1、第 4 章 细胞质基质与细胞内膜系统第 1 节 细胞质基质在真核细胞，细胞质膜以内、核以外的部分称为细胞质。细胞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。 1、细胞质基质的含义基本概念：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胞质溶胶。主要成分：与中间代谢相关酶类和细胞质骨架。主要特点：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。2、细胞质基质的功能1 进行中间代谢 2 维持细胞形态、参与物质运输及定位 3 参与蛋白质的合成、修饰及降
2、解第 2 节 内质网一、内质网的形态结构及化学组成形态结构特点：1 是由膜所形成的一些形状大小不同的小管、小囊或扁囊连成一个连续的网状膜系统，其内腔通连。2 内质网与核膜相连。3 内质网形态变异大，在不同细胞中，形态、数量和分布不同。在同种细胞不同发育时期，随着生理机能的不同，ER 也不一样。内质网的化学组成：脂类约占 40%，主要为磷脂。蛋白质占 60%。内质网约有 30 多种膜结合蛋白。重要的标志酶： 6-磷酸葡萄糖酶。内质网的两种基本类型1 粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum，rER）多为扁囊状，在 ER 膜的外表面附有大量的核糖体，普遍存在于分泌蛋白质
3、的细胞中。2 光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）ER 膜上无颗粒（核糖体） ，ER 的成分不是扁囊，而常为小管小囊，它们连接成网，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。2、内质网的功能（1）粗面内质网的功能：1 蛋白质的合成及转运 2 蛋白质的修饰、加工及转运 3 蛋白质的折叠1、蛋白质的合成及转运（1）细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并起始于细胞质基质之中。但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成。 （2）其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的。包括：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体
4、等的蛋白。内质网参与合成的蛋白质类型：1 分泌性蛋白质；2 跨膜蛋白；3 驻留在内膜系统各囊膜腔内的蛋白信号假说：参与蛋白质合成的成分：1 信号序列：信号肽、开始转移序列，新生肽链 N 端2 信号识别颗粒：SRP，细胞质基质中3 信号识别颗粒受体：停泊蛋白（DP）4 停止转移序列：阻止肽链继续进入 ER 腔5 转位因子：易位子，ER 膜上的蛋白通道2、蛋白质的修饰、加工及转运1 蛋白质的修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化。2 糖基化作用：增强亲水性，避免肽链聚集；标签；赋予蛋白质不同的特性。糖基化类型：N 连接和 O 连接。N 连接的糖基化即一个预先合成的寡糖链
5、在糖基转移酶的作用下转移到新合成肽链特定序列的天冬酰胺残基上，与天冬酰胺残基的-NH2 基连接。3、蛋白质的折叠1 重链结合蛋白：Bip2 钙连接蛋白：分子伴侣，监视糖基化蛋白质3 蛋白二硫键异构酶：切断二硫键重新形成4Sec61 复合转运体：将错误折叠蛋白质运出内质网腔是非还原性的内腔，易于二硫键形成（2）光面内质网的功能1 合成脂类；2 分解糖原；3 合成类固醇激素；4 解毒功能：肝细胞的解毒作用1、合成脂类：内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱(卵磷脂) 。磷脂转运的方式：1 以出芽的方式转运；2 凭借一种水溶性的载体蛋白磷脂转换蛋
6、白在膜之间转移磷脂。2、分解糖原：肝细胞的重要功能：维持血糖平衡（3）内质网的其他功能1 为细胞提供机械支撑作用，作为酶附着的支架；2 作为细胞内的钙库储存钙离子。第三节 高尔基体一、高尔基体形态结构高尔基体又称高尔基器；电镜下高尔基体结构是由堆叠的扁平膜囊和大小不等的分支囊管和囊泡构成。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1 顺面膜囊和顺面高尔基网络：形成面、凸面、顺面、顺面膜囊。2 中间膜囊：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。3 反面膜囊和反面高尔基体网络：反面、成熟面、凹面、反面膜囊。高尔基体的标志性细胞化学反应1 嗜锇反应：经锇酸
7、浸染后，高尔基体的 cis 面膜囊被特异地染色。2 焦磷酸硫胺素酶（TPP 酶）的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的 trans 面的 1-2 层膜囊。 3 胞嘧啶单核苷酸酶（CMP 酶）的细胞化学反应，常常可显示靠近 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。4 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP 酶）的细胞化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应。2、高尔基体的功能：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。1 参与细胞分泌活动；2 参与蛋白质修饰和加工；3 参与膜脂合成及膜的转化1
8、、参与细胞分泌活动1 高尔基体参与细胞分泌活动的证明。2 rER 上合成的蛋白质 进入 ER 腔 运输小泡 进入 CGN 在 medial Golgi 中加工 在TGN 形成分泌泡 运输到目标位置。3 内质网驻留蛋白的“遣送”ER 滞留信号 KDEL2、参与蛋白质修饰和加工蛋白质的糖基化N-连接的糖基化：蛋白质于内质网中加上 14 个糖基，转运到高尔基体中，进一步加工修饰形成特异的糖链。O-连接的糖基化：高尔基体中进行。蛋白聚糖的合成：植物细胞壁中的半纤维素和果胶等也是在高尔基体中合成。前体蛋白的水解：胰岛素的形成：前胰岛素原 胰岛素原+N 端信号肽 胰岛素+C 肽3、参与膜脂合成及膜的转化1
9、 合成鞘磷脂。2 膜转化：高尔基体在转运膜脂的同时对膜脂进行修饰活动。3 膜流：细胞内形成的膜成分通过运输小泡在质膜与内膜系统之间，以及内膜系统各结构之间的流动现象，称为膜流。 第 4 节 溶酶体和过氧化物酶体一、溶酶体1 单层膜围绕、内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器。2 主要功能是进行细胞内的消化作用。3 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器圆球体及植物中央液泡。（1）溶酶体的结构类型溶酶体是一种异质性细胞器，根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段，大致可分为：1 初级溶酶体；2 次级溶酶体；3 残余体1、初级溶酶体1 刚从反面高尔基体形成的小囊泡，呈球
10、形，直径约 0.2-0.5 m，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面由一层厚度为 7.5 nm 的脂蛋白膜围绕。2 含有多种水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等，其共同的特征是都属酸性水解酶，即酶的最适 pH 为 5 左右。3 酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。 溶酶体膜也与其他生物膜不同：嵌有质子泵。以形成和维持酸性的内环境。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降解。2、次级溶酶体1 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和异噬溶酶体，二者都是进行消化作用的溶酶体。2
11、次级溶酶体中可能包含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细胞器乃至细菌等，因此其形态不规则，直径可达几个微米。3 未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体或称后溶酶体。（2）溶酶体的功能1 与细胞质中的蛋白酶体共同构成细胞的消化系统；2“清道夫”的作用；3 营养作用；4防御功能；5 消化细胞外物质。（3）溶酶体的发生1 6-磷酸甘露糖分选途径。 2 溶酶体酶是在糙面内质网上合成并经 N-连接的糖基化修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基发生磷酸化形成M6P，在高尔基体的反面膜囊和 TGN 膜上存在 M6P 的受体，这样溶酶体的酶与其他蛋白区分开来，并得以浓缩，最后以出
12、芽的方式转运到溶酶体中。二 过氧化物酶体过氧化物酶体又称微体，是由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。过氧化物酶体的功能：1 动物细胞（肝细胞或肾细胞）中的过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒的作用。2 过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热量。3 在植物细胞中过氧化物酶体的功能：1）在绿色植物叶肉细胞中，它催化 CO2 固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应； 2）乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸 乙酰辅酶 A 琥珀酸 葡萄糖。过氧化物酶体的发生1 过氧化物酶体的发生过程与线粒体或叶绿体类似。2 已有的过氧化物酶体经分裂后
13、形成子代的过氧化物酶体，子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形成成熟的细胞器。3 组成过氧化物酶体的蛋白均由细胞核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。第 5 节 囊泡运输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。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。1 内质网与高尔基体间的囊泡运输2 从高尔基体反面形成的囊泡网格蛋白包被囊泡3 胞吞作用和胞吐作用1、内质网与高尔基体间的囊泡运输（一）从线粒体（ER）到高尔基体（G ）COP囊泡的形成负责从内质网 高尔基体的物质运输；COPII 包被蛋白由 5 种蛋白
14、亚基组成；包被蛋白的装配是受控的； COPII 包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。 （2）COP囊泡的形成1 负责顺面高尔基网络到内质网及高尔基体各层囊泡间的逆向运输。2COPI 包被含有 7 种蛋白亚基，包被蛋白复合物的装配与去装配依赖于 ARF（装配反应因子） ；3 细胞器中蛋白质维持的两种机制：1）转运泡将驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；2）通过识别驻留蛋白 C-端的回收信号的特异性受体，以 COPI-包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。（3）囊泡的定向运输、停泊和融合1 SNARE 假说 2 动物细胞融合需要可溶性细胞质蛋白 NSF 和 NSF 附着蛋白SNAP，NSF/SNAP 没有特异性，可以介导不同类型小泡的融合。 3 膜融合的特异性是由囊泡膜蛋白提供的；4 与 SNAP 结合的受体为 SNAP 受体蛋白SNARE，它可以作为膜融合时 SNAP 的附着点；5 运输囊泡上有特异性的 V-SNARE；6 靶膜上有特异性的 T-SNARE；7 囊泡融合过程中需要小 G 蛋白的帮助。2、网格蛋白包被囊泡1 网格蛋白包被小泡介导从高尔基体 TGN 质膜和胞内体及溶酶体的运输；2 高尔基体 TGN 是网格蛋白包被小泡形成的发源地。
