第七章内膜系统与蛋白质分选
名词：
膜结合细胞器：指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、叶绿体和过氧化物酶体等。由于它们都是封闭的膜结构，内部都有一定的空间，所以又称为膜结合区室。通过形成膜结合细胞器，使细胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作的系统。
内膜系统: 内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器, 因为它们的膜是相互流动的，处于动态平衡，在功能上也是相互协同的。广义上的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核等细胞内所有膜结合的细胞器。
小泡运输（膜泡运输）：细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白
内质网：内质网是细胞内的一个精细的膜系统。是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。两膜间是扁平的腔、囊或池。内质网分两类，一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网，另一类是膜上光滑的，没有核糖体附在上面，叫光滑型内质网。粗糙型内质网的功能是合成蛋白质大分子，并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。光滑型内质网的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关，并且还具有运输蛋白质的功能。
溶酶体:溶酶体（lysosomes）真核细胞中的一种细胞器；为单层膜包被的囊状结构，直径约0.025～0.8微米；内含多种水解酶，专司分解各种外源和内源的大分子物质。
高尔基体:是真核细胞中内膜系统的组成之一，它由扁平膜囊（saccules）、大囊泡（vacuoles）、小囊泡（vesicles）三个基本成分组成。
信号斑:信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。
信号识别颗粒:在真核生物细胞质中一种小分子RNA和六种蛋白的复合体，此复合体能识别核糖体上新生肽末端的信号，顺序并与之结合，使肽合成停止，同时它又可和ER膜上的停泊蛋白识别和结合，从而将mRNA上的核糖体，带到膜上。SRP上有三个结合位点：信号肽识别结合位点，SRP受体蛋白结合位点，翻译暂停结构域。
细胞分泌:动物细胞和植物细胞将在粗面内质网上合成而又非内质网组成部分的蛋白和脂通过小泡运输的方式经过高尔基体的进一步加工和分选运送到细胞内相应结构、细胞质膜以及细胞外的过程称为细胞的分泌。
调节型分泌途径:调节型分泌（regulated secretory pathway)小泡形成的方式可能与溶酶体相似, 分泌蛋白在高尔基体反面网络中通过分选信号与相应的受体结合,
使其分选到分泌泡中。分泌泡比运输溶酶体的运输小泡大, 所含的蛋白质远远多于膜受体的量, 因此有人认为这种分选可能更象细胞表面的受体介导的内吞过程, 有网格蛋白参与。
组成型分泌途径:在这种分泌途径中, 运输小泡持续不断地从高尔基体运送到细胞质膜，并立即进行膜的融合，将分泌小泡中的蛋白质释放到细胞外, 此过程不需要任何信号的触发, 它存在于所有类型的细胞中。在大多数细胞中, 组成型分泌途径的物质运输不需要分选信号, 从内质网经高尔基体到细胞表面的物质运输是自动地进行的。组成型分泌途径除了给细胞外提供酶、生长因子和细胞外基质成分外，也为细胞质膜提供膜整合蛋白和膜脂。
异质性细胞器:是指在不同生物及不同发育阶段，该细胞器的形态、大小, 甚至所含有酶的种类都有很大的不同，如溶酶体、过氧化物酶体。
自体吞噬:自体吞噬指细胞将自己细胞质的一部分（如线粒体和内质网）包围起来形成液泡（自体吞噬泡），再依靠初级溶酶体供应的水解酶将其消化。自体吞噬可由于饥饿和激素的作用等诱导产生。
异体吞噬:细胞吞噬感染的病毒、细菌或其它一些颗粒等称为异体吞噬
自溶作用:自溶作用是细胞的自我毁灭, 即溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解起始转移信号:蛋白质氨基末端的信号序列除了作为信号被SRP识别外, 还具有起始穿膜转移的作用。在蛋白质共翻译转运过程中,信号序列的N-端始终朝向内质网的外侧,插入蛋白质转运通道后与通道内的信号序列结合位点(受体)结合,其后的肽序列是以袢环的形式通过运输通道。不过N-端的起始转移序列是可切除的序列,它的旁边有信号肽酶的作用位点,以N-端信号序列作为起始转移信号的一般都是分泌蛋白。
内部信号序列：内部信号序列又称内部信号肽，它不为于N端，但具有信号序列的作用，故称内部信号序列。它可以作为蛋白质共翻译转移的信号被SPR识别，同时它也是起始转移信号，可以插入蛋白质转运通道，并与通道中的受体结合，引导其后的多肽序列转运。
终止转移序列：存在于新生肽中使肽链终止转移的一段信号序列，可导致蛋白质锚定在膜的双脂层中。因终止转移序列的作用而形成单次跨膜的蛋白质，那么该蛋白质在结构上只有一个终止转移序列没有内部转移信号，但在N端有一个信号序列作为起始转移信号。
矽肺/硅肺矽肺:是由于长期吸入石英粉尘所致的以肺部弥漫性纤维化为主的全身性疾病
蛋白质分选:主要是指膜结合核糖体上合成的蛋白质，通过信号肽，在翻译的同时进入内质网，然后经过各种加工和修饰，使不同去向的蛋白质带上不同的标记，最后经过高尔基体反面网络进行分选，包装到不同类型的小泡，并运送到目的地，包括内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外和核膜等。广义的蛋白质分选也包括在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。
衔接蛋白:参与披网格蛋白小泡组装的一种蛋白质, 分子量为100kDa, 在披网格蛋白小泡组装中与受体的细胞质结构域相互作用, 起衔接作用。
装配反应因子ARF:一类与被膜小泡装配相关的蛋白因子。在COP被膜小泡装配中, ARF被认为是外被体外被的装配和去装配的信号。装配反应因子是一种单体
GTPase，由一条多肽链组成，同时含有一个脂肪酸的尾部，属单体GTP结合蛋白。
SNARE 假说：每一种运输小泡都有一个特殊的V-SNARE标志，能够同适当的靶膜上的T-SNARE标志相互作用。一种运输小泡在没有找到合适的靶位点之前有可能同几种不同的膜位点进行暂时性的接触，这种接触是不稳定的，只有找到真正的靶位点才会形成稳定的机构。存在于小泡膜上的V-SNAREs是在外被体外被形成时共包装到转运小泡上的，它同靶位点膜上的T-SNAREs蛋白的结合决定了转运小泡的选择性地停靠。
思考题：
1.内质网的形态、组成及功能。
内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。内质网是内膜构成的封闭的网状管道系统。具有高度的多型性。粗面内质网（RER）呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为ER腔，膜外有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。肌肉细胞中的内质网是一种特化的滑面内质网（SER），称为肌质网，可贮存Ca2+，引起肌肉收缩。
SER功能：1、糖原分解释放游离的葡萄糖2、ca2+库3、类固醇激素的合成4、脱毒5、膜脂的合成与转运
RER功能：1、蛋白质的合成转运2、合成蛋白的质量监控3、蛋白质的修饰加工处理
2.高尔基体的形态、组成及功能。
高尔基体是由数个扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面。顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡，在具有极性的细胞中，高尔基体常大量分布于分泌端的细胞质中。
功能：高尔基体的主要功能将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。
3.为什么说高尔基体是一种极性细胞器?
结构上的极性:高尔基体可分为几个不同的功能区室。①靠近内质网的一面是由一些管状囊泡形成的网络结构,通常将这一面称为顺面, 或称形成面。由于顺面是网络结构,所以又称顺面高尔基网络。从功能上看,CGM被认为是初级分选站,负责对从ER转运来的蛋白质进行鉴别,决定哪些需要退回,哪些可以进入下一站。②高尔基体中间膜囊由扁平囊和管道组成,形成不同的区室, 但功能上是连续的、完整的膜体系。多数糖基修饰、糖脂的形成、以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在中间膜囊中。③反面高尔基网络, 是高尔基复合体最外面一侧的管状和小泡状物质组成的网络结构，它是高尔基复合体的组成部分，并且是最后的区室。蛋白质的运输信号在此被特异的受体接受，进行分拣，集中，形成不同的分泌小泡，被运送到不同的地点。因此, 它的主要功能是参与蛋白质的分类与包装,并输出高尔基体。某些“晚期”蛋白质的分类与包装也发生在TGN中。
功能上的极性:高尔基体虽然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,上一道工序完成了,才能进行下一道工序,这就是高尔基体的极性。
4.溶酶体的特征及酶蛋白M6P标记是怎样形成的? 如何经M6P分
选途径进行分选?
①溶酶体真核细胞中的一种细胞器；为单层膜包被的囊状结构，直径
约0.025～0.8微米；内含多种水解酶，专司分解各种外源和内源的大分子物质。
②酶蛋白M6P标记是怎样形成：溶酶体的酶在膜旁核糖体上合成，通过信号肽的引导进入粗面内质网，在粗面内质网进行N-连接糖基化。在此过程中，溶酶体酶蛋白先带上3个葡萄糖、9个甘露糖和2个N-乙酰葡萄糖胺，切除三分子葡萄糖和一分子甘露糖后转运到高尔基体；在高尔基体顺面网络对N连接的糖链进行磷酸化修饰，带上6-磷酸甘露糖的标记
③M6P分选途径：具有M6P标记的溶酶体酶在反面高尔基体网络与受体结合后,在网格蛋白帮助下形成具有网格蛋白外被的溶酶体酶分泌小泡, 网格蛋白解聚后的溶酶体酶分泌小泡与一种具有分选作用的细胞器：次级内体融合, 由于次级内体内部的pH≈5.5, 融合后的内体中的pH低于6, 所以与M6P受体结合的溶酶体酶与受体脱离, 释放到内体中；接着,由次级内体中的磷酸酶使溶酶体酶脱磷酸,防止溶酶体酶与M6P受体重新结合。融合后的次级内体可以通过出芽形成两种类型的小泡, 一种含有溶酶体酶蛋白但不含M6P受体,这种小泡即是成熟的溶酶体。另一种小泡只含有M6P受体,不含有酶, 它们主要是同反面高尔基体膜融合,偶尔这种小泡也会同质膜融合完成M6P 的再循环。
5.举例说明溶酶体与某些疾病的关系。
①硅肺：二氧化硅尘粒吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体。二氧化硅的羟基与溶酶体膜的磷
脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细胞吞噬，如此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子”，并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。
②Ⅱ型糖原贮积病：溶酶体缺乏α-1，4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。
③休克：在休克过程中，机体微循环发生紊乱，组织缺血、缺氧，影响了供能系统，使膜不稳定，引起溶酶体酶的外漏，造成细胞与机体的损伤。休克时机体细胞内溶酶体增多，体积增大，吞噬体显著增加。溶酶体内的酶向组织内外释放，多在肝和肠系膜等处，引起细胞和组织自溶。因此，在休克时，测定淋巴液和血液中溶酶体酶的含量高低，可作为细胞损伤轻重度的定量指标。通常以酸性磷酸酶、β-葡萄糖醛酸酶与组织蛋白酶为指标。关于休克时溶酶体释放的机理，有人提出是由于pH降低和三羧酸循环受阻。休克时缺血缺氧，引起细胞pH 值的下降(约pH5)，酸性水解酶活化，水解溶酶体膜，最终导致溶酶体膜裂解，溶酶体释放，使细胞、组织自溶。
6.根据Blobel提出的新信号假说, 阐述分泌蛋白转运的细胞分子机
制。
1、ER转运蛋白质合成起始
2、信号序列与SRP结合，同时SRP上的翻译暂停结构域同核糖体的A位点作用，暂时停止蛋白质合成
3、核糖体附着到内质网上
4、SRP释放与蛋白质转运通道的打开
5、随着
SRP的释放，蛋白质的合成重新开始，并向内质网腔转运，不需能量驱动5、信号肽酶切除信号序列7、蛋白质合成结束
7.根据信号假说，膜蛋白(单次和多次跨膜)是怎样形成的?
所谓二次跨膜就是在蛋白质中有两个跨膜的疏水区，多次跨膜则有多个起始跨膜信号与多个停止转移信号，它们的形成与内含信号序列和终止转移信号相关。
新生肽上是否含有停止转移信号决定了新生肽是否全部穿过内质网膜,成为内质网腔中的可溶性蛋白还是成为膜蛋白。N-末端的信号序列和内含信号序列都可作为起始转移信号,但N-末端的信号序列是可切除的,而内含信号序列是不可切除的。膜蛋白的跨膜次数是由其内含信号序列和停止转移信号序列的数目决定的, 这些信号序列都是多肽链中的疏水氨基酸区, 因此,根据多肽链中疏水氨基酸区的数目和位置可以预测其穿膜情况。另外, 由于膜蛋白总是从胞质溶胶穿入内质网膜, 并且总是保持信号序列中含正电荷多的氨基酸一端朝向胞质溶胶面, 因而相同蛋白质在内质网中的取向也必然相同。结果造成内质网膜中蛋白质取向的不对称性,并由此决定了该蛋白在其它膜结合细胞器的膜结构中的方向。
8.内膜系统的形成对于细胞生命活动具有哪些重要意义?
①内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。
②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系
统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。
③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的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了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。
④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。
⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。
⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率。
9.网格蛋白被膜小泡、COP I 被膜小泡、COP II被膜小泡是怎样形
成的？
披网格蛋白小泡的形成分为三个基本过程∶
①膜小窝（clathrin-coated pit）的形成：格蛋白被膜小窝是披网格蛋白小泡形成过程中的一个中间体。在胞吞过程中，吞入物（配体）先同膜表面特异受体结合，然后网格蛋白装配的亚基结合上去，使膜凹陷成小窝状。由于这种小窝膜外侧结合有许多网格蛋白，故称为网格蛋白被膜小窝。
②披网格蛋白小泡的形成：在形成了网格蛋白被膜小窝之后，很快通过出芽的方式形成小泡，即披网格蛋白小泡，小泡须在发动蛋白的作用下与质膜割离。由于此时的小泡外面有网格蛋白包被，故称为
被膜小泡。
③小泡的形成：披网格蛋白小泡形成之后，很快脱去网格蛋白的外被，成为无被小泡。在真核细胞中有一种分子伴侣Hsc70催化披网格蛋白小泡的外被去聚合形成三腿复合物，并重新用于披网格蛋白小泡的装配。
COPⅡ小泡的形成过程：1、在高尔基体膜中的一种酶的催化下，ARF 蛋白将所结合的GDP和GTP进行交换。出芽随即开始2、ARF-GTP在高尔基体膜中ARF的受体结合后，外被体与高尔基体的胞质溶胶面结合并聚合成纤维状外被体，诱导出芽形成小泡3、在出芽形成小泡过程中，不仅将被运输的物质包进小泡，也包括一些其他的膜蛋白，有着包括V-SNARE，他的作用是导航，指引小泡到达正确的目的地4、脂酰CoA帮助小泡与供体膜脱离，随着GTP的水解小泡的外被解聚
COPⅡ小泡的装配需要一种称为Sar1的G蛋白的参与。当Sar1中GDP 与GTP进行了交换，诱导Sec23和Sec24蛋白的结合，接着是Sec13和Sec31蛋白的结合，最后由一种结合在ER表面的大蛋白质，Sec16与Sec23/Sec24复合物、Sec13/Sec31复合物相互作用，装配成一个完整的小泡。
10.什么是小泡寻靶的SNARE假说(SNARE hypothesis)? 提出的依据是什么?
SNARE假说:每一种运输小泡都有一个特殊的V-SNARE标志，能够同适当的靶膜上的T-SNARE标志相互作用。一种运输小泡在没有找到合
适的靶位点之前有可能同几种不同的膜位点进行暂时性的接触，这种接触是不稳定的，只有找到真正的靶位点才会形成稳定的机构。存在于小泡膜上的V-SNAREs是在外被体外被形成时共包装到转运小泡上的，它同靶位点膜上的T-SNAREs蛋白的结合决定了转运小泡的选择性地停靠。
SNARE假说是James Rothman和他的同事根据对动物细胞融合研究的发现提出的。
他们发现动物细胞融合需要一种可溶性的细胞质蛋白,叫做N-乙基马来酰亚胺敏感的融合蛋白以及其它几种可溶性的NSF附着蛋白。NSF是一种四聚体，四个亚基都相同。SNAPs 有α-、β-和γ- SNAPs 等几种不同的形式。
由于NSF/ SNAPs能够介导不同类型小泡的融合,说明它没有特异性。据此Rothman等提出一种假设:膜融合的特异性是由另外的膜蛋白提供的，把这种蛋白称为SNAP受体蛋白，或称为SNAREs，这种蛋白可以作为膜融合时SNAPs的附着点。
11.什么是Rab蛋白? 在小泡转运中起什么作用?
Rab蛋白石一类调节型的单体GTPase，属小GTP结合蛋白，所有的Rab蛋白都是由大约200个氨基酸组成的，并且有类似于Ras蛋白的重叠结构。它能够结合GTP并将GTP水解，因此认为Rab蛋白通过GTP-GDP的循环来调节小泡的融合。
12.结合所学关于细胞内膜泡运输分子机理的相关知识，谈谈你对2013年Nobel生理/医学奖获得者“Discovered the molecular
principles that govern how the cargo is delivered to the right place at the right time in the cell.”的认识。
SNARE假说:每一种运输小泡都有一个特殊的V-SNARE标志，能够同适当的靶膜上的T-SNARE标志相互作用。一种运输小泡在没有找到合适的靶位点之前有可能同几种不同的膜位点进行暂时性的接触，这种接触是不稳定的，只有找到真正的靶位点才会形成稳定的机构。存在于小泡膜上的V-SNAREs是在外被体外被形成时共包装到转运小泡上的，它同靶位点膜上的T-SNAREs蛋白的结合决定了转运小泡的选择性地停靠。
每个分泌小泡的运输都是具有特异性的，然而是什么分子机制是这么多分泌小泡都具有特异性定向运输的能力呢？对，就是利用蛋白质的特异性结合使不同的分泌小泡的运输有了定向性，然而其中具有特异性的蛋白质又在哪里呢，是小泡上呢还是在运输的目的地呢？答案是都有，在运输小泡的膜上具有V-SNARE，而靶细胞器上面也有T-SNARE和其结合，使运输具有定向性。
华俊豪20116957 生物工程二班
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输- 测试题（满分：70） 一、选择题（共25小题，1～20题每题1分，21～25题每题2分） 1、下列关于信号肽，最正确的一项是（） A. 是C端的一段氨基酸序列 C. 具有信号作用，但不被切除 B. 是N端的一段氨基酸序列 D. 跨膜运输后要被切除 2、细胞质基质中合成，到内质网上继续合成的蛋白的定位序列为（） A. 信号肽 C. 转运肽 B. 导肽 D. 信号斑 3、参与蛋白质合成与运输的一组细胞器是（） A. 核糖体、内质网、高尔基体 C. 细胞核、微管、内质网 B. 线粒体、内质网、溶酶体 D. 细胞核、内质网、溶酶体 4、台-萨氏病是一种与溶酶体有关的遗传缺陷病，主要是（）缺乏而不能水解神经节苷脂GM2。 A. 磷酸二酯酶 C. β-氨基己糖酯酶A B. N-乙酰氨基转移酶 D. 腺苷酸环化酶 5、指导蛋白质转运到线粒体上的氨基酸序列被称为（） A. 导肽 C. 转运肽 B. 信号肽 D. 新生肽 6、溶酶体的H+ 浓度比细胞质基质中高（） A. 5倍 C. 50倍 B. 10倍 D. 100倍以上 7、下面（）不是在粗面内质网上合成的 A. 抗体 C. 胶原蛋白 B. 溶酶体膜蛋白 D. 核糖体蛋白 8、下列细胞器中的膜蛋白在粗面内质网上合成的为（） A. 叶绿体 C. 过氧化物酶体 B. 线粒体 D. 溶酶体 9、具运输和分拣内吞物质的细胞器是（） A. 有被小体 C. 胞内体 B. 滑面内质网 D. 溶酶体 10、下列（）是特化的内质网 A. 肌质网 C. 乙醛酸循环体 B. 脂质体 D. 残余小体 11、真核细胞中下列（）细胞器或细胞结构上不可能有核糖体存在 A. 内质网 C. 细胞核膜 B. 细胞质基质 D. 细胞质膜 12、下列细胞器中，有极性的是（） A. 溶酶体 C. 线粒体 B. 微体 D. 高尔基体 13、蛋白质的糖基化及其加工、修饰和寡糖链的合成是发生在高尔基体的（） A. 顺面管网状结构 C. 反面管网状结构 B. 中间膜囊 D. 反面囊泡 14、合成后的磷脂被（）转运至过氧化物酶体的膜上 A. 磷脂转位因子 C. 膜泡
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输 一、名词解释 1、细胞质基质 2、内膜系统 3、分子伴侣 4、信号假说 5、共转移 6、后转移 7、信号肽 8、信号斑 9、导肽 二、填空题 1、在糙面内质网上合成的蛋白质主要包括、、等。 2、蛋白质的糖基化修饰主要分为和；其中主要在内质网上进行，指的是蛋白质上的与直接连接，而则是蛋白质上的与直接连接。 3、肌细胞中的内质网异常发达，被称为。 4、原核细胞中核糖体一般结合在，而真核细胞中则结合在。 5、真核细胞中，是合成脂类分子的细胞器。 6、内质网的标志酶是。 7、细胞质中合成的蛋白质如果存在，将转移到内质网上继续合成。如果该蛋白质上还存在 序列，则该蛋白被定位到内质网膜上。 8、高尔基体三个功能区分别是、和。 9、具有将蛋白进行修饰、分选并分泌到细胞外的细胞器是。 10、被称为细胞内大分子运输交通枢纽的细胞器是。 11、蛋白质的糖基化修饰中，N－连接的糖基化反应一般发生在，而O－连接的糖基化反应则发生在和中。 12、蛋白质的水解加工过程一般发生在中。 13、从结构上高尔基体主要由组成。 14、植物细胞中与溶酶体功能类似的结构是、和糊粉粒。 15、根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段，大致可将溶酶体分为、 和。 16、溶酶体的标志酶是。 17、被称为细胞内的消化器官的细胞器是。 18、真核细胞中，酸性水解酶多存在于中。 19、溶酶体酶在合成中发生特异性的糖基化修饰，即都产生。 20、电镜下可用于识别过氧化物酶体的主要特征是。 21、过氧化物酶体标志酶是。 22、植物细胞中过氧化物酶体又叫。 23、信号假说中，要完成含信号肽的蛋白质从细胞质中向内质网的转移需要细胞质中的和内质网膜上的的参与协助。 24、在内质网上进行的蛋白合成过程中，肽链边合成边转移到内质网腔中的方式称为。而含导肽的蛋白质在细胞质中合成后再转移到细胞器中的方式称为。 三、选择题 1、属于溶酶体病的是（）。
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输 2009-07-24 18:10 1. 如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的? 答: 从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。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, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。 2. 内膜系统的动态特性是如何形成的? 答: 造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的: ①蛋白质和脂的合成活动: 在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动: ③内吞活动(endocytosis pathway),是分泌的相反过程, 细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体。 3. 请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义? 答: 至少有六方面的意义: ①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③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的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了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。④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率。 4. 为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一? 答: 这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶); 细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一。 5. 在蛋白质的合成与分泌的研究中分别使用了同位素示踪技术、分离技术和突变体研究技术, 说明这些技术的研究结果各说明了什么问题? 答: 同位素示踪技术确定了分泌的路线, 从内质网开始经高尔基体运向细胞外;分离技术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
第七章内膜系统与蛋白质分选 名词： 膜结合细胞器：指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、叶绿体和过氧化物酶体等。由于它们都是封闭的膜结构，内部都有一定的空间，所以又称为膜结合区室。通过形成膜结合细胞器，使细胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作的系统。 内膜系统: 内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器, 因为它们的膜是相互流动的，处于动态平衡，在功能上也是相互协同的。广义上的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核等细胞内所有膜结合的细胞器。 小泡运输（膜泡运输）：细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白 内质网：内质网是细胞内的一个精细的膜系统。是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。两膜间是扁平的腔、囊或池。内质网分两类，一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网，另一类是膜上光滑的，没有核糖体附在上面，叫光滑型内质网。粗糙型内质网的功能是合成蛋白质大分子，并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。光滑型内质网的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关，并且还具有运输蛋白质的功能。 溶酶体:溶酶体（lysosomes）真核细胞中的一种细胞器；为单层膜包被的囊状结构，直径约0.025～0.8微米；内含多种水解酶，专司分解各种外源和内源的大分子物质。 高尔基体:是真核细胞中内膜系统的组成之一，它由扁平膜囊（saccules）、大囊泡（vacuoles）、小囊泡（vesicles）三个基本成分组成。 信号斑:信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。 信号识别颗粒:在真核生物细胞质中一种小分子RNA和六种蛋白的复合体，此复合体能识别核糖体上新生肽末端的信号，顺序并与之结合，使肽合成停止，同时它又可和ER膜上的停泊蛋白识别和结合，从而将mRNA上的核糖体，带到膜上。SRP上有三个结合位点：信号肽识别结合位点，SRP受体蛋白结合位点，翻译暂停结构域。 细胞分泌:动物细胞和植物细胞将在粗面内质网上合成而又非内质网组成部分的蛋白和脂通过小泡运输的方式经过高尔基体的进一步加工和分选运送到细胞内相应结构、细胞质膜以及细胞外的过程称为细胞的分泌。 调节型分泌途径:调节型分泌（regulated secretory pathway)小泡形成的方式可能与溶酶体相似, 分泌蛋白在高尔基体反面网络中通过分选信号与相应的受体结合,
细胞中蛋白质合成分选、定位的机制 一．蛋白质合成 定义：在核糖体的作用下，mRNA携带的遗传信息翻译成蛋白质。 蛋白质合成（多肽链合成）的基本过程： 1.氨基酸激活。a.将氨基酸的羧基激活成易于形成肽键的形式。b.每一个新氨基酸与 mRNA编码信息之间建立联系。从而使氨基酸与特定tRNA结合。 2.起始。 mRNA+核糖体小亚基+起始氨酰基-tRNA +核糖体大亚单位=起始 复合物 3.肽链延长。 tRNA与mRNA对应的密码子配对携带有一个氨基酸的 tRNA被安放到核糖体上此氨基酸和前一个氨基酸共价键合，肽链延长。该阶段的核心是形成肽键，将单个氨基酸连接成多肽链。 4.合成终止，肽链释放。 mRNA上的终止密码子即是终止信号，当携带新生肽链的 核糖体抵达终止密码子，多肽链合成终止，核糖体大小亚基分离，多肽链从核糖体上释放出来。 5.折叠和翻译后加工。包括多肽链的折叠剪接、化学修饰、空间组装。 二．蛋白质分选定位 定义：蛋白质从起始合成部位转运到其发挥功能发挥部位的过程。绝大多数蛋白质都是由核基因编码，或在游离核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。但是蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各个区间或组分，所以需要不同的机制以确保蛋白质分选，转运至细胞的特定部位。 1.核基因编码的蛋白质的分选途径： ①.后翻译转运途径 在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。 ②.共翻译转运途径 蛋白质合成在游离核糖体上起始之后，由信号肽及其与之结合的SRP引导转移至糙面内质网，然后新生肽链边合成边转入糙面内质网腔或定位在ER膜上，经转运膜泡运至高尔基加工包装再分选至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。 指导分泌性蛋白质在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质N端的信号肽、信号识别颗粒SRP、内质网膜上信号识别颗粒的受体等因子协助完成的。 蛋白质合成暂停
第九章内膜系统与蛋白质分选和膜运输 教学目的 1、掌握信号肽假说和蛋白质转运的机制。 2、掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用。 3、掌握细胞内蛋白质的分选。 教学内容 本章从以下6个方面讨论了细胞质质基质与内膜系统: 1．细胞质膜系统及其研究方法 2．内质网 3．高尔基复合体 4．溶酶体 5．细胞的分泌与内吞作用 6．小泡运输的分子机理 计划学时及安排 本章计划6学时。 教学重点和难点 真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统，将细胞内环境分割成许多功能不同的区室。内膜系统是指内质网、高尔基体、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)等四类膜结合细胞器，因为它们的膜是相互流动的，处于动态平衡，在功能上也是相互协同的，其中包括膜运输系统。 本章是细胞生物学的重点章，包括六个方面的内容，其中内质网及信号肽假说、小泡运输的分子机理是本章的关键内容。 1．内质网是内膜系统中的重要膜结合细胞器，主要分清光面内质网和粗面内质网在功能上的差异。对于粗面内质网，重点是信号肽假说和蛋白质转运的机制。 2．高尔基复合体是内膜系统中参与蛋白质加工与分选的细胞器，要求了解和掌握高尔基体参与细胞分泌活动的作用，即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的特定部位或分泌到细胞外。理解高尔基体在细胞内物质运输中所起的交通枢纽作用。 3．关于溶酶体，要求掌握溶酶体膜的稳定性、溶酶体的类型及特点、溶酶体的功能、溶酶体的生物发生。 4．细胞内蛋白质的分选是本章的核心内容之一，重点学习和掌握运输小泡的类型和分选信号、披网格蛋白小泡形成的机理、COP-被膜小泡形成的机理、小泡的定向运输、停靠和融合机理。 通过本章的学习要充分了解细胞内部结构的动态关系，蛋白质合成和分选的机制和“流水”作业的模式，从中获得启发。
细胞生物学章节习题-第七章 一、选择题 1、膜蛋白高度糖基化的细胞器是（B ）。 A. 溶酶体 B. 高尔基体 C. 过氧化物酶体 D. 线粒体 2、能特异显示液泡系分布的显示剂是（B ）。 A. 希夫试剂 B. 中性红试剂 C. 詹姆斯绿 D. 苏丹黑试剂 3、所有膜蛋白都具有方向性，其方向性在什么部位中确定（C ）？ A. 细胞质基质 B. 高尔基体 C. 内质网 D. 质膜 4、下列哪种细胞所含的粗面内质网比较丰富（E ）？ A. 肝细胞 B. 脂肪细胞 C. 红细胞 D. 睾丸间质细胞 E. 胰腺细胞 5、以下哪种蛋白不属于分子伴侣（D ）。 A. HSP70 B. 结合蛋白（Bip） C. 蛋白二硫异构酶 D. 泛素 6、真核细胞合成膜脂的部位（C ）。 A. 细胞质基质 B. 高尔基体 C. 光面内质网 D. 粗面内质网 7、下列有关蛋白质糖基化修饰的叙述，错误的是（C ） A. 内质网和高尔基体中都可以发生蛋白质的糖基化 B. O-连接的糖基化发生在高尔基体中 C. 糖基化过程中不发生在高尔基体的顺面膜囊中 D. 高尔基体糖基化相关酶的活性在其腔面 8、糙面内质网上合成的蛋白质不包括（ D ） A. 向细胞外分泌的蛋白 B. 膜整合蛋白 C. 内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白 D. 核糖体蛋白 9、下列细胞器中，对胞吞大分子物质起分选作用的是（A ） A. 胞内体 B. 高尔基体 C. 光面内质网 D. 糙面内质网 10、膜蛋白高度糖基化的细胞器是（A ） A. 溶酶体 B. 高尔基体 C. 过氧化物酶体 D. 线粒体 11、经常接触粉尘的人容易患肺部疾病，如矽粉引起的矽肺，下列哪种细胞器和矽肺的形成有关（ D ） A. 内质网 B. 线粒体 C. 高尔基体 D. 溶酶体 12、植物细胞中类似于动物细胞溶酶体的结构是（A） A. 液泡 B. 过氧化物酶体 C. 消化泡 D. 高尔基体 13、在细胞代谢过程中，直接需氧的细胞器是（D ） A. 核糖体 B. 叶绿体 C. 溶酶体 D. 过氧化物酶体 二、填空题 1、O-连接的糖基化主要发生在高尔基体，N-连接的糖基化主要发生在糙面内质网和高尔基体。在N-连接糖基化的糖蛋白中，核心寡聚体糖残基与多肽链的天冬酰胺（氨基酸）结合；O-连接糖蛋白中乙酰半乳糖胺糖残基同多肽链的或丝氨酸、苏氨酸（氨基酸）结合。 2、蛋白质的糖基化主要发生在内质网和高尔基体中，在细胞质基质中发生的糖基化是指在哺乳动物的细胞中把N-乙酰葡糖胺分子加到蛋白质的丝氨残基的羟基上。 3、溶酶体的标志酶是酸性水解酶，微体识别标志酶是过氧化氢酶。 4、溶酶体的膜成分具有以下几个特征：有质子泵，有载体蛋白和蛋白质的高度糖基化
题目：1.用自己的语言复述课堂列出的四组关于信号肽的实验，分析其产物为何有所不同；根据这些实验结果构建的信号肽学说要点有哪些？ 2.请整理线粒体、质体、内膜系统、膜泡系统、细胞核等章节有关蛋白分选内容，详细描述细胞内蛋白分选机制。 1. 共四组实验，在第一组（对照组）中加入含编码信号序列的mRNA，第二组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，第三组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，第四组中加入含编码信号序列的mRNA和SRP，DP，微粒体。 实验结果：第一组产生含信号肽的完整多肽，第二组合成70～100氨基酸残基后，肽链停止延伸，第三组产生含信号肽的完整多肽，第四组信号肽切除，多肽链进入微粒体中。 产物不同的原因： 组2：SRP 有Alu和S 两个结构域，它们同RNA 相互连接。其中Alu结构域由SRP9 和SRP14 组成，结合到7S RNA的5'端和3'端序列。SRP 能识别并结合在游离核糖体上新合成蛋白质的信号肽。当它与信号肽结合后，多肽合成就暂时中止，所以会只形成70~100氨基酸残基。 组3：DP与SRP结合后，解除了SRP 对核糖体肽链合成的抑制，新生链继续合成延长。 组3：微粒体中含有内质网和核糖体，加入之后，多肽链会进入其中被加工，信号肽则被信号肽酶水解。
信号肽学说要点： 分泌蛋白先在游离核糖体上开始合成-----当其N端的信号肽延伸出核糖体后，被胞质中的SRP识别并结合-----rER膜上的SR识别并结合SRP----信号肽的疏水核心与膜结合-----新形成的多肽链进入内质网----信号肽被信号肽酶水解-------新生肽链通过蛋白转运子进入内质网腔中--------核糖体移到mRNA的终止密码子，蛋白质合成结束，核糖体重新处于游离状态。 2． 线粒体： 线粒体中有1000 多种蛋白质，它本身的DNA 及核糖体只能合成其中少数蛋白质，其余的线粒体蛋白质都是由核DNA编码的，在胞质游离核糖体上合成后运输到线粒体中 由线粒体的核糖体合成的蛋白，以共翻译运输（co-translational transport）的方式插入到线粒体内膜， 在细胞质核糖体上合成的蛋白，以翻译后运输（post-translational transport）的方式转运到线粒体中。 （1）在胞质核糖体上合成的蛋白质，大都以前体形式存在。多由N端的一段导肽和成熟形式的蛋白质组成。（2）蛋白质通过膜时，在外膜上有专一性不很强的受体参与作用。（3）蛋白质通过膜需要水解ATP和利用质子动势的能量过程。（4）导肽引导蛋白质前体，在受体及转运子的作用下，通过内、外膜的接触点，运输到线粒体的基质中。（5）导肽对所牵引的蛋白质无特异性。（6）蛋白质运送时需要一些分子伴侣使蛋白进行折叠状态与解折叠状态的转变。（7）前体蛋白运入线粒体后，需要蛋白酶切除导肽，再折叠成成熟蛋白。 线粒体膜上存在前体蛋白转运子，外膜上的TOM、SAM，内膜上TIM23、TIM22、
细胞内蛋白质的分选和运输 蛋白质在细胞质基质中合成后，按其氨基酸序列中分选信号(sorting signal)的有无以 及分选信号的性质被选择性地送到细胞的不同部位，这一过程称为蛋白质分选(protein sorting)和蛋白质靶向运输(protein targeting)。另外，细胞外的蛋白质经胞吞作用进入 细胞内部，也经历分选和靶向运输过程。细胞中每一种蛋白质只有到达正确的位置才能行使 其功能，如 RNA和DNA聚合酶必须送到细胞核中才能参与核酸的合成；酸性水解酶必须送 到溶酶体才能进行大分子的降解作用。因此，细胞内蛋白质的分选和运输对于维持细胞的结 构与功能、完成各种细胞生命活动都是非常重要的。 细胞内蛋白质的分选信号以及运输途径和方式 号肽通常引导蛋白质从细胞质基质进入内质网、线粒体和细胞核，同时也引导蛋白质从 细胞核送回到细胞质基质以及从高尔基体送回到内质网；信号斑则引导一些其他分选过程， 如在内质网合成的溶酶体酶蛋白上存在一种信号斑，在高尔基体的CGN中可被N-乙酰氨基 葡萄糖磷酸转移酶所识别，从而使溶酶体酶蛋白上形成新的分选信号M-6-P，进一步在TGN 中被M-6-P受体识别,并分选进入运输小泡最终送到溶酶体（详见第十章）。 每一种信号序列引导蛋白质到达细胞内一个特定的目的地（表10-1）。要运送到内质网 的蛋白质，在其N-末端有一段信号肽，其中间部分有5-10个疏水氨基酸。带有这种信号肽 的蛋白质，都会被运送到内质网，并进一步被运送到高尔基体，其中一部分蛋白质在C-末 端还带有一个由4个氨基酸组成的信号肽，它们在高尔基体的CGN部位被识别并被送回内质 网，是内质网驻留蛋白质；要运送到线粒体的蛋白质，在其N-末端带有一种信号肽，其信 号序列中带阳电荷的氨基酸和疏水氨基酸呈交替排列；要运送到过氧化物酶体的蛋白质，在 其C-末端有一种由三个特征性氨基酸组成的信号肽；要运送到细胞核的蛋白质，其信号肽 中有一串带阳电荷的氨基酸，这一信号序列可位于蛋白质的任何部位。 表10-1 几种典型的信号序列 （引自Alberts等，2002） ________________________________________________________________________ 信号序列的功能信号序列 _________________________________________________________________________ 输入到细胞核 -Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val- 从细胞核输出 -Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile- N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys- 输入到线粒体+H 3 Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu- 输入到过氧化物酶体 -Ser-Lys-Leu-COO- N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile- 输入到内质网+H 3 Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln- 回输到内质网 -Lys-Asp-Glu-Leu-COO- _________________________________________________________________________ 一、细胞内蛋白质运输的途径
内膜系统与蛋白质分选和膜运输试题 1. 如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的? 答: 从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。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, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。 2. 内膜系统的动态特性是如何形成的? 答: 造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的: ①蛋白质和脂的合成活动: 在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动: ③内吞活动(endocytosis pathway),是分泌的相反过程, 细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体。 3. 请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义?
答: 至少有六方面的意义: ①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③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的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了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。 ④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率。 4. 为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一? 答: 这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶); 细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动
1）如何理解膜结合细胞器在细胞内是按功能、分层次分布的? 答：从功能上看, 细胞内膜结合细胞器的分布是功能越重要越靠近中央; 从层次看, 上游的靠内, 下游的靠外。如细胞核位于细胞的中央,它是细胞中最重要的细胞器,有两层膜结构。细胞核的外膜与内质网的膜是联系在一起的, 细胞核的外膜是粗面内质网的一部分。 粗面内质网的功能是参与蛋白质合成, 其作用仅次于细胞核, 所以内质网位于细胞核的外侧。高尔基体在内质网的外侧,接受来自内质网的蛋白质和脂肪,然后对它们进行修饰和分选,它所完成的是内质网的下游工作。溶酶体是含有水解酶的囊泡,它是由高尔基体分泌而来。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, 这种细胞器一般位于细胞质的外侧。另外还有线粒体、过氧化物酶体等分布在细胞的不同部位。如果是植物细胞还有叶绿体和中央大液泡, 它们是按功能定位。2）内膜系统的动态特性是如何形成的? 答：造成内膜系统的动态特性主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的: ①蛋白质和脂的合成活动: 在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动: ③内吞活动(endocytosis pathway),是分泌的相反过程, 细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体 3）请说明内膜系统的形成对于细胞的生命活动具有哪些重要的意义? 答：至少有六方面的意义: ①首先是内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的，这不仅提高了合成的效率，更重要的是保证了膜结构的一致性，特别是保证了膜蛋白在这些膜结构中方向的一致性。②内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区域和微环境，如酶系统的隔离与衔接, 细胞内不同区域形成pH值差异, 离子浓度的维持, 扩散屏障和膜电位的建立等等，以便在蛋白质、脂类、糖类的合成代谢、加工修饰、浓缩过程中完成其特定的功能。③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的定向运输，这不仅保证了内膜系统中各细胞器的膜结构的更新，更重要的是保证了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。④细胞内的许多酶反应是在膜上进行的,内膜系统的形成,使这些酶反应互不干扰。⑤扩大了表面积,提高了表面积与体积的比值。 ⑥区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,提高了反应效率 4. 为什么说蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一? 答：这是因为在细胞生命周期的各个阶段都需要不断补充和更新蛋白质(或酶); 细胞中的线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器都是通过已存在细胞器的分裂增殖的，新形成的细胞器的生长需要大量的蛋白质。细胞本身也是通过分裂增殖的,新形成的细胞为了增大体积，需要不断地补充蛋白。即使是不进行分裂的细胞，由于细胞内蛋白质的寿命限制和降解，也需要不断地补充蛋白质，取代细胞器中丧失功能的蛋白,所以蛋白质的合成和分选运输是细胞中最重要的生命活动之一。 5. 在蛋白质的合成与分泌的研究中分别使用了同位素示踪技术、分离技术和突变体研究技术, 说明这些技术的研究结果各说明了什么问题? 答: 同位素示踪技术确定了分泌的路线, 从内质网开始经高尔基体运 向细胞外;分离技术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
四川师范大学生命科学学院 学科：细胞生物学 题目：蛋白质分选 班级：09级3班 姓名：王强 学号：2009090344
综述：蛋白质的分选 哺乳动物细胞含有上万种蛋白质，除线粒体和植物细胞叶绿体能合成少量蛋白外，绝大多数的蛋白质或者在细胞基质游离的核糖体上合成，或在糙面内质网膜结合核糖体上合成。由于蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分，因此必然存在不同的机制进行蛋白质的分选，将蛋白质转运到细胞特定的部位发挥其功能。只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体，才能参与细胞的各种生命活动。这一过程称为蛋白质的定向转运或称为蛋白质的分选。蛋白质的分选是一个涉及多种信号调控的复杂而重要的细胞生物学问题。 信号假说是1975年，G.Blobel和D.Sabatini等根据实验依据提出的，即分泌蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌蛋白到内质网上合成，然后在信号肽的指导下蛋白质边合成边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束后信号肽被切除。 蛋白质分选主要是指膜结合核糖体上合成的蛋白质, 通过信号肽,在翻译的同时进入内质网, 然后经过各种加工和修饰,使不同去向的蛋白质带上不同的标记, 最后经过高尔基体反面网络进行分选,包装到不同类型的小泡,并运送到目的地, 包括内质网、高尔基体、溶酶体、细胞质膜、细胞外和核膜等。广义的蛋白质分选也包括在游离核糖体上合成的蛋白质的定位。蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位，此过程称为蛋白质的分选。
（一）蛋白质分选途径大体可分为两种： 1）翻译后转运途径：在细胞质基质游离核糖体上完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和支架蛋白，通过该途径进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器的蛋白质，必须在分子伴侣的帮助下解折叠或维持非折叠状态，这有利于通过膜上的输入装置。最近在酵母细胞也发现有些蛋白质在细胞质基质的游离核糖体上合成，然后再转运至内质网中，可见蛋白质的分选对细胞的生活有多么重要的意义啊。 2）共翻译转运途径：蛋白质合成在游离核糖体上起始后由信号肽引导移至糙面内质网，然后新生肽边合成边转入糙面内质网中，在经高尔基体加工包装运输到溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。 （二）蛋白质分选的四种基本类型： 1、蛋白质的跨膜转运：主要指在细胞质基质合成的蛋白质转运至内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。（其中进入内质网与进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等的机制有所不同） 2、膜泡运输：蛋白质通过不同类型的转运小泡从其糙面内质网合成部位转运至高尔基体进而分选运至细胞不同的部位。其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽和融合的过
第六章细胞内膜系统与蛋白质分选 与原核细胞物不同的是真核细胞具有复杂的由内膜构成的功能区隔。细胞内膜系统指在结构，功能或发生上相关的细胞内膜形成的细胞结构，包括核被膜、内质网、高尔基体及其形成的溶酶体和分泌泡等，以及其它细胞器如线粒体，质体和过氧化物酶体等膜包围的细胞器（膜性细胞器）。 内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能主要在于两个方面：其一是扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上。其二是将细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的独特的环境。 本章主要介绍内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体的功能和蛋白质分选，关于线粒体、叶绿体和细胞核的功能与蛋白质分选将分别在第七章（线粒体与叶绿体）和第十二章（细胞核与染色体）中讲解。 第一节内质网 由KR. Porter、A. Claude 和EF. Fullam等人于1945年发现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做内质网endoplasmic reticulum，ER，后来发现内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部，通常还有质膜和核膜相连，并且与高尔基体关系密切，并且常伴有许多线粒体。 一、形态与组成 内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。内质网是内膜构成的封闭的网状管道系统。具有高度的多型性。可分为粗面型内质网（rough endoplasmic reticulum，RER，图6-20）和光面型内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER，图6-21）两类。RER呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间称为ER腔（lumen），膜外有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。肌肉细胞中的肌质网是一种特化的SER，称为肌质网，可贮存Ca2+，引起肌肉收缩。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。 ER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。 ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白，另有30多种位于内质网腔，
第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选和膜泡运输 名词解释 1、胞内体endosome 动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是转运由胞吞作用新摄取的物质到溶酶体被降解。胞内体被认为是胞吞物质的主要分选站。 2、胞吐作用exocytosis 携带有内容物的膜泡与质膜融合，将内容物释放到胞外的过程。 3、胞吞作用endocytosis 通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内（胞饮和吞噬作用） 4、糙面内质网rough endoplasmic reticulum，RER 附着有核糖体的内质网。糙面内质网由许多扁平膜囊组成，主要功能包括合成分泌性蛋白质、溶酶体蛋白、膜整合蛋白以及膜脂分子。 5、蛋白质分选protein sorting 依靠蛋白质自身信号序列，从蛋白质起始合成部位转运至其功能发挥部位的过程。蛋白质分选不仅保证了蛋白质的正确定位，也保证了蛋白质的生物学活性。 6、反面高尔基体管网状结构trans Golgi network，TGN 处于高尔基体反面的管网状结构，主要功能是负责对蛋白质进行分选，并定向将蛋白质转运到胞内或胞外的最终位置。 7、分泌途径secretory pathway 经内质网、高尔基体到细胞表面、溶酶体或植物细胞液泡等的物质分泌路径。其中涉及分泌物的合成、修饰和分泌物外排等过程。该过程包括组成型分泌和可调控型分泌。 8、分子伴侣chaperone/molecular chaperone 一种与其他多肽或蛋白质结合的蛋白质，以防止蛋白质错误折叠、变性或聚集沉淀，对蛋白质的正确折叠、组装以及跨膜转运有意义。 9、甘露糖-6-磷酸mannose-6-phosphate，M6P 溶酶体酶的寡糖链甘露糖残基被磷酸化形成的一个分选标记。 10、高尔基复合体Golgi complex 一种由管网结构和多个膜囊组成的极性细胞器，主要功能是对ER转运来的脂分子及蛋白质进行加工、修饰以及分选。 11、光面内质网smooth endoplasmic reticulum，SER 没有附着核糖体的内质网部分。光面内质网成分支管状，功能包括类固醇激素合成，有机物的解毒，将葡萄糖-6-磷酸迅速转化成葡萄糖以及钙离子的储存等。 12、过氧化物酶体peroxisome 真核细胞中含多种活性酶的细胞器。利用分子氧氧化有机物。 13、跨细胞转运transcytosis 以胞吞作用从细胞的一侧摄取物质，形成膜泡在细胞内运输，并以胞吐作用从细胞的另一侧释放出去的膜泡转运方式。 14、磷脂转移蛋白phospholipid transfer protein 将磷脂从一种生物膜转移到另一种生物膜的水溶性转运蛋白，存在于细胞质基质中。 15、膜泡运输vesicular transport 以膜泡的形式将蛋白质、脂分子等物质从细胞一个区间转运到另一个区间。
内膜系统与蛋白质分选(一)答案 一、选择题1、是2、C 3、C 二、填空题 1、1.所有膜结构中 2.内质网膜上 2、1. -氨基己糖脂酶A 2.神经节苷脂 3、1.多 2.基本相同 4、1.铁氧还蛋白 2.cytb6/f复合体 5、1.受体2.转运蛋白 3.酶 6、1.角蛋白 2.结蛋白 3.波形蛋白 7、1.质子泵 2.多种载体蛋白 3.高度糖基化 8、1.尔高基体的反面管网结构 2.前溶酶体 3.细胞质 4.前溶酶体 9、外在 10、1.粗面内质网 2.驻留信号（KDEL或HDEL） 11、1.N-乙酰葡萄糖胺 2.N-乙酰半乳糖胺 12、1.mRNA的长度 2.基本相同 13、Q循环 14、1.所有膜结构中 2.内质网膜上 15、层粘连蛋白 16、1.胞质中的pH 2.胞质中的自由Ca2+浓度 17、1.P- 2.V- 18、1.信号序列（导肽） 2.分子伴娘（热休克蛋白） 三、是非题（正确的写“是”，错误的写“否”） 1、否 2、否 3、否 4、是 5、是 6、否 7、否 8、否 9、否10、否 11、是12、是13、是14、否15、否16、是17、是18、否19、否 四、名词解释 1、经内吞作用把转运物质从细胞一侧摄入后，再经外排作用从细胞另一侧输出的跨细胞运输方式。 2、专一性抗体或外源凝集素可与细胞表面的膜蛋白抗原或膜表面糖蛋白和糖脂上的特异糖残基结合，从而诱导膜蛋白分子或膜表面的糖蛋白和糖脂分子相互交联，使之在细胞表面的分布均匀逐渐向某一区域集中，变为成簇分布，然后便聚集成斑，产生该过程的现象称为成斑现象。 3、生物膜中嵌入蛋白质外围约一个分子厚度不能运动的脂质分子，对膜蛋白的流动性具有阻滞作用。 4、细胞合成和分泌的各种物质反过来又通过与细胞表面受体的作用，调节自身的生长和分化，即细胞对其自身分泌的物质起反应的现象。 5、蛋白质的氨基酸残基与糖链的共价结合，主要包括N-连接糖基化和O-连接糖基化等类型。其功能可能与细胞识别、多肽折叠与稳定性有关。 6、有关激素与质膜受体作用机理的假说。主要内容是：激素分子与膜受体结合形成复合体后便在膜上进行侧向移动，一旦与腺苷酸环化酶相遇耦联，就能导致其构象变化而被激活。一旦激素稀释或解离，受体和腺苷酸环化酶又经移动而回到非耦联状态。 7、几个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上，同时进行肽链的合成，这种多个核糖体与mRNA的聚合物称为多核糖体。
第六章细胞内膜系统与蛋白质分选 第五节膜泡运输 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体；细胞分泌物的外排，都要通过过渡性小泡进行转运。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在于不止一种细胞器，可见不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。 大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。衣被具有两个主要作用：①选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；②如同模具一样决定运输小泡的外部特征，相同性质的运输小泡之所以具有相同的形状和体积，与衣被蛋白的组成有关。 胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白（motor proteins）。与膜泡运输有关的马达蛋白有3类：一类是动力蛋白（dynein），可向微管负端移动；另一类为驱动蛋白（kinesin），可牵引物质向微管的正端移动；第三类是肌球蛋白（myosin）,可向微丝的正极运动。在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特定的区域， 一、衣被类型 已知三类具有代表性的衣被蛋白，即：笼形蛋白（clathrin）、COPI和COPII，个介导不同的运输途径（表2）。 表2 衣被小泡的类型与功能
（一）笼形蛋白衣被小泡 笼形蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。 笼形蛋白分子由3个重链和3个轻链组成（图6-2），形成一个具有3个曲臂的形状（triskelion）。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成一个具有5边形网孔的笼子（图6-3）。 图6-2 笼形蛋白的结构，A电镜照片，B分子模型，C衣被模型引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002 图6-3 笼形蛋白衣被小泡的形态