细胞生物学第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输

细胞生物学第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输笔记，包括细胞质膜系统及其研究方法、内质网、溶酶体、高尔基体等等。

内膜系统与蛋白质分选和膜运输

• 概述
  • 细胞质膜系统及其研究方法
    • 膜结合细胞器与内膜系统
      • 内膜系统概念（广义）
        • 细胞质中所有具有膜结构的细胞器，包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、分泌泡、线粒体、叶绿体核过氧化物酶体等
      • 分布
        • 细胞核位于细胞的中央，是细胞中最重要的细胞器，有两层膜结构，细胞核的外膜是糙面内质网的一部分。
        • 内质网位于细胞核的外侧，高尔基体靠近细胞核，在内质网外侧接受来自内质网的蛋白质和脂肪，然后对它们进行修缮和分选
        • 内体是由内吞作用产生的具有分选作用的细胞器，它能向溶酶体传递从细胞外摄取的物质，一般位于细胞质的外侧
      • 真核细胞内膜系统的动态性质
        • 生化合成途径、分泌途径、内吞途径
      • 意义
        • 内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，不仅提高合成的效率，保证了膜结构的一致性，特别是保证膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性
        • 内膜系统在细胞内形成一些特定的功能区域和微环境，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其他特定的功能
        • 内膜系统通过小泡分泌的方式完成膜的流动和特定功能蛋白质的定向运输，不仅保证内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证一些具有杀伤性的酶类在运输过程中的安全，并能准确迅速到达作用部位
        • 细胞内的许多酶反应是在膜上进行的，内膜系统的形成使得这些酶反应互不干扰
        • 扩大了表面积，提高了表面积与体积的比值
        • 区室的形成，相对提高了重要分子的浓度，提高了反应效率
    • 内膜系统与蛋白质分选
      • 信号序列
        • 决定蛋白质的正确运输方向
        • 通常为15-60个氨基酸长度，位于新生肽的N端。通过基因过程的方法证明信号序列指导的蛋白质运输和定位对蛋白质没有特异性，但不同的膜结合细胞器具有不同的蛋白质定位的信号序列
        • 分类
          • 入核信号：指导核蛋白的运输
          • 引导肽：指导线粒体、叶绿体核过氧化物酶体蛋白的运输
          • 信号肽：指导内膜系统 的蛋白质运输
    • 内膜系统的研究方法
      • 放射自显影术
        • 蛋白质分泌的同位素追踪实验
          • 确定了分泌的路线，从内质网开始经高尔基体运向细胞外
      • 差速离心分离与功能分析
        • 通过差速离心分离微粒体
          • 确定了参与合成和分泌的主要细胞器的作用：内质网是参与蛋白质合成和转运的，高尔基体不仅是中转站，而且具有加工修饰的作用。
      • 用突变体研究内膜系统的功能
        • 与分泌相关的不同酵母突变体
          • 解释了分泌活动的相关基因及分泌的机理
• 内质网
  • 概述
    • 内质网是由一层单位膜形成的囊状、泡状核管状结构，并形成一个连续的网膜系统
  • 内质网的形态结构及化学组成
    • 内质网的形态结构特点
      • 内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄
      • 内质网腔：内含细小蛋白质颗粒
      • 核糖体：附在膜的细胞质面
    • 内质网的两种基本类型
      • 糙面内质网RER
        • 多呈大的扁平潴泡，在电镜下观察排列极为整齐。普遍存在于合成分泌蛋白的细胞中，越是分泌旺盛的细胞越多，未分化和肿瘤细胞中较少
        • 主要功能是进行膜结合核糖体合成的蛋白质的运输，并在运输的同时对这些蛋白质进行加工修饰和折叠，以帮助这些蛋白质准确到达目的地
        • 功能（蛋白质的转运）
          • 蛋白质合成
          • 蛋白质修饰
          • 蛋白质转运
      • 滑面内质网SER
        • 通过为小的管状和小的泡状,广泛存在于各种类型的细胞中，是脂类合成的重要场所，往往作为出芽的位点，将内质网合成的脂类转运到高尔基体
        • 功能
          • 糖原分解释放游离的葡萄糖
          • 类固醇激素的合成
          • 脂的合成和转运
          • 解毒作用
            • 含有丰富的氧化酶系统，如细胞色素P450、NADH细胞色素C还原酶等
          • 参与信号转导与肌收缩
    • 肌质网
      • 心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网，其功能是参与肌肉收缩活动
    • 微粒体
      • 在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构，包含内质网膜和核糖体两种基本成分。在体外实验中，具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能
    • 内质网的化学组成
      • 主要化学成分是蛋白质和脂
      • 代谢酶系
      • 细胞色素P450与电子传递链
      • 内质网的标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶
  • 信号假说
    • 新蛋白复合物的发现
      • 信号识别颗粒
        • 3个功能位点
          • 翻译暂停结构域、信号肽识别结合位点、SRP受体蛋白结合位点
      • 信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白，DP）
  • 蛋白质在内质网中的修饰
    • N-连接糖基化
    • 羟基化
    • 形成脂锚定蛋白
• 溶酶体
  • 溶酶体的发现及概念
    • 动物细胞中一种膜结合细胞器，小球状，外面由一层单位膜包被 。来自高尔基体，溶酶体的酶有一个基本特征：它们的寡糖链有磷酸化甘露糖残基，被TGN的M6P受体识别和结合，从而被分拣出来
    • 植物细胞中有与溶酶体功能类似的细胞器，如圆球体、糊粉粒以及中央液泡
    • 溶酶体的标志酶
      • 酸性磷酸酶
  • 溶酶体的形态特征
    • 溶酶体的膜中含有较多能促进膜稳定的胆固醇
    • 溶酶体膜含有各种不同酸性的、高度糖基化的膜整合蛋白，这些膜整合蛋白的功能可能是保护溶酶体的膜免遭溶酶体内酶的攻击，有利于防止自身膜蛋白的降解
  • 溶酶体的类型
    • 初级溶酶体
      • 刚刚从外侧高尔基体形成的小囊泡，仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处于非活性状态
    • 次级溶酶体
      • 自噬性溶酶体
        • 一种自体吞噬泡，作用底物是内源性的，即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质
        • 广泛存在于正常的细胞内，在细胞内起“清道夫”作用，作为细胞内细胞器和奇台结构自然减员和更新的正常途径
      • 异噬性溶酶体
        • 作用底物是外源性的，即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质。异噬性溶酶体实际上是初级溶酶体与内吞泡融合后形成的
    • 后溶酶体
      • 又称残余小体，已失去酶活性，仅留未消化的残渣，可排除细胞，也可留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑
  • 溶酶体的功能
    • 主要功能是消化作用
      • 自体吞噬
        • 主要作用清除降解细胞内受损伤的细胞结构、衰老的细胞器以及不再需要的生物大分子等
      • 异体吞噬
        • 通过溶酶体的吞噬作用保护细胞免受细菌与病毒等侵染，是细胞的防御功能所必需的
    • 自溶作用
      • 细胞的自我毁灭，溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解
    • 精子的顶体反应
      • 顶体反应：精子释放顶体酶，溶蚀放射冠和透明带的过程
  • 溶酶体的生物发生
    • 蛋白质的分选途径
      • 后翻译转运途径
      • 共翻译转运途径
    • rER对溶酶体蛋白的合成及修饰
      • 蛋白质共翻译转运
      • 蛋白质的折叠
      • 蛋白质的糖基化修饰
      • 蛋白质膜泡转运
    • GC对溶酶体蛋白的加工及分选
  • 溶酶体的医学意义
    • 有关疾病
      • 硅肺
      • Ⅱ型糖原贮积病
      • 休克
• 高尔基体
  • 高尔基的形态结构
    • 高尔基体的极性
      • 结构上的极性
        • 含有两个面：形成面（内侧）和成熟面（外侧），来自内质网的蛋白质和脂从形成慢逐渐向成熟面转运
      • 功能上的极性
        • 高尔基体虽是由膜囊构成的复合体，但是不同的膜囊有不同的功能，执行功能时又是“流水式”操作，上一道工序完成后才能进行下一道工序
    • 分布
      • 只存在于真核细胞中，原核细胞中无。
    • 标志酶
      • 高尔基体的标志酶是糖基转移酶
  • 高尔基的功能
    • 蛋白质和脂的运输
      • ER与高尔基体顺面间的运输
      • 蛋白质从顺面高尔基体网络向反面高尔基体网络运输
        • 穿梭小泡从顺面高尔基体网络向反面高尔基体网络移动
    • 蛋白质的糖基化
      • N-连接
      • O-连接
    • 蛋白聚糖的合成
    • 蛋白原的水解
    • 蛋白质的分选
      • 分选过程：溶酶体酶寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生6-磷酸甘露糖（M6P），这使溶酶体酶的标志，在高尔基体反面膜囊上有M6P受体，M6P与之结合，从而与其它酶分开，从而进入一个特殊区域，最后形成溶酶体。