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
第七章 内膜系统与蛋白质分选
