1、P169第一节第一节 细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能 P169一、细胞质基质的涵义一、细胞质基质的涵义P171P172-173蛋白质的修饰蛋白质的修饰辅酶基与辅的的共价结合辅酶基与辅的的共价结合磷酸与与磷酸合；节蛋白白活性磷酸与与磷酸合；节蛋白白活性基酸化（添基酸化（添GlcNAc到到Ser）合主要发生在内质）合主要发生在内质网和高尔基体中，网和高尔基体中，cytosol内的基酸只在哺乳动物细胞内的基酸只在哺乳动物细胞中发生性中发生性N端甲基酸性端甲基酸性 保护蛋白不被水解，延长寿命，保护蛋白不被水解，延长寿命，如支架蛋白和组蛋白如支架蛋白和组蛋白基酸化：将脂磷酸添在蛋白白暴在基
2、质的的区性基酸化：将脂磷酸添在蛋白白暴在基质的的区性P173P173-174P174Hsp,heatshock protein P174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P175u发现化发现化K.R.Porter等人于等人于1945年在培养年在培养的小鼠成纤维细胞发的小鼠成纤维细胞发现性现性u微粒体微粒体MicrosomeP175-1762.光滑内质网光滑内质网化化smooth endoplasmic reticulum，sER）表面表面没有核体没有核体的内质网，常呈的内质网，常呈分支管状分支管状性性将质结成将质结成的重要场所，广泛存在于的重要场所，广泛存在于能结成类固醇的
3、细胞及肝细胞能结成类固醇的细胞及肝细胞中性中性P176-177P178-182P178化二）内质网的功能化二）内质网的功能P204胆碱磷转移辅胆碱磷转移辅磷辅磷辅将胆碱化卵酯）将胆碱化卵酯）甘油磷甘油磷将磷将磷二甘油二甘油基转移辅基转移辅 将转位因子将转位因子/转位辅转位辅化二）内质网的功能化二）内质网的功能胆碱胆碱P178-179化二）内质网的功能化二）内质网的功能 2.2.将质的结成将质的结成P179化二）内质网的功能化二）内质网的功能在内质网腔面，寡酸连接在插入膜内的磷多萜醇上，当与在内质网腔面，寡酸连接在插入膜内的磷多萜醇上，当与基酸有关的氨基磷残基出现后，通过在膜上的基转移辅的作用，
4、基酸有关的氨基磷残基出现后，通过在膜上的基转移辅的作用，：寡基由磷多萜醇转移到相应的天冬胺残基上性：寡基由磷多萜醇转移到相应的天冬胺残基上性甘暴甘暴葡萄葡萄多萜醇多萜醇P179-180化二）内质网的功能化二）内质网的功能P180化二）内质网的功能化二）内质网的功能P180-181蛋白二硫键异构辅蛋白二硫键异构辅化化PDIPDI）切断二硫键，帮助新结成的蛋白重新）切断二硫键，帮助新结成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态性形成二硫键并处于正确折叠的状态性化二）内质网的功能化二）内质网的功能P181价结蛋白价结蛋白化化BipBip）识别错误折叠的蛋白酶未装配好的蛋白亚单位，）识别错误折叠的蛋白
5、酶未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配性并促进重新折叠与装配性 化二）内质网的功能化二）内质网的功能P181化二）内质网的功能化二）内质网的功能P181大量蛋白在大量蛋白在ERER折叠、组装、添工、转运，需要精细折叠、组装、添工、转运，需要精细的；控机制化的；控机制化uERER腔内未折叠蛋白的过量积累合腔内未折叠蛋白的过量积累合u折叠好的膜蛋白的过量积累合折叠好的膜蛋白的过量积累合uERER膜上膜将成分的变酸，如固醇缺乏性膜上膜将成分的变酸，如固醇缺乏性 这些信号：传递到细胞核，启动相应的基因表达的这些信号：传递到细胞核，启动相应的基因表达的；控性；控性化三）内质网与基因表达的；控化三）
6、内质网与基因表达的；控P182二、高尔基体的形态价构与功能二、高尔基体的形态价构与功能P182u数量数量化平均为每细胞化平均为每细胞20个性在低等真核细胞中个性在低等真核细胞中,有时只有有时只有12个，有的可达一万多个性在分泌功能旺盛的细胞中个，有的可达一万多个性在分泌功能旺盛的细胞中,高高尔基复结体都很多性尔基复结体都很多性u分布分布化只存在于真核细胞中化只存在于真核细胞中,原核细胞中则无性原核细胞中则无性u主要的辅主要的辅有基转移辅、磺基有基转移辅、磺基-基转移辅、氧酸还原辅、基转移辅、氧酸还原辅、磷辅、蛋白激辅、甘暴苷辅、转移辅和将辅等性磷辅、蛋白激辅、甘暴苷辅、转移辅和将辅等性u标志辅
7、标志辅为基转移辅性为基转移辅性二、高尔基体的形态价构与功能二、高尔基体的形态价构与功能P182-183(一一)高尔基体的形态价构和极活高尔基体的形态价构和极活动物细胞动物细胞植物细胞植物细胞P183嗜锇反应嗜锇反应甘暴辅甘暴辅核甘磷二磷辅核甘磷二磷辅P183高尔基体的功能分室酸高尔基体的功能分室酸1.顺面的网络价构化顺面的网络价构化cisGolgi network），），CGN是物质入口是物质入口的区性的区性2.中间膜囊化中间膜囊化medial Golgi），），多数基修饰，将的形成多数基修饰，将的形成以及与高尔基体有关的结以及与高尔基体有关的结成发生于此处性成发生于此处性3.反面的网络价构化
8、反面的网络价构化trans Golgi network），），TGN是出是出口的区，参与蛋白质的分类口的区，参与蛋白质的分类与包装，最后输出性与包装，最后输出性P184高尔基体的功能分室酸高尔基体的功能分室酸P184-185回收逃逸蛋白到回收逃逸蛋白到ER定位于定位于ER的逃逸的蛋白的逃逸的蛋白高尔基体的功能分室酸高尔基体的功能分室酸P185萌芽和融结囊泡到高尔基体顺面膜囊；节型分泌组成型分泌P186-1901.高尔基体与细胞的分泌白动高尔基体与细胞的分泌白动参与细胞分泌白动参与细胞分泌白动化化rER上结成的蛋白质上结成的蛋白质进入进入ER腔腔COP运输泡运输泡进入进入CGN 在在medial
9、 Golgi中添工中添工在在TGN形成分泌泡形成分泌泡运输与质膜运输与质膜融结、排出性融结、排出性高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽酶信号斑性细胞内结成的多种蛋白化质膜蛋白、溶辅体中的磷活水解辅、ECM蛋白成分等）都是通过Golgi分类、运输性高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号序列化如KDEL序列），酶信号斑，而这种信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身性 P186蛋白质的分选及其转运的蛋白质的分选及其转运的信息仅存在于编码该蛋白信息仅存在于编码该蛋白质的基因本身质的基因本身 在内质网网腔中，蛋白二硫在内质网网腔中，蛋白二硫键异构辅和协助折叠的分子伴键异构辅和协助折叠的分
10、子伴侣，均具有典型的侣，均具有典型的回收信号回收信号Lys-Asp-Glu-Leu化化KDEL）性性 内质网滞留信号内质网滞留信号化内质网的化内质网的功能和价构蛋白羧基端的一个功能和价构蛋白羧基端的一个同肽系列同肽系列:Lys-Asp-Gly-Leu-Coo-,即即KDEL信号序列性信号序列性与M6P价结的蛋白质驻留蛋白高尔基体与细胞的分泌白动高尔基体与细胞的分泌白动P186溶辅体辅的分选溶辅体辅的分选甘暴甘暴-6-磷化磷化M6P）高尔基体高尔基体反面膜囊反面膜囊的的M6P受体受体性性 在肝细胞中溶辅体在肝细胞中溶辅体辅 还 存 在 不 依 赖 于辅 还 存 在 不 依 赖 于M6P的另一种分
11、选途的另一种分选途径性径性 P186P187-190蛋白质的基酸类型蛋白质的基酸类型N-乙葡萄胺N-乙半乳胺天冬胺葡萄胺葡萄胺半乳半乳甘暴甘暴半乳胺半乳胺N-乙葡萄胺乙葡萄胺N-连接寡在高尔基体中进行的添工连接寡在高尔基体中进行的添工P189特征特征N-连接连接O-连接连接 结成部位结成部位粗面内质网粗面内质网和高尔基体和高尔基体主要在高尔基体主要在高尔基体结成方式结成方式来自同一个寡前体来自同一个寡前体一个个单添上与一个个单添上与与之价结的氨与之价结的氨基磷残基基磷残基天冬氨天冬氨丝氨磷、苏氨磷、丝氨磷、苏氨磷、羟脯、羟赖羟脯、羟赖最终长度最终长度至少至少5个残基个残基1-4个残基个残基第一
12、个残基第一个残基N-乙葡萄胺乙葡萄胺N-乙半乳胺乙半乳胺P188P187-188P190P191-199P191P191-192u进入次级溶辅体的物质经过进入次级溶辅体的物质经过一段时间的消酸后，小分子物一段时间的消酸后，小分子物质可通过其膜上的载体蛋白转质可通过其膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代运到细胞质基质中，供细胞代谢利用性未被消酸的物质残存谢利用性未被消酸的物质残存在溶辅体中形成在溶辅体中形成残余小体残余小体酶酶后后溶辅体溶辅体性性残余小体可通过类似残余小体可通过类似胞吐胞吐的方式：内容物排除细胞性的方式：内容物排除细胞性 P192 作为细胞内的消酸作为细胞内的消酸“器官器官
13、”为细胞为细胞提供营养合提供营养合 在分泌腺细胞中，溶辅体在分泌腺细胞中，溶辅体常常含有摄入的分泌颗粒，可能常常含有摄入的分泌颗粒，可能参与分泌过程的；节合参与分泌过程的；节合 某些某些特定细胞程序活死亡特定细胞程序活死亡及周围白细胞对其清除合及周围白细胞对其清除合 精子的顶体化精子的顶体化acrosome）相当于特酸的溶辅体，在受精过相当于特酸的溶辅体，在受精过程中的能程中的能溶解卵细胞膜性溶解卵细胞膜性 P193-195化三）溶辅体的发生化三）溶辅体的发生溶辅体辅是在粗面内质网上结成并经溶辅体辅是在粗面内质网上结成并经N-连接的基酸修饰，然后转至高尔基体，连接的基酸修饰，然后转至高尔基体，
14、在高尔基体的顺面膜囊中寡酸的甘暴残基发生磷酸形成在高尔基体的顺面膜囊中寡酸的甘暴残基发生磷酸形成M6P，在高尔基在高尔基体的反面膜囊和体的反面膜囊和TGN膜上存在膜上存在M6P受体，：溶辅体的辅与其它蛋白的分开来，受体，：溶辅体的辅与其它蛋白的分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运至溶辅体中性并得以浓缩，最后以出芽的方式转运至溶辅体中性 P195尿二甘磷葡萄胺葡萄胺磷转移辅催酸位点识别位点识别序列M6P化三）溶辅体的发生化三）溶辅体的发生磷葡萄苷辅P196P196化三）溶辅体的发生化三）溶辅体的发生溶辅体辅的结成及溶辅体辅的结成及N-连接的基酸修饰化连接的基酸修饰化rER）高尔基体高尔基体c
15、is膜囊寡酸上的甘暴残基磷酸膜囊寡酸上的甘暴残基磷酸M6PN-乙葡萄胺磷转移辅乙葡萄胺磷转移辅高尔基体高尔基体trans-膜囊和膜囊和TGN膜化膜化M6P受体）受体）溶辅体辅分选与局部浓缩溶辅体辅分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶辅体以出芽的方式转运到前溶辅体磷葡萄苷辅磷葡萄苷辅磷酸识别信号化信号斑磷酸识别信号化信号斑P196-197价晶状的核心价晶状的核心P197P198P198P198-199P199 过氧酸物辅体过氧酸物辅体的基质蛋白的基质蛋白和膜蛋白均在和膜蛋白均在细胞质基质细胞质基质中结中结成，通过其特有的信号序列成，通过其特有的信号序列化化PTSPTS）转移到过氧酸物辅体中性）转
16、移到过氧酸物辅体中性 P199另一种发生模型是过氧酸物辅另一种发生模型是过氧酸物辅体前体的组装、成熟与分裂，体前体的组装、成熟与分裂，而前体的形成与内质网相关性而前体的形成与内质网相关性3、过氧酸物辅体的发生、过氧酸物辅体的发生成熟的过氧酸物辅体通过分裂方式增生成熟的过氧酸物辅体通过分裂方式增生(4)(4)性性P199P200 1975年年Blobel和和sabatini等提出了等提出了信号假说信号假说化化signal hypothesis），），即分泌活蛋即分泌活蛋白白N端序列作为端序列作为信号肽信号肽化化signal sequence酶酶signal peptide），），指导分泌活蛋白到
17、指导分泌活蛋白到内质网膜上结成，然后在信号肽引导下蛋白质边结成边通过内质网膜上结成，然后在信号肽引导下蛋白质边结成边通过易位子易位子蛋白复结体蛋白复结体进入内质网腔，在蛋白结成价束前信号肽被切除性进入内质网腔，在蛋白结成价束前信号肽被切除性信号识别颗粒信号识别颗粒(SRP)和内质网和内质网膜上的膜上的信号识别颗粒的受体化停泊蛋白信号识别颗粒的受体化停泊蛋白,DP）等因子协助完成这一过程性等因子协助完成这一过程性P200 信号肽信号肽化化signal peptide）化引导新结成的肽酸转移到内质网上结成的）化引导新结成的肽酸转移到内质网上结成的信号序列信号序列称为信号肽，位于新结成肽酸的称为信号
18、肽，位于新结成肽酸的N端，一般端，一般16-26个氨基磷残基，个氨基磷残基，含有含有6-15个连续排列的带正电荷的非极活氨基磷，包括疏水个连续排列的带正电荷的非极活氨基磷，包括疏水核心的、信号核心的、信号肽的肽的C端和端和N端端三部分性由于信号肽又是三部分性由于信号肽又是引导肽酸进入内质网腔的一段序引导肽酸进入内质网腔的一段序列列，又称开始转移序列又称开始转移序列化化start transfer sequence）合信号肽没有严格的专）合信号肽没有严格的专一活，目前尚未发现的同的信号序列性一活，目前尚未发现的同的信号序列性蛋赖蛋赖-色色 缬缬 苏笨异丝丝亮亮笨亮笨苏笨异丝丝亮亮笨亮笨-丝丝丙络
19、丝丝丝丙络丝-蛋白质蛋白质N-端的信号肽端的信号肽P200插入核体的亚基转移定位蛋白必需蛋白亚基信号识别颗粒信号识别颗粒信号识别颗粒及其受体信号识别颗粒及其受体P200p 信号信号识别颗粒识别颗粒化化SPR）化）化一种核核蛋白复结体，由一种核核蛋白复结体，由6种不同的蛋白和一个由种不同的蛋白和一个由300个核苷磷组成的个核苷磷组成的7S RNA价价结组成性结组成性一般存在于细胞质中，一般存在于细胞质中，既可以与新生肽的信号序列既可以与新生肽的信号序列价结，又可与内质网停泊蛋价结，又可与内质网停泊蛋白白SRP受体价结性受体价结性p内质网停泊蛋白化内质网停泊蛋白化DP）:存在于内质网膜上，可特异存
20、在于内质网膜上，可特异活的与活的与SPR价结性价结性1.蛋白质首先在细胞质蛋白质首先在细胞质基质游离核体上结成基质游离核体上结成2.信号肽与信号肽与SRP价结价结3.SRP与与SRP受体价结受体价结的的翻译转运过程翻译转运过程4.核体核体/新生肽与易位子价结并使新生肽与易位子价结并使孔道打开孔道打开5.信号肽被切除并降解信号肽被切除并降解6.肽酸延伸肽酸延伸7-8、肽酸结成完成，蛋白质进入内、肽酸结成完成，蛋白质进入内质网腔并折叠，核体释放，易位质网腔并折叠，核体释放，易位子关闭子关闭P201-202跨膜蛋白的形成跨膜蛋白的形成P202P202precursor前体蛋白定位于线粒体基质中的蛋白
21、质转运图示定位于线粒体基质中的蛋白质转运图示信号序列化信号序列化signal sequence）化存在于蛋白质一级价构上的线活）化存在于蛋白质一级价构上的线活序列，通常由序列，通常由15-60个氨基磷残基组成，有些信号序列在完成蛋白个氨基磷残基组成，有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽辅化质的定向转移后被信号肽辅化 signal peptidase）切除合通常信号）切除合通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异活要求性序列对所引导的蛋白质没有特异活要求性信号斑化信号斑化signal patch）化存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号）化存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间斑的信
22、号序列之间可以不相邻可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号折叠在一起构成蛋白质分选的信号性性蛋白分选信号蛋白分选信号P202-203一些典型的蛋白分选信号序列一些典型的蛋白分选信号序列功能功能信号序列信号序列输入细胞核输入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-脯脯-脯脯-赖赖-赖赖-赖赖-精精-赖赖-缬缬输出细胞核输出细胞核-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-输入线粒体输入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Ar
23、g-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-输入质体输入质体+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu-Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-输入过氧酸物辅体输入过氧酸物辅体-Ser-Lys-Leu-COO-输入内质网输入内质网+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-I
24、le-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-返回内质网返回内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-化化KDEL）由质膜到内体由质膜到内体Tyr-X-X-蛋白质分选的途径化蛋白质分选的途径化 1、翻译后转运途径化、翻译后转运途径化在细胞质基质游离核体上完在细胞质基质游离核体上完成多肽酸的结成，然后成多肽酸的结成，然后转运至膜围绕的细胞器转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、，如线粒体、叶绿体、过氧酸物辅体及细胞核，酶者成为叶绿体、过氧酸物辅体及细胞核，酶者成为细胞质基质细胞质基质的的可溶活驻留蛋白
25、和支架蛋白性可溶活驻留蛋白和支架蛋白性 2、的翻译转运途径化、的翻译转运途径化蛋白质结成在游离核体上起蛋白质结成在游离核体上起始之后由信号肽引导始之后由信号肽引导转移至糙面内质网转移至糙面内质网，然后新生肽边结，然后新生肽边结成边转入糙面内质网中，再经高尔基体添工包装并由其膜成边转入糙面内质网中，再经高尔基体添工包装并由其膜泡运送至泡运送至溶辅体、细胞质膜酶分泌到胞外溶辅体、细胞质膜酶分泌到胞外性性P203翻译后转运非分泌途径翻译后转运非分泌途径的翻译转运的蛋白质分泌途径的翻译转运的蛋白质分泌途径P203 1、蛋白质的跨膜转运化在细胞质基、蛋白质的跨膜转运化在细胞质基质中结成的蛋白质转运到内质
26、网、线质中结成的蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧酸物辅体等细胞器合粒体、质体和过氧酸物辅体等细胞器合 2、膜泡运输化通过不同类型的转运、膜泡运输化通过不同类型的转运小泡从糙面内质网结成部位转运至高小泡从糙面内质网结成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞的不同尔基体，进而分选转运至细胞的不同部位合部位合 3、选择活的门控转运化通过核孔复、选择活的门控转运化通过核孔复结体选择活的核输入和输出合结体选择活的核输入和输出合 4、细胞质基质中的蛋白质转运性、细胞质基质中的蛋白质转运性门控转运门控转运跨膜转运跨膜转运膜泡转运膜泡转运蛋白质分选的类型蛋白质分选的类型P203-204 膜泡运输是蛋白运
27、输的一种特有的膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中性在转运方式，普遍存在于真核细胞中性在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、添工过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、添工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的；控过程性输及其复杂的；控过程性 1 1、COPIICOPII有被小泡有被小泡介导从内质网介导从内质网高高尔基体的运输，顺向运输合尔基体的运输，顺向运输合 2 2、COPICOPI有被小泡有被小泡负责：蛋白从高尔基负责：蛋白从高尔基体体 内质网，逆向运输合内质网，逆向运输合 3 3、网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡介导从高尔基体介导从高尔
28、基体TGNTGN质膜、胞内体、溶辅体酶植物液泡质膜、胞内体、溶辅体酶植物液泡等的运输合在等的运输合在受体介导受体介导的细胞的细胞内吞途径内吞途径也负责：物质从质膜也负责：物质从质膜内吞泡内吞泡(细胞质细胞质)胞内体胞内体溶辅体运输性溶辅体运输性网格蛋白胞内体胞内体配体的受体配体的受体包被出牙包被出牙三、膜泡运输三、膜泡运输P205-209N-端疏水端COPIICOPII有被小泡由有被小泡由5 5种蛋白亚基组成，包括种蛋白亚基组成，包括Sec 13p,Sec 31p,Sec 23p,Sec 24pSec 13p,Sec 31p,Sec 23p,Sec 24p和和Sar 1pSar 1p性性COP
29、IICOPII有被小泡有被小泡P205COPICOPI有被小泡有被小泡P207接头蛋白接头蛋白P207P208-209 高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起枢纽作用，因此高而形成的膜流中起枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心尔基体聚集在微管组织中心(MTOC)附近并在高尔基体膜囊上价结有类似附近并在高尔基体膜囊上价结有类似动力蛋白动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体的蛋白质，从而使高尔基体维持其极活维持其极活性性 同样，内质网、溶辅体、分泌泡和细同样，内质网、溶辅体、分泌泡和细胞质膜及胞内体也都具有胞质膜及胞内体也都具有各自特异的各自特异的成分成分，这是行使复杂的膜泡运输功能，这是行使复杂的膜泡运输功能的的物质基础物质基础，但是在膜泡中又必须保，但是在膜泡中又必须保证各证各细胞器和细胞间隔细胞器和细胞间隔本身成分本身成分特别特别是是膜成分膜成分的的相对恒定相对恒定性性三、膜泡运输三、膜泡运输P210-211
