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第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输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。第一节细胞质基质一、细胞质基质肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比细胞组分数目体积比细胞质基质154细胞核16内质网112高尔基体13溶酶体3001胞内体2001过氧化物酶体4001线粒体170022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。1、细胞质基质的概念成分极为复杂，按分子量大小大致可分三类：2、化学组成如水、无机离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等）和溶解的气体。（1）小分子类：如脂类、糖（葡萄糖、果糖、蔗糖等）、氨基酸、核苷酸及其衍生物。（2）中分子类：（3）大分子类：如蛋白质、多糖、脂蛋白及RNA等。同时，也含有很多酶，特别是一些与大分子物质合成和参与主要代谢过程所必需的酶。细胞质基质含酶蛋白质合成：几乎所有参与蛋白质合成的氨基酸激酶。核酸合成：所有使胸腺嘧啶核苷酸掺入到DNA中必须的酶，也有不少合成核酸所需要的酶。脂肪代谢的合成：大部分脂肪酸合成的酶。糖酵解及戊糖磷酸过程：这两个反应过程所需的酶。糖原代谢作用：合成和分解糖原的两个最重要的酶，即尿苷二磷酸葡萄糖α-葡聚糖葡萄糖转移酶和葡萄糖磷酸化酶。（1）细胞质基质在生长时期，由于质同化作用大于异化作用，故其体积增加，到一定程度就进行分裂。（2）细胞质基质是物质反应的场所。细胞内的一些生化反应主要在细胞内外环境或主要细胞器的接触面进行，同时，也在整个细胞质内进行。（3）细胞质基质的激应性。细胞质对外界环境的影响，将产生不同的反应，如细胞质的运动、收缩等特性。（4）细胞质基质本身还具有外部运动和内部运动的特性。如变形虫伸出伪足和不断改变形状；胞质环流等。3、细胞质基质的生物学特性（1）完成各种中间代谢过程：如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。蛋白质合成与脂肪酸合成也在细胞质基质中完成。（2）维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等。这些与细胞质骨架相关。（3）在蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解等方面也起重要作用。4、细胞质基质的功能细胞内膜系统概念：二、细胞内膜系统（endomembranesystem）细胞内，在结构、功能及发生上有一定联系的膜性结构的总称。内膜系统的区域化衍生形成各种细胞器（organelles）一层单位膜围成的管状、泡状和囊状的结构。相互连接形成一个连续的内腔相通的膜性管道系统。在靠近细胞核的部位，可与外层核膜相连；在靠近质膜的部位，可与质膜内褶相连。第二节内质网一、形态结构endoplasmicreticulum,ER已分化细胞中，内质网较发达。未分化细胞中，内质网较不发达，而游离核糖体却非常丰富。故内质网发达与否可作为判断细胞分化程度和功能状态的一种形态学指标。粗面内质网：roughendoplasmicreticulum，rER二、基本类型光面内质网：smoothendoplasmicreticulum，sER原核生物细胞内无内质网，而由细胞膜代行其某些类似职能。ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网上合成的。三、ER的功能1、rER的功能（1）蛋白质合成（2）蛋白质的修饰与加工（3）新生肽的折叠与组装（4）脂类的合成（脂类合成的场所）rER主要合成外输性蛋白质。1）分泌性蛋白质（外输性蛋白质）2）膜整合蛋白质（1）合成蛋白质3）内膜系统构成的各种细胞器中的可溶性蛋白包括质膜蛋白、驻留在rER、sER、高尔基体、溶酶体膜上的蛋白质。包括定位于高尔基复合体、滑面内质网、溶酶体的蛋白质（这些蛋白需要隔离或修饰）。rER合成的蛋白质主要有：注意：上述几类蛋白质在rER上合成，是边合成边转移至rER腔中。其它多肽是在细胞质基质中的“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的蛋白。细胞中所有蛋白质的合成都在核糖体上进行，并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体。主要化学修饰有：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等。（2）蛋白质修饰与加工糖基化是ER最常见的蛋白质修饰。糖基化发生在ER腔面，伴随着多肽合成同时进行。酰基化发生在ER的细胞质基质侧，通常是软脂酸共价结合在跨膜蛋白的Cys残基上。寡糖基转移到蛋白质有两种方式：N-连接（N-linkedglycosylation）AA:Asn糖基：Ｎ-乙酰葡萄糖胺O-连接（O-linkedglycosylation）AA：Ser/ThrorHylys/Hypro糖基：Ｎ-乙酰半乳糖（主要发生在高尔基体中）。N-连接与O-连接的寡糖比较特征N-连接O-连接1.合成部位粗面内质网粗面内质网或高尔基体2.合成方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去3.与之结合的氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸4.最终长度至少5个糖残基一般1～4个糖残基，但ABO血型抗原较长5.第一个糖残基N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等特定三肽序列为：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr（其中X为除以外的任何氨基酸）N-连接机制供体：磷酸多萜醇糖基：14个糖残基的寡糖链从供体磷酸多萜醇上转移到新生肽链的特定三肽序列的Asn残基上。分泌型蛋白质在其合成过程中其N端所带的、一般含15-30AA残基的一小段肽链。信号肽（signalpeptide）概念信号肽假说（G.Blobeletal，1975）N端或接近N端极性区为1-7个亲水的极性残基（如Arg、Ser、Thr、Lys）组成，带正电荷。紧接亲水区由15-19个AA残基组成疏水核心，主要为Pro和Gly，无酸性AA。疏水中心的结尾由甘氨酸和丙氨酸等侧链较短的氨基酸残基组成。疏水核心形成两个不连续的α-螺旋区。该两个α-螺旋区如被破坏，则会抑制蛋白质分泌。信号肽结构信号肽假说——分泌蛋白合成模型蛋白质首先在细胞质游离核糖体上起始合成。当多肽链延伸至80个aa左右后，N端信号序列与SRP结合使肽链延伸暂时停止，并防止新生肽N端损伤和成熟前折叠，直至SRP颗粒与ER膜上的停泊蛋白（SRP受体）结合，核糖体与ER膜的易位子（translocon）结合。此后，SRP颗粒脱离信号序列和核糖体，返回细胞质基质中重复使用，肽链又开始延伸。以环化构象存在的信号肽与易位子组分结合并使孔道打开，信号肽穿入ER膜并引导肽链以袢环形式进入ER腔中，这是一个需GTP的耗能过程。与此同时，位于腔面的信号肽酶切除信号肽并快速使之降解。肽链继续延伸，直至完成整个多肽链的合成。蛋白质进入腔内并折叠，核糖体释放，易位子关闭。引导肽链穿过内质网的信号肽可以看做为开始转移序列（starttransfersequence）。肽链中还可能存在某些序列与内质网膜有很强亲和力从而使之结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔中，称之为停止转移序列（stoptransfersequence）。如果一种多肽只有N端信号序列而没有停止转移序列，该多肽合成后则进入ER腔中；如果一种多肽的停止转移序列位于分子的中部，该多肽最终则成为跨膜蛋白。含有多个起始转移序列和多个停止转移序列的多肽则成为多次跨膜蛋白。SRP：信号识别颗粒信号识别颗粒受体：又称停泊蛋白（dockingprotein，DP）（signalrecognitionparticle）起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数共转移：肽链边合成边转移至ER腔中。信号肽与共转移起始转移序列:引导肽链穿过ER的信号肽称为起始转移序列。终止转移序列：肽链中与ER膜有很强亲合力的那段肽链序列。导肽与后转移线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧物酶体中的蛋白质是在细胞质基质中合成以后再转移到细胞器中的，称为后转移（posttranslocation）。其转移也需要某些信号序列指导才能进入细胞器。这些对蛋白质多肽链的转移起指导作用的信号序列称为导肽或前导肽（leaderpeptide）。蛋白质跨膜转移过程需要ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质帮助（如热休克蛋白Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。新生肽需要进一步折叠组装。有些多肽还要进一步装配成寡聚体。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，不论是在ER膜上还是在ER腔中，一般都不能进入高尔基体。这类多肽一旦被识别，便通过Sec61p复合体从ER腔转移至细胞质基质，进而被蛋白酶体所降解。（3）新生肽的折叠与组装非还原性的ER内腔易于二硫键形成。PDI附于腔面，可切断二硫键，形成自由能最低的蛋白构象，以帮助新合成的蛋白质重新形成二硫键并处于正确折叠状态。正确折叠涉及驻留蛋白—蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）折叠好的蛋白质，其内部往往有个疏水核心。未折叠好的蛋白质，其疏水核心外露，即使在浓度很低时，也很容易发生凝集，甚至与其他未折叠的蛋白质形成复合物。ER含有结合蛋白Bip，可识别不正确折叠的蛋白质或未装配好的蛋白亚单位，并促使其重新折叠与装配。一旦这些蛋白质形成正确构象或装配完成，即可与Bip分离，进入高尔基体。PDI和Bip具有KDEL（赖天谷亮）或HDEL（组天谷亮）信号。结合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）Bip为分子伴侣，可与Ca2+结合，属于热休克蛋白70家族成员，遍布ER中，进化上非常保守。细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分子“伴侣”。分子“伴侣”（molecularchaperones）为多亚基结构，沉降系数为26S，由一个中空的20S催化核心（为圆柱体，由14种多肽，28个亚基组成，分4个环层，每层7个亚基，中间2层蛋白分别称为1-7，具酶活性；上下两层命名为1-7，无酶切活性）和两个19S的帽子（为调节部分，又称PA700，由15个亚基组成）组成。蛋白酶体含量占细胞总蛋白的1%。蛋白质酶体（proteosome）1）蛋白酶体结构如：人IkB、-catenin、HIV-Vpu等:-Asp-Ser-Gly-X-X-Ser-2）能被蛋白酶体降解的蛋白质具有特征序列（蛋白质降解信号）：CyclinA、B1、B2等:-Arg-Leu-Gly-X-X-X-Ile-Gly-酵母多种蛋白：N端降解子（N-degron），PEST(脯谷丝苏，位蛋白质内部)是一个由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有多种功能。在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N端，然后，被26S的蛋白酶体（proteosome）完全水解。被降解蛋白质赖氨酸残基上单个或连续多个附着泛素分子的过程。3）蛋白质降解标记——泛素化①泛素（ubiquitin）②蛋白质泛素化利用ATP能量使自身分子的Cys的-SH基与泛素分子上的Gly残基形成高能硫酯键，使之能与E2结合。③蛋白质泛素化系统a.泛素激活酶E1b.泛素结合蛋白E2使连接在E1分子上的泛素分子转移到欲降解的靶蛋白上。Ubiquitin:泛素就像标签一样，被贴上标签的蛋白质通常就会发生降解。因此，泛素又被人称作“死神之吻”。与欲降解的靶蛋白结合。c.靶蛋白泛素连接酶E3（4）脂类的合成ER合成细胞所需的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂。其中最主要的为磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成磷脂的3种酶（包括酰基转移酶、磷酸酶和胆碱磷酸转移酶）是ER膜整合蛋白，活性位点朝向细胞基质一侧。细胞基质一侧合成的磷脂可能借助phospholipdtranslocator（磷脂转位因子）/flippase（转位酶）使其从细胞基质一侧转移到ER腔中。2、sER的功能肝细胞sER还含一些酶，可以清除脂溶性废物和有害物质。因而sER具有解毒功能。