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
细胞生物学 第七章_内膜系统与蛋白质的分选
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。
2
主要内容
内膜系统 内质网 高尔基体 溶酶体
蛋白质分选及其基本原理 膜泡运输
3
第一节 内膜系统 Endomembrane System
Endomembrane System : The structural and functional relationship organelles
混合功能氧化酶将底物羟基化 P354, Fig. 9-16
(1)被氧化的有毒底物（脂溶性）与细胞色素P-450结合; (2)细胞色素P-450中的铁原子被 NADPH还原; (3)氧与细胞色素P-450结合; (4)底物被一个氧原子氧化，另一个氧用于形成 水。被氧化的有毒底物带上羟基，由脂溶性转变为水溶性被排出体外。
sER合成磷脂酰胆碱 P352, Fig. 9-14
★ 内质网膜中脂肪酸与胞质溶胶中的磷酸甘油结合，然后脱磷生成甘油脂肪酸； ★ 在胆碱磷脂转移酶的作用下，将胞质中的CDP-胆碱与甘油脂肪酸结合形成磷脂酰胆碱； ★ 新合成的磷脂酰胆碱在内质网膜中磷脂转位酶的作用下翻转到内质网的腔面。
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Detoxification of organiccompounds in liver cells. System of oxygenases ---cytochrome p450 family
O-linked: linked to the hydroxyl group serine or threonine via GalNac (in Golgi)
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Quality control of newly synthesized proteins ---The role of N-linked glycosylationin ER protein folding
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。
细胞内膜系统
分子伴侣
二、细胞内膜系统 （endomembrane system）
细胞内膜系统概述
细胞内膜系统的研究方法
内膜系统的生物学意义
细胞内膜系统概述
细胞内膜系统定义 内膜系统的起源与意义 内膜系统使真核细胞区域化(compartmentalization) 内膜系统的特点
细胞内膜系统的研究方法
大分子物质：蛋白质（20-30%）、脂蛋白、多糖、RNA 糖原、脂滴: 储存物质 它呈复杂的胶体性质，可随环境条件的改变由 溶胶变为凝胶状态或者相反，这成为某些细胞运动方 式的动力。
在基质中合成的蛋白质命运不同：
a、具N端信号肽的（分泌蛋白）合成后→内质网 → 高尔基体→……等； b、N端具导肽的分别被转送到各种细胞器（线粒体、 叶绿体、微体、细胞核等）中； c、留在胞质中（驻留蛋白）或参与膜建成（膜蛋白）
概念：在不同阶段从不同角度有不同叫法，概念包括的内容也
随观察工具的发展有所变化和完善。反映出对细胞质基质的认识不 断深入。
最早的概念称透明质 ( hyaloplasm ) ，指细胞质中除线粒体、 质体等在光镜下所能看到的所有细胞器以外的部分，又称细胞液 （Cell sap）。 从生化角度讲，细胞液实际上是细胞质的可溶相，经过差速离
提供了大面积的结合位点；
将细胞内部区分为不同的功能区域：保证胞内各种生化反
应所需的独特的环境－－酶系统的隔离与连接；蛋白 质、糖、脂肪的合成、加工和包装；扩散屏障及膜电
位建立；离子梯度的维持；运输分泌物等。
真核细胞膜结合区室的主要功能
保证膜结构的更新和一致性 ：膜泡运输、膜流
放射自显影（Autoradiography）
1 体外环境应激：热、冷、有机物、重金属（砷、 镉等）、缺氧等。 2 体内病理生理应激：基因损伤、组织创伤、微生 物感染等。
细胞生物学膜泡运输与蛋白质分选
高尔基复合体与细胞内的膜泡运输高尔基符合体在分泌蛋白和细胞质膜蛋白的形成过程中不仅起着加工的作用，同时还有形成囊泡，进行包装和运输的作用。
分泌型蛋白、多数细胞质膜的膜蛋白都是在糙面内质网上合成后，经高尔基体的加工与分装通过膜泡运输的方式输送到细胞表面；而细胞质外的大分子和颗粒性物质及细胞质膜的膜蛋白也会通过胞饮或吞噬作用，以膜泡运输的方式进入细胞内。
高尔基复合体不论在向外运输的膜泡转移中，还是在内吞形成的膜泡转移中都起着重要的作用，且高尔基复合体中的G蛋白对高尔基复合体膜泡运输具有调控作用。
在细胞内的膜泡运输中，至少有10种以上的运输小泡参与膜泡运输过程，有三类。
COPl 有被小泡、COPll又被小泡、成笼蛋白有被小泡，前二者主要起始于内质网和高尔基复合体的运输，而后者主要调节起始于高尔基复合体和质膜的运输。
膜泡运输的类型1.成笼蛋白有被小泡起源于高尔基复合体的反面网状结构，其衣被主要成分为成笼蛋白和衔接蛋白。
结构上外层为由成笼蛋白构成的蜂巢样网络结构，内壳则由衔接蛋白构成，覆盖在细胞质基质侧的膜泡表面。
成笼有被小泡主要是负责蛋白质从高尔基体反面网状结构向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。
此外，也参与胞内体到溶酶体的运输以及受体介导的内吞途径。
2.COPll有被小泡COPll有被小泡主要参与从内质网到高尔基复合体的物质运输，由五种蛋白亚基构成。
COPll蛋白能识别并结合跨膜内质网蛋白质膜一段的信号序列；而跨膜内质网蛋白的腔面一端作为受体与内质网腔中的可溶性蛋白结合。
COPll有被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。
3.COPl有被小泡主要负责回收与转运内质网逃逸蛋白返回内质网，而且在“糙面内质网-高尔基复合体-分泌泡-细胞表面”的蛋白质转运过程中，还行使非选择性批量运输的功能。
以上三种小泡介导的膜泡运输，需依赖于多种GTP结合蛋白对膜交换的时空变化进行调控。
膜泡运输的定向为了确保膜运输的有序进行，运输小泡在正确识别其将要与之融合的靶膜是必须具有高度选择性。
医学-细胞生物学第7章1
第二节 内质网（ER）
1945年，著名超微结构学家K.R．Porter首先观察 到，并定为内质网。
7.2.1 形态、结构、特点
内质网是由封闭的管状或扁平囊状膜系统 及其包被的腔构成的相互沟通的三维网状 结构。（图）扁囊或池。
ER膜的糖蛋白 高尔基体的膜糖蛋白 溶酶体膜糖蛋白 质膜糖蛋白 核膜糖蛋白 脂锚定质膜蛋白 质膜的外周蛋白(位于质膜的外侧面)
第三节 高尔基体
◆高尔基器(Golgi apparatus)或高尔 基复合体(Golgi complex)
◆意大利科学家Camillo Golgi在 1898年发现的。
7.3.1 形态结构和极性 形态结构：
膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布
第一节 细胞质基质的涵义与功能
7.1.1 细胞质基质的组成成分
-----与中间代谢有关的数千种酶类 -----维持细胞形态和细胞内含物质运输有关的
细胞质骨架结构。
1）化学物质：
•小分子 水（起溶剂作用 ）、无机离子 •中分子 核苷酸及其衍生物等、脂类、糖类 •大分子 蛋白质、脂蛋白、RNA、多糖、
细胞内区室化：
细胞内区室化是真核细胞结构和功能的基 本特征之一。
细胞内被膜区分为3类结构：
细胞质基质
细胞内膜系统
膜结合
其他由膜包被的各种细胞器 细胞器
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。
细胞内膜系统：结构、功能或发生上相关的 膜围绕的细胞器或细胞结构，主要包括内质 网、高尔基体及其形成的溶酶体和分泌泡， 广义地讲包括细胞核、线粒体与叶绿体和过 氧化物酶体等。
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。
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。
细胞生物学第七章和第八章 课后思考题
第七章细胞质基质与内膜系统1.流感病毒包着一层膜，膜上含有能被酸性pH活化的融合蛋白，活化以后，此蛋白质引起病毒膜与细胞膜融合。
有一种古老的民间治疗流感的方法，建议患者到马棚内过一夜。
听起来可能很怪，但是这项建议有一个合理的解释。
马棚中的空气含有马尿中的细菌产生的氨气（NH3）。
请解释NH3如何能保护细胞免受病毒感染。
答：流感病毒通过内吞作用进入细胞然后被递送到内体，在这里它处于酸性的pH中，激活了它的融合蛋白。
病毒的膜与内体膜融合，释放病毒基因组到细胞质。
NH3是一个可以迅速穿透膜的小分子。
因此，它可以通过扩散作用进入所有包括内体在内的细胞内区室。
一旦区室内是酸性pH, NH3结合H+ 形成NH4+ ，这是一个带电离子因而不能通过扩散作用穿膜。
NH4+因此在酸性区室聚集并升高pH。
当内体的pH升高，病毒依然被内吞，但是由于病毒融合蛋白不能被激活，因而病毒不能进入细胞质。
第八章蛋白质分选和膜泡运输1.Which of the following statements are correct? Explain your answers.A.The amino acid sequence Leu-His-Arg-Leu-Asp-Ala-Gln-Ser-Lys-Leu-Ser-Ser is a signal sequence that directs proteins to the ER.氨基酸序列Leu-His-Arg-Leu-Asp-Ala-Gln-Ser-Lys-Leu-Ser-Ser是一个指引蛋白质到内质网中去的信号序列。
错。
引导蛋白质到内质网膜的信号序列包括一个含8个以上疏水氨基酸的核心。
这里显示的这个序列包括很多亲水氨基酸侧链，包括带电氨基酸组氨酸、精氨酸、天冬氨酸和赖氨酸，以及不带电的亲水氨基酸谷氨酰胺和丝氨酸。
B.Transport vesicles deliver proteins and lipids to the cell surface.转运膜泡将蛋白质和脂质运到细胞表面。
细胞生物学[第七章真核细胞内膜细胞、蛋白质分选与膜泡运输]课程预习
第七章真核细胞内膜细胞、蛋白质分选与膜泡运输一、细胞质基质的涵义与功能(一)细胞质基质的涵义细胞质基质(cytoplasmic matrix or cytomatrix)是指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。
基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。
在细胞质基质中，主要含有与中间代谢有关的数千种酶类及与维持细胞形态的细胞质骨架结构。
细胞质基质是蛋白质和脂肪合成的重要场所。
所合成的蛋白质，半数以上将分门别类地转移到细胞核和细胞器中。
(二)细胞质基质的功能(1)生物合成与代谢。
细胞质基质是许多生化合成和代谢的重要场所，如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成与分解、蛋白质与脂肪合成、细胞信号转导、多种信号通路、蛋白质运输等等，都发生在细胞质基质中。
(2)参与细胞质骨架。
细胞质骨架作为细胞质基质的主要结构成分，不仅与维持细胞形态、细胞运动、细胞内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，为细胞质基质中的其他成分和细胞器提供锚定位点。
细胞质基质对生物大分子的定位，不是靠生物膜来维持，而是通过与骨架蛋白分子间的选择性结合，使生物大分子锚定在细胞骨架三维空间的特定区域。
(3)蛋白质的修饰。
大多数蛋白质的修饰是由专一的酶作用于蛋白质侧链特定位点上，这对于细胞的生命活动十分重要。
在细胞质基质中发生蛋白质修饰的类型主要有：①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。
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动物细胞中把N-一乙酰葡萄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；⑤酰基化。
(4)蛋白质选择性的降解。
在蛋白质分子的氨基酸序列中，除了决定蛋白质在细胞内定位的信号和与修饰作用有关的信号外，还有决定蛋白质寿命的信号。
这种信号存在于蛋白质N端的第一个氨基酸残基。
第七章+真核细胞内膜系统、蛋白质分选与...
各种膜之间的转化关系
内质网膜 核膜
高尔基体膜
细胞膜
第三节 高尔基复合体 Golgi complex
• 又名高尔基器（Golgi apparatus)或高尔基复合体
• 1898年意大利医生Golgi首次发现，将其命名为高尔基
体。20世纪50年代以后才正确认识它的存在和结构。
•
高尔基体不仅存在于动植物细胞中，而且也存在于原生
蛋白的过程。 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。
N-连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内。
• 糖与蛋白质的连接方式
O-连接的寡糖蛋白：发生在高尔基复合体内。
N连接的糖基化：寡糖基转移到天冬酰胺残基上 O连接的糖基化：连接到丝氨酸、苏氨酸或胶原纤维的羟 赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上的糖基化
• CGN：功能是分选站，以区分应输回内质网的蛋白质和应进 入高尔基体的蛋白质。 • 高尔基体主体部分由一系列大的扁平囊组成，这些扁平囊分成
顺面、中间和反面膜囊
• TGN：与顺面高尔基体囊膜一样， TGN也具有分选功能。蛋 白质在TGN被隔离成不同类型的小泡，面向质膜或细胞内不 同的目的地。
培养的上皮细胞中高尔基体的分布（高尔基体为红色，核为绿色）
内膜系统浮在胞质溶胶中，由立体网络支撑，溶胶中含有高浓
度蛋白质。 • 内膜系统的主要成员：
– 内质网：细胞内部封闭的腔管系统，存在囊、泡、池等形态；分为粗 面内质网和光面质网。
– 高尔基复合体：由光面膜包围的扁平囊、腔、潴泡组成的小体堆积而
成。 – 溶酶体：胞饮泡、消化泡、分泌泡等。
第二节 内质网 （endoplasmic reticulum,ER）