细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
细胞内膜系统蛋白es create intracellular compartments with different functions
The main functions of the membrane-enclosed compartments of a eucaryotic cell
第七章 真核细胞内膜系统、蛋白质分 选与膜泡运输
Internal membrane system、protein sorting and vesicular transporting in eukaryotic cells
第一节 细胞质基质的涵义与功能 Cytoplasmic matrix and its function
内质网(endoplasmic reticulum)的功能
■ 根据是否附有核糖体（ribosome）内质网分为:
● 糙面内质网（rough endoplasmic reticulum, rER）: 合成分泌性蛋白质（包括膜蛋白）
● 光面内质网（smooth endoplasmic reticulum, sER）: 合成脂类
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
Relative cellular volumes of the major membranous organelles
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
内质网（endoplasmic reticulum, ER）
◆ Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞， 因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故 名endoplasmic reticulum，ER。
第二节 细胞内膜系统及其功能 Internal membrane and its function
第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输
Intracellular protein sorting and vesicular transporting
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
第一节 细胞质基质的涵义与功能
Cytoplasmic matrix and its function
Cytoplasmic matrix: containing a host of large and
● Cytoplasm
small molecules, cytoskeleton
（细胞质） Organelles: such as nucleus, ER, Golgi apparatus,
the place for the manufacture of proteins。
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
细胞质基质(cytoplasmic matrix, cytosol )的功能
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
第二节 细胞内膜系统及其功能
Internal membrane and its function
◆ 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
● 糖基化的作用： 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。
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
蛋白质的修饰（modification）与 加工（processing）
● 糖基化(glycosylation)：发生在ER腔面，是在糖基转移 酶(glycosyltransferase)作用下进行的,糖基一般连接在4 种氨基酸上，分为：
◆ N-连接的糖基化(N-linked glycosylation)：与天冬酰胺 残基(Asn)的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
内质网的形态结构
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
The ER is a network of membrane sheets & tubules
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
内质网(endoplasmic reticulum)的功能
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
●The cytoplasm containing organelles enclosed by single internal membranes, except for the nuclei, mitochondria, and chloroplasts enclosed by two concentric internal membranes
mitochondria, et al
● 细胞质基质（cytoplasmic matrix, cytosol）: 真核细胞质
中除去可分辨的细胞器后的胶状物质。Cytosol is a
concentrated aqueous gel of large and small molecules,
and cytoskeleton. It is the site of many chemical reactions,
■ 糙面内质网上合成的蛋白质主要去向有：
● 分泌到细胞外，如抗体和激素等 ● 运输到细胞膜，如膜整合蛋白 ● 运输到溶酶体，如溶酶体的各种水解酶
细胞内膜系统蛋白质分选与膜泡系统
蛋白质的修饰（modification）与 加工（processing）
●Most (or all) proteins are covalently modified in the ER 1. Formation of disulfide bonds(二硫键)between cysteine(半光氨酸)residues of the same polypeptide (intra-molecular) or different polypeptides (intermolecular) 2. Addition of short oligosaccharide(寡糖)side chains-glycosylation (糖基化)
细胞生物学 翟中和版 总结笔记第七章
Cell biology细胞生物学第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输细胞内被膜区分类：细胞质基质、细胞内膜系统、有膜包被的细胞器第一节细胞质基质的含义和功能一、细胞质基质的含义（1）含义：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质主要含有：（1）与代谢有关的许多酶（2）与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构细胞质基质是一个高度有序的体系，细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的功能。
细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等相互联系形成的结构体系，蛋白质和其他分子以凝聚或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡。
差速离心获得的胞质溶胶的组分和细胞质基质溶液成分很大不同。
胞质溶胶中的多数蛋白质可能通过弱键结合在基质的骨架纤维上。
二、细胞质基质的功能（1）蛋白质分选和转运N端有信号序列的蛋白质合成之后转移到内质网上，通过膜泡运输的方式再转运到高尔基体。
其他蛋白质的合成都在细胞质基质完成，并根据自身信号转运到线粒体、叶绿体、细胞核中，也有些蛋白驻留在细胞质基质中。
（2）锚定细胞质骨架（3）蛋白的修饰、选择性降解1 蛋白质的修饰辅基、辅酶与蛋白的结合磷酸化和去磷酸化糖基化N端甲基化（防止水解）酰基化2 控制蛋白质寿命N端第一个氨基酸残基决定寿命细胞质基质能够识别N端不稳定的氨基酸信号将其降解，依赖于泛素降解途径3 降解变性和错误折叠的蛋白质4 修复变性和错误折叠的蛋白热休克蛋白的作用第二节细胞内膜系统及其功能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。
研究方法：电镜技术免疫标记和放射自显影离心技术和遗传突变体分析一、内质网的形态结构和功能内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成的互相沟通的三维网络结构。
（一）内质网的两种基本类型糙面内质网和光面内质网。
糙面内质网：扁囊状整齐附着有大量核糖体功能：合成分泌性蛋白和膜蛋白光面内质网：分支管状，小功能：脂质合成，出芽位点部分细胞合成固醇类激素糙面内质网有20多种和光面内质网不同的蛋白，说明有特殊装置隔开两种内质网的组分。
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输-测试题(满分：70)
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输- 测试题（满分：70）一、选择题（共25小题，1～20题每题1分，21～25题每题2分）1、下列关于信号肽，最正确的一项是（）A. 是C端的一段氨基酸序列 C. 具有信号作用，但不被切除B. 是N端的一段氨基酸序列 D. 跨膜运输后要被切除2、细胞质基质中合成，到内质网上继续合成的蛋白的定位序列为（）A. 信号肽 C. 转运肽B. 导肽 D. 信号斑3、参与蛋白质合成与运输的一组细胞器是（）A. 核糖体、内质网、高尔基体 C. 细胞核、微管、内质网B. 线粒体、内质网、溶酶体 D. 细胞核、内质网、溶酶体4、台-萨氏病是一种与溶酶体有关的遗传缺陷病，主要是（）缺乏而不能水解神经节苷脂GM2。
A. 磷酸二酯酶 C. β-氨基己糖酯酶AB. N-乙酰氨基转移酶 D. 腺苷酸环化酶5、指导蛋白质转运到线粒体上的氨基酸序列被称为（）A. 导肽 C. 转运肽B. 信号肽 D. 新生肽6、溶酶体的H+ 浓度比细胞质基质中高（）A. 5倍 C. 50倍B. 10倍 D. 100倍以上7、下面（）不是在粗面内质网上合成的A. 抗体 C. 胶原蛋白B. 溶酶体膜蛋白 D. 核糖体蛋白8、下列细胞器中的膜蛋白在粗面内质网上合成的为（）A. 叶绿体 C. 过氧化物酶体B. 线粒体 D. 溶酶体9、具运输和分拣内吞物质的细胞器是（）A. 有被小体 C. 胞内体B. 滑面内质网 D. 溶酶体10、下列（）是特化的内质网A. 肌质网 C. 乙醛酸循环体B. 脂质体 D. 残余小体11、真核细胞中下列（）细胞器或细胞结构上不可能有核糖体存在A. 内质网 C. 细胞核膜B. 细胞质基质 D. 细胞质膜12、下列细胞器中，有极性的是（）A. 溶酶体 C. 线粒体B. 微体 D. 高尔基体13、蛋白质的糖基化及其加工、修饰和寡糖链的合成是发生在高尔基体的（）A. 顺面管网状结构 C. 反面管网状结构B. 中间膜囊 D. 反面囊泡14、合成后的磷脂被（）转运至过氧化物酶体的膜上A. 磷脂转位因子 C. 膜泡B. 磷脂转换蛋白 D. 细胞骨架15、真核细胞中被称为异质性细胞器的是（）A. 溶酶体 C. 内质网B. 核糖体 D. 高尔基体16、细胞中合成脂类的重要场所是 ( )A. 粗面内质网 C. 高尔基体B. 光面内质网 D. 胞质溶胶17、真核细胞内生物大分子运输的交通枢纽是（）A. 溶酶体 C. 内质网B. 胞内体 D. 高尔基体18、真核细胞中生物大分子的合成基地是（）A. 溶酶体 C. 内质网B. 胞内体 D. 高尔基体19、溶酶体的（）借助M6P分选途径完成其分类、转运。
第三章 内膜系统1
磷脂酸 磷酸酶 二酰基甘油 胆碱磷酸转移酶 磷脂酰胆碱
（ER膜上）
磷脂转位因子(phospholipid translocator)/转位酶(flippase) 合成的磷脂转向 (内质网腔面) 出芽 磷脂转换蛋白-PEP(水溶性载体蛋白)转移磷脂 高尔基体 线粒体膜上 溶酶体 过氧化物酶体膜上 质膜
eg. 质膜、ER. Golgi. 溶酶体上的膜蛋白，过氧化物酶体膜蛋 白前体。 内膜系统细胞器中的可溶性蛋白 eg. 溶酶体/植物 液泡中的酸性水解酶类& ER. Golgi. 胞内体中固有的蛋白)
内质网：易位子(translocon/translocator) rER膜上的一种蛋白复合体，中心一个直径2nm的 “孔道”，与新合成的多肽进入ER有关.
Most membrane lipids are synthesized entirely within the ER
运输方式之 Transport by budding：ER→Golgi、溶酶体、 质膜
运输方式之 Transport by phospholipid exchange proteins (磷脂转换蛋 白，PEP)： ER→other organelles （including Mit., Chl., 过氧化物酶体）
rER
Secretory granule
A section of a pancreatic acinar cell (胰腺腺泡细胞) that had been incubated for 3 min in radioactive amino acids and then immediately fixed and prepared for autoradiography
细胞生物学 第七章 细胞内膜系统及蛋白质分选与泡膜运输
周围大小不等的囊泡——物质运输
高尔基体与细胞骨架关系密切； 高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（
kinesin）和微丝的马达蛋白（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。
❖ 残余小体（residual body），次级溶酶体未被消化 的残渣，又称后溶酶体。
用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶， M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）
动物细胞溶酶体系统示意图
溶酶体膜的特征： 嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境； 具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的
❖ 二、内膜系统的结构与功能 ❖ （二）高尔基体（ Golgi complex ） ❖ 2、功能
❖ （3）蛋白酶的水解和其他加工过程
蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型
无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除 N-端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖 素及血清白蛋白等
蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如 神经肽等
一种分选途径。
❖ 二、内膜系统的结构与功能
❖ （二）高尔基体（ Golgi complex ） ❖ 2、功能
（1）高尔基体与细胞的分泌活动 ❖ 蛋白质的分选及其转运 ❖ 溶酶体酶的分选 （2）蛋白质糖基化及其修饰
（3）蛋白酶的水解和其他加工过程
蛋白质糖基化类型
特征
N-连接
O-连接
1. 合成部位
2. 合成方式
细胞学第7章复习题
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输1一．名词解释1.细胞内膜系统：位于细胞质内，在结构、功能及发生上密切相关的内膜包绕形成的细胞器或细胞结构，是真核细胞特有的结构。
主要包括内质网、高尔基体和溶酶体等。
2.初级溶酶体：是指刚从高尔基体的边缘膨大分离出来，还未同消化物融合的潜伏状态，无活性。
3.次级溶酶体：是酶在进行或完全消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物。
根据自身消化物质得来源不同，分为自噬溶酶体和异噬溶酶体4. 细胞质基质：真核细胞的细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，主要含有与中间代谢有关的酶和维持细胞形态、胞内物质运输有关的细胞质骨架结构等。
二．填空题1.在内质网上合成的蛋白主要包括分泌蛋白、膜整合蛋白、细胞器驻留蛋白等。
2.蛋白质的糖基化修饰主要分为N－连接的糖基化修饰，指的是蛋白质上的天冬酰胺残基与N-乙酰葡萄糖胺直接连接，和O－连接的糖基化修饰，指的是蛋白质上的丝氨酸或苏氨酸残基与N-乙酰半乳糖胺直接连接。
3.肌细胞中的内质网异常发达，被称为肌质网。
4.原核细胞中核糖体一般结合在细胞质膜上，而真核细胞中则结合在粗面内质网上。
5.真核细胞中，光面内质网是合成脂类分子的细胞器。
6.内质网的标志酶是葡萄糖-6－磷酸酶。
7.细胞质中合成的蛋白质如果存在信号肽，将转移到内质网上继续合成。
如果该蛋白质上还存在停止转移序列，则该蛋白被定位到内质网膜上。
8.高尔基体的标志酶是糖基转移酶。
9.具有将蛋白进行修饰、分选并分泌到细胞外的细胞器是高尔基体。
10.被称为细胞内大分子运输交通枢纽的细胞器是高尔基体。
11.蛋白质的糖基化修饰中，N－连接的糖基化反应一般发生在内质网中，而O－连接的糖基化反应则发生在和高尔基体中。
12.蛋白质的水解加工过程一般发生在高尔基体中。
13.从结构上高尔基体主要由顺面膜囊、中间膜囊和反面膜囊和囊泡组成。
14.植物细胞中与溶酶体功能类似的结构是圆球体、中央液泡和糊粉粒。
真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 复
• 1954年,Palade和Porter等,证实内质网是由膜围绕的囊泡 所组成。
• 2.内质网形态结构和发生
•
封闭管状或扁平囊状膜系统及其
包被的腔，形成互相沟通的三维网络
• 依赖于泛素的26S蛋白酶体(proteosome)：
•
结构：一个筒状20S催化核心(core，14种多肽，28个亚
基)，两端各一个19S调节部分(cap，15个亚基)。
•
含量：占细胞蛋白总量1％。
•
存在：细胞质基质和细胞核。
• 蛋白质的泛素化过程
• 蛋白质的泛素化过程：三步
• ATP供能，泛素C端与非特异性 泛素活化酶E1的Cys共价结合， 形成E1-泛素复合物。
结构。
•
一端通过与核膜联系，另一端沿 大小通常占细胞膜
微管向外延伸。
系统一半，体积占细胞
• 结构稳定性：细胞周期内，经历解体 总体积10％以上。
与重建，变化复杂；不同类型细胞、
同一细胞在不同发育阶段和生理状态，
其结构也有明显变化。
• 发生：可能起源于细胞质膜，与核膜 同源；自我组装，rER合成膜蛋白、s ER合成膜脂。
•
GroEL-GroES分子伴侣系统对于新合成蛋白的折叠是
非常重要的。这两种蛋白质组成了一个由两个穴（GroEL）
和一个盖子（GroES）组成的圆柱，底物进入这个圆柱，
进行折叠，然后释放。
第二节细胞内膜系统及其功能
• 细胞内膜系统(endomembrane system)的研究方法：电镜
技术(超微结构)；免疫标记和放射自显影技术(功能定位)；
细胞生物学 第7章 真核细胞内膜系统蛋白质分选与膜(共103张PPT)
一，其意义在于：大大增加了细胞内膜的表面积；为多种酶特
别是多酶体系提供了大面积的结合位点；酶系统的隔离与连接；
蛋白质、糖、脂肪的合成、加工和包装；运输分泌物；扩散屏
障及膜电位建立；离子梯度的维持等。
二、内质网的形态结构与功能
(一)、内质网的形态结构及化学组成
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-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。
（N-linked glycosylation）：与
丝氨酸、苏氨酸、
羟赖氨酸、羟脯氨酸
一般1～4个糖残基，
但ABO血型抗原较长
N—乙酰半乳糖胺等
内质网上进行N-连接的糖基化。
糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸多萜醇
（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。
高等细胞区室化
Compartmentalization
质膜
内膜
生物膜
原核细胞 – 质膜构成的单一区室
真核细胞 – 内膜 – 各种细胞器
内膜系统出现的意义：
各自独立，各司其职
相互依存，协调同一
大大提高了细胞代谢反应的效率
细胞核
细
胞
细胞质
过氧化物酶体
线粒体
细胞骨架
翟中和细胞生物学第七章总结2（名词解释）
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输1.细胞质基质：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，也称胞质溶胶，内含水、无机离子、酶以及可溶性大分子和代谢产物。
21、许多中间代谢过程在细胞质基质中进行。
包括糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成与分解以及蛋白质与脂肪酸的合成等。
2、细胞质骨架是细胞质基质的主要结构成分，与维持细胞形态、细胞运动、物质运输及能量传递有关，而且也是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点。
3、与蛋白质的修饰及选择性降解有关。
①蛋白质的修饰，在细胞质中发生的蛋白质修饰的类型主要有：辅酶或辅基与酶的共价结合；磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性；糖基化作用；对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰；酰基化。
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。
这一功能主要靠热休克蛋白来完成。
3①辅酶或辅基与酶的共价结合。
②磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性。
③糖基化作用：糖基化主要发生在内质网和高尔基体中，在细胞质基质中发现的糖基化是指在哺乳动物的细胞中把N-乙酰葡糖胺分子加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上。
④对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰：这种修饰的蛋白质，如很多细胞支架蛋白和组蛋白等，不易被细胞内的蛋白质水解酶水解，从而使蛋白质在细胞中维持较长的寿命。
⑤酰基化：最常见的一类酰基化修饰是内质网上合成的跨膜蛋白在通过内质网和高尔基体的转运过程中发生的，它由不同的酶来催化，把软脂酸链共价地连接在某些跨膜蛋白的暴露在细胞质基质中的结构域；另一类酰基化修饰发生在诸如src基因和ras基因这类癌基因的产物上，催化这一反应的酶可识别蛋白中的信号序列，将脂肪酸链共价地结合到蛋白质特定的位点上。
如src基因编码的酪氨酸蛋白激酶与豆蔻酸的共价结合。
酰基化与否并不影响酪氨酸蛋白激酶的活性，但只有酰基化的激酶才能转移并靠豆蔻酸链结合到细胞质膜上。
第5章-1蛋白分选与膜泡运输11li1
Roger Y. Tsien 钱永健—钱学森堂侄 GFP- Jelly Fish
3 亚细胞结构的分部分离)-微粒体-microsomes
p451
20,000 g 20 min
50,000 g 2 hrs
EM smooth microsomal fraction lacking ribosomes
Novick and Schekman, Cell, 1980
8.3 The Endoplasmic Reticulum and Its Function
The smooth endoplasmic reticulum (sER)
The rough ER (rER)
First, what do ERs look like?
rER
胰腺 细胞
Diagram showing the stacks of flattened cisternae that make up the rER
TEM of rER of a pancreatic acinar cell.
PDI (蛋白磷酸二硫键异构酶) SEM of rER of a pancreatic acinar cell. showing the ER
8.3.1 sER functions
extensively developed in skeletal muscles, kidney tubules, steroid-producing endocrine glands.
第5章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
21
糖原分解与游离葡萄糖
释放
➢ 在肝细胞中,糖原裂解释放 葡萄糖-1-磷酸,然后再转变 成葡萄糖-6-磷酸,由于磷酸 化的葡萄糖不能通过细胞质 膜,光面内质网上的葡萄糖6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷酸 水解为葡萄糖和磷酸后,葡 萄糖就可穿过细胞质膜进入 血液
光面内质网的功能
22
光面内质网的功能 解毒作用(detoxification)
27
粗面内质网的功能
新生多肽的折叠与装配
➢ 二硫键异构酶（protein disulfide isomerase ，PDI ：ER 驻留蛋白）催化新合成的蛋白形成和改组二硫键，形成正 确的折叠状态。
➢ 分子伴侣BiP（Binding protein ）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。
➢ 水解 ➢ 糖基化 ➢ 硫酸化：蛋白聚糖
膜循环：内质网上合成的脂质一部分转移至高尔基体 后，经过修饰和加工，形成运输泡，向细胞膜和溶酶 体膜等部位运输。
36
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。 (见第三节)
37
2、高尔基体的功能
O-连接的糖基化
➢ O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷 糖（半乳糖或N-乙酰半乳糖胺）。将糖链转移到多肽 链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基上。
➢ 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，不能进入高尔基体。这些多肽一旦被识别，便从内质 网腔转至细胞质基质（通过Sec61p复合体），被蛋白酶体 （proteasomes－protein-degrading machine）所降解。 （see next）