第六章 细胞质基质与细胞内膜系统第一节 细胞质基质
Cytoplasmic matrix
(Cytomatrix)
在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,称细胞质基质
(cytoplasmic
matrix or
cytomatrix)
一,细胞质基质的涵义在细胞质基质中，主要含有与中间代谢有关的数千种酶类，与维持细胞形态和细胞内物质运输有关的细胞质骨架结构。在细胞质基质中多数蛋白质，
其中包括水溶性蛋白质，并不是以溶解状态存在的。
免疫荧光技术显示，与酵解过程有关的一些酶就是结合在微丝上，在骨骼肌细胞中则结合在胶原纤维的某些特殊位点上。
细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，
多数的蛋白质直接或者间接的与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的生物学功能。
以上这些正是研究细胞质基质比研究其他细胞器困难的主要原因。
二、细胞质基质的功能
1.许多 中间代谢 过程都在细胞质基质中进行，近年证明了 N端含有某种信号序列的蛋白质合成起始后很快就转移到内质网上，以及在蛋白质合成后如何通过膜泡运输的方式由内质网转运至高尔基体。其他蛋白质的合成均在细胞质基质中完成。
2.细胞质基质是通过与骨架蛋白分子间的选择性结合，使 生物大分子锚定 在细胞骨架三维空间的特定区域。
3.细胞质基质在 蛋白质的修饰,蛋白质 选择性的降解 等方面也起着重要作用：
(1)蛋白质的修饰
(2)控制蛋白质的寿命
(3)降解变性和错误折叠的蛋白质
(4)帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象：有些基因在正常条件下表达，有些则在温度增高或其他异常情况下大量表达，以保护细胞，减少异常环境的损伤。
第二节 内质网内质网（ endoplasmic reticulum,ER）是真核细胞重要的细胞器。它由 封闭 的 膜系统 及其围成的 腔 形成 互相沟通 的 网状结构 。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞总体积的 10%以上。
细胞分裂时,内质网要经历解体与重建的过程。内质网的存在大大 增加 了细胞 内膜的表面积,为多种酶特别是多 酶体系 提供了大面积的 结合位点。
内质网合成蛋白质、脂类和糖类等除核酸外的一系列重要的生物大分子与细胞质基质中合成的物质有明显的不同。
在体外实验中，微粒体仍具有蛋白质合成、
蛋白质的糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。
Endoplasmic reticulum in vitro
一、内质网的两种基本类型：
糙面内质网 (rough endoplasmic reticulum,rER）
糙面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，
因在其膜表面分布着大量的核糖体而命名。它是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构，
其主要功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。
易位子 （ translocon）
内质网膜上有一种称为易位子（ Tol）
的蛋白复合体，
其功能与新合成的多肽进入内质网有关。
光面内质网 （ smooth endoplasmic reticulum,sER）
表面没有核糖体结合的内质网称光面内质网。
光面内质网常分为分支管状，形成较为复杂的立体结构。光面内质网是脂类合成的重要场所。
原核细胞的细胞膜内侧有时附着大量核糖体，
因而一些人认为在细胞进化过程中，内脂网可能由细胞膜演化而来。 内脂网膜常与外层核膜相连,
而且外核膜有时也附着大量的核糖体。这种结构上的联系提出了内脂网与核膜在发生上的同源关系。
光面内质网与高尔基体在结构、功能与发生上的关系更为密切，而在合成旺盛的细胞内，糙面内质网总是与线粒体紧密相依。
二、内质网的功能
1.蛋白质的合成
2.脂类的合成可能线粒体和过氧化物酶体是唯一缺少磷脂的细胞器。每种 PEP只能识别一种磷脂。
3.蛋白质的修饰和加工寡糖基转移到天冬酰胺残基上称为 N-连接的糖基化（ N-linked glycosylation）。也有少数糖基化是发生在丝氨酸或苏氨酸残基上，称 O-连接的糖基化（ O-linked glycosylation）
磷脂转位因子（ phospholipid translocator）
或称转位酶（ flippase）
4.新生多肽的折叠与装配不能正确折叠 的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚单位，
不论在内质网膜上还是在内质网腔中，一般都 不能进入高尔基体。
内质网膜是一种非还原性的环境，极易形成二硫键，这些都对肽链的正确折叠带来的很大困难。 protein disulfide isomerase蛋白二硫键异构酶 （ protein disulfide
isomerase）可以切断二硫键，形成自由能最低的蛋白构象，以 帮助 新合成的蛋白 重新形成二硫键 并处于正确折叠的状态。
未折叠的蛋白质由于疏水核心的外露，即使在很低的浓度下，也很容易发生聚变，甚至与其他未折叠的蛋白形成复合物。 结合蛋白
（ binding protein,Bip）可以识别不正确折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并 促使 他们重新折叠与装配 。
Bip属于热休克蛋白 70家族的新成员，遍布在细胞内质网中。它们在进化上非常保守。
5.内质网的其他功能光面内质网具有 解毒功能,能使聚集在光面内质网膜上的不溶于水的废物或代谢产物羟基化而完全溶于水并转送出细胞进入尿液中。
某些药物如苯巴比妥 (phenobarbitol)进入体内会导致光面内质网面积成倍增加，一旦毒物消失，多余内质网也随之被溶酶体消化。
合成固醇类激素 的细胞如睾丸间质细胞中，
光面内质网也非常丰富，其中含有制造胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列酶。
肌细胞中含有特化的光面内质网，称肌质网 (sarcoplasmic reticulum)
内质网具有储存 Ca2+的功能,Ca2+浓度的变化对 运输小泡的形成,可能起重要的 调节 作用。
内质网还为细胞质基质中很多蛋白，包括多种酶类，提供了附着位点。
三、内质网与基因表达的调控至少有三种不同的内质网 — 细胞核的信号转导途径，其中涉及到一系列信号转导分子最终调节细胞核内特异基因的表达：
1.内质网腔内 未折叠 蛋白的 超量积累。
2.折叠好的 膜蛋白的超量 积累 。
3.内质网膜上 膜脂成分的变化 —— 主要是固醇缺乏。
Image of nucleus,endoplasmic reticulum and
Golgi apparatus.
(1) Nucleus.
(2) Nuclear pore
(3) Rough endoplasmic
reticulum (rER).
(4) Smooth endoplasmic
reticulum (rER).
(5) Ribosome on the rough ER,
(6) Proteins that are transported.
(7) Transport vesicle,
(8) Golgi apparatus,
(9) Cis face of the Golgi
apparatus,
(10) Trans face of the Golgi
apparatus.
(11) Cisternae of the Golgi
apparatus.
第三节 高尔基复合体高尔基体 (Golgi
body)又称高尔基器 (Golgi apparatus)
或高尔基复合体
(Golgi complex),是比较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器,
Electron Micrograph of a Golgi Apparatus
Golgi apparatus,stacks of cisternae,and
vesicles near the nucleus of a nerve cell,
The nuclear membrane has pores in it.
一 高尔基体的形态结构高尔基体是种有极性的细胞器，
由互相联系的 CGN、
medial
Golgi、
TGN等组成：
1.高尔基体顺面膜囊 (cis Golgi)或顺面网状结构 (cis Golgi
network,CGN)
CGN接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间囊膜。
CGN区域可能具有其他生物活性，
如蛋白丝氨酸残基发生 O－连接的糖基化，跨膜蛋白在细胞质基质一侧区域的酰基化等。
2.高尔基体中间膜囊
(medial Golgi)
多数糖基化修饰、
糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖合成都发生在中间膜囊中。
3,高尔基体反面膜囊 (trans Golgi)以及反面高尔基体网状结构 (trans
Golgi
network,TGN)
TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装。某些
“晚期”的蛋白质修饰也发生在
TGN中。
高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构连在一起。
二 高尔基体的功能高尔基体的主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工,分类和包装,然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到胞外,高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂 。
1.高尔基体与细胞的分泌活动：
溶菌酶本身的构象含有某种磷酸化的信号。
糖链在多数蛋白质的分选中并不起决定性的作用。
2.蛋白质的糖基化及其修饰某些转录因子和核孔复合体上发现一些糖蛋白。
真核细胞中普遍存在的糖基化一定具有某种功能，能为各种蛋白质打上不同的标志，以利于高尔基体的分类与包装，同时保证糖蛋白从糙面内质网至高尔基体膜囊单方向进行转移。糖基化的另一种功能是影响多肽的构象。
糖基化增强了糖蛋白的稳定性。哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，显然与很多膜蛋白侧链上的唾沫酸残基的存在有关。糖基化主要的作用可能是蛋白质在成熟过程中折叠成正确的构象和增强蛋白质的稳定性。
真核细胞中寡糖链一般结合在肽链的 4种氨基酸残基上,由此可分成两大类不同的糖基化修饰,
即 N-连接 (连接到天冬酰胺的酰胺氮原子上 )和
O-连接 (连接到丝氨酸,苏氨酸或在胶原纤维中的羟赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上 )糖基化 。
在不同的间隔中,膜上的载体蛋白也有所不同,
以维持腔内特定反应底物的浓度 。
很多上皮细胞分泌的保护性粘液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。多数植物细胞的纤维素是由细胞膜外侧的纤维素合成酶合成的。糖脂的糖侧链也是以与糖蛋白相同的途径和方式合成与加工的，
最后由高尔基体转运到溶酶体膜或细胞膜上。
3.蛋白酶的水解和其他加工过程很多肽激素和神经多肽转运至高尔基体的 TGN或其所形成的分泌小泡中时，在与 TGN膜相结合的蛋白水解酶作用下常常特异性的水解（多发生在与一对碱性氨基酸相邻的肽键上）
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而产生不同的多肽。加工方式不同是因为有些多肽分子太小，有些缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号，还因为可以有效地防治这些活性物质在合成它的细胞内起作用。
三 高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用 。
通过强有力的实验手段和确凿的实验证据以及从各种不同的实验均可得出的同样结论，这样的模型才能经得住时间的考验。
第四节 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体 (lysosome)是单层膜围绕,内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器,主要功能是进行细胞内消化作用 。几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞中也有与溶酶体功能类似的细胞器 —— 圆球体及植物中央液泡，
原生动物细胞中也存在类似溶酶体的结构 。
Electron micrograph of lysosomes
一 溶酶体的结构类型大致可分为初级溶酶体 (primary
lysosome),次级溶酶体
(secondary
lysosome)和残余体 (residual
body)。
primary lysosome and residual body
Secondary
lysosome
(L) in the
histiocyte
from
injured
trigeminal
nerve,
Scale = 0.5
μm,(Rat,
trigeminal
nerve.)
溶酶体膜在成分上也与其他生物膜不同,
(1)嵌有质子泵
(2)具有多种载体蛋白
(3)膜蛋白高度糖基化溶酶体的酶具有某些特征的同源序列，它的酶与相关的非溶酶体酶属于结构与功能上相似的一类酶的家族，在进化上可能有共同的起源。
次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融和形成的复合体，分别称为自噬溶酶体
(autophagolysosome)
和异噬溶酶体
(phagolysosome)
Phagolysosome
二 溶酶体的功能
1.清除无用的生物大分子,衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞。
真核细胞中,溶酶体参与了通过降解来清除暂时不需要的酶或某些代谢产物的过程 。
红细胞的清除主要由溶酶体和蛋白媒体共同担负，衰老细胞的清除主要由巨噬细胞完成。
2.防御功能 phagocyte
3.其他重要的生理功能精子冷冻保存中的技术难题之一就是防止顶体的破裂。
三 溶酶体的发生溶酶体酶分子中存在识别信号，这种信号不是一段肽链而是依赖于溶酶体酶的构象或三级结构形成的信号区（ signal patch）。其它部位可使信号识别作用更为有效。
前溶酶体的基本特征是脂蛋白膜上具有离子泵，腔内呈酸性。 pH为 6左右。如用弱碱性试剂处理体外培养细胞，则 M6P受体从高尔基体的 TGN上消失而仅存于前溶酶体膜上。这一结果提示,M6P受体穿梭于高尔基体和前溶酶体之间。
分泌到细胞外的溶酶体多数以酶前体的形式存在，且具有一定活性。
四 溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体 (peroxisome)
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细胞器 。它普遍存在于所有动物细胞和很多植物细胞中。
Peroxisome with catalase crystal of the green protist Chara
zeylanica,produced by use of a multi-stage fixation
procedure that greatly enhances preservation of this
organism's giant,vacuolate cells,
1.过氧化物的功能在肝细胞或肾细胞中,它可氧化分解血液中的有毒成分,
起解毒作用。
过氧化物酶体中常含有两种酶：一是依赖于黄素
（ FAD） 的氧化酶，二是过氧化氢酶。
过氧化物酶也称为乙醛酸循环体 （ glyoxysome）
Photorespiration,transport
of metabolites
Apart from the well-known
compartments just discussed
occur a variety of so-called
microbodies in plant cells,On
average are they of 0.3 - 1.2 μ
diameter,They are
distinguished into peroxysomes
and glyoxysomes,
The two types differ in their
functions,peroxysomes are
the sites of photorespiration,
while glyoxysomes are in
charge of the mobilization of
storage compounds (fats),Both
peroxysomes and glyoxysomes
contain crystalline inclusions,
The two compartment types
are not distributed evenly,
Peroxysomes are usually found
in the vicinity of chloroplasts
and mitochondria,glyoxysomes
occur only near mitochondria.
2.过氧化物酶体的发生组成过氧化物酶体的蛋白均由细胞核基因编码,
主要在细胞质中合成,然后转运到过氧化物酶体中。最近发现至少存在两种以上的过氧化物酶体蛋白分选的信号序列。
最近研究表明内质网也参与过氧化物酶体的发生。
第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配蛋白质的定向转运
(protein
targeting)
或分选
(protein
sorting)
一 信号假说与蛋白质分选信号指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质 N端的信号肽 (signal sequence或 signal
peptide)。 信号识别颗粒 (siganal recognition
particle,SRP)和内质网膜上的 信号识别颗粒的受体 (又称停泊蛋白 docking protein,DP)等因子协助完成这一过程。
大鼠的胰岛素原蛋白接上真核或原核细胞的信号肽，
均可通过大肠杆菌的细胞膜分泌到细胞外。
信号识别蛋白既可与新生肽信号序列和核糖体结合，
又可与停泊蛋白结合。
肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称共转移
(cotranslocation)，引导肽链穿过内质网膜的信号肽可以看作为 开始转移序列 (start transfer sequence)。
肽链中可能有些序列与内质网膜有很强的亲和力而结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔，
称为 停止转移序列 (stop transfersequence)。
线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，称之为导肽或前导肽 (leader peptide)，
其基本特征是蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称为 后转移 (post translocation)
二 蛋白质分选的基本途径与类型蛋白质分选大致有两条途径,一条是在细胞质基质中完成多肽链的合成,然后转运至膜围绕的细胞器； 另一条途径是蛋白质起始合成后转移至糙面内质网，新生肽边合成边转入糙面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。
从蛋白质分选的类型或机制的角度看，可分为四种类型：
1.蛋白质的跨膜运输 (transmembrane transport)
2.膜泡运输 (vesicular transport)
3.选择性的门控转运 (gated transport)
4.细胞质基质中的蛋白质转运
A typical gated channel
(a) The channel is composed
of five protein subunits,
represented in the drawing
by bulbous shapes,two of
one type and three of
another type,The channel
is shown by the dashed
black line.
(b) One protein subunit is
represented here by circles
for the amino acids,Like
many integral membrane
proteins,the protein chain
passes in and out of the
membrane numerous times.
三 膜泡运输
A scheme of vesicular transport along the exocytic pathway
1.网格蛋白有被小泡负责蛋白质从高尔基体 TGN向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。
2,COPⅡ 有被小泡负责从内质网到高尔基体的物质运输
3,COPⅢ 有被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白 (escaped
proteins)返回内质网。
现已发现，内质网的正常驻留蛋白，不管是在腔上还是在膜上，它们在 C端含有一段回收信号序列
（ retrieval signals），如果它们被意外地逃逸进入转运泡从内质网运至高尔基体 CGN，则 CGN区的膜结合受体蛋白将识别受体蛋白并结合逃逸蛋白的回收信号，形成 COPⅠ 有被小泡将它们返回内质网。
COPⅠ 有被小泡除行使高尔基体 → 内质网逆行转运外，
也可行使从内质网 → 高尔基体的顺行转运，以致通过高尔基体的不同分区。
糙面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。
四 细胞结构体系的装配试管内仅仅是一定生物活性的表现。细胞结构体系装配与去装配的动态过程不能简单归于分子水平的活动。
因此在分子水平研究基础上借助于新的整体思维的理论与方法，可能会使这一难题的研究特别是在高层次结构体系的装配的研究中取得突破性的进展。
细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为,分子伴侣,
（ molecular chaperones）。信号识别颗粒就是一种分子伴侣。
molecular chaperones
Cytoplasmic matrix
(Cytomatrix)
在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,称细胞质基质
(cytoplasmic
matrix or
cytomatrix)
一,细胞质基质的涵义在细胞质基质中，主要含有与中间代谢有关的数千种酶类，与维持细胞形态和细胞内物质运输有关的细胞质骨架结构。在细胞质基质中多数蛋白质，
其中包括水溶性蛋白质，并不是以溶解状态存在的。
免疫荧光技术显示，与酵解过程有关的一些酶就是结合在微丝上，在骨骼肌细胞中则结合在胶原纤维的某些特殊位点上。
细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，
多数的蛋白质直接或者间接的与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的生物学功能。
以上这些正是研究细胞质基质比研究其他细胞器困难的主要原因。
二、细胞质基质的功能
1.许多 中间代谢 过程都在细胞质基质中进行，近年证明了 N端含有某种信号序列的蛋白质合成起始后很快就转移到内质网上，以及在蛋白质合成后如何通过膜泡运输的方式由内质网转运至高尔基体。其他蛋白质的合成均在细胞质基质中完成。
2.细胞质基质是通过与骨架蛋白分子间的选择性结合，使 生物大分子锚定 在细胞骨架三维空间的特定区域。
3.细胞质基质在 蛋白质的修饰,蛋白质 选择性的降解 等方面也起着重要作用：
(1)蛋白质的修饰
(2)控制蛋白质的寿命
(3)降解变性和错误折叠的蛋白质
(4)帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象：有些基因在正常条件下表达，有些则在温度增高或其他异常情况下大量表达，以保护细胞，减少异常环境的损伤。
第二节 内质网内质网（ endoplasmic reticulum,ER）是真核细胞重要的细胞器。它由 封闭 的 膜系统 及其围成的 腔 形成 互相沟通 的 网状结构 。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞总体积的 10%以上。
细胞分裂时,内质网要经历解体与重建的过程。内质网的存在大大 增加 了细胞 内膜的表面积,为多种酶特别是多 酶体系 提供了大面积的 结合位点。
内质网合成蛋白质、脂类和糖类等除核酸外的一系列重要的生物大分子与细胞质基质中合成的物质有明显的不同。
在体外实验中，微粒体仍具有蛋白质合成、
蛋白质的糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。
Endoplasmic reticulum in vitro
一、内质网的两种基本类型：
糙面内质网 (rough endoplasmic reticulum,rER）
糙面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，
因在其膜表面分布着大量的核糖体而命名。它是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构，
其主要功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。
易位子 （ translocon）
内质网膜上有一种称为易位子（ Tol）
的蛋白复合体，
其功能与新合成的多肽进入内质网有关。
光面内质网 （ smooth endoplasmic reticulum,sER）
表面没有核糖体结合的内质网称光面内质网。
光面内质网常分为分支管状，形成较为复杂的立体结构。光面内质网是脂类合成的重要场所。
原核细胞的细胞膜内侧有时附着大量核糖体，
因而一些人认为在细胞进化过程中，内脂网可能由细胞膜演化而来。 内脂网膜常与外层核膜相连,
而且外核膜有时也附着大量的核糖体。这种结构上的联系提出了内脂网与核膜在发生上的同源关系。
光面内质网与高尔基体在结构、功能与发生上的关系更为密切，而在合成旺盛的细胞内，糙面内质网总是与线粒体紧密相依。
二、内质网的功能
1.蛋白质的合成
2.脂类的合成可能线粒体和过氧化物酶体是唯一缺少磷脂的细胞器。每种 PEP只能识别一种磷脂。
3.蛋白质的修饰和加工寡糖基转移到天冬酰胺残基上称为 N-连接的糖基化（ N-linked glycosylation）。也有少数糖基化是发生在丝氨酸或苏氨酸残基上，称 O-连接的糖基化（ O-linked glycosylation）
磷脂转位因子（ phospholipid translocator）
或称转位酶（ flippase）
4.新生多肽的折叠与装配不能正确折叠 的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚单位，
不论在内质网膜上还是在内质网腔中，一般都 不能进入高尔基体。
内质网膜是一种非还原性的环境，极易形成二硫键，这些都对肽链的正确折叠带来的很大困难。 protein disulfide isomerase蛋白二硫键异构酶 （ protein disulfide
isomerase）可以切断二硫键，形成自由能最低的蛋白构象，以 帮助 新合成的蛋白 重新形成二硫键 并处于正确折叠的状态。
未折叠的蛋白质由于疏水核心的外露，即使在很低的浓度下，也很容易发生聚变，甚至与其他未折叠的蛋白形成复合物。 结合蛋白
（ binding protein,Bip）可以识别不正确折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并 促使 他们重新折叠与装配 。
Bip属于热休克蛋白 70家族的新成员，遍布在细胞内质网中。它们在进化上非常保守。
5.内质网的其他功能光面内质网具有 解毒功能,能使聚集在光面内质网膜上的不溶于水的废物或代谢产物羟基化而完全溶于水并转送出细胞进入尿液中。
某些药物如苯巴比妥 (phenobarbitol)进入体内会导致光面内质网面积成倍增加，一旦毒物消失，多余内质网也随之被溶酶体消化。
合成固醇类激素 的细胞如睾丸间质细胞中，
光面内质网也非常丰富，其中含有制造胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列酶。
肌细胞中含有特化的光面内质网，称肌质网 (sarcoplasmic reticulum)
内质网具有储存 Ca2+的功能,Ca2+浓度的变化对 运输小泡的形成,可能起重要的 调节 作用。
内质网还为细胞质基质中很多蛋白，包括多种酶类，提供了附着位点。
三、内质网与基因表达的调控至少有三种不同的内质网 — 细胞核的信号转导途径，其中涉及到一系列信号转导分子最终调节细胞核内特异基因的表达：
1.内质网腔内 未折叠 蛋白的 超量积累。
2.折叠好的 膜蛋白的超量 积累 。
3.内质网膜上 膜脂成分的变化 —— 主要是固醇缺乏。
Image of nucleus,endoplasmic reticulum and
Golgi apparatus.
(1) Nucleus.
(2) Nuclear pore
(3) Rough endoplasmic
reticulum (rER).
(4) Smooth endoplasmic
reticulum (rER).
(5) Ribosome on the rough ER,
(6) Proteins that are transported.
(7) Transport vesicle,
(8) Golgi apparatus,
(9) Cis face of the Golgi
apparatus,
(10) Trans face of the Golgi
apparatus.
(11) Cisternae of the Golgi
apparatus.
第三节 高尔基复合体高尔基体 (Golgi
body)又称高尔基器 (Golgi apparatus)
或高尔基复合体
(Golgi complex),是比较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器,
Electron Micrograph of a Golgi Apparatus
Golgi apparatus,stacks of cisternae,and
vesicles near the nucleus of a nerve cell,
The nuclear membrane has pores in it.
一 高尔基体的形态结构高尔基体是种有极性的细胞器，
由互相联系的 CGN、
medial
Golgi、
TGN等组成：
1.高尔基体顺面膜囊 (cis Golgi)或顺面网状结构 (cis Golgi
network,CGN)
CGN接受来自内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间囊膜。
CGN区域可能具有其他生物活性，
如蛋白丝氨酸残基发生 O－连接的糖基化，跨膜蛋白在细胞质基质一侧区域的酰基化等。
2.高尔基体中间膜囊
(medial Golgi)
多数糖基化修饰、
糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖合成都发生在中间膜囊中。
3,高尔基体反面膜囊 (trans Golgi)以及反面高尔基体网状结构 (trans
Golgi
network,TGN)
TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装。某些
“晚期”的蛋白质修饰也发生在
TGN中。
高尔基体各个膜囊之间均由膜性结构连在一起。
二 高尔基体的功能高尔基体的主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工,分类和包装,然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到胞外,高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂 。
1.高尔基体与细胞的分泌活动：
溶菌酶本身的构象含有某种磷酸化的信号。
糖链在多数蛋白质的分选中并不起决定性的作用。
2.蛋白质的糖基化及其修饰某些转录因子和核孔复合体上发现一些糖蛋白。
真核细胞中普遍存在的糖基化一定具有某种功能，能为各种蛋白质打上不同的标志，以利于高尔基体的分类与包装，同时保证糖蛋白从糙面内质网至高尔基体膜囊单方向进行转移。糖基化的另一种功能是影响多肽的构象。
糖基化增强了糖蛋白的稳定性。哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，显然与很多膜蛋白侧链上的唾沫酸残基的存在有关。糖基化主要的作用可能是蛋白质在成熟过程中折叠成正确的构象和增强蛋白质的稳定性。
真核细胞中寡糖链一般结合在肽链的 4种氨基酸残基上,由此可分成两大类不同的糖基化修饰,
即 N-连接 (连接到天冬酰胺的酰胺氮原子上 )和
O-连接 (连接到丝氨酸,苏氨酸或在胶原纤维中的羟赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上 )糖基化 。
在不同的间隔中,膜上的载体蛋白也有所不同,
以维持腔内特定反应底物的浓度 。
很多上皮细胞分泌的保护性粘液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。多数植物细胞的纤维素是由细胞膜外侧的纤维素合成酶合成的。糖脂的糖侧链也是以与糖蛋白相同的途径和方式合成与加工的，
最后由高尔基体转运到溶酶体膜或细胞膜上。
3.蛋白酶的水解和其他加工过程很多肽激素和神经多肽转运至高尔基体的 TGN或其所形成的分泌小泡中时，在与 TGN膜相结合的蛋白水解酶作用下常常特异性的水解（多发生在与一对碱性氨基酸相邻的肽键上）
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而产生不同的多肽。加工方式不同是因为有些多肽分子太小，有些缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号，还因为可以有效地防治这些活性物质在合成它的细胞内起作用。
三 高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用 。
通过强有力的实验手段和确凿的实验证据以及从各种不同的实验均可得出的同样结论，这样的模型才能经得住时间的考验。
第四节 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体 (lysosome)是单层膜围绕,内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器,主要功能是进行细胞内消化作用 。几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞中也有与溶酶体功能类似的细胞器 —— 圆球体及植物中央液泡，
原生动物细胞中也存在类似溶酶体的结构 。
Electron micrograph of lysosomes
一 溶酶体的结构类型大致可分为初级溶酶体 (primary
lysosome),次级溶酶体
(secondary
lysosome)和残余体 (residual
body)。
primary lysosome and residual body
Secondary
lysosome
(L) in the
histiocyte
from
injured
trigeminal
nerve,
Scale = 0.5
μm,(Rat,
trigeminal
nerve.)
溶酶体膜在成分上也与其他生物膜不同,
(1)嵌有质子泵
(2)具有多种载体蛋白
(3)膜蛋白高度糖基化溶酶体的酶具有某些特征的同源序列，它的酶与相关的非溶酶体酶属于结构与功能上相似的一类酶的家族，在进化上可能有共同的起源。
次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融和形成的复合体，分别称为自噬溶酶体
(autophagolysosome)
和异噬溶酶体
(phagolysosome)
Phagolysosome
二 溶酶体的功能
1.清除无用的生物大分子,衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞。
真核细胞中,溶酶体参与了通过降解来清除暂时不需要的酶或某些代谢产物的过程 。
红细胞的清除主要由溶酶体和蛋白媒体共同担负，衰老细胞的清除主要由巨噬细胞完成。
2.防御功能 phagocyte
3.其他重要的生理功能精子冷冻保存中的技术难题之一就是防止顶体的破裂。
三 溶酶体的发生溶酶体酶分子中存在识别信号，这种信号不是一段肽链而是依赖于溶酶体酶的构象或三级结构形成的信号区（ signal patch）。其它部位可使信号识别作用更为有效。
前溶酶体的基本特征是脂蛋白膜上具有离子泵，腔内呈酸性。 pH为 6左右。如用弱碱性试剂处理体外培养细胞，则 M6P受体从高尔基体的 TGN上消失而仅存于前溶酶体膜上。这一结果提示,M6P受体穿梭于高尔基体和前溶酶体之间。
分泌到细胞外的溶酶体多数以酶前体的形式存在，且具有一定活性。
四 溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体 (peroxisome)
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细胞器 。它普遍存在于所有动物细胞和很多植物细胞中。
Peroxisome with catalase crystal of the green protist Chara
zeylanica,produced by use of a multi-stage fixation
procedure that greatly enhances preservation of this
organism's giant,vacuolate cells,
1.过氧化物的功能在肝细胞或肾细胞中,它可氧化分解血液中的有毒成分,
起解毒作用。
过氧化物酶体中常含有两种酶：一是依赖于黄素
（ FAD） 的氧化酶，二是过氧化氢酶。
过氧化物酶也称为乙醛酸循环体 （ glyoxysome）
Photorespiration,transport
of metabolites
Apart from the well-known
compartments just discussed
occur a variety of so-called
microbodies in plant cells,On
average are they of 0.3 - 1.2 μ
diameter,They are
distinguished into peroxysomes
and glyoxysomes,
The two types differ in their
functions,peroxysomes are
the sites of photorespiration,
while glyoxysomes are in
charge of the mobilization of
storage compounds (fats),Both
peroxysomes and glyoxysomes
contain crystalline inclusions,
The two compartment types
are not distributed evenly,
Peroxysomes are usually found
in the vicinity of chloroplasts
and mitochondria,glyoxysomes
occur only near mitochondria.
2.过氧化物酶体的发生组成过氧化物酶体的蛋白均由细胞核基因编码,
主要在细胞质中合成,然后转运到过氧化物酶体中。最近发现至少存在两种以上的过氧化物酶体蛋白分选的信号序列。
最近研究表明内质网也参与过氧化物酶体的发生。
第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的装配蛋白质的定向转运
(protein
targeting)
或分选
(protein
sorting)
一 信号假说与蛋白质分选信号指导分泌性蛋白在糙面内质网上合成的决定因素是蛋白质 N端的信号肽 (signal sequence或 signal
peptide)。 信号识别颗粒 (siganal recognition
particle,SRP)和内质网膜上的 信号识别颗粒的受体 (又称停泊蛋白 docking protein,DP)等因子协助完成这一过程。
大鼠的胰岛素原蛋白接上真核或原核细胞的信号肽，
均可通过大肠杆菌的细胞膜分泌到细胞外。
信号识别蛋白既可与新生肽信号序列和核糖体结合，
又可与停泊蛋白结合。
肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称共转移
(cotranslocation)，引导肽链穿过内质网膜的信号肽可以看作为 开始转移序列 (start transfer sequence)。
肽链中可能有些序列与内质网膜有很强的亲和力而结合在脂双层之中，这段序列不再转入内质网腔，
称为 停止转移序列 (stop transfersequence)。
线粒体、叶绿体中绝大多数蛋白质以及过氧化物酶体中的蛋白质也是在某种信号序列的指导下进入这些细胞器中，称之为导肽或前导肽 (leader peptide)，
其基本特征是蛋白质在细胞质基质中合成以后再转移到这些细胞器中，称为 后转移 (post translocation)
二 蛋白质分选的基本途径与类型蛋白质分选大致有两条途径,一条是在细胞质基质中完成多肽链的合成,然后转运至膜围绕的细胞器； 另一条途径是蛋白质起始合成后转移至糙面内质网，新生肽边合成边转入糙面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。
从蛋白质分选的类型或机制的角度看，可分为四种类型：
1.蛋白质的跨膜运输 (transmembrane transport)
2.膜泡运输 (vesicular transport)
3.选择性的门控转运 (gated transport)
4.细胞质基质中的蛋白质转运
A typical gated channel
(a) The channel is composed
of five protein subunits,
represented in the drawing
by bulbous shapes,two of
one type and three of
another type,The channel
is shown by the dashed
black line.
(b) One protein subunit is
represented here by circles
for the amino acids,Like
many integral membrane
proteins,the protein chain
passes in and out of the
membrane numerous times.
三 膜泡运输
A scheme of vesicular transport along the exocytic pathway
1.网格蛋白有被小泡负责蛋白质从高尔基体 TGN向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。
2,COPⅡ 有被小泡负责从内质网到高尔基体的物质运输
3,COPⅢ 有被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白 (escaped
proteins)返回内质网。
现已发现，内质网的正常驻留蛋白，不管是在腔上还是在膜上，它们在 C端含有一段回收信号序列
（ retrieval signals），如果它们被意外地逃逸进入转运泡从内质网运至高尔基体 CGN，则 CGN区的膜结合受体蛋白将识别受体蛋白并结合逃逸蛋白的回收信号，形成 COPⅠ 有被小泡将它们返回内质网。
COPⅠ 有被小泡除行使高尔基体 → 内质网逆行转运外，
也可行使从内质网 → 高尔基体的顺行转运，以致通过高尔基体的不同分区。
糙面内质网相当于重要的物质供应站，而高尔基体是重要集散中心。
四 细胞结构体系的装配试管内仅仅是一定生物活性的表现。细胞结构体系装配与去装配的动态过程不能简单归于分子水平的活动。
因此在分子水平研究基础上借助于新的整体思维的理论与方法，可能会使这一难题的研究特别是在高层次结构体系的装配的研究中取得突破性的进展。
细胞中的某些蛋白质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这一类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为,分子伴侣,
（ molecular chaperones）。信号识别颗粒就是一种分子伴侣。
molecular chaperones
