌肉收缩。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。

ER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。

ER膜中磷脂约占50～60%，蛋白质约占20%，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。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。

二、RER的功能

内质网的功能内质网是指细胞质中一系列囊腔和细管，彼此相通，形成一个隔离于细胞质基质的管道系统。它是细胞质的膜系统，外与细胞膜相连，内与核膜的外膜相通，将细胞中的各种结构连成一个整体，具有承担细胞内物质运输的作用。内质网能有效地增加细胞内的膜面积，内质网能将细胞内的各种结构有机地联结成一个整体。滑面内质网上没有核糖体附着，这种内质网所占比例较少，但功能较复杂，它与脂类、糖类代谢有关。粗面内质网上附着有核糖体，其排列也较滑面内质网规则，功能主要与蛋白质的合成有关。这两种内质网的比例与细胞的功能有着密切的联系，如胰腺细胞中粗面型内质网特别发达，这与胰腺细胞合成和分泌大量的胰消化酶蛋白有关，在睾丸和卵巢中分泌性激素的细胞中，则滑面型内质网特别发达，这与合成和分泌性激素有关。细胞质中内质网的发达程度与其生命活动的旺盛程度呈正相关。

电镜下，内质网是由单位膜构成的扁囊（池）和小管，并互相通连。粗面内质网由扁囊和附着在其外表面的核糖体构成，表面粗糙，细胞核周围的粗面内质网可与核膜外层通连。主要功能是合成分泌蛋白质。滑面内质网表面光滑无核糖体附着，主要参与类固醇、脂类的合成与运输，糖代谢及激素的灭活等。

（一）蛋白质合成

蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白质主要有：

①向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；

②跨膜蛋白，并且决定膜蛋白在膜中的排列方式；

③需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶；

④需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。

C. Milstein（1972）发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞外的N端多出一段。G. Blobel和

D. Sabatini等根据进一步的实验，提出了信号假说（Signal hypothesis），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。Blobel因此项发现获1999年诺贝尔生理医学奖。

蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分：

①信号肽（signal peptide），是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，含有6-15个带正电荷的非极性氨基酸，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（st art transfer sequence）。

②信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由6种结构不同的多肽组成，结合一个7S RNA，分子量325KD，属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。

③SRP受体（SPR receptor），是膜的整合蛋白，为异二聚体蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。

④停止转移序列（stop transfer sequence），肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。

⑤转位因子（translocator），由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似炸面圈的结构，每个Sec61蛋白由三条肽链组成。

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，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。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-trans lation。

一些信号肽序列的蛋白质及信号序列

Preproalbumin

Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser- Gly-Ser-Ala-Phe-Ser ↓Arg．．．

Pre-IgG light chain

Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu-Leu-Phe-Pr o-Gly- Thr-Arg-Cys↓Asp．．．

Prelysozyme

Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-Gly ↓Lys．．．

（二）蛋白质的修饰与加工

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。糖基化的作用是：①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；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-连接的糖基化（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O-连接的糖基化。

N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。

内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（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。

（三）新生肽链的折叠、组装和运输

COP II介导由内质网输出的膜泡运输，这种膜泡由内质网的排出位点（exit sites）以出芽的方式排出，内质网的排出位点没有结合核糖体，随机分布在内质网上。不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间，这一过程是在属于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网，转入溶酶体中降解掉，大约90%的新合成的T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。

高尔基体（Golgi apparatus）是由许多扁平的囊泡构成的以分泌为主要功能的细胞器。又称高尔基器或高尔基复合体；在高等植物细胞中称分散高尔基体。最早发现于1855年，1898年由意大利神经学家、组织学家卡米洛·高尔基（Camillo Gol gi，1844-1926)在光学显微镜下研究银盐浸染的猫头鹰神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。因为这种细胞器的折射率与细胞质基质很相近，所以在活细胞中不易看到。高尔基体从发现至今已有100多年的历史，其中一半以上的时间是进行关于高尔基体的形态甚至是它是否真实存在的争论。细胞学家赋予它几十种不同的名称，也有很多人认为高尔基体是由于固定和染色而产生的人工假像。直到20世纪50年代应用电子显微镜才清晰地看出它的亚显微结构。它不仅存在于动植物细胞中，而且也存在于原生动物和真菌细胞内。

形态组成

高尔基体是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面对着内质网称为形成面（forming fa ce）或顺面（cis face）。凹进的一面对着质膜称为成熟面（mature face）或反面（trans face）。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡，在具有极性的细胞中，高尔基体常大量分布于分泌端的细胞质中。因其看上极像滑面内质网，因此有科学家认为它是由滑面内质网进化而来的。

扁平囊的直径为1μm，由单层膜构成，膜厚6~7nm，中间形成囊腔，周缘多呈泡状，4~8个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构成高尔基体的主体，称为高尔基堆（Golgi stack）。

高尔基体膜含有大约60%的蛋白和40%的脂类，具有一些和ER共同的蛋白成分。膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜之间，中性脂类主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。

高尔基体由两种膜结构即扁平膜囊和大小不等的液泡组成。其表面看上去极像光面内质网。扁平膜囊是高尔基体最富特征性的结构组分。在一般的动、植物细胞中，3～7个扁平膜囊重叠在一起，略呈弓形。弓形囊泡的凸面称为形成面，或未成熟面；

凹面称为分泌面，或成熟面。小液泡散在于扁平膜囊周围，多集中在形成面附近。一般认为小液泡是由临近高尔基体的内质网以芽生方式形成的，起着从内质网到高尔基体运输物质的作用。糙面内质网腔中的蛋白质，经芽生的小泡输送到高尔基体，再从形成面到成熟面的过程中逐步加工。较大的液泡是由扁平膜囊末端或分泌面局部膨胀，然后断离所形成。由于这种液泡内含扁平膜囊的分泌物，所以也称分泌泡。分泌泡逐渐移向细胞表面，与细胞的质膜融合，而后破裂，内含物随之排出。不同细胞中高尔基体的数目和发达程度，既决定于细胞类型、分化程度，也取决于细胞的生理

状态。主要功能

高尔基体的主要功能将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。

蛋白质糖基化

N-连接的糖链合成起始于内质网，完成于高尔基体。在内质网形成的糖蛋白具有相似的糖链，由Cis面进入高尔基体后，在各膜囊之间的转运过程中，发生了一系列有序的加工和修饰，原来糖链中的大部分甘露糖被切除，但又被多种糖基转移酶依次加上了不同类型的糖分子，形成了结构各异的寡糖链。糖蛋白的空间结构决定了它可以和那一种糖基转移酶结合，发生特定的糖基化修饰。

许多糖蛋白同时具有N-连接的糖链和O-连接的糖链。O-连接的糖基化在高尔基体中进行，通常的一个连接上去的糖单元是N-乙酰半乳糖，连接的部位为Ser、Thr 和Hyp的OH基团，然后逐次将糖基转移到上去形成寡糖链，糖的供体同样为核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。

在高尔基体上还可以将一至多个氨基聚糖链通过木糖安装在核心蛋白的丝氨酸

残基上，形成蛋白聚糖。这类蛋白有些被分泌到细胞外形成细胞外基质或粘液层，有些锚定在膜上。

细胞分泌活动

负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是RER上合成蛋白质→进入ER腔→以出芽形成囊泡→进入CGN→在medial Gdgi中加工→在TGN形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出。

高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。

早期根据光镜的观察,已有人提出高尔基体与细胞的分泌活动有关。近年来，运用电镜、细胞化学及放射自显影技术更进一步证实和发展了这个观点。高尔基体在分泌活动中所起的作用，主要是将粗面型内质网运来的蛋白质类的物质，起着加工(如浓缩或离析)、储存和运输的作用，最后形成分泌泡。当形成的分泌泡自高尔基囊泡上断离时，分泌泡膜上带有高尔基囊膜所含有的酶,还能不断起作用，促使分泌颗粒不断浓缩、成熟，最后排出细胞外。最典型的，如胰外分泌细胞中所形成的酶原颗粒。

放射自显影技术证明，高尔基体自身还能合成某些物质,如多糖类。它还能使蛋白质与糖或脂结合成糖蛋白和脂蛋白的形式。在某些细胞(如肝细胞)，高尔基体还与脂蛋白的合成、分泌有关。

膜的转化功能

高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。

水解蛋白为活性物质

如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素C端）或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。

参与形成溶酶体

现在一般都认为初级溶酶体的形成过程与分泌颗粒的形成类似，也起自高尔基体囊泡。初级溶酶体与分泌颗粒(主要指一些酶原颗粒)，从本质上看具有同一性,因为溶酶体含多种酶(主要是各种水解酶)，是蛋白质与酶原颗粒一样，也参与分解代谢物的作用。不同处在于：酶原颗粒是排出细胞外发挥作用，而溶酶体内的酶类主要在细胞内起作用。

植物细胞壁形成

在高等植物细胞有丝分裂后期，形成细胞壁时，高尔基体数量增加。合成纤维素和果胶质

高尔基体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，动物细胞中的高尔基体与细胞分泌物形成有关，高尔基体本身没有合成蛋白质的功能，但可以对蛋白质进行加工和转运，因此有人把它比喻成蛋白质的“加工厂”。植物细胞分裂时，高尔基体与细胞壁的形成有关。

高尔基体还有其他功能,如在某些原生动物中,高尔基体与调节细胞的液体平衡有关系

分泌蛋白（secreted protein）

定义：是指在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的的蛋白质。例如：唾液淀粉酶，胃蛋白酶。注：例如呼吸酶就不属于分泌蛋白。

在核糖体上合成的分泌蛋白，要经过内质网和高尔基体，而不是直接运输到细胞膜。

进一步的研究表明，在核糖体上翻译出的蛋白质，进入内质网腔后，还要经过一些加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能成为比较成熟的蛋白质。然后，由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡，包裹着蛋白质转移到高尔基体，把蛋白质输送

到高尔基体腔内，做进一步的加工。接着，高尔基体边缘突起形成小泡，把蛋白质包裹在小泡里，运输到细胞膜，小泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。

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蛋白质的引导

蛋白质的运输尽管比较复杂,但是生物系统中的蛋白质的运输可以用一个比较简单的模式来解释。每个需要运输的多肽都很有一段氨基酸序列，称为信号肽序列，引导多肽到不同的转运系统。

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信号肽及其作用机制

定义

70年代初期，许多研究发现，在编码分泌蛋白的基因中，许多基因的5'端都有一段DNA编码的15～35个氨基酸的疏水性肽片段，这一位于蛋白质N——末端的肽段在成熟的分泌蛋白中并不存在，其功能在于引导随后产生的蛋白质多肽链穿过内质网膜进入腔内。这一段疏水性短肽在蛋白质的内质网——高尔基体——质膜分泌途径中具有重要作用，并被称之为信号肽。

学术观点

1975年，布洛贝尔提出了信号肽假说。根据这一假说，在细胞质中，编码分泌蛋白的信使核糖核酸（mRNA）与游离的核糖体大小亚基结合而形成翻译复合体。从起始密码子开始，首先翻译产生信号肽，当转译进行到大约50～70个氨基酸之后，信号肽开始从核糖体的大亚基上露出，露出的信号肽立即被细胞质中的信号肽识别体（SRP）识别并与之相结合。此时，转译暂时停止，SRP牵引这条带核糖体的mRN A到达粗面内质网的表面，并与粗面内质网表面上的信号肽识别体受体（或称停泊蛋白）作用，这时，暂时被抑制的转译过程恢复进行，同时，内质网膜上某种特定的核糖体受体蛋白聚集，使膜双脂层产生孔道，带mRNA的核糖体与其受体蛋白结合，转译出的肽链便通过孔道进入内质网腔内。

原理

信号肽在穿越膜后即被内质网腔内的信号肽酶水解切除。当核糖体与其受体蛋白结合后，SRP与停泊蛋白便解离，各自进入新的识别、结合循环。当转译进行到mR NA的终止密码子时，蛋白质的合成结束，核糖体的大小亚基解聚，大亚基与核糖体受体的相互作用消失，核糖体受体解聚，内质网膜上的蛋白孔道消失，内质网恢复成完整的脂双层结构。进入内质网腔内的多肽链在信号肽被水解切除后即进行折叠及其他一系列修饰过程，最终形成成熟的分泌蛋白。

分泌蛋白在内质网（ER）内合成

概述

在真核细胞中，内质网是最大的膜状结构的细胞器，其表面积可以是质膜面积的几倍。大部分的内质网与核糖体相结合形成糙面内质网，在糙面内质网上的核糖体是膜蛋白和分泌蛋白合成的地方，也是蛋白质分泌途径的起点。多肽经移位后，在内质网的小腔中被修饰，通过短时间的加工后，分泌蛋白形成被膜包裹的小泡，转运到高尔基体，然后再转运到细胞表面或溶酶体。

1、蛋白质的修饰与加工

这些修饰包括糖基化、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。糖基化的作用是：①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；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。

糖基化有两种类型：（1）糖蛋白是由寡糖连接在Asp的氨基的形成的，连接的链叫N-糖苷键。（2）寡糖连接在Ser、Thr或羟基-lys的羟基上（O-糖苷键）。N-糖苷键是在ER开始，而在高尔基体中进一步完成；O-糖苷键的形成仅发生在高尔基体中。

N-糖基化可分为3步，各种N-连接的寡糖都是在ER中开始加上的，途径也相同。一个寡糖含有2个N-乙酰-糖胺，9个苷露糖和3个葡萄糖，在一种特异的脂一多萜醇上形成，多萜醇磷酸酯即是携带糖的载体。多萜醇是一种高度疏水的酯，位于ER膜中，其活性基团面向着ER腔，寡糖是由单个的糖连接而构成，它通过焦磷酸和多萜醇连接。寡糖作为一个单位在与膜结合的糖基转移酶的作用下从多萜醇上转移到靶蛋白上。酶的活性位点也是露在ER腔中。受体基团是位于Asn-X-Ser或Asn-X -Thr（X是除Pro以外的任何氨基酸）中的Asn，当新生肽进入ER时，它一旦被识别后立即作为靶顺序暴露在腔中。有些寡糖的修整是在ER中进行，修整后再进入高尔基体。寡糖结构完成是分为两类，一类在转运到ER时，另一类是在越膜转运到高尔基体。究竟属于何种类型这要取决于苷露糖。苷露糖只是在ER中加上，随后可能还要被修整。在ER中被切去的单糖的数目是不同的。ER中的苷露糖苷酶很快地附着到第一个苷露糖上，附着下三个较慢。

高甘露糖寡聚糖含有的残基是在ER中加上的。寡糖加上后几乎立即又从蛋白上被切掉。3个葡萄糖残基被ER中的葡萄糖苷酶切除掉，ER中的甘露糖苷酶再从蛋白上切下2-4个甘露糖，在ER中产生3寡糖的最终结构。

2、新生肽链的折叠、组装，运输

在ER腔中折选和修饰是有关的，糖的连接对于正确的折叠是十分必要的。蛋白二硫异构酶可以改变二硫键，影响到折叠，它和特殊的ER蛋白的结合是必须的，此

酶的某些活性或全部的活性可能是酶作为ER中的一种复合体的形式来实现的。即在越膜位点和蛋白结合才能发挥它的功能。

多肽经过内质网的加工、修饰、折叠后被膜包裹形成小泡转运到高尔基体在高尔基体进行进一步的加工。

在高尔基体的进一步加工

高尔基体的主要有两方面的功能：一是对糖蛋白上的寡糖核作进一步的修饰与调整，二是将各种多肽进行分类并送往溶酶体、分泌粒和质膜的功能目的地。但蛋白质应送往哪里是由蛋白质本身的空间结构决定的。

高尔基体是由许多层袋状的膜结构组成的。糖蛋白的进一步糖基化修饰就是在这种膜结构中完成的，如复合寡聚糖就是在高尔基体中进一步修整和加上糖的残基。第一步是通过高尔基体的甘露糖苷酶Ⅰ修整甘露糖残基。然后单个的糖基由N-乙酰-葡萄糖胺转移加上，按着由高尔基体苷露糖苷酶Ⅱ继续切除苷露糖残基。

在高尔基体的修饰中都会产生内部核心，它是由NAc-Glc·NAc-GLc.Man3构成，最后要被剥去。末端区域加在内部核心下。末端区域的残基包括NAc-GLc，Gal和唾液酸（N-乙酰-神经氨[糖]酸。此加工的路径和糖基化是高度有序的，而且有两种类型的反应。一种糖残基的加入对于另一种糖基的剪切可能是必要的。如在最终剪除甘露糖之前要加上NAc-Glc。

现在还不知道加工过程中各种蛋白的降解，加工的模式及糖基化的信号是什么。据推测此信号在肽链的结构中，而不可能在寡糖中，因为N-糖苷键开始形成都是加上相同的寡糖。

经过高尔基体的进一步加工和分装，成熟的蛋白质通过小泡运到细胞表面或者是溶酶体。伴随各种具膜小泡的运输过程，细胞内形成了复杂的膜流，高尔基体在在膜流的调控中起枢纽的作用。

没有活性的前体蛋白，进行一个系列的翻译后加工后才能成为具有功能的成熟蛋白，各胞器之间有的明显分工但是个细胞器在分泌蛋白的形成和分泌过程中的又是相互联系密切相关的。