细胞生物学第七章课件.ppt

1、第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输主要内容主要内容第一节第一节 细胞质基质的涵义和功能细胞质基质的涵义和功能 一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义 二、细胞质基质的功能二、细胞质基质的功能第二节第二节 细胞内膜系统的形态结构和功能细胞内膜系统的形态结构和功能 一、内质网的形态结构与功能一、内质网的形态结构与功能 二、高尔基体的形态结构与功能二、高尔基体的形态结构与功能 三、溶酶体的形态结构与功能三、溶酶体的形态结构与功能第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 一、信号假说与蛋白质分选信号一、信号假说与蛋白质分选信号 二、蛋白质分选的基本途径与类型二

2、、蛋白质分选的基本途径与类型 三、膜泡运输三、膜泡运输 四、细胞结构体系的组装四、细胞结构体系的组装第一节第一节 细胞质基质的涵义和功能细胞质基质的涵义和功能真核细胞的细胞内膜将细胞质分隔成不同的区域：真核细胞的细胞内膜将细胞质分隔成不同的区域：细胞质基质细胞质基质（cytoso，cytoplasmic matrix）：）：真核细胞的细胞质中，除去可分辨的膜性细胞器以真核细胞的细胞质中，除去可分辨的膜性细胞器以外的胶状物质，其体积约占细胞质的一半。外的胶状物质，其体积约占细胞质的一半。细胞内膜系统细胞内膜系统：内质网、高尔基体、溶酶体、胞：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、分泌泡内体、分泌泡

3、其他膜包被的细胞器其他膜包被的细胞器：线粒体、叶绿体、过氧化：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核物酶体、细胞核一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义 细胞质基质（细胞质基质（cytoso，cytoplasmic matrix）：）：真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的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，其体积约占细胞质的一半。胶状物质，其体积约占细胞质的一半。用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留

4、在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为家多称之为胞质溶胶胞质溶胶。成分：成分：中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构、水分等。化学组分：小分子物质：水分子、无机离子等；生物中等分子：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸等；生物大分子：蛋白质、RNA、脂蛋白、多糖等。特点：特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。二、细胞质基质的功能二、细胞质基质的功能许多代谢过程的场所许多代谢过程的场所（糖酵解、糖原合成、蛋白（糖酵解、糖原合成、蛋白质脂质的合成等）；质脂质的合成等）；与细胞骨架的选择性结合与细胞骨架的选

5、择性结合（细胞内功能的区域（细胞内功能的区域化）；化）；蛋白质修饰蛋白质修饰（糖基化、去（糖基化、去/磷酸化、酰基化、甲基磷酸化、酰基化、甲基化、共价结合）；化、共价结合）；控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命（由（由N端第一个氨基酸决定稳端第一个氨基酸决定稳定性，泛素水解）定性，泛素水解）降解变性和错误识别的蛋白质降解变性和错误识别的蛋白质；帮助变性和错误折叠的蛋白质帮助变性和错误折叠的蛋白质 重新折叠重新折叠；（热休；（热休克蛋白）克蛋白）细胞内膜系统细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、膜包

6、被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。溶酶体、胞内体和分泌泡等。内膜系统形成了一种胞内网络结构，其内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能功能主要在于两个主要在于两个方面：方面：扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上；代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上；是将细是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。特的环境。第二节第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统及其功能一、内质网的形态结构与功能一、

7、内质网的形态结构与功能 内质网（内质网（ERER）由封闭的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结构。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积占细胞总体积的10%以上。内质网是典型的异质性细胞器，在细胞分裂时，内质网要经历解体和重建的过程。内质网的存在大大增加了细胞内膜的表面积，为酶反应提供了结合位点；内质网形成的封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于它们的加工和运输；内质网是细胞内除核酸以外的生物大分子如蛋白质、脂质和糖类的合成基地。（一）内质网的两种基本类型（一）内质网的两种基本类型 粗面内质网（RER）和光面内质网（SER）1、粗面内质网（

8、、粗面内质网（RER）多扁平囊状，膜表面有大量核糖体附着多扁平囊状，膜表面有大量核糖体附着功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白功能是合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白易位子：直径易位子：直径8.5nm,通道通道2nm，内质网膜上的蛋，内质网膜上的蛋白复合体通道，与新合成的多肽进入内质网有关白复合体通道，与新合成的多肽进入内质网有关2、光滑内质网（、光滑内质网（SER）常为分支管状，形成较为复杂的立体结构，表面没有核糖体附着 脂质合成的重要场所。注意：注意：细胞中几乎没有纯的光面内质网，它们只是作为内质网这细胞中几乎没有纯的光面内质网，它们只是作为内质网这一连续结构的一部分。一连续结构的一部分。密度

9、梯度离心技术将肝细胞的密度梯度离心技术将肝细胞的RER和和SER分离开来，发现分离开来，发现粗面内质网上有粗面内质网上有20种以上蛋白与光滑内质网不同。种以上蛋白与光滑内质网不同。二者是一连续的整体，可能是有某些特殊的装置，将二者是一连续的整体，可能是有某些特殊的装置，将RER和和SER得部位隔开来，并维持其形态。得部位隔开来，并维持其形态。3、内质网与细胞内其它细胞器的关系、内质网与细胞内其它细胞器的关系（1）、与细胞膜相连：甚至有管道相通）、与细胞膜相连：甚至有管道相通（2）、与外层核膜相接：内质网腔与核周隙相通）、与外层核膜相接：内质网腔与核周隙相通（3）、与高尔基体在结构、功能与发生上

10、关系密切）、与高尔基体在结构、功能与发生上关系密切（4）、）、rER与线粒体紧密相依：与线粒体紧密相依：过去：供能过去：供能 最近：与脂质的相互交换及最近：与脂质的相互交换及Ca2+释放的调节释放的调节关系密切关系密切（5）、）、ER的分布与微管走向一致的分布与微管走向一致 （核膜内质网高尔基体质膜）（核膜内质网高尔基体质膜）（二）内质网的功能（二）内质网的功能 内质网是细胞内蛋白与脂质合成的基地，几乎全部的脂质内质网是细胞内蛋白与脂质合成的基地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。其中最主要的和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。其中最主要的是卵磷脂。是卵磷脂。蛋白质合成

11、蛋白质合成 蛋白质合成始于细胞质基质，但部分很快转至内质网膜蛋白质合成始于细胞质基质，但部分很快转至内质网膜上。上。在内质网上合成的蛋白质包括：在内质网上合成的蛋白质包括：向细胞外分泌的蛋白质向细胞外分泌的蛋白质膜的整合蛋白膜的整合蛋白 构成细胞器中的可溶性驻留蛋白构成细胞器中的可溶性驻留蛋白 蛋白质合成后的修饰蛋白质合成后的修饰（卵磷脂）磷脂酰胆碱在内质网膜上的合成过程（卵磷脂）磷脂酰胆碱在内质网膜上的合成过程 脂质合成脂质合成 内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的全部膜脂。全部膜脂。合成磷脂的三种酶都定位在内质网膜上，活性部位在膜

12、的合成磷脂的三种酶都定位在内质网膜上，活性部位在膜的细胞质基质一侧；细胞质基质一侧；合成磷脂的底物来自细胞质基质，反应的第一步是增大面合成磷脂的底物来自细胞质基质，反应的第一步是增大面积；第二三步确定新合成磷脂的种类；积；第二三步确定新合成磷脂的种类；除卵磷脂外其他几种磷脂都已类似的方式合成。除卵磷脂外其他几种磷脂都已类似的方式合成。合成的磷脂有内质网向其他膜的转运主要有两种方式：合成的磷脂有内质网向其他膜的转运主要有两种方式：A、通过出芽方式转运到高尔基体，溶酶体和细胞膜上、通过出芽方式转运到高尔基体，溶酶体和细胞膜上;B、凭借磷脂转换蛋白（凭借磷脂转换蛋白（PEP）在膜之间转移磷脂；首）在

13、膜之间转移磷脂；首先先PEP与磷脂分子结合成水溶性的复合物进入细胞质基质，与磷脂分子结合成水溶性的复合物进入细胞质基质，通过自由扩散，直至遇到靶膜时，通过自由扩散，直至遇到靶膜时，PEP释放出来，并安插在释放出来，并安插在膜上。膜上。蛋白质的修饰加工蛋白质的修饰加工糖基化糖基化:在内质网的腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多在内质网的腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过膜上的糖基转移酶，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相膜上的糖基转移酶，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬氨酸残基上。应的天冬氨酸残基上。N N连

14、接的糖基化连接的糖基化 糖糖:N:N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺 氨基酸：天冬氨酸氨基酸：天冬氨酸 发生部位：内质网发生部位：内质网(rER)(rER)O O连接的糖基化连接的糖基化 糖：糖：N N乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺 氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸 发生部位：高尔基体（主要）发生部位：高尔基体（主要）细胞质基质中只发现少数几种简单的糖基化细胞质基质中只发现少数几种简单的糖基化N-连接的糖基化过程连接的糖基化过程多萜醇多萜醇葡萄糖葡萄糖甘露糖甘露糖N-N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺酰基化酰基化 发生在内质网的胞质侧发生在内质网的胞质侧 软脂酸共价

15、结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上 高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似 的酰基化的酰基化另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等 新生多肽的折叠与装配新生多肽的折叠与装配1、蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶切断二硫键，帮助其重新形成切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态二硫键，并处于正确的状态2 2、结合蛋白（、结合蛋白（BipBip）能识别不正确的蛋白或未装配能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装新折

16、叠与组装3 3、4 4肽信号肽信号滞留在内质网中的蛋白质滞留在内质网中的蛋白质的信号（的信号（KDELKDEL）（）（-Lys-Lys-Asp-Glu-Leu-COOAsp-Glu-Leu-COO）如如 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 结合蛋白（结合蛋白（BipBip）折叠错误、畸形肽链、未装配等折叠错误、畸形肽链、未装配等胞质胞质通过通过Sec61pSec61p复合体复合体被蛋白酶体降解被蛋白酶体降解内质网的其他功能内质网的其他功能1 1）合成脂蛋白（外输性）合成脂蛋白（外输性）肝细胞中的肝细胞中的sERsER2 2）解毒功能）解毒功能肝细胞中的肝细胞中的sERsER 如：细胞色素如：细胞

17、色素P450P450家族酶系（又称加单氧酶系、羟化酶系）家族酶系（又称加单氧酶系、羟化酶系）由一些氧化还原酶构成，是电子传递系统，但不与由一些氧化还原酶构成，是电子传递系统，但不与 ATPATP合成相偶连合成相偶连 不溶于水的废物、代谢产物不溶于水的废物、代谢产物 细胞色素细胞色素P450P450家族酶系家族酶系 羟基化羟基化 尿液排出尿液排出3 3）合成固醇类激素）合成固醇类激素睾丸间质细胞的睾丸间质细胞的sERsER4 4）储存）储存CaCa2+2+肌细胞中的肌细胞中的sERsER5 5）为细胞质基质中的）为细胞质基质中的PrPr、酶提供附着点、酶提供附着点6 6）储存、运输物质，能量与信

18、息传递，细胞的支持和运动）储存、运输物质，能量与信息传递，细胞的支持和运动 等作用。等作用。三、内质网与基因表达的调控三、内质网与基因表达的调控异常：未折叠蛋白质超量积累异常：未折叠蛋白质超量积累 折叠好膜蛋白超量积累折叠好膜蛋白超量积累 内质网膜脂成分变化内质网膜脂成分变化内质网内质网核信号转导途径核信号转导途径特异基因表达特异基因表达内质网功能正常内质网功能正常正常：蛋白质正常：蛋白质ER中中调控调控折叠、装配、加工、包装、转运折叠、装配、加工、包装、转运粗面内质网的形态粗面内质网的形态光滑内质网的形态光滑内质网的形态内质网内质网二、高尔基体的形态结构与功能二、高尔基体的形态结构与功能 高

19、尔基体又称高尔基器或高尔基复合体。从发现至今高尔基体又称高尔基器或高尔基复合体。从发现至今已有百年历史，其中一半以上时间是进行关于其形态甚至是已有百年历史，其中一半以上时间是进行关于其形态甚至是否真实存在的争论。否真实存在的争论。20世纪世纪50年代随着电镜技术的应用和年代随着电镜技术的应用和超薄切片技术的发展，才证实了高尔基体的存在。这不仅由超薄切片技术的发展，才证实了高尔基体的存在。这不仅由于当时研究手段光景的限制性，而且也反映了高尔基体的自于当时研究手段光景的限制性，而且也反映了高尔基体的自身结构特征。高尔基体是有大小不一、形态多变的囊泡体系身结构特征。高尔基体是有大小不一、形态多变的囊

20、泡体系组成，在不同细胞中，甚至细胞生长的不同阶段都有很大的组成，在不同细胞中，甚至细胞生长的不同阶段都有很大的区别。区别。（一）高尔基体的形态结构与极性（一）高尔基体的形态结构与极性 1、结构结构：电镜下最富有特征的结构是由一些（常：电镜下最富有特征的结构是由一些（常48）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠成，构成其主）排列较为整齐的扁平膜囊堆叠成，构成其主体，膜囊多呈弓形，也有的呈半球形。膜囊周围又体，膜囊多呈弓形，也有的呈半球形。膜囊周围又有大量的大小不等的囊泡结构。有大量的大小不等的囊泡结构。高尔基体高尔基体高尔基体高尔基体高尔基体与内质网高尔基体与内质网2、有极性有极性 很多细胞中，高尔基体靠

21、近细胞核的一面，膜囊很多细胞中，高尔基体靠近细胞核的一面，膜囊弯曲成凸面，又称形成面弯曲成凸面，又称形成面(forming face)或顺面或顺面(cis face)，面向胞质膜的一面常呈凹面，又称成，面向胞质膜的一面常呈凹面，又称成熟面熟面(mature face)或反面或反面(trans face)。顺面膜囊；中间膜囊；反面膜囊；泡囊顺面膜囊；中间膜囊；反面膜囊；泡囊3、化学反应化学反应嗜锇反应（形成面）嗜锇反应（形成面）焦磷酸硫胺素酶反应（成熟面的焦磷酸硫胺素酶反应（成熟面的12层膜）层膜）胞嘧啶单核苷酸酶反应（靠近胞嘧啶单核苷酸酶反应（靠近trans face面上的一面上的一些膜囊状，

22、管状结构）些膜囊状，管状结构）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）反应酶）反应 （中间几层扁平膜囊）（中间几层扁平膜囊）4、高尔基体的间隔区室高尔基体的间隔区室 高尔基体至少由互相联系的高尔基体至少由互相联系的4 4个部分个部分组成，每一部分又组成，每一部分又可能划分出更精细的间隔可能划分出更精细的间隔（1 1）高尔基体）高尔基体顺面膜囊顺面膜囊（cis）或顺面网状结构（）或顺面网状结构（CGN）接受内质网新合成的物质，分类后转入中间膜囊，小部分接受内质网新合成的物质，分类后转入中间膜囊，小部分返回（驻留蛋白）；返回（驻留蛋白）；丝氨酸丝氨酸O-连接的糖基化，跨膜蛋白胞

23、质侧的酰基化连接的糖基化，跨膜蛋白胞质侧的酰基化（2）高尔基体高尔基体中间膜囊中间膜囊（medial Golgi）由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系。续的、完整的膜囊体系。多数糖基化修饰，膜质形成，多糖合成多数糖基化修饰，膜质形成，多糖合成（3）高尔基体反面的膜囊（）高尔基体反面的膜囊（trans）及反面高尔基体网状结）及反面高尔基体网状结构（构（TGN）位于反面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入位于反面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入反面的细胞之中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。反面的细胞之

24、中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。TGN的形态更是处于不断的动态变化之中。的形态更是处于不断的动态变化之中。TGN的主要功能：的主要功能：参与蛋白质的分类与包装、运输；参与蛋白质的分类与包装、运输；某些某些“晚期晚期”的的蛋白质修饰（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蛋白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣瓣膜膜”作用，保证单向转运作用，保证单向转运。（4）周围大小不等的囊泡）周围大小不等的囊泡 高尔基体周围常见大小不等的囊泡。其顺面一侧的囊泡可高尔基体周围常见大小不等的囊泡。其顺面

25、一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡，称之为ERGIC（endoplasmic reticulum-Golgi intermediatecompartment）或称管状小泡丛）或称管状小泡丛VTCs（vesicular-tubular clusters）。）。5、化学组成、化学组成 高尔基体膜含有大约高尔基体膜含有大约60%的蛋白和的蛋白和40%的脂类。的脂类。膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜之间，中性脂类和质膜之间，中性脂类主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。高尔基体

26、中的酶主要有糖基转移酶、磺基高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、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。脂酶等不同的类型。扁囊（二）高尔基体的功能（二）高尔基体的功能 高尔基体的主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工、高尔基体的主要功能是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。到细胞外。1、蛋白质的糖基化及其修饰、蛋白质的糖基化及其修饰 溶酶体中的水解酶类、多数细胞质膜上的膜蛋白和分泌

27、蛋溶酶体中的水解酶类、多数细胞质膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质缺少糖基化修饰，缺少糖基化修饰，这就说明，这就说明，ER上合成的大多数蛋白质在上合成的大多数蛋白质在内质网和高尔基体中发生了糖基化。内质网和高尔基体中发生了糖基化。与细胞内其他生物大分子如与细胞内其他生物大分子如DNADNA、RNARNA和蛋白质合成不和蛋白质合成不同，糖蛋白中寡糖链的合成与修饰都没有模板，靠不同的酶同，糖蛋白中寡糖链的合成与修饰都没有模板，靠不同的酶而且在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。故而且在细胞的不同间隔中

28、经历复杂的加工过程才能完成。故人们推测，真核细胞中普遍存在的糖基化一定具有某种重要人们推测，真核细胞中普遍存在的糖基化一定具有某种重要的功能。的功能。首先首先就是为各种蛋白质打上不同的标志，以利于高就是为各种蛋白质打上不同的标志，以利于高尔基体的分类与包装，同时保证糖蛋白从尔基体的分类与包装，同时保证糖蛋白从ERER至高尔基体膜囊至高尔基体膜囊单方向转移。糖基化单方向转移。糖基化另一种另一种功能是影响多肽的结构。功能是影响多肽的结构。但很多糖蛋白的分选与行使功能并不需要糖基化修饰。但很多糖蛋白的分选与行使功能并不需要糖基化修饰。对多数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为对多数由高尔基体分

29、选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质分选信号，更主要可能是有助于蛋白质成熟过程的折蛋白质分选信号，更主要可能是有助于蛋白质成熟过程的折叠成正确的构象和增加蛋白质稳定性叠成正确的构象和增加蛋白质稳定性2、高尔基体参与细胞的分泌活动、高尔基体参与细胞的分泌活动 负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是程是SER上合成蛋白质，进入上合成蛋白质，进入ER腔，出芽形成囊泡，进入腔，出芽形成囊泡，进入CGN，在，在medial Gdgi中加工，在中加工，在TGN形成囊泡，囊泡与胞形成囊泡，囊泡与胞质体融合、排出。质体融合、排出。高尔基体对蛋白

30、质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或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。信号斑。分选：每一类蛋白质都有特异的标识（溶酶体中的酶带有分选：每一类蛋白质都有特异的标识（溶酶体中的酶带有M6P,6-磷酸甘露醇）；分选主要与蛋白质有关，分选和转磷酸甘露醇）；分选主要与蛋白质有关，分选和转运的信息存在于编码该蛋白质的基因本身。运的信息存在于编码该蛋白质的基因本身。3、进行膜的转化功能、进行膜的转化功能 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，在内质和质膜之间，因此高尔基体在进行

31、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。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、将蛋白水解为活性物质 如将蛋白质如将蛋白质N端或端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素端切除，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。肽，如神经肽。5、参与形成溶酶体。、参与形成溶酶体。6、参与植物细胞壁的形成。、参与植物细胞壁的形成。7、合成植物细胞壁中的纤

32、维素和果胶质。、合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质。三、溶酶体的形态结构与功能三、溶酶体的形态结构与功能（一）溶酶体的形态结构与类型（一）溶酶体的形态结构与类型 19551955年年de Duvede Duve与与NovikoffNovikoff首次证明溶酶体首次证明溶酶体（lysosomelysosome）的存在。它是单层膜围绕、内含多种）的存在。它是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。它在维持细胞正常代谢活动及防御等细胞内消化。它在维持细胞正常代谢活动及防御等方面起着重要作用，特别是在病理学中具有重要意方面起

33、着重要作用，特别是在病理学中具有重要意义，故引起人们的高度重视。义，故引起人们的高度重视。溶酶体几乎存在于所有动物细胞中，植物细胞有与之功溶酶体几乎存在于所有动物细胞中，植物细胞有与之功能类似的细胞器能类似的细胞器圆球体、糊粉粒及植物中央液泡，原生圆球体、糊粉粒及植物中央液泡，原生动物细胞也有类似溶酶体的结构。动物细胞也有类似溶酶体的结构。具有具有异质性异质性，不同的溶酶体其形态大小及内含的水解酶，不同的溶酶体其形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同，种类都可能有很大的不同，标志酶为酸性磷酸酶标志酶为酸性磷酸酶。根据完成。根据完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体（其生理功能的不同阶段

34、可分为初级溶酶体（primary primary lysosomelysosome），次级溶酶体（），次级溶酶体（secondary lysosomesecondary lysosome）和残体）和残体（residual bodyresidual body）。）。初级溶酶体初级溶酶体次级溶酶体次级溶酶体溶酶体溶酶体后溶酶体（溶酶体残体）后溶酶体（溶酶体残体）1、初级溶酶体、初级溶酶体 直径约直径约0.20.5um，膜厚膜厚7.5nm，内含物均一，无明，内含物均一，无明显颗粒，外由一层脂蛋白膜围绕。含有多种水解酶，如蛋显颗粒，外由一层脂蛋白膜围绕。含有多种水解酶，如蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、

35、硫酸酯酶、磷脂酶类，已白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，已知知60余种，这些酶均属于酸性水解酶。如将可穿入细胞余种，这些酶均属于酸性水解酶。如将可穿入细胞质膜的碱性物质加入细胞培养液中，则可使溶酶体酶失去质膜的碱性物质加入细胞培养液中，则可使溶酶体酶失去活性。活性。溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同，主要区溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同，主要区别是：别是：膜上有质子泵，将膜上有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其泵入溶酶体，使其PH值降值降低，低，膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解，解，具有多种载体蛋白用于将水解的产物

36、向外转运。具有多种载体蛋白用于将水解的产物向外转运。2 2、次级溶酶体、次级溶酶体 是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称之为自噬溶酶体（成的复合体，分别称之为自噬溶酶体（autophagolysosomeautophagolysosome）和异噬溶）和异噬溶酶体（酶体（phagolysosomephagolysosome），是正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含），是正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，前者消化的物质来自外源，后者消化的物质来自水解酶和相应的底物，前者消化的物质

37、来自外源，后者消化的物质来自细胞本身的各种组分。细胞本身的各种组分。3 3、残体、残体 又称后溶酶体（又称后溶酶体（post-lysosomepost-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣）已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如故名，残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。肝细胞中的脂褐质。溶酶体可以看做是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态溶酶体可以看做是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态大小、执行不同生理功能的一类异质性细胞器。少量的溶酶体泄露到细大小、执行不同生理功能的一类异

38、质性细胞器。少量的溶酶体泄露到细胞质基质中，并不会引起细胞损伤，主要原因是细胞质基质中的胞质基质中，并不会引起细胞损伤，主要原因是细胞质基质中的PHPH值为值为7 7左右，在这种环境中溶酶体酶的活性大大降低。左右，在这种环境中溶酶体酶的活性大大降低。（二）溶酶体的功能二）溶酶体的功能 溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用，溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用，是细胞内的消化是细胞内的消化“器官器官”，只对于维持细胞的正常的代谢，只对于维持细胞的正常的代谢活动及防御微生物的侵染都有重要的意义。活动及防御微生物的侵染都有重要的意义。1.1.清除无用的生物大分子清除无用的生物大分

39、子,衰老的细胞器及其衰老损伤和死衰老的细胞器及其衰老损伤和死亡的细胞亡的细胞 不同细胞周期、不同分化阶段及不同省里状态下的细不同细胞周期、不同分化阶段及不同省里状态下的细胞，都需要一系列特定的酶系统。细胞生理状态常常是通胞，都需要一系列特定的酶系统。细胞生理状态常常是通过酶系统的改变而改变。原核细胞的快速增殖可稀释不需过酶系统的改变而改变。原核细胞的快速增殖可稀释不需要的酶。但真核细胞则需要通过降解的方式来清除暂时不要的酶。但真核细胞则需要通过降解的方式来清除暂时不需要的酶或代谢产物，溶酶体参与完成这一功能。需要的酶或代谢产物，溶酶体参与完成这一功能。衰老的细胞器和生物大分子需不断清除一保证细

40、胞正衰老的细胞器和生物大分子需不断清除一保证细胞正常的代谢活动。常的代谢活动。2.2.防御作用防御作用 是某些细胞特有的功能，它可以识别并吞噬入侵的是某些细胞特有的功能，它可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体作用下将其进一步降解。病毒或细菌，在溶酶体作用下将其进一步降解。如巨如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。解。有些病毒可以利用溶酶体的酸性环境释放核壳。有些病毒可以利用溶酶体的酸性环境释放核壳。参与分泌过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲参与分泌过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素状腺素细胞内消化：对高

41、等动物而言细胞的营养物质主要来源于血细胞内消化：对高等动物而言细胞的营养物质主要来源于血液中的水分子物质，而一些大分子物质通过内吞作用进入细液中的水分子物质，而一些大分子物质通过内吞作用进入细胞，如内吞低密度脂蛋白获得胆固醇，对一些单细胞真核生胞，如内吞低密度脂蛋白获得胆固醇，对一些单细胞真核生物，溶酶体的消化作用就更为重要。物，溶酶体的消化作用就更为重要。细胞凋亡：个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重细胞凋亡：个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫和蛙类的变态发育等等。这一过程是在基因控制建，如昆虫和蛙类的变态发育等等。这一过程是在基因控制下实现的，称为程序性细胞死亡，注

42、定要消除的细胞以出芽下实现的，称为程序性细胞死亡，注定要消除的细胞以出芽的形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化。的形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化。形成精子的顶体：顶体相当于一个化学钻，可溶穿卵子的皮形成精子的顶体：顶体相当于一个化学钻，可溶穿卵子的皮层，使精子进入卵子。层，使精子进入卵子。3.3.其他功能其他功能动物细胞溶酶体系统示意图动物细胞溶酶体系统示意图胞内体胞内体 溶酶体的消化作用一般可概括成溶酶体的消化作用一般可概括成3 3种途径：吞噬作用、胞饮作用、自种途径：吞噬作用、胞饮作用、自噬作用每种途径都将导致不同来源的物质在细胞内消化。噬作用每种途径都将导致不同来源的物质在细胞

43、内消化。（三）溶酶体的发生（三）溶酶体的发生 初级溶酶体是在高尔基体的初级溶酶体是在高尔基体的transtrans面以出芽的形式形成的，面以出芽的形式形成的，其形成过程如下：其形成过程如下：内质网上核糖体合成溶酶体蛋白，进入内质网腔进行内质网上核糖体合成溶酶体蛋白，进入内质网腔进行N-N-连连接的糖基化修饰，进入高尔基体接的糖基化修饰，进入高尔基体CisCis面膜囊，面膜囊，N-N-乙酰葡糖胺磷乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑，将酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑，将N-N-乙酰葡糖胺磷酸转乙酰葡糖胺磷酸转移在移在1 1 2 2个甘露糖残基上，在中间膜囊切去个甘露糖残基上，在中间膜囊

44、切去N-N-乙酰葡糖胺形成乙酰葡糖胺形成甘露糖甘露糖-6-6-磷酸（磷酸（M6PM6P）配体，与）配体，与transtrans膜囊上的膜囊上的M6PM6P受体结合，受体结合，这样溶酶体的酶与其他蛋白质区分开来，并得以浓缩，最后以这样溶酶体的酶与其他蛋白质区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运到溶酶体中。出芽的方式转运到溶酶体中。溶酶体的发生溶酶体的发生（四）溶酶体与过氧化物酶体（四）溶酶体与过氧化物酶体 过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisomeperoxisome）又称微体（）又称微体（microbodymicrobody），是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器。由是由单

45、层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器。由J.RhodinJ.Rhodin（19541954）首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。是一）首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。是一种具有异质性的细胞器，在不同生物及不同发育阶段有所种具有异质性的细胞器，在不同生物及不同发育阶段有所不同。直径约不同。直径约0.2-1.5um0.2-1.5um，通常为，通常为0.5um0.5um，呈圆形，椭圆形，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等。或哑呤形不等。共同特点是内含一至多种依赖黄素（共同特点是内含一至多种依赖黄素（flavinflavin）的氧化酶）的氧化酶和过氧化氢酶（标志酶），已发现和过氧化氢酶（标志酶），已发现4040多

46、种氧化酶，如多种氧化酶，如L-L-氨氨基酸氧化酶，基酸氧化酶，D-D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urate oxidaseurate oxidase）的含量极高，以至于在有些种类形成酶结）的含量极高，以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心。晶构成的核心。人肝细胞过氧化物酶体人肝细胞过氧化物酶体烟草叶肉细胞的过氧化物酶体烟草叶肉细胞的过氧化物酶体1、过氧化物酶体与溶酶体的区别、过氧化物酶体与溶酶体的区别 过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较 特征特征 溶酶体溶酶体 微体微体形态大小形态大小 大，球形大，球形,无酶晶体无酶晶体

47、 小，球形，有酶晶体小，球形，有酶晶体酶种类酶种类 酸性水解酶酸性水解酶 含有氧化酶类含有氧化酶类是否需要是否需要O2 O2 不需要不需要 需要需要功能功能 细胞内的消化作用细胞内的消化作用 多种功能多种功能发生发生 在粗面内质网合成在粗面内质网合成 在细胞质基质中合成在细胞质基质中合成识别的标志酶识别的标志酶 酸性水解酶等酸性水解酶等 过氧化氢酶过氧化氢酶PH 5PH 5左右左右 7 7左右左右2、过氧化物酶体的功能、过氧化物酶体的功能 各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。RHRH2 2+O+O2 2R+HR+H2 2O O2 2 过氧

48、化氢酶又可以利用过氧化氢，将其它底物（如醛过氧化氢酶又可以利用过氧化氢，将其它底物（如醛、醇、酚）氧化。、醇、酚）氧化。RHRH2 2+H+H2 2O O2 2R+2HR+2H2 2O O 此外，当细胞中的此外，当细胞中的H H2 2O O2 2过剩时，过氧化氢酶亦可催化过剩时，过氧化氢酶亦可催化以下反应：以下反应：2H2H2 2O O2 2 2H 2H2 2O+OO+O2 2 在动物中过氧化物酶体参与脂肪酸的在动物中过氧化物酶体参与脂肪酸的氧化（另一细氧化（另一细胞器是线粒体），大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵胞器是线粒体），大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵后，酶浓度升高后，酶浓度升高1

49、0倍。此外，过氧化物酶体还具有解毒作倍。此外，过氧化物酶体还具有解毒作用，因为过氧化氢酶能利用用，因为过氧化氢酶能利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精有害物质氧化，饮入的酒精1/4是在过氧化物酶体中氧化为是在过氧化物酶体中氧化为乙醛。乙醛。在植物中过氧化物酶体主要有：在植物中过氧化物酶体主要有：参与光呼吸作用，参与光呼吸作用，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的在萌发的种子中，进行脂肪的-氧化，产生乙酰辅酶氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和

50、琥珀酸，加入经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体乙醛酸循环体（glyoxysome）。）。过氧化物酶体发生示意图过氧化物酶体发生示意图3、过氧化物酶体的发生、过氧化物酶体的发生第三节第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 蛋白质的分选（蛋白质的分选（protein sorting）：又称）：又称蛋白质的定向蛋白质的定向转运转运（protein targeting），指绝大多数的蛋白质均在细胞），指绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运到细胞的特定部质基质