【细胞生物学】05 细胞质基质与内膜系统_思维导图模板

细胞质基质与内膜系统

细胞质基质及其功能

真核细胞内被膜区分为三类结构

细胞质基质

内膜系统

内质网、高尔基体、溶酶体等

其他由膜包被的各种细胞器

线粒体、叶绿体等

细胞在执行复杂功能过程中，功能区室化的一类表现

细胞质基质的涵义

定义

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

特点

体积占细胞总体积50%以上

粘稠的胶体

多数水分子以水化物形式紧密地结合在蛋白质和其他大分子表面的极性部位

只有部分水分子以游离态存在，起溶剂作用

蛋白质分子和颗粒性物质的扩散速率仅为水溶液中的1/5

高度有序的体系（区域化的凝胶结构体系）

细胞质骨架显微贯穿其中，起重要的组织作用

多数的蛋白质直接或间接地与细胞骨架结合，或与生物膜结合，其周围又吸附了多种分子

酶与微丝结合后，酶的动力学参数也发生了明显的变化

通过弱键相互作用，处于动态平衡

mRNA在细胞中也呈区域性分布

获得方法

差速离心

分离顺序

细胞核

线粒体

溶酶体

高尔基体

细胞质膜

细胞质基质的功能

许多中间代谢过程都发生在细胞质基质中

蛋白质和脂肪酸合成的重要场所

所有蛋白质合成的起始步骤都发生在细胞质基质内游离的核糖体上

具有特殊N端信号序列的分泌蛋白和跨膜蛋白合成起始后，核糖体很快转移到内质网膜上，边合成边转移到内质网腔，或整合到内质网膜上，再以膜泡运输的方式由内质网转运至高尔基体并进一步完成蛋白质修饰和分选

其他蛋白质的合成均在细胞质基质中游离核糖体上完成

并根据蛋白质自身所携带的信号，分别转运到其他细胞器或细胞核中

也有些蛋白质驻留在细胞质基质中，构成自身的结构成分

与细胞骨架相关

细胞骨架

与维持细胞的形态、运动、物质运输及能量传递等过程相关

细胞结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点

与细胞膜相关

限域化

分隔生物化学反应

与蛋白质的翻译后修饰和选择性降解等方面有关

蛋白质的修饰

绝大多数的修饰都是由专一的酶作用于蛋白质侧脸特定位点上

修饰的主要类型

辅酶或辅基与酶的结合

磷酸化与去磷酸化

催化酶

蛋白激酶

磷酸酶

可磷酸化的AA

酪氨酸

丝氨酸

苏氨酸

还影响细胞信号调控级联反应和基因转录活性

蛋白质糖基化作用

场所

内质网

高尔基体

哺乳动物的细胞质基质中的糖基化主要是把N-乙酰葡糖胺加到蛋白质的Ser-OH上

甲基化修饰

很多细胞骨架蛋白的N端发生甲基化修饰

防止被被细胞内的蛋白酶水解而降解

组蛋白甲基化修饰

由特定的甲基转移酶催化

主要包括精氨酸甲基化和赖氨酸甲基化

与基因的表达调控有关

酰基化

几种类型

内置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

最常见

由不同的酶催化软脂酸链共价连接到某些跨膜蛋白暴露在细胞质基质侧的结构域上

发生在诸如Src基因和Ras基因这类癌基因的表达产物上

组成中心体和纤毛/鞭毛的微管蛋白往往被乙酰化修饰

控制蛋白质的寿命

决定寿命的因素

蛋白质的N端第一个AA

蛋白质较稳定

Met, Ser, Thr, Ala, Val, Cys, Gly, Pro

其他AA往往不稳定

多肽合成后不久N端会被特异的氨基肽酶水解切割，然后由氨酰tRNA蛋白把一个信号氨基酸加到某些蛋白质的N端

真核细胞的泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径

生物学功能

蛋白质质量监控

影响细胞代谢

信号转导和受体调整

免疫反应

细胞周期调控

转录调节

DNA修复

蛋白酶体

细胞内降解蛋白质的大分子复合体

26S蛋白酶体

结构

20S催化核心

α环构成骨架结构

β环具有蛋白酶活性

2*19S调节亚基

识别泛素化底物蛋白

切除泛素修饰

使底物蛋白去折叠

唯一的耗能步骤

泛素

76个AA组成的小分子球蛋白

广泛存在且序列高度保守

能共价结合到靶蛋白的Lys残基上

涉及泛素化的酶

泛素活化酶（E1）

通过形成酰基-腺苷酸中介物使泛素分子C端被激活

需要ATP

泛素结合酶（E2）

转移活化的泛素分子与E2的Cys残基结合

泛素连接酶（E3）

催化异肽键形成

与E2结合的泛素羧基和靶蛋白Lys侧链的氨基之间形成异肽键

连接到靶蛋白的泛素分子也有多个Lys，可继续被泛素化修饰

形成寡聚泛素链

在泛素链中起共价连接作用的Lys位点往往决定了所产生的生理效应

位点是Lys48

导致泛素化靶蛋白被蛋白酶体的19S调节亚基所识别和去折叠，进而转移至20S催化核心内降解

位点是Lys63

导致靶蛋白的分选途径或者是活性的改变

帮助变性或错误折叠的蛋白质正确折叠

主要靠热激蛋白（HSP）完成

细胞内膜系统及其功能

内质网的结构与功能

内质网的特点

通常占细胞膜系统的一半左右

占细胞总体积的10%以上

不同类型细胞中，同一细胞不同发育阶段中，内质网的结构与功能有较大差异

微粒体

在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构

含内质网膜和核糖体

仍具有内质网的基本功能

可能由细胞膜演化而来

内质网与核膜在发生上有同源关系

可把核膜理解成延伸特化的ER

内质网的两种基本类型

糙面内质网（rER）

片层状

功能

合成分泌蛋白和多种膜蛋白

总是与线粒体紧密相依

线粒体为内质网执行功能提供所需能量

与脂类的转移及Ca2+释放的调节密切相关

光面内质网（sER）

管状

功能

脂类合成的重要场所

与高尔基体在结构、功能与发生上的关系更为密切

补充

其他分类

片状内质网/管状内质网

周边内质网

靠近质膜

内质网的功能

糙面内质网与蛋白质的合成

蛋白质的合成都起始于细胞质基质中游离的核糖体

rER上以共转移的方式合成的蛋白

向细胞外分泌的蛋白

整合膜蛋白

细胞内膜系统中的可溶性蛋白

需要进行修饰和加工的蛋白

光面内质网与脂质的合成

合成磷脂需要的三种酶都定位在内质网膜上，其活性部位在细胞质基质侧

磷脂合成后会插入sER的PF小叶

磷脂借助磷脂转位蛋白（转位酶）翻转至内质网腔面（EF小叶）

内质网膜合成的磷脂向其他膜的转运机制

以出芽的方式形成膜泡转运到高尔基体、溶酶体、细胞质膜上

凭借磷脂交换蛋白（PEP）在供体膜与受体膜之间转移磷脂

转移机制

PEP与磷脂分子结合形成水溶性的复合物进入细胞质基质

遇到靶膜时，将磷脂安插在膜上

每种PEP只能识别一种磷脂

供体膜与受体膜之间通过膜嵌入蛋白所介导的直接接触

蛋白质的修饰与加工

rER合成蛋白的基本修饰与加工

发生在内质网和高尔基体的糖基化修饰

在内质网腔形成二硫键

蛋白质的折叠和装配

在内质网、高尔基体和分泌泡发生特异性的蛋白质水解切割

蛋白质糖基化

定义

在蛋白质合成的同时或合成后，在酶的催化下寡糖链被连接在肽链特定的糖基化位点上形成糖蛋白的过程

功能

影响蛋白质折叠、分选及定位

糖链结构不同会影响蛋白质的半寿期和降解

分类

N-连接的糖基化

定义

寡糖链在糖基转移酶的催化下从位于内质网膜腔面的磷酸多萜醇载体转移到靶蛋白三氨基酸残基序列（Asn-X-Ser/Thr，X不能为Pro）的Asn上

糖的供体是核苷糖

Asn直接结合的糖都是N-乙酰葡糖胺

在高尔基体上糖基会被进一步修饰

较常见

O-连接的糖基化

定义

发生在靶蛋白的羟基氧原子上（Ser, Thu, 羟脯氨酸, 羟赖氨酸）

发生在高尔基体

与靶蛋白直接结合的是N-乙酰半乳糖胺

两种糖基化的比较

特征

N-连接

O-连接

合成部位

rER和高尔基体

高尔基体

合成方式

来自同一个寡糖前体

一个个单糖加上去

与之结合的AA

Asn

Ser，Thr，羟赖氨酸，羟脯氨酸

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

第一个糖残基

N-乙酰葡糖胺

N-乙酰半乳糖胺等

蛋白质酰基化

发生在内质网膜的胞质面

软脂酸共价结合在跨膜蛋白的Cys残基上

也发生在高尔基体甚至膜蛋白向细胞膜转移的过程中

是形成脂锚定蛋白的重要方式

脯氨酸和赖氨酸的羟基化

新生多肽的折叠与组装

多肽在ER的停留时间主要取决于其正确折叠及寡聚体组装所需时间

不能正确折叠的蛋白质一般都不能转运至高尔基体

被识别后通过Sec61p复合体从内质网腔转至细胞质基质，通过依赖泛素的降解途径被蛋白酶体所降解

PDI

蛋白二硫键异构酶

作用

切断异常的二硫键，形成自由能最低的蛋白质构象

BiP

属于Hsp70家族的分子伴侣

作用

与进入内质网的未折叠蛋白质的疏水AA结合，防止多肽链错误折叠和聚合，或识别错误折叠的蛋白质或未装配好的蛋白质亚基，并促进它们重新折叠与装配

防止蛋白质在转运过程中变性或断裂

可同Ca2+结合，通过Ca2+与带负电的磷脂头部基团相互作用，结合到内质网膜上

PDI与BiP具有四肽驻留信号（KDEL或HDEL）

保证其滞留在内质网中，并维持很高的浓度

内质网的其他功能

肝细胞中的sER很丰富

合成外输性蛋白质颗粒的基地

解毒作用

含有一些酶，介导氧化、还原和水解反应，使脂溶性的毒物转变成水溶性的物质而被排出体外

细胞色素P450家族酶系

心肌细胞和骨骼肌细胞含有发达的特化sER（肌质网）

储存Ca2+，调节细胞质中Ca2+浓度

合成固醇类激素

提供酶的附着位点和机械支撑

内质网应激及其信号调控

内质网应激（ERS）

定义

某些因素致使内质网的生理功能紊乱、钙稳态失衡，未折叠或错误折叠的蛋白质在内质网腔内超量积累时，便会激活相关信号通路，引发ERS反应

涉及方面

未折叠蛋白质应答反应（UPR）

错误折叠与未折叠蛋白质不能按正常途径从内质网中释放，从而在内质网腔内聚集，引起一系列分子伴侣和折叠酶表达上调，促进蛋白质正确折叠，防止其聚集，从而提高细胞在有害因素下的生存能力

内质网超负荷反应（EOR）

一些正确折叠的蛋白质如果没有被及时运出而在内质网过度蓄积，特别是膜蛋白在内质网异常堆积也会启动其他促生存的机制来反制内质网压力

例如激活细胞核因子κB（NFκB）引发的内质网超负荷反应，最终产生促炎性细胞因子，进而激活细胞存活、凋亡、细胞炎症反应和细胞分化等相关的信号途径

固醇调节级联反应

由内质网表面合成的胆固醇损耗所致

通过固醇调节元件结合蛋白（SREBP）介导的信号途径，影响特定基因表达

如果内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动细胞凋亡程序

未折叠蛋白质应答反应（UPR）

三种ER跨膜蛋白参与了UPR，作为应激感受器

需肌醇酶1（IRE1）

PKR类似的内质网激酶（PERK）

PKR为双链RNA激活的蛋白激酶

激活性转录因子6（ATF6）

三种跨膜蛋白的应答机理

正常生理条件下，它们与内质网腔中的调控蛋白BiP/GRP78相结合，形成稳定的复合物

当错误或未折叠蛋白在ER中超量积累时

BiP/GRP78与这些感应蛋白解离，感应ERS信号，分别引发三条不同的未折叠蛋白质应答反应

三条途径

关键蛋白是跨ER膜的双功能蛋白激酶/核酸内切酶IRE1

IRE1的ER腔面结构域具有BiP/GRP78结合位点，胞质面结构域具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性和特异性的RNA内切酶活性

应答反应的基本步骤

超量的错误折叠蛋白质在ER腔面与BiP竞争性结合

使原来BiP结合的IRE1单体与相邻的IRE1形成二聚体，并发挥激酶活性使所结合的IRE1磷酸化，激活IRE1的核酸内切酶活性

激活的IRE1切割基因调节蛋白前体mRNA，产生有功能的mRNA

使基因调节蛋白（如Hac1）被翻译，再转位进入核内作为转录因子激活那些编码未折叠蛋白质应答反应相关蛋白质的基因的转录

IRE1还能切割28S rRNA，影响核糖体装配，抑制蛋白质翻译

关键蛋白是ER膜上的PKR类似的内质网激酶PERK

正常情况下通过内质网腔面N端结构域与伴侣蛋白BiP/GRP78结合而处于失活状态

应答反应基本步骤

ER应激时，未折叠蛋白质或错误折叠蛋白质竞争性地结合BiP/GRP78，因而PERK与之解离

解离的PERK二聚化和交叉磷酸化

活化的PERK可使翻译起始因子eIF2α的Ser51磷酸化

磷酸化的eIF2α不能完成GTP-GDP的交换作用，从而减缓或暂停蛋白质合成

活化的PERK能特异性地抑制细胞周期蛋白D1的翻译表达

导致G1期的停顿

活化的PERK激活JNK及P38信号传导通路

诱导UPR基因的转录上调

依赖AFT6的从内质网到细胞核的信号通路并激活未折叠蛋白质应答反应

应答反应基本步骤

当错误折叠蛋白质再内质网积累后，ATF6被转运到高尔基体

转运至高尔基体的ATF6被S1P和S2P蛋白酶裂解而激活

激活后的ATF6进入细胞核内，促进含顺式作用元件ERSE的转录因子（如XBP1）及UPR靶分子（BiP/GRP78）等基因转录

固醇调节级联反应

依赖胆固醇的转录调控

有赖于受控靶基因启动子内10个碱基对组成的固醇调控元件

依赖于类固醇的转录因子称作固醇调控元件结合蛋白（SREBP）

通过两个跨膜结构域铆钉在内质网膜上

调控还涉及跨膜蛋白insig-1(2)和SCAP

调控机制

当胆固醇水平过高时，insig-1(2)与SCAP蛋白上固醇敏感结构域结合，将SCAP-SREBP复合物锚定在内质网膜上

在胆固醇水平降低时，insig-1(2)与SCAP解离，容许SCAP-SREBP复合物以膜泡转运的形式移动到高尔基体

在高尔基体，SREBP随机在两个位点分别被蛋白酶S1P和S2P切割，从而使SREBP蛋白N端bHLH结构域得以释放

被释放的bHLH结构域称作核-SREBP（nSREBP），并转为到核内，调控具有SRE的靶基因的转录

ERS反应引发的细胞凋亡

ERS时，Ca2+从内质网腔释放到胞质中，胞质中的Ca2+水平增高，从而激活Ca2+依赖的蛋白酶calpain，诱发细胞凋亡途径

高尔基体的形态结构与功能

高尔基体的形态结构与极性

极性

靠近细胞核的一侧

凸面/形成面/顺面

面向细胞质膜的一侧

凹面/成熟面/反面

与ER的囊膜交流

TE（COP II）

ER→Golgi

PGI（COP I）

Golgi→ER

常用的电镜组织化学染色方法

嗜锇反应

TPP酶的细胞化学反应

胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）和酸性磷酸酶的细胞化学反应

烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应

高尔基体的几个互相联系的部分

高尔基体顺面膜囊与顺面网状结构（CGN）

功能

GCN接受来自ER新和成的物质并将其分类后转入高尔基体中间膜囊

也有一些携带内质网驻留信号的蛋白质将与高尔基体膜囊上的相应受体结合，随膜泡出芽后返回内质网

其他生物活性

蛋白质丝氨酸残基发生O-连接的糖基化

跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化

溶酶体酶上寡糖的磷酸化

日冕病毒的装配

高尔基体中间膜囊

功能

多数糖基修饰与加工

糖脂的形成

与高尔基体有关的多糖的合成

扁平膜囊特殊的形态大大增加了糖的合成与修饰的有效表面积

高尔基体反面膜囊与反面网状结构（TGN）

功能

蛋白质分选的枢纽

蛋白质包装形成网格蛋白/AP包被膜泡的重要发源地之一

某些“晚期”的蛋白质修饰

高尔基体结构组织维持的假说

膜泡运输模型

高尔基体的膜囊群主体是相对稳态的结构

膜囊自身的更新和各部膜囊的生化极性（特征性酶和驻留蛋白的变化）是通过不同类型转运膜泡在相邻膜囊间顺向和反向有序转移实现的

膜囊成熟模型

高尔基体的膜囊群主体是动态的结构

源自ER的泡管结构首先形成高尔基体CGN，随后膜囊自身从顺面→反面渐次成熟并迁移，一些不当转移的膜囊特异酶类或驻留蛋白通过反向COP I转运膜泡再没收回来

与细胞骨架的关系十分密切

在没有极性的细胞中，高尔基体分布在微管的负极端（微管组织中心处）

在分离的高尔基体膜囊上

存在依赖微管的马达蛋白

如细胞质动力蛋白

存在依赖微丝的马达蛋白

如不同类型的肌球蛋白

特异的血影蛋白网架也存在于高尔基体处

高尔基体的功能

主要功能

将ER合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外

ER合成的脂质一部分也通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位转运

细胞内糖类合成的工厂

高尔基体与细胞的分泌活动

TGN区的蛋白质分选途径

溶酶体酶的包装与分选途径

溶酶体酶含6-磷酸甘露糖（M6P）标记

分选过程

含M6P标记的溶酶体酶与相应膜受体结合，通过出芽方式形成网格蛋白/AP包被膜泡，再转运至晚期内体

溶酶体酶与膜受体解离，受体返回再利用，溶酶体酶被释放到溶酶体中

调节型分泌途径

定义

特化类型的分泌细胞，新和成的可溶性分泌蛋白再分泌泡聚集、储存并浓缩，只在特殊条件下才引发分泌活动

组成型分泌途径

似乎不受调节

蛋白质的糖基化及其修饰

糖基化的生物学功能

糖基化的蛋白质其寡糖链具有促进蛋白质折叠和增强蛋白质稳定性的作用

蛋白质糖基化修饰使不同蛋白质携带不同的标志，以利于高尔基体进行分选与包装，同时保证糖蛋白从rER至高尔基体膜囊单向转移

细胞内一些负责糖链合成与加工的酶类均由严格意义上的管家基因所编码

细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链，可通过与另一个细胞表面的凝集素之间发生特异性相互作用，直接介导细胞间的双向通信，或参与分化、发育等多种过程

多羟基糖侧链还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质

寡糖链具有一定刚性，从而限制了其他大分子接近细胞表面的膜蛋白，可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不像细胞壁那样限制细胞的形状与运动

ER和高尔基体中所有与糖基化及寡糖加工有关的酶都是整合膜蛋白，其活性部位均位于内质网或高尔基体的腔面

蛋白聚糖叶酸在高尔基体完成组装的

由一个或多个糖胺聚糖结合到核心蛋白的Ser-OH上

直接与Ser-OH结合的是木糖

多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞质膜上

蛋白酶的水解和其他加工过程

蛋白质在高尔基体中酶解加工的类型

没有生物活性的蛋白原进入高尔基体后，将蛋白原N端或两端的序列切除形成成熟的多肽

有些蛋白质分子在rER合成时是含有多个相同AA序列的前体，然后在高尔基体中被水解形成同种有活性的多肽

一个蛋白质分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工形成不同的产物

有些情况下，同一种蛋白质前体在不同的细胞中可能以不同的方式加工，产生不同种类的多肽

不同多肽采用不同加工方式的原因

有些多肽分子太小，在核糖体上难以有效地合成

有些可能缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号

可以有效地防止这些物质在合成它的细胞内提前发挥作用

硫酸化作用

硫酸根供体

3'-磷酸腺苷-5'-磷酸硫酸（PAPS）

硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖

溶酶体的结构与功能

溶酶体的形态结构与类型

功能

行使细胞内的消化作用

植物液泡具有与溶酶体相似功能

还具有储存营养与废物、调节细胞体积增长及细胞膨压

分布

存在于几乎所有的动物细胞中

典型动物细胞约含数百个溶酶体

植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器

圆球体、糊粉粒、中央液泡

溶酶体是一种异质性的细胞器

不同的细胞内溶酶体的数量和形态有很大差异

不同溶酶体的形态大小、所含水解酶的种类可能有很大的不同

分类

初级溶酶体

未与自噬泡或异噬泡融合的溶酶体

次级溶酶体

初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡融合形成的进行消化作用的复合体

自噬溶酶体

异噬溶酶体

残质体/后溶酶体

消化作用完成后的溶酶体

未被消化的物质可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞

膜成分

嵌有V型质子泵，将H+泵入溶酶体内

具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运

膜蛋白高度糖基化

可能有利于防止自身膜蛋白的降解

溶酶体酶

多数为可溶性酶，有些整合在溶酶体膜上

本身结构能抵御酸变性的作用

具有某些特征性同源序列

催化相关反应的某种溶酶体酶与非溶酶体酶之间蛋白质一级结构非常相似

溶酶体的功能

消化由胞吞作用进入细胞的内容物

细胞自噬与生物大分子、损伤的细胞器的降解

细胞自噬

自噬相关基因调控下对细胞内受损或需要淘汰的物质进行再利用的过程

大多数细胞中，细胞自噬只维持在很低的水平

当外界环境发生变化，如营养物质缺乏时，细胞的自噬作用会增强

形式

微自噬

溶酶体或液泡的膜直接内陷，将细胞质基质中的物质包裹进入溶酶体腔，并降解的过程

巨自噬/大自噬

细胞在相关信号的刺激下，底物蛋白或细胞器被一种双层膜的结构包裹，形成自噬小泡，自噬小泡的外膜与溶酶体融合，释放所包裹的底物到溶酶体降解的过程

分子伴侣介导的自噬（CMA）

溶酶体通过Hsp70等分子伴侣识别并结合带有“KFERQ”氨基酸序列的底物蛋白进行降解的过程

不仅在持续饥饿状态下为细胞提供能量，还在氧化性损伤保护、维持细胞内环境稳定等方面发挥作用

自噬体的形成

在自噬信号的刺激下，细胞利用ER、线粒体或高尔基体等细胞器的膜形成一种被称为分离膜的双层结构

该结构不断延伸并最后将褒奖成分包裹形成自噬体

自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，将内容物降解利用

防御功能

某些细胞特有的功能

可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体的作用下将其杀死并进一步降解

在免疫细胞中，溶酶体还参与抗原的处理

溶酶体的发生

溶酶体酶

形成过程

在rER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被磷酸化形成6-磷酸甘露糖（M6P），并与存在于高尔基体的反面膜囊和TGN膜上的M6P受体结合

甘露糖残基的磷酸化

两种酶

N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶

膦酸葡糖苷酶

识别信号

不是肽链某些一级结构序列，而是依赖于溶酶体酶的构象或三级结构形成信号斑

与M6P受体的结合使溶酶体酶得以浓缩富集，最后以出芽的方式形成网格蛋白/AP包被膜泡转运到溶酶体中

出芽后很快脱包被，转运至晚期内体并与之融合

多数溶酶体酶分子上具有多个N-连接的寡糖链，每条寡糖链上可形成多个M6P残基

M6P受体常集中地分布在某些TGN膜区，从而使溶酶体酶与其他的蛋白质分离并起到局部浓缩的作用

溶酶体酶的转运

TGN形成的转移小泡首先将溶酶体酶转运到前溶酶体中

前溶酶体

有人认为是再有溶酶体酶的脱包被的转运膜泡与晚期内体融合形成的

基本特征

脂蛋白膜上具有质子泵

腔内呈酸性

膜上存在M6P受体

溶酶体膜上不存在

在高尔基体的中性环境中，M6P受体与M6P结合

进入前溶酶体的酸性环境中后，M6P受体与M6P分离，并返回高尔基体

同时在前溶酶体中，溶酶体酶M6P去磷酸化，使M6P受体与之彻底分离

M6P分选机制

效率似乎不高，一部分含有M6P标志的溶酶体酶会通过运输小泡直接分泌到细胞外

在细胞质膜上，存在依赖Ca2+的M6P受体，可与胞外的溶酶体酶结合，在网格蛋白/AP协助下通过受体介导的内吞作用，将酶送至溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜循环使用

分泌到细胞外的溶酶体酶多数以酶前体的形式存在且具有一定的活性

蛋白酶是一例例外，其前体没有活性，需要进一步切割与加工才能称为有活性的蛋白酶

正常淋巴细胞中

既含有溶酶体酶也含有水溶性蛋白穿孔素和粒酶

后两者通过不依赖M6P的途径进入溶酶体

受到外界信号刺激后，会像分泌泡一样释放内含物

称分泌溶酶体

溶酶体与疾病

过氧化物酶体（微体）

定义

由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器

与溶酶体完全不同的细胞器

过氧化物酶体与溶酶体的区别

过氧化物酶体中高浓度的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构

可作为电镜识别的主要特征

比较

特征

溶酶体

过氧化物酶体

形态大小

多呈球形，无酶晶体

球形，内常有酶的晶体

酶种类

酸性水解酶

含有氧化酶类

是否需要O2

不需要

需要

功能

细胞内的消化作用

多种功能

发生

酶在rER合成，经高尔基体出芽形成

酶在细胞质基质中合成，经组装与分裂形成

识别的标志酶

酸性水解酶等

过氧化氢酶

过氧化物酶体的功能

是一种异质性细胞器，不同生物细胞，甚至单细胞生物不同个体中所含酶的种类及行使的功能都有所不同

真核细胞直接利用分子氧的细胞器

常含有两种酶

依赖于黄素（FAD）的氧化酶

将底物氧化降解，并产生H2O2

过氧化氢酶

含量常占过氧化物酶体蛋白质总量的40%

可降解生物大分子，最终产生H2O2

在植物细胞中

绿色植物叶肉细胞中催化CO2固定反应的副产物的氧化

即光呼吸作用

将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢

在种子萌发过程中，降解储存在种子中的脂肪酸产生乙酰CoA，并进一步形成琥珀酸，后者离开过氧化物酶体进一步转变成葡萄糖

伴随一系列乙醛酸循环的反应

动物细胞中没有此反应

这种过氧化物酶体又称为乙醛酸循环体

过氧化物酶体的发生

膜蛋白和可溶性基质蛋白均由细胞核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后分选转运到过氧化物酶体中

两种途径

细胞内已有的成熟过氧化物酶体经分裂增殖而产生子代细胞器

在细胞内从头开始组装

组装过程

膜蛋白的组装

过氧化物酶体的装配起始于内质网

一些在细胞质基质游离的核糖体上合成的过氧化物酶体的其他膜蛋白可以通过自己所带的靶向序列与Pex19结合

在Pex3和Pex16的帮助下插入到该细胞器的膜上

它们再招募Pex19并形成一个特殊的区域

Pex3和Pex16等在ER膜上合成，并被插入到膜上

内质网出芽形成过氧化物酶体的前体

可以相互之间或和已存在的过氧化物酶体融合

所有过氧化物酶体膜蛋白都插入后便形成了过氧化物酶体雏形，为基质蛋白输入提供基础

基质蛋白的输入

具有过氧化物酶体引导信号1（PTS1）和PTS2的基质蛋白，它们分别以Pex5和Pex7为胞质受体，各自靶向序列与受体结合后再与膜受体（Pex14）结合

结合后的蛋白通过易位体进入过氧化物酶体的腔内

不需要将多肽链展开就能与胞质受体一起进入腔内

进入线粒体叶绿体时需要将已折叠的蛋白质解开

易位体由至少6种peroxin组装而成

孔径动态可调，只在有货物通过时开启

胞质受体与蛋白一起进入后便将货物释放，并回到细胞质内重复使用

基质蛋白输入产生成熟的过氧化物酶体

成熟的过氧化物酶体经分裂产生子代过氧化物酶体

分裂过程依赖于Pex11蛋白

【细胞生物学】05 细胞质基质与内膜系统

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