1
第四章 细胞质基质与细胞内膜系统
（ 4学时）
?细胞质基质
?内 质 网
?高尔基体
?溶酶体与过氧化物酶体
?细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装
2
第一节 细胞质基质
细胞质基质 （ cytoplasmic matrix or cytomatrix）
胞内膜系统 （ endomembrane system）
3
第二节 内 质 网
内质网 （ endoplasmic reticulum,ER）,
是由 K.R.Porter和 A.D.Claude等在 1945年发现的 。 它是细
胞质中由膜围成的管状或扁囊状的结构, 互相连通成网,
构成细胞质中的扁平囊状系统 。
? 内质网 (endoplasmic reticulum,ER) 的形态结构 和
化学组成
?ER的功能
4
第三节 高尔基体
? 高尔基体的形态结构
?高尔基体的功能
?高尔基体与细胞内的膜泡运输
5
第四节 溶酶体与过氧化物酶体
溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中 。 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 。
? 溶酶体的结构类型
? 溶酶体的功能
? 溶酶体的发生
? 溶酶体与过氧化物酶体
6
第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装
?一,分泌蛋白合成的模型 ---信号假说
?二,蛋白质分选与分选信号
?三,膜泡运输
?四,细胞结构体系的组装
7
一、细胞质基质
（ cytoplasmic matrix or cytomatrix）
在真核细胞，细胞质膜以内、核以外的部分称为细胞质。
细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的
一半。
细 胞 组 分 数 目 体 积 比
细胞质基质
细胞核
内质网
高尔基体
溶酶体
胞内体
过氧化物酶体
线粒体
1
1
1
1
300
200
400
1700
54
6
12
3
1
1
1
22
?细胞质基质的涵义
?细胞质基质的功能
肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比
8
?基本概念：
用差速离心法分离细胞匀浆物组分, 先后除去细胞核,
线粒体, 溶酶体, 高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构
后, 存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分 。 生物化学
家多称之为 胞质溶胶 。
?主要成分, 中间代谢有关的数千种酶类, 细胞质骨架结构 。
?主要特点, 细胞质基质 是一个高度有序的体系；
通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系 。
细胞质基质的涵义
9
?完成各种中间代谢过程
如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等
?蛋白质的 分选与运输
?与细胞质骨架相关的功能
维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等
? 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解
? 蛋白质的修饰
?
? 降解变性和错误折叠的蛋白质
? 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
10
二、细胞内膜系统
（ endomembrane system）
细胞内膜系统 是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、
由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。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，质体和微体等膜包围的细胞器（膜性细胞器或称房
室 compartment）。
不具有界膜的细胞器，如核蛋白体、中心粒，以及微管、微
丝和中间纤维等。
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。
11
一,内质网的形态结构
形态结构特点：
是由膜所形成的一些形状大小不同的小管、小囊或扁囊连成一个连续的网状
膜系统，其内腔是通连的。
内质网和核膜相连续。
内质网的形态变异很大，在不同细胞中，形态、数量和分布不同。在同种细
胞不同发育时期，随着生理机能的不同,ER也不一样。
化学组成：
内质网的两种基本类型
粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum,rER）
?多为扁囊状，在 ER膜的外表面附有大量的核糖体，普遍存在于分
泌蛋白质的细胞中。
光面内质网（ smooth endoplasmic reticulum,sER）
?ER膜上无颗粒（核糖体）,ER的成分不是扁囊，而常为小管小囊，
它们连接成网，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。
微粒体（ microsome）
12
内质网的化学组成：
脂类约占三分之一，蛋白质占三分之二。光滑内质网
的脂类比粗糙内质网多一些。粗糙内质网含有大量
RNA。较高的脂类成分（磷脂含量多，占 70%），蛋白
质含量比质膜多，具有大量的酶（ 30-40种）。
重要的标志酶：葡萄糖 -6-磷酸酶，电子传递体系：细
胞色素 b5,NADH-细胞色素 b5还原酶,NADPH-细胞
色素 P450以及 NADPH-细胞色素 P450还原酶。
13
二,ER的功能
ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地, 几乎全部脂类
和多种重要蛋白都是在内质网合成的 。
? rER的功能
? sER的功能
14
rER的功能
蛋白质合成
蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在
合成开始不久后便转在内质网上合成。
需要移入内质网继续合成的蛋白,分泌蛋白；膜整合蛋白；内膜系统各种细
胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）
蛋白质的修饰与加工
蛋白质的 修饰加工,包括 糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等,其中最
主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。
糖基化 在 glycosyltransferase作用下发生在 ER腔面
? 糖基一般连接在 4种氨基酸上，分为 2种,O-连接的糖基化：与 Ser,Thr
和 Hyp的 OH连接； N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的 NH2连接。
新生肽的折叠与组装
这一过程是在属于 hsp70家族的 ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。
脂类的合成
合成膜脂，磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶
酶体和质膜上，或借磷脂转换蛋白（ phospholipids exchange protein,PEP）
形成水溶性复合物，转至其他膜上。
15
sER的功能
类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）
肝的解毒作用（ Detoxification）
System of oxygenases---cytochrome p450 family；
肝细胞葡萄糖的释放（ G-6P?G）
储存钙离子,肌质网膜上的 Ca2+-ATP酶将细胞质基质中 Ca2+ 泵
入肌质网腔中
返回
16
一,高尔基体的形态结构
电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成
高尔基体在结构和生化成分上具有极性，和内质网临近的近
核一侧，扁囊弯曲呈凸面，称为 形成面（ forming face）或
顺面（ cis face） ；在远核的一侧，面向细胞膜的一面呈凹面，
称为 成熟面（ mature face）或反面（ trans face） 。
高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应,
高尔基体至少由互相联系的 4个部分组成,每一部分又可能划
分出更精细的间隔 ；
化学组成,60%蛋白质核 40%脂类。其特征性酶是：糖基转移
酶
17
高尔基体各部膜囊的４种标志 细胞化学反应
嗜锇反应的高尔基体 cis
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
基体的一侧，称这种结构为 GERL,意为与高尔基体（ 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
18
高尔基体 顺面网状结构（ cis-Golgi network,CGN）
又称 cis膜囊,是高尔基体的入口区域，接受由内质
网合成的物质并分类后转入中间膜囊。
高尔基体 中间膜囊（ medial Golgi）,多数糖基修
饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发
生此处。
高尔基体 反面网状结构（ trans Golgi network，
TGN）,
由反面一侧的囊泡和网管组成，是高尔基体的出口区域，
周围大小不等的囊泡,
高尔基体的 4个组成 部分
19
二,高尔基体的功能
1,参与细胞分泌活动
负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是 SER上合成蛋白质
--进入 ER腔 → 以出芽形成囊泡 → 进入 CGN→ 在 medial Gdgi中加工 → 在 TGN形成
囊泡 → 囊泡与质膜融合、排出。
2、蛋白质的糖基化
O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行，通过逐次将糖基转移到 Ser,Thr和 Hyr
的 OH上形成寡糖链，糖的供体同样为核苷糖，如 UDP-半乳糖。糖基化的结果使
不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。
3、进行膜的转化功能
高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高
尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经
过修饰和加工，形成高尔基体大囊泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。
4、将蛋白水解为溶性物质
如将蛋白质 N端或 C端切除，成为有活性的物质（胰岛素 C端）或将含有多个相
同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。
5、参与形成溶酶体和微体
6、参与植物细胞壁的形成,植物细胞壁中的纤维素和果胶质是在高尔基本
中合成的。
20
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
膜泡运输的主要途径,其中多数与高尔基体直接相关
21
一,溶酶体的结构类型
初级溶酶体 （ primary lysosome）
直径约 0.2~0.5um，膜厚 7.5nm，内含物均一，无明显颗粒。含有多
种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才
有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等 60余种，
这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适 PH值为 5左右。
次级溶酶体 （ secondary lysosome）
自噬溶酶体（ autophagolysosome）
异噬溶酶体（ phagolysosome）
残余小体（ residual body），又称后溶酶体。
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（ acid phosphatase）
22
二,溶酶体的功能
1,细胞内消化,对高等动物而言，细胞的营养物质主要来源于血液中的水
分子物质，而一些大分子物质通过内吞作用进入细胞，如内吞低密脂蛋白
获得胆固醇；对一些单细胞真核生物，溶酶体的消化作用就更为重要了。
2,细胞凋亡,个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫
和蛙类的变态发育等等。这一过程是在基因控制下实现的，溶酶体可清除
不需要的细胞。
3,自体吞噬,清除细胞中无用的生物大分子，衰老的细胞器等，如许多生
物大分子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约 10天
左右。
4,防御作用,如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。
5,参与分泌过程的调节,如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。
6,形成精子的顶体。
? 溶酶体与疾病
23
溶酶体与疾病
1．矽肺
二氧化硅尘粒（矽尘）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，后又被其他巨噬细内
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。
2,肺结核
结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷
脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细
胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。
3．各类贮积症
台 -萨氏综合征（ Tay-Sachs diesease）：缺少氨基已糖酯酶 A（ β-N-
hexosaminidase），导致神经节甘脂 GM2积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，
2~6岁死亡。该病主要出现在犹太人群中。 II型糖原累积病（ Pompe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。
4．类风湿性关节炎
溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。
24
三、
? 发生途径
? 分选途径多样化
25
溶酶体酶的合成及 N-连接的糖基化修饰（ RER）
高尔基体 cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化
M6P
N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶
高尔基体 trans-膜囊和 TGN膜（ M6P受体）
溶酶体酶分选与局部浓缩
以出芽的方式转运到前溶酶体
磷酸葡萄糖苷酶
磷酸化识别信号：信号斑
发生途径
26
? 依赖于 M6P 的分选途径的效率不高, 部分溶酶体酶通过运输小
泡直接分泌到细胞外 ； 在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的 M6P
受体, 同样可与胞外的溶酶体酶结合, 通过受体介导的内吞作用
,将酶送至前溶酶体中, M6P受体返回细胞质膜, 反复使用 。
? 还存在不依赖于 M6P的分选途径 （ 如酸性磷酸酶, 分泌溶酶体的
perforin和 granzyme）
分选途径多样化
27
四、
过氧化物酶体 (peroxisome)又称 微体 (microbody)
或过氧小体, 过氧化氢体等, 是由单层膜 围绕的内
含一种或几种氧化酶类 和过氧化氢酶 的异质性细胞
器 。
? 过氧化物酶体与溶酶体的区别
? 过氧化物酶体的功能
? 过氧化物酶体的发生
28
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
（ Albert et al., 1989）
29
特 征 溶 酶 体 微 体
形态大小 多呈球形，直径 0.2 ～ 0.5 μ m,
无酶晶体
球形，哺乳动物细胞中直径多 在 0.15 ～
0.25 μ m,内常有酶的晶体
酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类
pH 值 5 左右 7 左右
是否需 O 2 不需要 需要
功能 细胞内的消化作用 多种功能
发生 酶在粗面内质网合成经高尔基体
出芽形成
酶在细胞质基质中合成，经分裂 与组装形
成
识别的标志酶 酸性水解酶等 过氧化氢酶
微体与初级溶酶体的特征比较
过氧化物酶体与溶酶体的区别
?过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物
酶体中的 尿酸氧化酶 等常形成晶格状结构，可作为电镜下识
别的主要特征。
30
过氧化物酶体的功能
动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解
血液中的有毒成分，起到解毒作用。
过氧化物酶体中常含有两种酶：
? 依赖于黄素（ FAD） 的氧化酶，其作用是将底物氧化形成 H2O2；
? 过氧化氢酶，作用是将 H2O2分解，形成水和氧气。
过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能
在植物细胞中过氧化物酶体的功能：
在绿色植物叶肉细胞中，它催化 CO2固定反应副产物的氧化，即所谓
光呼吸反应 ；
乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的
脂肪酸 ?乙酰辅酶 A?琥珀酸 ?葡萄糖。
31
过氧化物酶体的 发生
氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶
体还需要进一步装配形成成熟的细胞器。
组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基
质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。
? 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来 。
? 内质网也参与 过氧化物酶体的发生
32
过氧化物酶体发生过程的示意图
33
一,分泌蛋白合成的模型 ---信号假说
?信号假说 (Signal hypothesis)
G,Blobel et al,Signal hypothesis,1975
?信号肽（ Signal peptide）与共转移（ Cotranslocation）
?导肽（ Leader peptide）与 后转移 （ Post translocation）
34
信号假说
蛋白质的合成都是起始于细胞质基质中的核糖体，但是向细胞外分泌的蛋白等在合成开
始不久后便转在内质网上合成。 C,Milstein 1972发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分
子 N端要比分泌到细胞外的 N端多出一段。 G,Blobel和 D,Sabatini等根据进一步的实验，
提出了 信号假说（ Signal hypothesis）,认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质
网上合成。
蛋白质转入内质网合成至少涉及 5种成分,① 信号肽（ signal peptide）,是引导新合成
肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的 N端，一般 16~30个氨基酸残基，由
于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（ start transfer
sequence）。 ② 信号识别颗粒（ signal recognition particle,SRP）,属于一种核糖核蛋
白，位于细胞质基质中。 SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 ③ SRP受体
（ SPR receptor）,是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与 SRP特异结合。 ④ 停止转
移序列（ stop transfer sequence）,肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的系合力很高，
能阻止肽链续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。 ⑤ 转位因子（ translocator）,由
3-4个 Sec61蛋白复合体构成的一个类似于油炸圈的结构，每个 Sec61蛋白由三条肽链组成。
蛋白质转入内质网合成的过程：
信号肽与 SRP结合 → 肽链延伸终止 → SRP与受体结合 → SRP脱离信号肽 → 肽链在内
质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔 → 信号肽切除 → 肽链延伸至终
止 → 翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为 co-translation。
35
信号肽与共转移
信号肽（ Signal peptides）与信号斑（ Signal patches）
信号序列（ signal sequence）：存在于蛋白质一级结构上
的线性序列，通常 15-60个氨基酸残基，有些信号序列在
完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（ signal peptidase）
切除。
信号斑（ signal patch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构
成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋
白质分选的信号。
起始转移序列和终止转移序列
起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
36
导肽与后转移
基本的特征：
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 后转移
（ post translocation）。
蛋白质跨膜转移过程需要 ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮
助（如热休克蛋白 Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。
37
二、蛋白质分选（ protein sorting）与分选信号
（ sorting signals）
分选途径
分选信号,细胞类至少存在两类蛋白质分选的信号：
1.信号序列（ signal sequence）
2.信号斑（ signal patch）
蛋白质分选信号的作用是引导蛋白质从胞质溶胶进入内
质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体，也可以引导蛋
白质从细胞核进入细胞质或从 Golgi体进入内质网。这
种分选信号的氨基酸残基有时呈线性排列，有时折叠成
信号斑，如引导蛋白质定向运输到溶酶体的信号斑，是
溶酶体酸性水解酶被高尔基体选择性加工的标识。
38
分选途径 （ Road map）
1.门控运输（ gated transport）：
如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和 RNP
复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。
2.跨膜运输（ transmembrane transport）：
蛋白质通过跨膜通道进入目的地。
3.膜泡运输（ vesicular transport）：
蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到
靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高
尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质
或激素，都属于这种运输方式。
4.细胞质基质中蛋白的转运
与细胞骨架密切相关
39
三．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。
三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 。
膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、
去组装的复杂调控
40
三种不同类型的包被小泡
具有不同的物质运输作用
?网格蛋白包被小泡
? COPII包被小泡
?COPI包被小泡
41
网格蛋白包被小泡
笼形蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，负责蛋白质从高尔基体 TGN?
质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。
在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜 ?内吞泡 (细胞质 ) ?胞内
体 ?溶酶体运输。
笼形蛋白分子由 3个重链和 3个轻链组成，形成一个具有 3个曲臂的形状。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。
笼形蛋白形成的衣被中还有衔接蛋白（ adaptin）。它介于笼形蛋白与配体受
体复合物之间，起连接作用。
当笼形蛋白衣被小泡形成时可溶性蛋白，包括动力素（ dynamin）聚集成一
圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于 1.5nm），从而导
致膜融合。动力素是一种 GTP酶，调节小泡以出芽形式脱离膜的速率。动力
素可以召集其它可溶性蛋白在小泡的颈部聚集，通过改变膜的形状和膜脂的
组成，促使小跑颈部的膜融合，形成衣被小泡。当衣被小泡从膜上释放后，
衣被很快就解体，属于 hsp70家族的一种分子伴侣（ molecular chaperone）充
当衣被解体的 ATP酶。
高尔基体 TGN是网格蛋白 包被小泡形成的发源地
42
COPII包被小泡
负责从内质网 ?高尔基体的物质运输；
COPII包被蛋白由 5种蛋白亚基组成； 包被蛋白的装配 是受
控的；
COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。选
择性的确定，一是因为 COP II蛋白能识别并结合跨膜内质
网蛋白胞质面一端的信号序列（ Asp-X-Glu），二是内质网
腔面的受体能与 ER腔中的可溶性蛋白（如分泌蛋白）结合。
43
COPI包被小泡
内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身的蛋白质也
不可避免的被运送到了高尔基体，如不进行回收则内质网因
为磷脂和某些蛋白质的匮乏而停止工作。
COPI-包被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白 (escaped
proteins）回 ER。
细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：
转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；
通过识别驻留蛋白 C-端的回收信号 (lys-asp-glu-leu,KDEL)
的特异性受体，以 COPI-包被小泡的形式 捕获逃逸蛋白 。
44
膜泡运输是特异性过程，涉及多种
蛋白识别、组装 -去组装的复杂调控
膜泡融合是特异性的 选择性融合,从而指导细胞内膜流的方向。
选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的 特异性相互作用 。
在细胞的膜泡运输中，粗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。高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起
枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心 (MTOC)附近并在高尔基体膜
囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。
识别过程的两类关键性的蛋白质是 SNAREs（ soluble NSF attachment protein
receptor）和 Rabs（ targeting GTPase）。 SNAREs的作用是保证识别的特异
性和介导运输小泡与目标膜的融合。
NSF（ N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein,NSF）催化 SNAREs的分离，
它是一种类似分子伴娘的 ATP酶，能够利用 ATP作为能量通过插入几个适
配蛋白（ adaptor protein）将 SNAREs复合体的螺旋缠绕分开。
Rab也叫 targeting GTPase，属于单体 GTP酶，结构类似于 Ras，已知 30余种。
不同膜上具有不同的 Rab，每一种细胞器至少含有一种以上的 Rab。 Rabs的
作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。
45
四、细胞结构体系的组装
生物大分子的组装方式：
自我装配（ self-assembly）
协助装配（ aided-assembly）
直接装配（ direct-assembly）
复合物与细胞结构体系的组装
有些装配过程需 ATP或 GTP提供能量或其它成份的介入或
对装配亚基的修饰
自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配
环境
分子, 伴侣, （ molecular chaperones）
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” 。
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60动物细胞溶酶体系统示意图
61
溶酶体的发生过程
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的
膜泡运输方式,
1,笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体 TGN?质膜和胞内体
及溶酶体的运输；
2,COPII包被小泡介导从内质网 ?高尔基体的运输；
3,COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体 ?内质网。
在从内质网 ?高尔基体和 /或从高尔基体的 cis面 ?trans
面的物质转运中也可能涉及到 COPI包被小泡
(物质沿内吞途径的转运未表示在图中 )。
72
73在高尔基体 TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图
74
COPII包被小泡的装配
Sar-GTP与内质网膜的结合起始 COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出
芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白
75内质网驻留蛋白的回收图解
76
77膜泡锚定与融合的特异性是通过转运泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用获得的
78
79
80
第四章 细胞质基质与细胞内膜系统
（ 4学时）
?细胞质基质
?内 质 网
?高尔基体
?溶酶体与过氧化物酶体
?细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装
2
第一节 细胞质基质
细胞质基质 （ cytoplasmic matrix or cytomatrix）
胞内膜系统 （ endomembrane system）
3
第二节 内 质 网
内质网 （ endoplasmic reticulum,ER）,
是由 K.R.Porter和 A.D.Claude等在 1945年发现的 。 它是细
胞质中由膜围成的管状或扁囊状的结构, 互相连通成网,
构成细胞质中的扁平囊状系统 。
? 内质网 (endoplasmic reticulum,ER) 的形态结构 和
化学组成
?ER的功能
4
第三节 高尔基体
? 高尔基体的形态结构
?高尔基体的功能
?高尔基体与细胞内的膜泡运输
5
第四节 溶酶体与过氧化物酶体
溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中 。 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 。
? 溶酶体的结构类型
? 溶酶体的功能
? 溶酶体的发生
? 溶酶体与过氧化物酶体
6
第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装
?一,分泌蛋白合成的模型 ---信号假说
?二,蛋白质分选与分选信号
?三,膜泡运输
?四,细胞结构体系的组装
7
一、细胞质基质
（ cytoplasmic matrix or cytomatrix）
在真核细胞，细胞质膜以内、核以外的部分称为细胞质。
细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的
一半。
细 胞 组 分 数 目 体 积 比
细胞质基质
细胞核
内质网
高尔基体
溶酶体
胞内体
过氧化物酶体
线粒体
1
1
1
1
300
200
400
1700
54
6
12
3
1
1
1
22
?细胞质基质的涵义
?细胞质基质的功能
肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比
8
?基本概念：
用差速离心法分离细胞匀浆物组分, 先后除去细胞核,
线粒体, 溶酶体, 高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构
后, 存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分 。 生物化学
家多称之为 胞质溶胶 。
?主要成分, 中间代谢有关的数千种酶类, 细胞质骨架结构 。
?主要特点, 细胞质基质 是一个高度有序的体系；
通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系 。
细胞质基质的涵义
9
?完成各种中间代谢过程
如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等
?蛋白质的 分选与运输
?与细胞质骨架相关的功能
维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等
? 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解
? 蛋白质的修饰
?
? 降解变性和错误折叠的蛋白质
? 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
10
二、细胞内膜系统
（ endomembrane system）
细胞内膜系统 是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、
由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。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，质体和微体等膜包围的细胞器（膜性细胞器或称房
室 compartment）。
不具有界膜的细胞器，如核蛋白体、中心粒，以及微管、微
丝和中间纤维等。
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。
11
一,内质网的形态结构
形态结构特点：
是由膜所形成的一些形状大小不同的小管、小囊或扁囊连成一个连续的网状
膜系统，其内腔是通连的。
内质网和核膜相连续。
内质网的形态变异很大，在不同细胞中，形态、数量和分布不同。在同种细
胞不同发育时期，随着生理机能的不同,ER也不一样。
化学组成：
内质网的两种基本类型
粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum,rER）
?多为扁囊状，在 ER膜的外表面附有大量的核糖体，普遍存在于分
泌蛋白质的细胞中。
光面内质网（ smooth endoplasmic reticulum,sER）
?ER膜上无颗粒（核糖体）,ER的成分不是扁囊，而常为小管小囊，
它们连接成网，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。
微粒体（ microsome）
12
内质网的化学组成：
脂类约占三分之一，蛋白质占三分之二。光滑内质网
的脂类比粗糙内质网多一些。粗糙内质网含有大量
RNA。较高的脂类成分（磷脂含量多，占 70%），蛋白
质含量比质膜多，具有大量的酶（ 30-40种）。
重要的标志酶：葡萄糖 -6-磷酸酶，电子传递体系：细
胞色素 b5,NADH-细胞色素 b5还原酶,NADPH-细胞
色素 P450以及 NADPH-细胞色素 P450还原酶。
13
二,ER的功能
ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地, 几乎全部脂类
和多种重要蛋白都是在内质网合成的 。
? rER的功能
? sER的功能
14
rER的功能
蛋白质合成
蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在
合成开始不久后便转在内质网上合成。
需要移入内质网继续合成的蛋白,分泌蛋白；膜整合蛋白；内膜系统各种细
胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）
蛋白质的修饰与加工
蛋白质的 修饰加工,包括 糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等,其中最
主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。
糖基化 在 glycosyltransferase作用下发生在 ER腔面
? 糖基一般连接在 4种氨基酸上，分为 2种,O-连接的糖基化：与 Ser,Thr
和 Hyp的 OH连接； N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的 NH2连接。
新生肽的折叠与组装
这一过程是在属于 hsp70家族的 ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。
脂类的合成
合成膜脂，磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶
酶体和质膜上，或借磷脂转换蛋白（ phospholipids exchange protein,PEP）
形成水溶性复合物，转至其他膜上。
15
sER的功能
类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）
肝的解毒作用（ Detoxification）
System of oxygenases---cytochrome p450 family；
肝细胞葡萄糖的释放（ G-6P?G）
储存钙离子,肌质网膜上的 Ca2+-ATP酶将细胞质基质中 Ca2+ 泵
入肌质网腔中
返回
16
一,高尔基体的形态结构
电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成
高尔基体在结构和生化成分上具有极性，和内质网临近的近
核一侧，扁囊弯曲呈凸面，称为 形成面（ forming face）或
顺面（ cis face） ；在远核的一侧，面向细胞膜的一面呈凹面，
称为 成熟面（ mature face）或反面（ trans face） 。
高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应,
高尔基体至少由互相联系的 4个部分组成,每一部分又可能划
分出更精细的间隔 ；
化学组成,60%蛋白质核 40%脂类。其特征性酶是：糖基转移
酶
17
高尔基体各部膜囊的４种标志 细胞化学反应
嗜锇反应的高尔基体 cis
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
基体的一侧，称这种结构为 GERL,意为与高尔基体（ 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
18
高尔基体 顺面网状结构（ cis-Golgi network,CGN）
又称 cis膜囊,是高尔基体的入口区域，接受由内质
网合成的物质并分类后转入中间膜囊。
高尔基体 中间膜囊（ medial Golgi）,多数糖基修
饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发
生此处。
高尔基体 反面网状结构（ trans Golgi network，
TGN）,
由反面一侧的囊泡和网管组成，是高尔基体的出口区域，
周围大小不等的囊泡,
高尔基体的 4个组成 部分
19
二,高尔基体的功能
1,参与细胞分泌活动
负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是 SER上合成蛋白质
--进入 ER腔 → 以出芽形成囊泡 → 进入 CGN→ 在 medial Gdgi中加工 → 在 TGN形成
囊泡 → 囊泡与质膜融合、排出。
2、蛋白质的糖基化
O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行，通过逐次将糖基转移到 Ser,Thr和 Hyr
的 OH上形成寡糖链，糖的供体同样为核苷糖，如 UDP-半乳糖。糖基化的结果使
不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。
3、进行膜的转化功能
高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高
尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经
过修饰和加工，形成高尔基体大囊泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。
4、将蛋白水解为溶性物质
如将蛋白质 N端或 C端切除，成为有活性的物质（胰岛素 C端）或将含有多个相
同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。
5、参与形成溶酶体和微体
6、参与植物细胞壁的形成,植物细胞壁中的纤维素和果胶质是在高尔基本
中合成的。
20
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
膜泡运输的主要途径,其中多数与高尔基体直接相关
21
一,溶酶体的结构类型
初级溶酶体 （ primary lysosome）
直径约 0.2~0.5um，膜厚 7.5nm，内含物均一，无明显颗粒。含有多
种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才
有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等 60余种，
这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适 PH值为 5左右。
次级溶酶体 （ secondary lysosome）
自噬溶酶体（ autophagolysosome）
异噬溶酶体（ phagolysosome）
残余小体（ residual body），又称后溶酶体。
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（ acid phosphatase）
22
二,溶酶体的功能
1,细胞内消化,对高等动物而言，细胞的营养物质主要来源于血液中的水
分子物质，而一些大分子物质通过内吞作用进入细胞，如内吞低密脂蛋白
获得胆固醇；对一些单细胞真核生物，溶酶体的消化作用就更为重要了。
2,细胞凋亡,个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫
和蛙类的变态发育等等。这一过程是在基因控制下实现的，溶酶体可清除
不需要的细胞。
3,自体吞噬,清除细胞中无用的生物大分子，衰老的细胞器等，如许多生
物大分子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约 10天
左右。
4,防御作用,如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。
5,参与分泌过程的调节,如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。
6,形成精子的顶体。
? 溶酶体与疾病
23
溶酶体与疾病
1．矽肺
二氧化硅尘粒（矽尘）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，后又被其他巨噬细内
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。
2,肺结核
结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷
脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细
胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。
3．各类贮积症
台 -萨氏综合征（ Tay-Sachs diesease）：缺少氨基已糖酯酶 A（ β-N-
hexosaminidase），导致神经节甘脂 GM2积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，
2~6岁死亡。该病主要出现在犹太人群中。 II型糖原累积病（ Pompe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。
4．类风湿性关节炎
溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。
24
三、
? 发生途径
? 分选途径多样化
25
溶酶体酶的合成及 N-连接的糖基化修饰（ RER）
高尔基体 cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化
M6P
N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶
高尔基体 trans-膜囊和 TGN膜（ M6P受体）
溶酶体酶分选与局部浓缩
以出芽的方式转运到前溶酶体
磷酸葡萄糖苷酶
磷酸化识别信号：信号斑
发生途径
26
? 依赖于 M6P 的分选途径的效率不高, 部分溶酶体酶通过运输小
泡直接分泌到细胞外 ； 在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的 M6P
受体, 同样可与胞外的溶酶体酶结合, 通过受体介导的内吞作用
,将酶送至前溶酶体中, M6P受体返回细胞质膜, 反复使用 。
? 还存在不依赖于 M6P的分选途径 （ 如酸性磷酸酶, 分泌溶酶体的
perforin和 granzyme）
分选途径多样化
27
四、
过氧化物酶体 (peroxisome)又称 微体 (microbody)
或过氧小体, 过氧化氢体等, 是由单层膜 围绕的内
含一种或几种氧化酶类 和过氧化氢酶 的异质性细胞
器 。
? 过氧化物酶体与溶酶体的区别
? 过氧化物酶体的功能
? 过氧化物酶体的发生
28
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
（ Albert et al., 1989）
29
特 征 溶 酶 体 微 体
形态大小 多呈球形，直径 0.2 ～ 0.5 μ m,
无酶晶体
球形，哺乳动物细胞中直径多 在 0.15 ～
0.25 μ m,内常有酶的晶体
酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类
pH 值 5 左右 7 左右
是否需 O 2 不需要 需要
功能 细胞内的消化作用 多种功能
发生 酶在粗面内质网合成经高尔基体
出芽形成
酶在细胞质基质中合成，经分裂 与组装形
成
识别的标志酶 酸性水解酶等 过氧化氢酶
微体与初级溶酶体的特征比较
过氧化物酶体与溶酶体的区别
?过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物
酶体中的 尿酸氧化酶 等常形成晶格状结构，可作为电镜下识
别的主要特征。
30
过氧化物酶体的功能
动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解
血液中的有毒成分，起到解毒作用。
过氧化物酶体中常含有两种酶：
? 依赖于黄素（ FAD） 的氧化酶，其作用是将底物氧化形成 H2O2；
? 过氧化氢酶，作用是将 H2O2分解，形成水和氧气。
过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能
在植物细胞中过氧化物酶体的功能：
在绿色植物叶肉细胞中，它催化 CO2固定反应副产物的氧化，即所谓
光呼吸反应 ；
乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的
脂肪酸 ?乙酰辅酶 A?琥珀酸 ?葡萄糖。
31
过氧化物酶体的 发生
氧化物酶体经分裂后形成子代的细胞器，子代的过氧化物酶
体还需要进一步装配形成成熟的细胞器。
组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基
质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。
? 过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来 。
? 内质网也参与 过氧化物酶体的发生
32
过氧化物酶体发生过程的示意图
33
一,分泌蛋白合成的模型 ---信号假说
?信号假说 (Signal hypothesis)
G,Blobel et al,Signal hypothesis,1975
?信号肽（ Signal peptide）与共转移（ Cotranslocation）
?导肽（ Leader peptide）与 后转移 （ Post translocation）
34
信号假说
蛋白质的合成都是起始于细胞质基质中的核糖体，但是向细胞外分泌的蛋白等在合成开
始不久后便转在内质网上合成。 C,Milstein 1972发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分
子 N端要比分泌到细胞外的 N端多出一段。 G,Blobel和 D,Sabatini等根据进一步的实验，
提出了 信号假说（ Signal hypothesis）,认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质
网上合成。
蛋白质转入内质网合成至少涉及 5种成分,① 信号肽（ signal peptide）,是引导新合成
肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的 N端，一般 16~30个氨基酸残基，由
于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（ start transfer
sequence）。 ② 信号识别颗粒（ signal recognition particle,SRP）,属于一种核糖核蛋
白，位于细胞质基质中。 SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 ③ SRP受体
（ SPR receptor）,是膜的整合蛋白，存在于内质网上，可与 SRP特异结合。 ④ 停止转
移序列（ stop transfer sequence）,肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的系合力很高，
能阻止肽链续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。 ⑤ 转位因子（ translocator）,由
3-4个 Sec61蛋白复合体构成的一个类似于油炸圈的结构，每个 Sec61蛋白由三条肽链组成。
蛋白质转入内质网合成的过程：
信号肽与 SRP结合 → 肽链延伸终止 → SRP与受体结合 → SRP脱离信号肽 → 肽链在内
质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔 → 信号肽切除 → 肽链延伸至终
止 → 翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为 co-translation。
35
信号肽与共转移
信号肽（ Signal peptides）与信号斑（ Signal patches）
信号序列（ signal sequence）：存在于蛋白质一级结构上
的线性序列，通常 15-60个氨基酸残基，有些信号序列在
完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶（ signal peptidase）
切除。
信号斑（ signal patch）：存在于完成折叠的蛋白质中，构
成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋
白质分选的信号。
起始转移序列和终止转移序列
起始转移序列和终止转移序列的数目决定多肽跨膜次数
36
导肽与后转移
基本的特征：
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 后转移
（ post translocation）。
蛋白质跨膜转移过程需要 ATP使多肽去折叠，还需要一些蛋白质的帮
助（如热休克蛋白 Hsp70）使其能够正确地折叠成有功能的蛋白。
37
二、蛋白质分选（ protein sorting）与分选信号
（ sorting signals）
分选途径
分选信号,细胞类至少存在两类蛋白质分选的信号：
1.信号序列（ signal sequence）
2.信号斑（ signal patch）
蛋白质分选信号的作用是引导蛋白质从胞质溶胶进入内
质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体，也可以引导蛋
白质从细胞核进入细胞质或从 Golgi体进入内质网。这
种分选信号的氨基酸残基有时呈线性排列，有时折叠成
信号斑，如引导蛋白质定向运输到溶酶体的信号斑，是
溶酶体酸性水解酶被高尔基体选择性加工的标识。
38
分选途径 （ Road map）
1.门控运输（ gated transport）：
如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和 RNP
复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。
2.跨膜运输（ transmembrane transport）：
蛋白质通过跨膜通道进入目的地。
3.膜泡运输（ vesicular transport）：
蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到
靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高
尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质
或激素，都属于这种运输方式。
4.细胞质基质中蛋白的转运
与细胞骨架密切相关
39
三．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。
三种不同类型的包被小泡具有不同的物质运输作用 。
膜泡运输是特异性过程，涉及多种蛋白识别、组装、
去组装的复杂调控
40
三种不同类型的包被小泡
具有不同的物质运输作用
?网格蛋白包被小泡
? COPII包被小泡
?COPI包被小泡
41
网格蛋白包被小泡
笼形蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，负责蛋白质从高尔基体 TGN?
质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。
在受体介导的细胞内吞途径也负责将物质从质膜 ?内吞泡 (细胞质 ) ?胞内
体 ?溶酶体运输。
笼形蛋白分子由 3个重链和 3个轻链组成，形成一个具有 3个曲臂的形状。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。
笼形蛋白形成的衣被中还有衔接蛋白（ adaptin）。它介于笼形蛋白与配体受
体复合物之间，起连接作用。
当笼形蛋白衣被小泡形成时可溶性蛋白，包括动力素（ dynamin）聚集成一
圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于 1.5nm），从而导
致膜融合。动力素是一种 GTP酶，调节小泡以出芽形式脱离膜的速率。动力
素可以召集其它可溶性蛋白在小泡的颈部聚集，通过改变膜的形状和膜脂的
组成，促使小跑颈部的膜融合，形成衣被小泡。当衣被小泡从膜上释放后，
衣被很快就解体，属于 hsp70家族的一种分子伴侣（ molecular chaperone）充
当衣被解体的 ATP酶。
高尔基体 TGN是网格蛋白 包被小泡形成的发源地
42
COPII包被小泡
负责从内质网 ?高尔基体的物质运输；
COPII包被蛋白由 5种蛋白亚基组成； 包被蛋白的装配 是受
控的；
COPII包被小泡具有对转运物质的选择性并使之浓缩。选
择性的确定，一是因为 COP II蛋白能识别并结合跨膜内质
网蛋白胞质面一端的信号序列（ Asp-X-Glu），二是内质网
腔面的受体能与 ER腔中的可溶性蛋白（如分泌蛋白）结合。
43
COPI包被小泡
内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身的蛋白质也
不可避免的被运送到了高尔基体，如不进行回收则内质网因
为磷脂和某些蛋白质的匮乏而停止工作。
COPI-包被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白 (escaped
proteins）回 ER。
细胞器中保留及回收蛋白质的两种机制：
转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运；
通过识别驻留蛋白 C-端的回收信号 (lys-asp-glu-leu,KDEL)
的特异性受体，以 COPI-包被小泡的形式 捕获逃逸蛋白 。
44
膜泡运输是特异性过程，涉及多种
蛋白识别、组装 -去组装的复杂调控
膜泡融合是特异性的 选择性融合,从而指导细胞内膜流的方向。
选择性融合基于供体膜蛋白与受体膜蛋白的 特异性相互作用 。
在细胞的膜泡运输中，粗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。高尔基体在细胞的膜泡运输及其随之而形成的膜流中起
枢纽作用，因此高尔基体聚集在微管组织中心 (MTOC)附近并在高尔基体膜
囊上结合有类似动力蛋白的蛋白质，从而使高尔基体维持其极性。
识别过程的两类关键性的蛋白质是 SNAREs（ soluble NSF attachment protein
receptor）和 Rabs（ targeting GTPase）。 SNAREs的作用是保证识别的特异
性和介导运输小泡与目标膜的融合。
NSF（ N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein,NSF）催化 SNAREs的分离，
它是一种类似分子伴娘的 ATP酶，能够利用 ATP作为能量通过插入几个适
配蛋白（ adaptor protein）将 SNAREs复合体的螺旋缠绕分开。
Rab也叫 targeting GTPase，属于单体 GTP酶，结构类似于 Ras，已知 30余种。
不同膜上具有不同的 Rab，每一种细胞器至少含有一种以上的 Rab。 Rabs的
作用是促进和调节运输小泡的停泊和融合。
45
四、细胞结构体系的组装
生物大分子的组装方式：
自我装配（ self-assembly）
协助装配（ aided-assembly）
直接装配（ direct-assembly）
复合物与细胞结构体系的组装
有些装配过程需 ATP或 GTP提供能量或其它成份的介入或
对装配亚基的修饰
自我装配的信息存在于装配亚基的自身，细胞提供的装配
环境
分子, 伴侣, （ molecular chaperones）
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” 。
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60动物细胞溶酶体系统示意图
61
溶酶体的发生过程
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的
膜泡运输方式,
1,笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体 TGN?质膜和胞内体
及溶酶体的运输；
2,COPII包被小泡介导从内质网 ?高尔基体的运输；
3,COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体 ?内质网。
在从内质网 ?高尔基体和 /或从高尔基体的 cis面 ?trans
面的物质转运中也可能涉及到 COPI包被小泡
(物质沿内吞途径的转运未表示在图中 )。
72
73在高尔基体 TGN区笼形蛋白有被小泡的形成示意图
74
COPII包被小泡的装配
Sar-GTP与内质网膜的结合起始 COPII亚基的装配，形成小泡的包被并出
芽，跨膜受体在腔面捕获并富集被转运的可溶性蛋白
75内质网驻留蛋白的回收图解
76
77膜泡锚定与融合的特异性是通过转运泡膜上的蛋白和靶膜上的蛋白相互作用获得的
78
79
80
