第五章内膜系统

内膜系统第五章内膜系统（endomembranesystem）线粒体及植物细胞中的叶绿体虽也是具膜结构，但它们在结构、功能和发生上具有一定的独立性，故不列入内膜系统。内膜系统是真核细胞所特有的，是细胞完成多种复杂生命活动所必需的结构。细胞器的组成、形状、结构和功能各异，有些有界膜，有些无界膜。针对细胞质膜而言，将细胞质膜内结构、功能及发生上有一定联系的具膜结构称为内膜系统（endomembranesystem）。内膜系统之间膜是相互流动的，在功能上相互协同，处于动态平衡。细胞内核被膜与质膜之间存在的、有特定的结构、包含一套独特的酶或其他分子、执行各自的功能的结构－称为细胞器主要内容内质网（endoplasmicreticulum）高尔基复合体（Golgicomplex）溶酶体（lysosome）过氧化物酶体（microperoxisome）蛋白质的分选与细胞结构的装配第一节内质网（endoplasmicreticulum，ER）内质网是真核细胞重要的细胞器，是由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。特点：内质网是由一层生物膜围成的扁平囊和管泡所组成；形态变化较大，在不同的细胞中，其形态、数量和分布不同，在同一细胞的不同发育时期和不同生理状态下也有变化，细胞分裂过程中，内质网要经历解体和重建过程；内质网的基本成分是脂质和蛋白质；内质网是分泌蛋白（酶、激素、抗体）、糖类、脂类合成及加工的基地。内质网的形态结构一、内质网的结构和类型根据内质网表面是否有核糖体附着，将内质网分为粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）和光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）两种类型。微粒体（mirosome）是人为形成的一种内质网结构。人们利用细胞组分分级分离方法，从细胞匀浆中分离出大量内质网碎片，形成的近球形的囊泡结构，称为微粒体。由于体外实验中，这种微粒体仍具有蛋白质合成、蛋白质糖基化及脂质合成等功能，所以在生化研究中，常把微粒体与内质网等同看待。（一）粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）粗面内质网又称颗粒状内质网（granularendoplasmicreticulum，GER），其内质网膜的细胞质面有核糖体附着。内质网膜上有核糖体连接蛋白（ribophorin），通过核糖体连接蛋白，核糖体的大亚基与内质网膜相连接。1．核糖体的附着方式核糖体大亚基的圆锥体顶部与内质网膜相接触，大、小亚单位间的缝隙与内质网膜平行，中央管为新合成肽链输出的管道，新肽链即由此管被释放到内质网腔内。粗面内质网内腔是分泌蛋白加工、贮存和运输的场所。图附着在内质网膜上的核糖体称为附着核糖体或膜旁核糖体，可以是单核糖体，也可是多核糖体，它们在粗面内质网膜上的排列方式和主要功能并不相同。蛋白质合成机能旺盛的细胞中，粗面内质网膜上核糖体的排列较为致密，反之则稀疏。2．细胞的机能状态与粗面内质网的形态、数量和分布的关系不同细胞中粗面内质网的形状、数量和分布有很大差异，它们直接影响细胞的功能。通常功能相似的细胞中，粗面内质网的形状、数量和分布基本相似。合成分泌蛋白旺盛的细胞，粗面内质网特别发达。如肝细胞、胰腺外分泌细胞、浆细胞、唾液腺细胞等，其粗面内质网常呈板层状紧密排列，占细胞质的绝大部分。在干细胞、胚胎细胞等未分化或未成熟的细胞中，粗面内质网的数量则较少，其细胞质中分布有大量游离核糖体，以合成内源性蛋白质，供细胞生长、分裂的需要。在分化程度低、生长快的癌细胞中，除偶见少数粗面内质网外，均为游离的多核糖体。而分化程度高、生长慢的癌细胞中，粗面内质网则较多。常依此作为癌细胞分化的指标之一。（二）光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）光面内质网又称无颗粒内质网，它是由分支小管或囊泡构成的膜性网状结构，少数呈扁平囊状或板层状，其膜的表面无核糖体附着。在细胞中常以一端与粗面内质网相连，也与核膜或高尔基复合体相连。1.光面内质网的数量与分布不同的细胞中光面内质网的发达程度及分布不同。大多数细胞中不发达，但在合成脂类及糖类的细胞中则比较发达。在肝细胞中散在存在；在肾皮质细胞中集中于某一区域；在分泌类固醇激素的细胞、小肠上皮细胞及胃腺壁细胞中，光面内质网则特别发达。2.光面内质网膜组分的动态变化规律光面内质网膜中脂质和蛋白质的比例约1∶1，其中磷脂占脂质成分的70%～90%；蛋白质的种类依细胞种类不同而不同。如肝细胞的光面内质网膜中含有氧化还原酶系、葡萄糖-6-磷酸酶及腺苷酸环化酶等。光面内质网膜的增减，是在原有膜的基础上，单独加入新组分或除去几种蛋白质或脂质，这样的结果就不会明显地影响原来膜的结构和功能。光面内质网膜上的蛋白质和磷脂成分是由粗面内质网合成的，而其它脂质成分则是在光面内质网膜上合成的。不同细胞中光面内质网与粗面内质网的比例不同，如胰腺外分泌细胞中几乎全部是粗面内质网；而横纹肌和平滑肌细胞中全部是光面内质网；肝细胞则二者兼有之。二、内质网的功能内质网是结构较为复杂的网管状膜系统，膜上分布着多种酶类及特异性蛋白，是细胞内蛋白质和脂质合成、贮存、加工及运输的基地。两种内质网的功能有所不同。（一）粗面内质网的功能合成分泌性蛋白合成膜蛋白对蛋白质进行糖基化修饰肽链的折叠与组装蛋白质的转运1.分泌性蛋白的合成分泌性蛋白又称输出性蛋白，包括多种肽类激素、酶类（如消化酶）及抗体（如Ig）、基质蛋白、细胞因子等。其中，附着在内质网膜上的核糖体（附着核糖体或膜旁核糖体）是蛋白质合成的主要部位；而蛋白质的贮存、加工与运输则在内质网腔内进行。比较粗面内质网上蛋白质的合成与游离核糖体上蛋白质的合成。①合成的部位都是在核糖体上；②游离核糖体合成的肽链，在核糖体中合成后即被释放到细胞质中，然后，经进一步的盘曲、折叠，形成具有一定空间构型和功能的蛋白质，填充到各种需要的部位，即形成的是结构蛋白；③粗面内质网上合成分泌性肽链的核糖体与内质网膜相接触，并把合成的肽链释放到内质网腔中。分泌性蛋白质的合成及移入内质网腔的过程----信号假说（signalhypothesis）信号假说的基本要点是：核糖体与内质网的结合是特异的和暂时性的；分泌性蛋白质的合成先在游离核糖体上合成一段信号肽，再由该信号肽引导此核糖体与内质网膜结合；合成的分泌性蛋白质要进入到内质网腔。2．膜蛋白的合成膜蛋白的合成，其开始阶段亦在游离核糖体上进行，之后也是在SRP介导下再转而附着到ER上进行。但是由于是跨膜的整合蛋白，整个肽链必须有一段或多段疏水区停留在脂双层中，其余的露在膜的表面，于是其合成过程便与分泌蛋白有所不同。3．蛋白质的糖基化修饰蛋白质的糖基化是指单糖或寡糖与蛋白质结合形成糖蛋白的过程。动物细胞中主要有三种类型的糖蛋白，即存在于细胞膜上的膜糖蛋白、存在于细胞大部分分泌物中的分泌性糖蛋白及存在于溶酶体的溶酶体酶糖蛋白。糖蛋白由多糖骨架和多糖侧链组成，多糖侧链又由核心部分和末梢部分构成。其中，多糖侧链的核心部分富含N-乙酰葡萄糖（GlcNAc）和甘露糖（Man），末梢部分则富含半乳糖（Gal）和唾液酸（SA）。蛋白质N-糖基化(glycosylation)糖基化伴随着多肽合成同时进行。在内质网腔面，寡糖链连接在膜脂的多萜醇上，当与糖基化有关的天冬氨酸出现后，膜上的转糖酶把寡聚糖转移到天冬氨酸残基上。4．肽链的折叠与组装生物体内蛋白质功能是通过新生肽链折叠形成一定的空间结构而实现的。内质网腔内丰富的氧化型谷胱甘肽、蛋白二硫异构酶和分子伴侣是多肽链折叠的重要环境基础。由于氧化型谷胱甘肽的存在，使得内质网腔中的氧化还原电位趋于氧化状态，为内质网提供了一个形成二硫键的氧化环境，同时，也给肽链的正确折叠带来很大困难。整合蛋白（bindingprotein，Bip），可以识别不正确折叠的蛋白质或未装配好的蛋白亚单位，使它们滞留在内质网中不被释放，从而保护它们在运送过程中或者继续装配中不受损坏。i)蛋白二硫异构酶切断错配的二硫键，形成低能量的准确的二硫键构象ii)进入内质网腔的分泌蛋白在分子伴侣的帮助下进行正确的折叠分子伴侣(chaperon)：是识别未折叠或错误折叠的蛋白质，与它们结合、使它们完成正确折叠，但自身却不是终产物成分的一类蛋白质。由于它类似酶但又无酶的专一性特征，所以称为分子伴侣。5．蛋白质的转运粗面内质网合成的分泌性蛋白质，通常以出芽方式将蛋白质包裹成膜性运转小泡，以囊泡形式进行运输，与细胞膜融合后通过胞吐方式将分泌性蛋白质释放（分泌蛋白在胰腺细胞中的分泌途径）。而膜蛋白、糖蛋白等则要经过与高尔基体的融合及加工过程，再形成小泡，并组入细胞膜或形成初级溶酶体。胰腺的腺泡细胞培养液中加入用同位素标记的氨基酸，短暂标记后观察同位素走向（同位素氨基酸参与蛋白质合成）。发现同位素从粗面内质网、至高尔基体、至分泌小泡、至质膜、至胞外。（二）光面内质网的生物学功能脂类的合成糖原代谢解毒作用其它功能1．脂类的合成SER膜上含有合成固醇的全套酶系，可使脂肪酸氧化生成乙酰辅酶A，其中乙酰基经胆固醇合成固醇类激素。新形成的磷脂分子依靠非特异的翻转酶（flipase）实现由基质面向腔面的快速转移。肾上腺皮质细胞、卵巢黄体细胞和睾丸间质细胞中含有大量的SER 。光面内质网膜上合成的脂质通过膜性运输小泡转运至质膜、高尔基体膜、溶酶体膜及其它胞内体膜。2．糖原代谢光面内质网上有葡萄糖-6-磷酸酶存在，该酶能将糖原在细胞质中的降解产物葡萄糖-6-磷酸分解为葡萄糖和磷酸。生成的葡萄糖被送入内质网腔，再运送至血液中供其它细胞使用。故在肝细胞中，光面内质网常与糖原颗粒相伴随出现于胞质的某一区域。葡萄糖-6-磷酸酶是内质网的标志酶。3．解毒作用光面内质网中含有一系列与解毒有关的氧化酶系和转移酶系，如细胞色素C还原酶、细胞色素P450等，它们在光面内质网上形成电子传递体系，在电子传递、氧化还原过程中，使多种化合物氧化，从而钝化或破坏毒物或药物的毒性。由肠道吸收的外源性有毒物质或药物及机体代谢自生的内源性毒物，大多数经过肝细胞内的SER通过氧化、甲基化、结合等方式，使毒性降低、失毒或利于排泄。4.其他功能在肌细胞中光面内质网是Ca++贮存场所，可通过释放和回收Ca++调节肌肉收缩。哺乳动物胃腺中的壁细胞有发达的SER，因而它与盐酸分泌和渗透压的调节有关。与胆汁生成有关：10%的胆盐由肝细胞中的SER合成。在许多细胞中，光面内质网的功能尚待进一步探讨。（三）内质网与基因表达的调控内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程是一个精确调控的过程。影响内质网细胞核信号转导的三种因素： 内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。 折叠好的膜蛋白的超量积累。 内质网膜上膜脂成份的变化—主要是固醇缺乏通过不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达第二节高尔基复合体（Golgicomplex）首先由意大利科学家CamilloGolgi在1898年发现。普遍存在与各种细胞当中。高尔基复合体是由表面光滑的圆盘状扁囊聚集组成的结构，扁囊间彼此有间隔，其周边部分往往或多或少膨大。高尔基复合体的形态结构一、基本结构高尔基复合体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成，并且至少由互相联系的4个具体部分组成。高尔基复合体各部膜囊的４种标志细胞化学反应：高尔基复合体的膜囊上存在微管马达蛋白和和微丝马达蛋白。最近还发现特异的血影蛋白网架。另外高尔基复合体与细胞骨架关系密切，它们在维持高尔基复合体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。扁囊弯曲成凸面 又称形成面（formingface）或顺面（cisface）面向质膜的凹面（concave）又称成熟面（matureface）或反面（transface）嗜锇反应显示高尔基复合体cis面膜囊；焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面1～2层膜囊；胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans面膜囊状和管状结构GERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高尔基复合体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基复合体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成。烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊（一）高尔基复合体的4个组成部分高尔基复合体顺面网状结构（cis-Golginetwork，CGN）又称cis膜囊高尔基复合体中间膜囊（medialGolgi） 多数糖基修饰； 糖脂的形成； 与高尔基复合体有关的多糖的合成高尔基复合体反面网状结构（transGolginetwork，TGN）周围大小不等的囊泡 形成面的小泡成熟面的大泡小泡的并入和大泡的离去，使内质网、小泡、扁平囊泡、大泡和细胞膜及溶酶体间的膜成分处于不断地新陈代谢之动态变化中高尔基复合体顺面网状结构膜性小泡的融合部位分拣来自内质网物质，转入中间膜囊或再返回蛋白丝氨酸残基发生O--连接糖基化；跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；日冕病毒的装配高尔基复合体反面网状结构TGN中的低pH值；标志酶CMP酶（胞嘧啶单核苷酸酶）TGN的主要功能： 参与蛋白质的分类与包装、运输； 某些“晚期”的蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣膜”作用，保证单向转运小泡小泡也称运输小泡，在形成面或扁平囊泡的周围数量较多。由粗面内质网向高尔基复合体的形成面的膜局部出芽而形成，小泡内装有粗面内质网所合成的蛋白质。功能是将粗面内质网所合成的蛋白质转运给高尔基复合体，进而与扁平囊泡的形成面相融合，使扁平囊泡的膜成分不断得到补充。大泡大泡也称浓缩泡或分泌泡，存在于成熟面所围绕的区域，多见于扁平囊泡的两端，数量少于小泡。由成熟面扁平囊泡的膜局部膨大、分离而成，中央和边缘居多。其内容物为经高尔基复合体合成、加工和浓缩后的产物，内容物电子密度的不同代表不同的成熟阶段。大泡将转变成未成熟的溶酶体、微体及各种分泌小泡。（二）极性高尔基复合体的形态学极性高尔基体结构形成面成熟面扁平囊泡小、窄、不连续大、宽、囊管状内容物稀薄透明致密浓缩膜厚度6nm（近似于内质网膜）8nm（近似于细胞膜）膜内面糖衣薄厚膜化学组分极性胆固醇、鞘磷脂含量低高卵磷脂含量高低化学反应极性（三）高尔基复合体的形态结构与细胞机能状态的关系形态结构的多样性发达程度与细胞的分化程度密切相关高尔基复合体在细胞内的位置变化在同一类型的细胞中，高尔基复合体的形态和位置相对稳定。在一些病理状态下，细胞中的高尔基复合体常发生异常变化，如数量增减、囊泡扩张或收缩等。二、高尔基复合体的生物学功能高尔基复合体含有多种酶类，如糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、酰基转移酶、糖苷酶及氧化还原酶类、磷酸酶、激酶和磷脂酶等，其中，糖基转移酶是其特征性酶，它能将寡糖转移到蛋白质上形成糖蛋白。高尔基复合体的各部分含有不同的膜组分及不同的酶类，具有不同的功能，它们顺次对底物进行加工和修饰，完成蛋白质及脂类的分选、加工、修饰及产物的浓缩和转运排出等分泌活动。同时，溶酶体的形成、膜的转变等也与高尔基复合体密切相关。分泌蛋白在细胞内的运输糖蛋白糖链的合成、加工与修饰（一）分泌蛋白在细胞内的运输1、运输过程粗面内质网分泌蛋白移行性内质网出芽运输小泡与形成面融和推进至成熟面膨大出芽分泌颗粒微丝微管暂存顶端质膜融和释放2．分泌蛋白在高尔基复合体中的浓缩实验发现：在胰外分泌细胞的分泌颗粒中，带有正电荷的胰消化酶与带有负电荷的硫酸根结合，使分泌蛋白发生沉淀和浓缩；而带有负电荷的分泌蛋白则由Ca++、Zn++等阳离子沉淀和浓缩。因此认为该浓缩机制是高尔基复合体中正负电荷中和沉淀的结果。3．分泌蛋白在高尔基复合体中的硫酸化作用Young（1974）发现高尔基复合体有摄取硫的功能。其硫酸化反应的硫酸根供体是3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸，它从细胞质基质中转入高尔基复合体膜囊内，在酶的催化下将硫酸根转移到肽链中酪氨酸残基的羟基上。硫酸化的蛋白质主要为蛋白聚糖。现已发现，糖蛋白、蛋白多糖、糖脂等可在高尔基复合体中硫酸化，形成粘蛋白、硫酸软骨素、硫酸化葡萄糖鞘脂类等。（二）糖蛋白糖链的合成、加工与修饰糖蛋白的糖链是由连接多肽链的核心部分和远离肽链的末梢部分组成的。其糖链的核心部分在粗面内质网内合成，而末梢部分则在高尔基复合体中逐个加上相关的糖基后形成。图示示多糖侧链（寡糖链）末梢部分的合成。三、高尔基复合体与细胞内的膜泡运输高尔基复合体在向外膜泡运输与内吞膜泡运输中起着调控与枢纽作用。溶酶体的水解酶在粗面内质网中合成，经高尔基复合体加工后形成初级溶酶体。膜泡运输过程或膜流过程伴随着膜组分的变化。高尔基复合体形成的分泌泡，除部分进入溶酶体的转运小泡外还有结构性分泌和调节性分泌。植物细胞含有纤维素和果胶质的细胞壁物质也是在高尔基复合体中合成的。第三节溶酶体溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体的结构类型溶酶体的生物学功能一、溶酶体的结构类型溶酶体膜的特征： 嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境； 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。溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）类型类型根据溶酶体内有无底物或底物被消化状态，将溶酶体分为初级溶酶体、次级溶酶体及终末溶酶体。初级溶酶体（primarylysosome）次级溶酶体（secondarylysosome）终末溶酶体或残余小体（residualbody）初级溶酶体（Primarylysosome）刚从高尔基复合体的扁平囊泡或GERL上脱落形成，基质pH>6.0，溶酶体酶与膜上的甘露糖-6-磷酸（Man-6-P）受体结合暂无活性，无底物掺入，也称为不活动溶酶体（inactivelysosome）。次级溶酶体（Secondarylysosome）初级溶酶体中有底物掺入后即为次级溶酶体。pH3.0~6.0，溶酶体酶从甘露糖-6-磷酸受体（Man-6-P）释放，对底物进行消化。根据底物来源不同分为：自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（phagolysosome）多泡体混合溶酶体图终末溶酶体次级溶酶体中，底物经过各种水解酶消化成的氨基酸、糖类及脂肪酸等透过溶酶体膜被细胞利用，同时酶的活力减弱或消失，膜内则剩下一些不能被消化的物质，这时的溶酶体称为终末溶酶体（Telolysosome）或残余小体（residuebodies）。表现形式：脂褐素（lipofusin）残留物为脂质物质，器官衰老的标志。髓鞘样结构（myelinfigure）成因可能是酶的缺乏或活力被抑致使一些未完全消化的脂类水化后形成了水化层结构；或者是底物膜性成分残留无法消化完全形成。含铁小体内容物为高电子密度的含铁颗粒小体。二、溶酶体的生物学功能（一）自噬作用（二）参与细胞摄取营养和防卫作用（三）细胞的自溶作用（四）组织改建作用粒溶作用溶酶体将细胞内过剩的分泌颗粒溶解消化，这一作用称为粒溶作用（granulolysis）。酵母和植物细胞由于缺乏溶酶体，其蛋白质从高尔基复合体被运送到一特殊的细胞器—液泡（vacuole）中，液泡在这些细胞中除承担溶酶体的功能外，还要完成其它功能，如营养物质的贮存、保持膨压和渗透平衡。与溶酶体相比，其蛋白质通过短肽而不是糖标记物被直接运到液泡。自噬作用借自噬溶酶体消化细胞自身退变或崩溃的结构，使之成为可再利用物质的作用即自噬作用。通常溶酶体中的水解酶能把一些内源性物质彻底消化分解为氨基酸、脂肪酸、甘油、核苷、磷酸及单糖等水溶性小分子，然后通过溶酶体膜进入到细胞质中，被细胞重新利用或排出到细胞外。在正常状态下，自噬作用可清除细胞内一些衰老退化的细胞器、多余的分泌颗粒等细胞结构，借以更新细胞结构、保持细胞结构与功能的平衡。参与细胞摄取营养和防卫作用通过异噬溶酶体把从细胞外吞入的大分子营养物质和有害因子分解成细胞所需要的部分营养物质，从而对细胞起营养和防卫作用。细胞所需要的大部分小分子营养物质是通过细胞膜直接从血液中吸取的，溶酶体则间接地帮助细胞吸收那些不能直接通过细胞膜的大分子物质，其吸收方式即通过内吞作用形成吞噬体或饮泡进入细胞内，再与初级溶酶体融合，进而被消化。其消化产物扩散到细胞质中，被细胞利用或参与细胞代谢，以补充细胞内所需的营养，不能消化的物质则成为残余小体。通过巨噬细胞、噬中性粒细胞等吞噬细胞的吞噬作用，把细菌、病毒等外源性有害因子摄入细胞内，再由溶酶体对其进行消化、分解，消灭毒害，达到防卫作用。细胞的自溶作用机体的正常生命过程中，一些细胞死后，其溶酶体膜破裂，引起细胞自溶；高等动物死后，其消化道粘膜迅速腐败，也是溶酶体破裂所致。可见，溶酶体对保证机体的正常代谢是非常有益的。而当机体细胞突然缺氧或受某种毒素作用等异常情况发生时，溶酶体在细胞内破裂，出现细胞自溶现象，往往造成周围组织发炎、损伤，甚至坏死。研究表明，蛋白酶、VA、VE、χ-射线、紫外线及睾丸酮、孕甾酮等因子可增强溶酶体膜的透性或脆性；可的松、胆固醇、氯奎、糖皮质激素、阿司匹林等因子能够增加膜结构的稳定性。人们可以利用这些因子，人为地改变溶酶体膜的透性，有效进行疾病防治。组织改建作用在器官的分化、发育和组织改建过程中，溶酶体酶可通过出胞作用释放到细胞外，发挥组织降解作用，以清除掉旧的结构，为组织的重建扫清障碍。如蝌蚪的弃尾、人的消尾、昆虫的蜕皮；破骨细胞清除旧的骨质；受精卵的形成；哺乳动物产后子宫内膜的消退等都是在溶酶体的作用下实现的。第四节过氧化物酶体（microperoxisome）过氧化物酶体又称微体(microbody)，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。 除了成熟的红细胞外，这种细胞器几乎存在于所有的动物细胞之中。过氧化物酶体包含两大类蛋白质分子，一类是镶嵌于膜上的蛋白质分子，另一类是内部的酶分子。这两类蛋白质分子都是由核基因编码，在游离的核糖体上合成，然后定向运输并组装到过氧化物酶体的。当过氧化物酶体体积增加到足够大以后，便分裂为多个新的过氧化物酶体。过氧化物酶体的功能主要是由这两类蛋白质分子来完成的：膜上的转运蛋白将底物从细胞质运进过氧化物酶体，然后在内部酶分子的作用下将底物分解，终产物又被转运回细胞质中，参与其他生化反应。因此说，过氧化物酶体是一种“来料加工”型的细胞器。过氧化物酶体特征酶：一是依赖于黄素的氧化酶，其作用是将底物氧化形成Ｈ２Ｏ２；二是过氧化氢酶，作用是将Ｈ２Ｏ２分解，形成水和氧气。这两种酶相互偶联，使细胞免受Ｈ２Ｏ２的毒害。过氧化物酶体的形态结构与化学组成—过氧化物酶体与溶酶体的区别 过氧化物酶体的发生 过氧化物酶体的生物学功能鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P）和其它细胞器如线粒体（M）等（Albertetal.，1989）过氧化物酶体的发生两种观点：组成过氧化物酶体的酶来源于粗面内质网，经rER出芽形成；组成过氧化物酶体的酶来源于游离核糖体，被摄入过氧化物酶体，新的过氧化物酶体由老的过氧化物酶体出芽形成。（现在更多的观点趋向后者）过氧化物酶体的膜脂及膜蛋白在内质网上合成后转运而来。过氧化物酶体的生物学功能动物细胞和植物细胞中的过氧化物酶体所含有的酶类各不相同，所以在生理功能上有很大差异。目前，对植物细胞中过氧化物酶体的研究比较清楚，但动物细胞过氧化物酶体的功能尚不十分清楚。鉴于过氧化物酶体所含有的酶类，其可能的功能是：1．分解过氧化氢成为水，防止细胞中毒。如饮进的酒精约半数是在过氧化物酶体中氧化分解的。2．参与脂肪转化为糖类的过程。3．参与两栖类和鸟类等烟酰胺腺嘌呤二核苷酸的氧化作用。4．为碳水化合物氧化提供了一个辅助场所。5．参与部分脂肪的代谢。过氧化物酶体在发生上可以看成是一种原始氧化和产能的细胞器的遗迹，在进化过程中其功能逐渐被线粒体所代替。在某些细胞中，过氧化物酶体与线粒体在呼吸过程中具有协同作用。第五节蛋白质的分选与细胞结构的装配除线粒体和叶绿体中能合成少量蛋白质外，细胞中的绝大多数蛋白质是在细胞质基质中合成的，这些蛋白质只有转运至细胞的特定部位并装配成一定结构和功能的复合体后，才能进一步参与细胞的生命活动，这一过程称为蛋白质的分选（proteinsorting），它包括蛋白质从合成到降解的全过程。蛋白质等生物大分子物质经过逐级装配，从而形成具有生命活动功能的细胞结构体系。蛋白质的分选信号分选的基本途径与主要类型细胞结构体系的装配分选与装配的意义信号假说内容指导因子：蛋白质N-端的信号肽（signalpeptide）信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白dockingprotein，DP）等1975年，G．Blobel和D.Sabatini等在大量实验的基础上提出了信号假说（signalhypothesis），即分泌性蛋白N端的一段序列作为信号肽指导分泌性蛋白质在粗面内质网上的合成，蛋白质合成结束之前，该信号肽再被切除。典型蛋白分选信号序列信号功能举例进入内质网+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滞留在内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-进入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-进入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-进入过氧化物酶体+H3N-Ser-Lys-Leu-注:+H3N为蛋白N端；COO-为蛋白C端.分选的基本途径与主要类型细胞内蛋白质的分选有两种基本途径，一种是多肽链在细胞质基质中合成后转运到具有膜的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核、内质网及细胞质基质的某些特定部位；另外一种蛋白质合成起始后即由信号肽牵引转移至粗面内质网腔内，再经高尔基复合体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外，内质网和高尔基复合体自身蛋白成分的分选也是通过这种途径进行的。1．跨膜运输（transmembranetransport）细胞质基质中合成的蛋白质跨越膜结构，转运到内质网、线粒体、叶绿体或过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质分选方式。因进入不同细胞器而机制有所不同。2．膜泡运输（vesiculartransport）粗面内质网上合成的蛋白质通过各种类型的运输小泡运至高尔基复合体，再运至细胞不同部位的分选方式。包括各种不同运输小泡的定向运输及膜泡出芽与融合的过程。其中，运输小泡在不同包膜分泌物的分子运输中充当重要角色。3．选择性转运细胞质中合成的蛋白质通过核孔复合体选择性的进行核输入或核输出的分选方式。植物细胞间通过胞间连丝运送蛋白的方式也属此类。4．细胞基质中蛋白质的运转细胞质基质中及粗面内质网上合成的蛋白质是在细胞质基质中分选的。此分选过程与细胞骨架系统的分布与活动密切相关，机理尚不十分清楚。细胞结构体系的装配1．自我装配（self-assembly）主要依赖自身所携带的信息进行亚基的自我装配，同时还依赖细胞提供的环境，如pH、离子浓度等。2．辅助装配（aided-assembly）装配过程中除依赖自身所携带的信息进行亚基的自我装配外，还需要其它成分的参与或对亚基进行修饰，以保证装配的顺利进行。3．直接装配（direct-assembly）亚基直接装配到已形成的结构上，如细胞膜的装配。细胞内的许多代谢活动都是以蛋白质与蛋白质、蛋白质与核酸、蛋白质与磷脂等先装配成复合物，然后以此为基础进一步装配出各种具特定功能的细胞器，参与细胞的代谢与功能活动。同时，细胞结构体系之间相互协同、相互配合，共同完成细胞的生命活动。其中细胞骨架体系在细胞结构体系的整体装配过程中具有重要作用。分选与装配的意义　减少和校正蛋白质合成中出现的错误　减少所需的遗传物质信息量　通过装配与去装配更容易调节与控制多种生物学过程内质网模式图-1内质网模式图-2a微粒体制备；b由sER形成（透射电镜）；c由rER形成（透射电镜）；扫描电镜图。SRP(signalrecognitionparticle):信号识别颗粒，识别新生肽上的信号肽，与之结合，暂停蛋白合成，引导移位至内质网膜上。信号肽：分泌蛋白的N端有一段特别的信号序列，在核糖体合成多肽链时，它引导多肽和核糖体到达内质网膜上，在此处完成多肽链合成。停泊蛋白(dockingprotein)：内质网膜上SRP的受体。信号肽酶：内质网中切除信号肽的蛋白酶。概念信号肽(signalpeptide)0.胞质中游离的核糖体起始蛋白质合成，信号肽序列完成；3.SRP释放新生肽，翻译继续，新生肽进入通道；4.信号酶切除信号肽；5.肽链进入内质网腔进行修饰折叠。此后核糖体解读mRNA终止密码子即停止翻译，合成完毕；核糖体脱离网膜，大小亚基解离，膜蛋白重新分散。蛋白质共翻译转运的机制微体与初级溶酶体的特征比较END高尔基复合体的膜泡运输结构性分泌调节性分泌粗面内质网合成蛋白质时膜结构的变化结构性分泌高尔基复合体形成的分泌泡不断地将膜脂和膜蛋白运送到细胞表面，用来以补充和更新细胞质膜。调节性分泌分泌泡成熟后暂时贮存在细胞质中，当受到外来信号的刺激后，分泌泡释放到细胞外，例如含有肽激素和胰蛋白酶的分泌泡。跨膜蛋白的合成涉及其自身的两种aa序列：一种是开始转移序列（starttransfersignalsequence），引导肽链穿过内质网膜；另一种是停止转移序列（stoptransfersequence），当这类序列穿越膜移动到脂双层时，其后的肽链即停止在ER膜上，不进入ER腔。跨膜蛋白的合成涉及其自身的两种aa序列：一种是开始转移序列，引导肽链穿过内质网膜。另一种是停止转移序列，当这类序列穿越膜移动到脂双层时，其后的肽链即停止在ER膜上，不进入ER腔。不同类的跨膜蛋白所含这两种序列的情况及其合成情况：一次跨膜的蛋白，分三种不同情况：这类的停止转移序列位于膜链内部。停止序列及其之前部分的合成和转移与分泌蛋白相同。其开始序列即信号肽最后亦被切除分解。但停止序列以后的肽链一般都不转移进ER腔。（1）开始转移序列位于N’端，且N端进入ER腔内（2）开始序列不在N’末端，N端进入ER腔N端最先合成，合成了“开始序列”及其后的一段（加“起始”大约70aa）肽后才附到ER上。“开始转移序列”本身的N端相对更富含带电的疏水性氨基酸。因此它此端插入膜脂双层，并引导蛋白合成的N端转移到ER膜内。“开始序列”同时又是蛋白合成其余部分（C‘端的部分）的“停止转移序列”！所以其之后的整个肽链直至C‘末端，全被留在胞质溶胶中。（3）开始序列不在N’末端，C端进入ER腔开始序列本身的C’端更富含疏水aa，因此，整个蛋白的N’端被留在胞质溶胶中，C’端则进入ER。多次跨膜蛋白多次跨膜蛋白的不同之处是，它们有多个“开始序列”和“停止序列”。过氧化物酶体在细胞中的分布过氧化物酶体主要存在于某些动物及植物细胞中，常见于动物的肝细胞、肾上皮细胞、支气管无纤毛上皮细胞、高等植物的叶肉细胞及酵母中。2　参与机体免疫过程体内由于有强大吞噬能力的巨噬细胞的存在，当病原体或异物与巨噬细胞相遇时，会导致这类细胞进行趋化移动，互相接触并通过吞噬作用将病原体或异物捕捉入细胞内，形成异噬体。实际上，这些被捕捉到细胞内的病原体或异物对机体通常具有抗原的特性，初级溶酶体将与它们融合形成异噬溶酶体，异噬溶酶体一般可降解90%左右的抗原物质，剩下10%左右的抗原物质则不被降解，而是有可能加工成一种远比病原菌或异物的免疫原性更强的复合物，此过程叫抗原加工。加工后的抗原复合物被转移到巨噬细胞膜上并被Ｔ淋巴细胞识别，Ｔ淋巴细胞受此抗原刺激后，会出现活跃的免疫应答现象。例如，再将抗原转交给其他Ｔ细胞或Ｂ细胞，分别引起细胞免疫及体液免疫。3　溶酶体对激素分泌的调节作用人们早就发现，大鼠脑下垂体催乳素细胞分泌催乳素受到抑制时，溶酶体与细胞内一部分分泌颗粒融合，将其消化降解以消除细胞内过多的激素，这种现象叫粒溶或分泌自噬。后来发现，几乎在所有分泌蛋白质和肽类激素的细胞中都存在着粒溶现象，细胞通过这些方式，不仅在短时间内清除部分“产品”(激素颗粒)，而且还减少了一部分“工厂”(光面内质网)，进而有效地高效的调节激素的分泌量。补充：溶酶体与疾病1、溶酶体膜失常与疾病溶酶体膜是一层单位膜，在正常情况下，它有明显的屏障作用，可防止水解酶进入胞质，以免细胞的结构被破坏而造成细胞的死亡。如果因某种原因使溶酶体膜受损，各种水解酶进入胞质可使细胞分解；如果进入细胞间质，可破坏细胞间质，导致组织自溶，如矽肺、痛风等病就与溶酶体膜遭受破坏有关矽肺是肺部吸入矽尘后，矽粉末(ＳｉＯ2)被组织中的吞噬细胞吞噬，但是溶酶体不能破坏矽粉末，而矽粉末却能使溶酶体膜破坏，释放出其中的水解酶，引起细胞死亡；释放出的矽粉末再被健康的吞噬细胞吞噬可得到同样的结果，肺部细胞死亡，导致肺原纤维沉积，减底肺的弹性，损伤肺的功能痛风沉积在骨膜腔和结缔组织中的破坏性物质尿酸结晶，该结晶被中性粒细胞吞噬，破坏溶酶体膜释放水解酶，破坏软骨组织而产生炎症每100 C.C.血中尿酸持续超过9毫克者，有70%～90% 的机会得到痛风。   根据统计，约有一半的痛风患者，在急性痛风发作前是有诱因存在的，其中以啤酒为首要原因【占60%】；其次为海产【18%】；内脏食物【14%】，而豆类制品则较少引起发作。2、先天性溶酶体病先天性溶酶体病是指遗传所致溶酶体某种酶缺乏，造成次级溶酶体内相应底物不能被消化，底物积蓄，代谢障碍，故又称贮积性疾病。目前已知此类疾病有40种以上，大致可分为糖原贮积病、脂质沉积病、粘多糖沉积病等几大类。2.1　糖原贮积病Ⅱ型　又名Ｐｏｍｐｅ病，是由于肝和肌细胞中溶酶体内缺乏一种酸性α-葡萄糖苷酶[α-1，4-葡萄糖苷酶（即酸性麦芽糖酶）]。正常时此酶分解糖原，当缺乏此酶时，溶酶体吞噬的过剩糖原无法降解，大量堆积在次级溶酶体内使其肿胀，最后，溶酶体破裂，其他酶漏出，严重破坏组织细胞，此病属常染色体缺陷性遗传病。由于糖原大量累积于心肌、骨骼肌等全身组织，引起心脏增大，心脏重量可达正常的2～5倍，故又称心型糖原累积病。目前尚缺乏有效治疗，用白细胞提取酶替代治疗。2.2　Ｇａｕｃｈｅｒ病（高雪氏病）　此病又称脑苷脂沉积病，是巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏β-葡萄糖苷酶造成的。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内，巨噬细胞变成Ｇａｕｃｈｅｒ细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，皮肤色素沉着，骨骼损伤，结膜黄斑，中枢神经系统和脑干神经系统发生变性、萎缩。2.3　Ｔａｙ-ｓａｃｈｓ　又称ＧＭ2型神经节苷脂沉积病家族性黑日蒙性痴呆，大脑黄斑变性，由溶酶体β-氨基己糖苷酶(β-hexosaminidase，Hex，EC3.2.1.52)缺乏所致。本病以神经细胞受损较明显，因此，神经组织功能障碍很突出，患者的表现为渐进性失明、病呆和瘫痪。2.4　粘多糖沉积病　此病是一组粘多糖进行性代谢障碍的遗传病，溶酶体内缺乏粘多糖降解酶，因而不能分解粘多糖类，使这些物质沉积在次级溶酶体内，患者面容粗犷，骨骼异常，智力发育不全，内脏功能普遍受损，角膜混浊。3、溶酶体与癌症溶酶体与癌症的关系早在30年前，Ａｌｌｉｓｏｎ就提出溶酶体与癌症的发生有关。近年来，溶酶体与癌症发生之间的关系日益引起人们的注意，有些致癌、促癌物质造成溶酶体膜伤害，使其内部的酶游离出来，造成ＤＮＡ分子的损伤，可以引起细胞癌变。除上述之外，溶酶体还与休克、细胞老化及心脏、肝脏的某些疾病有密切关系。过去一段时间，关于过氧化物酶体膜蛋白是如何定向转运和组装问题是不解之谜。直到1994年，McCammon等在研究Candidaboidinii的过氧化酶体膜蛋白Pmp47定位信号时，才发现Prnp47的定位信号位于肽链中。Dye等人进一步发现，Pmp47蛋白在过氧化物酶体的膜上连续跨膜6次，是由定位信号驱动Pmp47蛋白正确组装到过氧化物酶体的膜中。过氧化物酶体酶分子的定位信号(Peroxisomaltargetingsignals，PTS)自1985年以来，有几个实验室先后对过氧化物酶体酶分子的定向运输进行了研究。这些研究结果表明，过氧化物酶体里的过氧化氢酶、脂肪酸β氧化酶等都是由核基因编码的，这些酶分子在合成时，mRNA首先与游离的核糖体结合并合成酶分子前体，这些前体分子被释放到细胞质中，然后运进过氧化物酶体腔内。1987年，Gould等人发现，当这些酶分子缺少C端12~20氨基酸肽段时，则不能被运进过氧化物酶体腔内。相反，如果将这一肽段加到鼠的二氢叶酸还原酶分子上时，可以使这种本来不属于过氧化物酶体的蛋白分子能够转运入过氧化物酶体，这一现象导致发现了过氧化物酶体酶分子定向运输的定位信号。PTSPTS1绝大多数过氧化物酶体的酶分子都具有这种定位信号，它由酶分子肽链C端Serine-Lysine-Leucine(SKL)三个氨基酸组成。SKL可以被细胞质的循环受体识别并结合，在循环受体的作用下定向地引向过氧化物酶体。PTS2与PTSl不同，PTS2位于酶分子肽链的N端，只有少数几种酶分子具有PTS2。PTS2由几种排列不严格的氨基酸组成，即R/KQ/HX5Q/HL。酶分子转运进过氧化物酶体的模型PEX5P—循环受体过氧化物酶体疾病过氧化物酶体疾病主要分为两大类一类为过氧化物酶体的组装缺陷，表现为细胞内不能形成正常的过氧化物酶体，从而导致多重性功能缺陷。另一类为过氧化物酶体已形成，但腔内缺乏某一特定酶分子而引起。这两类疾病大部分是由过氧化物酶体的蛋白质导向信号和转运机制缺陷引起的。在过氧化物酶体组装缺陷引起的疾病中，以Zellweger综合症所占比例最高，危害最大。而在酶分子缺陷引起的疾病中，以X-连锁肾上腺脑白质营养不良(X连锁ALD)最为常见。Zellweger综合症Shimozawa报道，Zellweger综合症是一种常见染色体隐性遗传病，其过氧化物酶体膜上35kD蛋白分子发生了变异，致使新合成的酶分子不能转运进入过氧化物酶体腔内，使过氧化物酶体呈血影样，因而导致过氧化物酶体不能对极长链脂肪酸(>C22)进行氧化，这些极长链脂肪酸积累在细胞质内，成为片层状内含物，这些内含物可作为一种毒物，影响早期胚胎细胞的正常迁移，发生畸形。而神经细胞的迁移发生障碍，是癫痈、脑部畸形的主要原因。X-连锁ALD近年来研究表明，过氧化物酶体是极长链脂肪酸(verylongchainfattyacid,VLCFA）β氧化的唯一场所。VLCFA在进行β氧化之前需VLCFA-CoA合成酶催化形成VLCFA-CoA。X-连锁ALD是由于过氧化物酶体缺乏VLCFA-CoA合成酶，导致不能对VLCFA进行β氧化而引起的一种脑神经系统严重疾病。蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网其合成部位、转运至高尔基体进行分选、并运输至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。此过程称为膜泡运输(vesicletransport)。从膜形成的小泡通常由不同的蛋白质包被，称为被膜小泡(coatedvesicle)。包被蛋白负责运输的不同路径，小泡上不同的coats指导运输目的地。膜泡运输的三类被膜小泡3.网格蛋白(clathrin)：网格蛋白(clathrin)是一种进化上高度保守的蛋白质，由分子量为180kDa的重链和分子量为35～40kDa的轻链组成二聚体，三个二聚体形成包被的基本结构单位--三联体骨架(triskelion)，称为三腿蛋白(three-leggedprotein)。参与高尔基体与溶酶体以及质膜之间的选择性分泌和内吞活动。1.COPⅠ被膜小泡(COPⅠcoatedvesicle)：由外被蛋白Ⅰ(coatproteinⅠ,COPⅠ)包裹的小泡。主要介导蛋白质从高尔基体运回内质网,包括从反面高尔基体运向顺面高尔基体,以及将蛋白质从反面高尔基体运回到内质网。2.COPⅡ被膜小泡(COPⅡcoatedvesicle)：由外被蛋白Ⅱ(coatproteinⅡ,COPⅡ)包裹的小泡。外被蛋白是一个大的复合体，称为外被体(coatomer)。这种类型的小泡介导非选择性运输,它参与从ER到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。膜泡沿着细胞骨架前进，到达目的地后通过膜与膜的融合释放被运物质。溶酶体的水解酶酶原在rER上合成，在ER中N-糖基化并修饰，然后转运到高尔基体；溶酶体酶的甘露糖6-磷酸(M6P)分选途径在Golgi体顺面，糖基磷酸化，带上甘露糖6-磷酸的标记；在Golgi体反面，有识别M6P的受体蛋白，与M6P高度特异结合，在网格蛋白的帮助下形成具有外被的分泌小泡。在小泡定向移向前溶酶体并与者融合，把酶交付给前溶酶体，在其中酶原与受体分离，酶在其中和传递给溶酶体后成熟。大分子与颗粒性物质的跨膜运输。膜泡运输，需要消耗能量融合和断裂膜，属于主动运输。可同时转运一种或多种物质。胞吞作用(endocytosis)与胞吐作用(exocytosis)胞吞作用包括两类：无特异性内吞受体介导内吞(receptor-mediatedendocytosis,RME)。胞吞作用：通过细胞膜内陷形成囊泡，将外界物质裹进细胞内的过程。受体介导的低密度脂蛋白（LDL）内吞