大学分子细胞学第9章高尔基体
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大学分子细胞学第9章高尔基体
• 网格蛋白的结构：由3个重链和3个轻链组成， 形成一个具有3个曲臂的形状。 • 网格蛋白有被小泡的分选信号: Tyr-X-X序列或 Leu-Leu序列
• 接合素蛋白(adaptors)：介导两种不同蛋白组
分的连接。目前至少发现4种，分别结合不同
类型的受体，形成不同性质的转运小泡。
网格蛋白的结构
Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-SerArg-Tyr-Leu-Leu+H N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln3
输入质体
Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-AsnSer-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-ThrLeu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly-
• 两条途径:
翻译后转运: 在细胞质基质完成多肽链的合成，然后转 运至其他细胞器，如线粒体、过氧化物酶体等。 共翻译转运: 蛋白质合成起始后转移至RER，边合成边 转入RER腔中，经高尔基体加工后运至溶酶体、细胞质 膜或分泌到细胞外。
蛋白质翻译后转运
蛋白质的共翻译转运
三种基本类型
• 1、选择性的门控转运（gated transport）：如通过核孔复 合体的运输。
三、高尔基体的功能
1、参与细胞分泌活动
• RER上合成蛋白质→进入ER腔→COPII运输泡→
进入CGN→在medial Gdgi中加工→在TGN形成
运输泡→运输泡与质膜融合、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。
思考:用什么方法得出上述结论?
细胞生物学 高尔基体讲解
高尔基体反面网状结构
TGN中的低pH值；标志酶CMP酶阳性
TGN的主要功能： 参与蛋白质的分类与包装、运输； 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ”作用，保证单向转运
二、 高尔基体的功能
高尔基体与细胞的分泌活动 蛋白质的糖基化及其修饰
高尔基体
学院：生命科技学院 班级：生物工程121班
姓名： 学号：20120124112
一、高尔基体的形态结构
电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成 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 高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应： 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 高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(负端) 高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmic dynein和kinesin）和微丝
三、高尔基体与细胞内的膜泡运输
高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用
膜泡运输的主要途径,其中多数与高尔基体直接相
谢谢观看
N-连接与O-连接的寡糖比较
蛋白质的糖基化
•
蛋白聚糖在高尔基体中组装
一个或多个糖胺聚糖（通过木糖）结合到核心蛋白的 Ser残基上
蛋白聚糖多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞质 膜上，很多上皮细胞分泌的保护性黏液常常是蛋白聚 糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。
• 复杂的N-连接寡糖在内质网和高尔基体中加工的过 程
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。
细胞学-9章 高尔基复合体
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。
2、参与细胞分泌活动 虽然早期的形态学观察结果就提示了高尔基体可能
与细胞分泌活动有关，但对这一功能的了解却经历了一 个较长的逐渐认识的过程。
一般认为，大囊泡是由扁平囊周边或局部 呈球状膨突而后脱落形成,并带有扁平囊所含 有的分泌物质。又称浓缩泡或分泌泡。
根据高尔基体的各部分膜囊特有的成分，可用电 镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的 分析。常用的4种标志细胞化学反应是:
(1)嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的顺面膜 囊被特异地染色。
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。
4、将蛋白水解为活性物质
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。
然而很多糖蛋白的分选与行使其功能并非需要糖基 化的修饰，如在成纤维细胞中，它所分泌的纤连蛋白(FN) 的数量与速率不受蛋白质糖基化与否的影响，但是糖基 化的FN比末糖基化的FN对组织蛋白酶有更强的抗性，提 示糖基化增强了糖蛋白的稳定性。此外，多烃基糖侧链 还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质， 如哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，显然与很多膜蛋 白糖侧链上的唾液酸残基的存在有关。目前对蛋白质糖 基化生物学意义的了解还不够深入，从已有的研究结果 可以看出，不同的蛋白质糖基化具有不同的功能。对多 数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白 质的分选信号，而更主要的作用可能是蛋白质在成熟过 程中折叠成正确的构象和增加蛋白质的稳定性。但这样 仍很难解释糖侧链在内质网，特别是在高尔基体中的如 此复杂的加工过程。
2、参与细胞分泌活动 虽然早期的形态学观察结果就提示了高尔基体可能
与细胞分泌活动有关，但对这一功能的了解却经历了一 个较长的逐渐认识的过程。
一般认为，大囊泡是由扁平囊周边或局部 呈球状膨突而后脱落形成,并带有扁平囊所含 有的分泌物质。又称浓缩泡或分泌泡。
根据高尔基体的各部分膜囊特有的成分，可用电 镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的 分析。常用的4种标志细胞化学反应是:
(1)嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的顺面膜 囊被特异地染色。
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。
4、将蛋白水解为活性物质
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。
然而很多糖蛋白的分选与行使其功能并非需要糖基 化的修饰，如在成纤维细胞中，它所分泌的纤连蛋白(FN) 的数量与速率不受蛋白质糖基化与否的影响，但是糖基 化的FN比末糖基化的FN对组织蛋白酶有更强的抗性，提 示糖基化增强了糖蛋白的稳定性。此外，多烃基糖侧链 还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质， 如哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，显然与很多膜蛋 白糖侧链上的唾液酸残基的存在有关。目前对蛋白质糖 基化生物学意义的了解还不够深入，从已有的研究结果 可以看出，不同的蛋白质糖基化具有不同的功能。对多 数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白 质的分选信号，而更主要的作用可能是蛋白质在成熟过 程中折叠成正确的构象和增加蛋白质的稳定性。但这样 仍很难解释糖侧链在内质网，特别是在高尔基体中的如 此复杂的加工过程。
《高尔基体简单介绍》课件
高尔基堆
高尔基带由若干个高尔基堆相连 组成，每个高尔基堆由数层分化 成的扁平囊泡组成。
高尔基膜
高尔基体的每一层都被一层膜所 包裹，高尔基膜与其他膜系统相 通，参与物质运输和代谢过程。
高尔基体的功能
分泌蛋白质
高尔基体通过膜运输泡等方式，将蛋白质从内 质网等区域运输至外部环境中。
储存脂类分子
高尔基体可作为储存脂类物质和其他有机物的 场所。
神经退行性病变
高尔基体与神经元的健康和维 持密切相关。神经元中高尔基 体的功能发生异常可导致帕金 森病等神经退行性疾病的发生。
炎症
高尔基体置入干扰素等物质后 可导致炎症、自身免疫和其他 免疫反应等疾病的形成。
总结
高尔基体是一种复杂的细胞器，整合蛋白质、脂类等物质，参与代谢调控、膜运输、信号传递等多种细胞活动。 对于高尔基体的研究有助于更好地理解细胞生理、疾病病理等过程，促进医学和生命科学领域的不断发展。
合成多糖类分子
高尔基体可通过添加糖基等方式，合成多糖类 分子。
调节细胞内环境
高尔基体能够调节细胞内部微环境，维持细胞 的稳定和健康状态。
高尔基体与蛋白质合成的关系
蛋白质合成
高尔基体是蛋白质合成途径的重 要组成部分，对蛋白的剪接、修 饰和包装等步骤发挥重要作用。
蓝领贡献
高尔基体参与蛋白质合成的过程 中，更好地发挥蛋白质的生物功 能，促进新陈代谢和细胞功能的 提升。
酶的作用
高尔基体的某些酶可使蛋白质分 子进行加工、剪切、重排、糖苷 化和磷酸化等修饰过程。
高尔基体在细胞代谢中的作用
1
信号传递
2
高尔基体能够接收和传递多种信号分子，
并引导病毒感染等过程。
3
物质转运
高尔基体合成纤维素
高尔基体合成纤维素高尔基体合成纤维素是一种由植物细胞壁构成的复杂多糖，它是由高尔基体合成的。
高尔基体是一种细胞器，它在细胞内起着重要作用，它能够将蛋白质、脂质和碳水化合物等分子转运到正确的位置，并且参与到许多重要的代谢过程中。
纤维素是地球上最常见的有机化合物之一，它主要存在于植物细胞壁中。
纤维素是由许多葡萄糖分子通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性多糖，在自然界中具有广泛的应用价值。
但是，由于纤维素分子链之间存在着大量的氢键和范德华力等相互作用力，使得其结构非常复杂，因此难以直接从植物中提取出来。
为了解决这个问题，科学家们开始尝试利用生物技术手段来制备纤维素。
其中一种方法就是利用高尔基体合成纤维素。
在这个过程中，科学家们将人类或动物源头中提取出来的酵母菌等微生物，通过基因工程手段将其转化为能够合成纤维素的细胞。
这些细胞利用高尔基体合成纤维素，并将其分泌到培养液中，最后通过化学方法将其提取出来。
与传统的植物提取纤维素相比，利用高尔基体合成纤维素具有以下优点：1. 可以在大规模生产中使用。
由于植物提取纤维素需要大量的时间和资源，而且难以达到工业化水平，因此利用高尔基体合成纤维素可以更加容易地实现大规模生产。
2. 可以控制纤维素结构和性质。
由于高尔基体合成纤维素是通过基因工程手段来实现的，因此可以对其结构和性质进行精确控制，从而使得其具有更好的应用性能。
3. 可以减少对环境的影响。
传统的植物提取纤维素需要大量地消耗资源和能源，并且会产生大量的废弃物和污染物。
而利用高尔基体合成纤维素不仅可以减少对环境的影响，还可以节约资源和能源。
总之，利用高尔基体合成纤维素是一种非常有前途的生物技术手段，它可以为我们提供更加高效和环保的纤维素制备方法，同时也为纤维素在各个领域的应用提供了更多可能性。
细胞生物学高尔基体
✓ 运回RER的蛋白质在C-端都具有一个特殊的 四肽序列KDEL/HDEL。
✓ RER腔中的驻留蛋白都具有这四肽序列。
11 整理ppt
COP II 包被囊泡
KDEL 受体 (KKXX)
中间膜囊 顺面膜囊
COP I 包被囊泡
RER内的蛋白质(含有KDEL)
RER
顺面膜囊
顺面膜囊是由靠近顺面管网结构的2-3层扁平 囊构成，标志酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸 酶（NADP酶）。
30 整理ppt
31 整理ppt
32 整理ppt
高尔基体对蛋白质分选与运输的特点： ✓ 分选过程属于受体介导的过程。 ➢ 蛋白质上有分选信号，在反面高尔基复合体
内有分选信号的受体。 ➢ 分选信号与分选信号受体(高尔基体膜蛋白)结
合，触发包装运输小泡。
33 整理ppt
✓ 运输过程是衣被小泡的运输。 ➢ 运输小泡从反面高尔基复合体出芽，并由衣被
➢ N-乙酰葡萄糖胺的加入 部位在中间膜囊；
➢ 半乳糖的加入部位在反 面膜囊。
26 整理ppt
✓生化区室：高尔基体 的叠层结构中有不同 的生化区室，每个区 室由1~多个扁囊构成， 含有特异酶类，完成 蛋白质的修饰与分选。
27 整理ppt
O-连接糖蛋白的糖基化
✓O连接的糖蛋白：是蛋白质分子中Ser和 Thr羟基与寡糖链共价相连。其糖基化 过程全部或主要在高尔基体内完成。
Asn-X-Ser/Thr
2GlcNAc 9Man
3Glc
21 整理ppt
N连接糖蛋白寡糖前体在ER腔侧从 多萜醇向多肽链的转移过程
mRNA 5'
3'
mRNA 5'
3'
细胞质侧
✓ RER腔中的驻留蛋白都具有这四肽序列。
11 整理ppt
COP II 包被囊泡
KDEL 受体 (KKXX)
中间膜囊 顺面膜囊
COP I 包被囊泡
RER内的蛋白质(含有KDEL)
RER
顺面膜囊
顺面膜囊是由靠近顺面管网结构的2-3层扁平 囊构成，标志酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸 酶（NADP酶）。
30 整理ppt
31 整理ppt
32 整理ppt
高尔基体对蛋白质分选与运输的特点： ✓ 分选过程属于受体介导的过程。 ➢ 蛋白质上有分选信号，在反面高尔基复合体
内有分选信号的受体。 ➢ 分选信号与分选信号受体(高尔基体膜蛋白)结
合，触发包装运输小泡。
33 整理ppt
✓ 运输过程是衣被小泡的运输。 ➢ 运输小泡从反面高尔基复合体出芽，并由衣被
➢ N-乙酰葡萄糖胺的加入 部位在中间膜囊；
➢ 半乳糖的加入部位在反 面膜囊。
26 整理ppt
✓生化区室：高尔基体 的叠层结构中有不同 的生化区室，每个区 室由1~多个扁囊构成， 含有特异酶类，完成 蛋白质的修饰与分选。
27 整理ppt
O-连接糖蛋白的糖基化
✓O连接的糖蛋白：是蛋白质分子中Ser和 Thr羟基与寡糖链共价相连。其糖基化 过程全部或主要在高尔基体内完成。
Asn-X-Ser/Thr
2GlcNAc 9Man
3Glc
21 整理ppt
N连接糖蛋白寡糖前体在ER腔侧从 多萜醇向多肽链的转移过程
mRNA 5'
3'
mRNA 5'
3'
细胞质侧
细胞生物学高尔基体
RER腔中的驻留蛋白都具有这四肽序列。
10
中间膜囊
顺面膜囊
KDEL 受体 (KKXX) COP II 包被囊泡 COP I
包被囊泡
RER
RER内的蛋白质(含有KDEL)
顺面膜囊
顺面膜囊是由靠近顺面管网结构的2-3层扁平
囊构成，标志酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸
酶（NADP酶）。
12
反面膜囊
甘
复合寡糖糖蛋白的形成
天门冬 酰胺
高尔基体中的糖基化修
饰有严格的顺序性和区
域性。
甘露糖的去除发生在顺 面膜囊； N-乙酰葡萄糖胺的加入 部位在中间膜囊；
半乳糖的加入部位在反
面膜囊。
25
生化区室：高尔基体 的叠层结构中有不同
的生化区室，每个区
室由1~多个扁囊构成，
含有特异酶类，完成
般分泌性强的细胞及分化好的细胞数量较多。
7
三、高尔基复合体的极性及其鉴别
高尔基复合体是一种具有极性的细胞器： 根据细胞化学特性可以划分四个不同的
功能区域，含有不同的酶系，执行不同
的功能，又严格按照程序进行。
8
高尔基体的精细结构
trans -tubular network trans saccules cis saccules
高尔基体是一种极性细胞器
形态上：扁平囊顺面的膜较薄，厚约6nm，近似
ER膜，囊腔小而狭。随着顺面向反面过渡，膜也
逐渐加厚，至反面膜厚约8nm，与细胞膜相似。
化学组成：反面膜较顺面膜含有更多的酶。 功能：不同的膜囊还有不同的酶，对蛋白质进行有 序的加工、修饰。
16
五、高尔基复合体的功能
凹 面：成熟（反）面
高尔基体的主要生物学功能
高尔基体的主要生物学功能嘿，大家好！今天咱们聊聊一个在细胞世界里可谓“默默无闻”的小角色——高尔基体。
虽然它名字听起来有点高大上，但其实它的工作就像你身边那些总在忙碌的小伙伴，默默地为大家服务。
想知道它都做些什么吗？那就一起走进这个神奇的微观世界吧！1. 高尔基体的基本概念首先，咱们得明白，高尔基体到底是什么。
想象一下细胞就像一座繁忙的工厂，而高尔基体就是这座工厂里的一个物流中心。
它负责接收、处理和分发来自细胞内不同地方的“货物”。
这些“货物”是什么呢？其实就是细胞里的蛋白质和脂质，没错，咱们身体里那些构成肌肉、细胞膜的东西，都是它忙碌的结果。
1.1 接收和运输高尔基体的工作流程就像快递公司，首先它得从“送货员”——内质网那里接收到刚刚合成好的蛋白质。
想象一下，一个小快递员把包裹送到高尔基体，然后高尔基体会把这些包裹分类、打包，准备发往不同的目的地。
这种接收和运输的工作，看似简单，但其实是相当重要的！试想一下，如果快递发错了，那可就麻烦了，细胞也一样，错了可就要“出大事”了。
1.2 修改和加工接下来，高尔基体可不是简单的“收发员”，它还有一手绝活——修改和加工。
这就像是你在网上买衣服，收到后觉得颜色不太满意，自己动手改一改才好。
在高尔基体里，蛋白质会经过一系列的修改，比如加糖（糖基化）或者磷酸化，让它们变得更有效，更适合它们的工作。
经过这一番“打磨”，蛋白质们才能像打了鸡血一样，发挥出最佳状态。
2. 高尔基体的生物学功能接下来，我们就要聊聊高尔基体的几大生物学功能了。
别小看这个小家伙，它的作用可是大得很！2.1 蛋白质的分泌高尔基体的一个重要功能就是分泌蛋白质。
细胞需要的很多蛋白质，比如激素和酶，都是要通过高尔基体这个平台进行“发货”的。
就好比你点了一份外卖，想吃的东西只有通过厨房打包后才能送到你手里。
如果没有高尔基体，这些蛋白质就像是被困在厨房里，无法到达目的地，自然也就没法发挥它们的作用。
2.2 脂质的合成与运输不仅如此，高尔基体还参与脂质的合成与运输。
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• 已知有三类构成衣被的蛋白： 1. COPII蛋白(coat protein II) 2. COPI蛋白(coat protein I) 3. 网格蛋白(clathrin)
1. COPⅡ衣被小泡copⅡ coated vesicle
• 介导从内质网到高尔基体的物质运输。
• COPⅡ由5种蛋白亚基(Sec31p,Sec13p,Sec23p, Sec24p
5. 转位因子（translocator，translocon），由3-4
个Sec61蛋白构成的通道，每个Sec61由3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。 • 这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为 共翻译转运。
Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-SerArg-Tyr-Leu-Leu+H N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln3
输入质体
Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-AsnSer-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-ThrLeu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly-
输入过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu-COO输入内质网 返回内质网 由质膜到内体
+H N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val3
Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-LeuThr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL） Tyr-X-X-Φ
第9章 高尔基体Golgi complex
1898年，意大利科学家 Golgi 用 银 染 法 ， 在 猫 头鹰的神经细胞内观察 到了清晰的网状结构， 因此定名为高尔基体。 20世纪50年代以后才正 确认识它的存在。
一、高尔基体的形态结构
• 高尔基体最富有特征性的结构是由一些( 通 常是4～8个) 排列较为整齐的扁平膜囊 (saccules)堆叠在一起, 构成了高尔基体的主 体结构。呈弓形、半球形或球形。
大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产 生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被 （coat），衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前 解体。
衣被具有两个主要作用：
①选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；
COPⅡ Coat assembly
2. COP I有被小泡copI coated vesicle
• 功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网. • COP I蛋白由8种蛋白亚基组成, 是一种胞质溶胶蛋 白。 • COP I小泡的形成需要GTP结合蛋白ARF参与. • ER腔蛋白典型的回收信号： Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL） • ER的膜蛋白（如SRP受体）在C端有一个不同的 回收信号:
– 其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signal
sequence）。
– 其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选
受体，sorting receptor）。
信号序列指导蛋白质的正确运输
蛋白质分选信号类型
• ①信号序列（signal sequence）： • 存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸
Sar1p,)构成. • 衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit sites）， 该处没有核糖体。 • COPⅡ小泡的装配需要GTP结合蛋白Sar1的参与.
Sar1GTP酶与Sec23/Sec24复合体结合在一起，
Sec13/Sec31复合体覆盖在外层。 • COPⅡ小泡的分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域， 主要是包含双酸性基序, 如Asp-X-Glu序列 。
膜结合细胞器的三种运输机制
三 、膜泡运输
• 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡 运输方式进行。
• 如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体；细胞分泌物
的外排，都要通过过渡性小泡进行转运。
• 各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于
膜的表面识别特征。
(一)、分泌小泡的类型
四、高尔基体与细胞内的膜泡运输
高尔基体和ER间的双向运输的模型
穿梭小泡从顺面高尔基体网络向反面高尔基体网络移动
第二节 细胞内蛋白质的分选与 膜泡运输
• 蛋白质分选: 新生肽由其合成部位正确地运转到 其行使功能部位的过程。也称蛋白质的定向转运。
一、信号假说与蛋白质分选信号
• 新生肽定向转运到特定的细胞器取决于两个方面：
• 两条途径:
翻译后转运: 在细胞质基质完成多肽链的合成，然后转 运至其他细胞器，如线粒体、过氧化物酶体等。 共翻译转运: 蛋白质合成起始后转移至RER，边合成边 转入RER腔中，经高尔基体加工后运至溶酶体、细胞质 膜或分泌到细胞外。
蛋白质翻译后转运
蛋白质的共翻译转运
三种基本类型
• 1、选择性的门控转运（gated transport）：如通过核孔复 合体的运输。
残基，有些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，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。 • ②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。
二、高尔基体的化学组成
• 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参与蛋白质修饰的酶:
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。
•
信号假说(Signal hypothesis): (G. Blobel等1975年提出，并获1999年诺贝尔 生理医学奖) 蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网 上合成，合成结束前信号肽被切除.
• 蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：
1. 信号肽（signal peptide），位于新合成肽链的N端，一般 16~30个氨基酸残基，含三个结构域:疏水核心区、信号 肽 的 C 端 和 N 端 。 也 叫 开 始 转 移 序 列 (start transfer
signal sequence and signal patch
一些典型的分选信号
功能 输入细胞核 输出细胞核 输入线粒体 信号序列 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile+H N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe3
高尔基体的膜囊结构及其排列
高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：
• ①嗜锇反应：cis面膜囊被特异地染色； • ②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特异显示高尔基体的trans面的1～2层
膜囊；
• ③烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可显示高尔基体中间几层 扁平囊； • ④胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)：可显示靠近trans面上的一些膜囊状 和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。
• O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行， 糖的供体为核苷酸单糖。 • N-连接糖基化是在内质网中进行的, 而对糖 基的修饰则是在高尔基体中完成的。
形成复合寡聚糖则比较复杂, 要切除5分子甘露糖, 加上2分子 N-乙酰葡萄糖胺、2分子半乳糖、2分子唾液酸, 有时还要加 上岩藻糖。
哺乳动物高尔基体中进行的N-连接糖基化修饰过程
sepuence).
2. 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由6 种多肽组成，结合一个7S RNA，属于一种核糖核蛋白复 合体(RNP)。能与信号序列结合，也能与SRP受体结合。 导致蛋白质合成暂停。
ER跨膜可切除信号的一般结构
信号识别颗粒(SRP)的组成
• 标志酶:糖基转移酶。
•
高尔基体是一种有极性的细胞器.
1. 高尔基体顺面的网络结构（cis Golgi netwo高尔基体中间膜囊（medial Golgi），多数糖基
修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合
成均发生此处。 3. 高尔基体反面的网络结构（trans Golgi network， TGN）， 是高尔基体的出口区域，功能是参与 蛋白质的分类与包装，最后输出。
Lys-Lys-X-X(KKXX)
Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）
COPⅠ被膜小泡形成的过程
Cop I and II Vesicles
高尔基体和ER间的双向运输的模型
3. 网格蛋白有被小泡
clathrin-coated vesicle
• 介导蛋白质从高尔基体TGN向质膜、胞内体、 溶酶体或植物液泡的运输。 • 在受体介导的内吞途径中负责将物质从质膜运 往细胞质，及从胞内体到溶酶体的运输。
3. SRP 受 体 （ SRP receptor ） ， 又 称 停 泊 蛋 白
(docking protein,DP), 内质网膜的整合蛋白，异 二聚体，可与SRP特异结合。 4. 停止转移序列（stop transfer sequence），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.
• 2、跨膜转运（transmembrane transport）：蛋白质通过
1. COPⅡ衣被小泡copⅡ coated vesicle
• 介导从内质网到高尔基体的物质运输。
• COPⅡ由5种蛋白亚基(Sec31p,Sec13p,Sec23p, Sec24p
5. 转位因子（translocator，translocon），由3-4
个Sec61蛋白构成的通道，每个Sec61由3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。 • 这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为 共翻译转运。
Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-SerArg-Tyr-Leu-Leu+H N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln3
输入质体
Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-AsnSer-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-ThrLeu-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly-
输入过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu-COO输入内质网 返回内质网 由质膜到内体
+H N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val3
Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-LeuThr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL） Tyr-X-X-Φ
第9章 高尔基体Golgi complex
1898年，意大利科学家 Golgi 用 银 染 法 ， 在 猫 头鹰的神经细胞内观察 到了清晰的网状结构， 因此定名为高尔基体。 20世纪50年代以后才正 确认识它的存在。
一、高尔基体的形态结构
• 高尔基体最富有特征性的结构是由一些( 通 常是4～8个) 排列较为整齐的扁平膜囊 (saccules)堆叠在一起, 构成了高尔基体的主 体结构。呈弓形、半球形或球形。
大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产 生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被 （coat），衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前 解体。
衣被具有两个主要作用：
①选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；
COPⅡ Coat assembly
2. COP I有被小泡copI coated vesicle
• 功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网. • COP I蛋白由8种蛋白亚基组成, 是一种胞质溶胶蛋 白。 • COP I小泡的形成需要GTP结合蛋白ARF参与. • ER腔蛋白典型的回收信号： Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL） • ER的膜蛋白（如SRP受体）在C端有一个不同的 回收信号:
– 其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signal
sequence）。
– 其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选
受体，sorting receptor）。
信号序列指导蛋白质的正确运输
蛋白质分选信号类型
• ①信号序列（signal sequence）： • 存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸
Sar1p,)构成. • 衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit sites）， 该处没有核糖体。 • COPⅡ小泡的装配需要GTP结合蛋白Sar1的参与.
Sar1GTP酶与Sec23/Sec24复合体结合在一起，
Sec13/Sec31复合体覆盖在外层。 • COPⅡ小泡的分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域， 主要是包含双酸性基序, 如Asp-X-Glu序列 。
膜结合细胞器的三种运输机制
三 、膜泡运输
• 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡 运输方式进行。
• 如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体；细胞分泌物
的外排，都要通过过渡性小泡进行转运。
• 各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于
膜的表面识别特征。
(一)、分泌小泡的类型
四、高尔基体与细胞内的膜泡运输
高尔基体和ER间的双向运输的模型
穿梭小泡从顺面高尔基体网络向反面高尔基体网络移动
第二节 细胞内蛋白质的分选与 膜泡运输
• 蛋白质分选: 新生肽由其合成部位正确地运转到 其行使功能部位的过程。也称蛋白质的定向转运。
一、信号假说与蛋白质分选信号
• 新生肽定向转运到特定的细胞器取决于两个方面：
• 两条途径:
翻译后转运: 在细胞质基质完成多肽链的合成，然后转 运至其他细胞器，如线粒体、过氧化物酶体等。 共翻译转运: 蛋白质合成起始后转移至RER，边合成边 转入RER腔中，经高尔基体加工后运至溶酶体、细胞质 膜或分泌到细胞外。
蛋白质翻译后转运
蛋白质的共翻译转运
三种基本类型
• 1、选择性的门控转运（gated transport）：如通过核孔复 合体的运输。
残基，有些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，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。 • ②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。
二、高尔基体的化学组成
• 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参与蛋白质修饰的酶:
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。
•
信号假说(Signal hypothesis): (G. Blobel等1975年提出，并获1999年诺贝尔 生理医学奖) 蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网 上合成，合成结束前信号肽被切除.
• 蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：
1. 信号肽（signal peptide），位于新合成肽链的N端，一般 16~30个氨基酸残基，含三个结构域:疏水核心区、信号 肽 的 C 端 和 N 端 。 也 叫 开 始 转 移 序 列 (start transfer
signal sequence and signal patch
一些典型的分选信号
功能 输入细胞核 输出细胞核 输入线粒体 信号序列 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile+H N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe3
高尔基体的膜囊结构及其排列
高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：
• ①嗜锇反应：cis面膜囊被特异地染色； • ②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特异显示高尔基体的trans面的1～2层
膜囊；
• ③烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可显示高尔基体中间几层 扁平囊； • ④胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)：可显示靠近trans面上的一些膜囊状 和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。
• O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行， 糖的供体为核苷酸单糖。 • N-连接糖基化是在内质网中进行的, 而对糖 基的修饰则是在高尔基体中完成的。
形成复合寡聚糖则比较复杂, 要切除5分子甘露糖, 加上2分子 N-乙酰葡萄糖胺、2分子半乳糖、2分子唾液酸, 有时还要加 上岩藻糖。
哺乳动物高尔基体中进行的N-连接糖基化修饰过程
sepuence).
2. 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由6 种多肽组成，结合一个7S RNA，属于一种核糖核蛋白复 合体(RNP)。能与信号序列结合，也能与SRP受体结合。 导致蛋白质合成暂停。
ER跨膜可切除信号的一般结构
信号识别颗粒(SRP)的组成
• 标志酶:糖基转移酶。
•
高尔基体是一种有极性的细胞器.
1. 高尔基体顺面的网络结构（cis Golgi netwo高尔基体中间膜囊（medial Golgi），多数糖基
修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合
成均发生此处。 3. 高尔基体反面的网络结构（trans Golgi network， TGN）， 是高尔基体的出口区域，功能是参与 蛋白质的分类与包装，最后输出。
Lys-Lys-X-X(KKXX)
Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）
COPⅠ被膜小泡形成的过程
Cop I and II Vesicles
高尔基体和ER间的双向运输的模型
3. 网格蛋白有被小泡
clathrin-coated vesicle
• 介导蛋白质从高尔基体TGN向质膜、胞内体、 溶酶体或植物液泡的运输。 • 在受体介导的内吞途径中负责将物质从质膜运 往细胞质，及从胞内体到溶酶体的运输。
3. SRP 受 体 （ SRP receptor ） ， 又 称 停 泊 蛋 白
(docking protein,DP), 内质网膜的整合蛋白，异 二聚体，可与SRP特异结合。 4. 停止转移序列（stop transfer sequence），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.
• 2、跨膜转运（transmembrane transport）：蛋白质通过