第七章 整合细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输
学习要点 第一节 细胞质基质的含义与功能
一、 细胞质基质的涵义
细胞质基质（cytoplasmic matrix）是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，曾被称作细胞液（cell sap）/透明质（hyaloplasm）、胞质溶胶（cyto-sol）等。细胞质基质的主要成分为参与中间代谢的数千种酶类、细胞质骨架结构、糖原和脂滴等物质。
细胞质基质是一个高度有序的体系，其中胞质骨架纤维贯穿其中，多数蛋白质直接或间接地与骨架或生物膜结合。执行某一生物学过程的酶类彼此之间靠弱键结合，形成多酶复合体，催化一系列反应，此体系中前一个反应的产物极为下一个反应的底物。蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其他大分子（如mRNA）之间都可以通过弱键相互作用，处于动态平衡之中。这种高度有序的结构体系形成可以使细胞高效的完成复杂的代谢过程。但此结构体系的维持必须依靠细胞质基质中高浓度的蛋白质以及其周围特定的离子环境。
细胞质基质和细胞质溶胶是从不同的角度提出的概念，二者虽然有一些差别，但人们常把这两个名词等同起来。细胞质基质是真核细胞的细胞质中除去可以分辨的细胞器以外的胶状物质，式结构上的概念，在描述细胞结构是倾向于用此概念。细胞质溶胶是用差速离心的方法分离细胞匀浆物种的各种细胞组分过程中，离心除去细胞核、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，存留在上清液中的成分，是生物化学上的概念。
细胞质基质的概念的两种新理解：一种认为，细胞质基质主要有微管、微丝和中间纤维等形成的相互联系的结构系统，其中蛋白质和其他分子以凝聚状态或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡，包括作为细胞质基质主要成分的多种酶和代谢中间产物，以及呈溶解状态存在的微观蛋白，但不包括游离在周围溶液中的物质，即只有直接或间接结合在细胞质骨架上的成分才是细胞质基质的成分；另一种认为，细胞质骨架是细胞中独立存在的结构体系，而不应把其看成是细胞质基质中的组分。 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，如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖原的合成、某些生物大分子的分解过程、蛋白质的合成、核苷酸代谢等。 ② 提供物质运输和能量传递通路。 ③ 蛋白质在细胞质基质中分选及转运。
④ 维持细胞形态和运动、胞内物质运输及大分子定位。通过细胞质骨架把蛋白质、mRNA等生物大分子固定在特定的位点，在细胞质基质中形成了更为精细的区域，使复杂的代谢反应高效而有序的进行。
⑤ 进行蛋白质的修饰，如辅酶或辅基与酶的共价结合、磷酸化与去磷酸化、糖基化作用、对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰、酰基化。 ⑥ 控制蛋白质的寿命。
⑦ 降解变性和错误折叠的蛋白质。
畸形蛋白质暴露出的疏水氨基酸基团被识别，形成N端不稳定的氨基酸，被依赖于泛素的蛋白质降解途径水解。
⑧ 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。这一功能主要依靠热休。克蛋白（heat shock protein,stress-response protein）来完成。
第二节 细胞内膜系统及其功能
细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网（endoplasmic reticulum,ER）、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。
一、 内质网的形态结构与功能 (一) ①
内质网的两种基本类型
糙面内质网（rough endoplasmic reticulum,RER）。其上附有核糖体，由板层状排列的扁囊构成，主要合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白。糙面内质网
多分布于分泌蛋白旺盛的细胞（胰腺细胞、浆细胞），为分化细胞和肿瘤细胞中较少。 ②
光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）。表面光滑，无核糖体附着，常由分支小管或圆形小泡构成，小管直径50~100nm，很少有扁囊。
光面内质网是合成脂质的重要场所，分布于脂类合成旺盛的细胞，如肝和肾上腺皮质细胞以及骨骼肌（含特化内质网——肌浆网，是钙储存库）。 （二）内质网的功能
1．蛋白质的合成是糙面内质网的主要功能
细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质之中。在糙面内质网上，多肽链一边延伸一边穿过内质网膜进入内质网腔中，以这种方式合成的蛋白质主要包括向细胞外分泌的蛋白质、膜的整合蛋白、构成内膜系统细胞器中的可溶性驻留蛋白。 2．光面内质网是脂质合成的重要场所
内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。 3．蛋白质的修饰与加工
对其上的蛋白进行的修饰主要有糖基化、羟基化、酰基化以及形成二硫键等。 4．新生多肽的折叠与组装
1
内质网提供相依内环境促使新生多肽进行正确的折叠和组装。 内质网防止蛋白错误折叠的机制：
① 内质网膜腔面含蛋白二硫键异构酶，可切断错误形成的二硫键，重新形成正确的二硫键；
② 靠结合蛋白（binding protein,Bip,Hsp70的一种）识别未组装好的蛋白亚单位或错误折叠蛋白，促进其重新折叠与组装； ② 畸形肽链被识别后可通过―易位子‖进入胞质，被蛋白酶降解。 5．内质网的其他功能
肝细胞的内质网中附着着的糖原颗粒可被6-磷酸葡萄糖酶催化降解，生成葡萄糖，参与糖原代谢。光面内质网膜上集中着重要的氧化还原酶系（如P450酶系），可将药物、毒物经氧化、羟基化后，消除其作用或毒性，特别是经羟基化后极性增强，易于被排泄出体外，起排毒作用。
肌细胞中的光面内质网特化成成肌质网，其膜上的Ca2+—ATP酶将细胞质基质中的Ca2+泵入其内，储存起来。收到神经冲动刺激后，Ca2+释放出来，使肌肉收缩。
（三）内质网与基因表达的调控
内质网通过膜脂成分的变化、内质网腔内未折叠蛋白和折叠好蛋白的累积来完成和细胞核的对话，实现二者之间的信号传导，调节相关基因表达。 二、高尔基体的形态结构与功能
高尔基体（Golgi body）是内膜系统的一部分,结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，又称高尔基器（Golgi apparatus）或高尔基复合体(Golgi complex)。 （一）高尔基体的形态结构与极性
高尔基体由一些（4-8个）排列较为整齐的呈弓形、半球形或球形的扁平膜囊（saccules）堆叠形成。膜囊周围还分布有泡囊。 1,。高尔基体顺面膜囊或顺面高尔基体管网状结构
顺面高尔基体管网状结构（cis Golgi network，CGN）是位于顺面最外侧的管状网络结构，可初步分选来自内质网的蛋白质，并参与蛋白的O-连接糖基化及酰基化。
2．高尔基体中间囊膜
高尔基体中间囊膜（medial Golgi）由扁平膜囊与管道组成，参与合成多糖以及蛋白质和脂类的糖基化修饰。 3．高尔基体反面囊膜以及反面高尔基体管网状结构
反面高尔基体管网状结构（trans Golgi network,TGN）的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，以及某些―晚期‖蛋白质的修饰，如半乳糖（α）2.，6位的唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工作用等。 （二）高尔基体的功能 1.高尔基体与细胞的分泌活动
分泌蛋白的分泌过程：蛋白质在RER上合成…进入ER腔…出芽成囊泡…进入CGN…中间膜囊中加工…TGN…形成囊泡…囊泡与质膜融合…排出胞外。 蛋白质在高尔基体中的分选及转运信息存在于其基因本身。 2.蛋白质的糖基化及其修饰
RER上合成的大多数蛋白质在从内质网向高尔基体及在高尔基体各膜囊之间的转运过程中，连接在蛋白侧链上的寡糖基会发生一系列有序的加工与修饰。 糖基化的两种形式：N-连接糖基化，O-连接糖基化。 二者的区别如下表所示：
特征 合成部位 合成方式 与糖连接的氨基酸 最终长度 第一个糖残基 糖基化可能具有下列功能。
{1}给蛋白打上标志，利于高尔基体的分类与包装，保证糖蛋白从RER至高尔基体膜囊方向转移。 {2}影响多肽构象，促使其正确折叠，侧链上的多羟基糖还可以影响蛋白的水溶性及所带电荷的性质。 {3}增强蛋白稳定性，抵御水解酶降解。
{4}在细胞表面形成糖萼，起细胞识别和保护质膜作用。 3.蛋白酶的水解和其他加工过程
有些蛋白质如胰岛素等多肽激素和神经多肽等，合成时先形成无生物活性的前体物，经加工改造后才具备活性。此过程在TGN中发生，相关蛋白水解酶多结合在ＴＧＮ膜上。在分选的最后一站发生此过程，可以有效的防止它们在合成细胞内起作用。
三，溶酶体的形态结构与功能
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。
N-连接 糙面内质网和高尔基体 来自同一个寡糖前体 天冬酰胺 至少５个糖残基 Ｎ－乙酰葡萄糖胺等 Ｏ－连接 高尔基体 一个个单糖加上去 丝氨酸，苏氨酸，羟赖氨酸羟脯氨酸 一般１．．．４个糖残基，但ABO血型较长 N-乙酰半乳糖胺等 2
（一）溶酶体的形态结构与类型
1溶酶体的形态结构
电镜观察下，溶酶体是外包一层单位膜的圆泡状结构。溶酶体膜的化学成分主要是脂蛋白，磷脂含量也较多。其中脂类和蛋白多高度糖基化，对溶酶体本身所含酶具有抗性，而膜一旦破裂，则会消化细胞，危及组织。
溶酶体膜的特点：１．嵌有质子泵，以形成和维持酸性内环境。２．具有多种载体蛋白，用于向外转运水解产物。３．膜蛋白高度糖基化，可防止被自身所含水解酶降解。
内含物主要是多种酸性水解酶类，酶的最适ＰＨ值为４．６左右，其中酸性磷酸酶是常用的标志酶。
溶酶体的类型
1初级溶酶体：由高尔基复合体分选产生的运输小泡和前溶酶体融合形成，内含多种酸性水解酶，但未与底物结合，内容物均一，呈球形，直径为０．２．．．０．５ＵＭ
2次级溶酶体：由初级溶酶体同消化物融合形成，形态不规则，直径可达几微米。次级溶酶体可分为异噬溶酶体和自噬溶酶体。
3残余体：由未被消化的残渣物质累计在次级溶酶体中形成。
（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。溶酶体含有的多种水解酶几乎可以降解生物体内所有的大分子物质，依靠自噬泡可以降解细胞中无用的蛋白，脂和核酸等大分子物质和细胞器，依靠巨噬细胞清除衰老细胞。当溶酶体中某中酶缺乏时，则造成某些物质在细胞中累计，形成各类储积症。
2防御功能。某些细胞可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。但是某些病原体如蚂蜂杆菌和利什曼原虫可以抑制吞噬泡的酸化，从而抑制溶酶体酶的活性，避免被杀死。通过受体介导的胞吞作用侵入细胞的病毒，则利用酸性环境脱掉衣壳。
3作为细胞内的消化器官为细胞提供营养，如降解内屯及体内存在的生物大分子物质，为小分子物质，供细胞利用。
4在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节。
5协助受精。精子细胞内的顶体是一个大的特化的溶酶体。在受精过程中顶体中的水解酶协助精子穿透卵外层，进入卵子，完成受精。
（三）溶酶体的发生
溶酶体的发生主要涉及溶酶体酶的分选，转运和激活的过程。
1溶酶体酶在ＲＥＲ上合成并进行Ｎ－连接糖基化修饰，加上甘露糖。
2ＣＧＮ区中的Ｎ－乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶识别溶酶体蛋白的信号斑，并在乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶的协助下磷酸化其上的甘露糖，产生分选信号Ｍ６Ｐ。
3ＴＧＮ区Ｍ６Ｐ受体特异性识别并结合Ｍ６Ｐ。在反面膜囊溶酶体酶聚集处，出芽形成有被小泡。
4有被小炮脱被形成无被运输小炮，无被小泡与前溶酶体逐渐融合，在酸性条件下，Ｍ６Ｐ受体和Ｍ６Ｐ分离，Ｍ６Ｐ受体返回高尔基体中。
（四）溶酶体与过氧化物酶体
过氧化物酶体又称微体，是一种由单位膜围城的细胞器，呈卵球形，哑铃型，圆球形，在大小上与溶酶体类似，但常含酶结晶。植物细胞中的过氧化物酶体又称乙醛酸循环体。
过氧化物酶体中常含有两种酶：依赖于黄素的氧化酶和过氧化镁。依赖于黄素的氧化酶江底物氧化，并形成h2o2.其催化反应如下；
3
RH2+O2……R+H2O2
过氧化氢酶占过氧化物酶体总蛋白量的0.40,为过氧化物酶体的标志酶。其催化反应如下： H2O2+RH2……R+2Ｈ２Ｏ
1过氧化物酶体与溶酶体的区别
特征 形态 溶酶体 多呈球形，直径0.2…0.5UM。无酶晶体 过氧化物酶体 球形，直径0.15…0.25UM，多有酶晶体 氧化酶类 7.0 需要 由老细胞器分裂和装配形成，酶在细胞质基质中合成 酶种类 ＰＨ值 是否需O2 发生 酸性水解酶 5.0 不需要 高尔基出芽形成，酶在RER中合成 标志酶 3.过氧化物酶体的发生
酸性磷酸酶 过氧化氢酶 新过氧化物酶体由成熟过氧化物酶体分裂形成，新过氧化物酶体接受来自细胞质基质中的蛋白组分和来自内质网的膜成分而逐渐长大成熟。
过氧化物酶体的内蛋白均由核基因编码，在细胞质基质中合成后转运到其中。过氧化物酶体蛋白C端和N端分别含有PTSI和ＰＴＳ２序列，其可识别并结合过氧化物酶体上的受体蛋白而进入其中。
第三节 细胞内蛋白质的分选和膜泡运输
核编码的蛋白均在细胞质基质中的核糖体上合成，然后转运至细胞的特定部位，并装配呈结构和功能的复合体，参与细胞生命活动，此过程称为蛋白质的定向转运或蛋白质帅选。
一、信号假说与蛋白质分选信号
１９７５年，Ｇ．ＢＬＯＢＬＥ和ＤSABATINI等提出信号假说，即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，然后在信号肽引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，在蛋白合成结束之前信号肽被切除，随后发现其他类型的蛋白也含有类似的信号序列，指导蛋白完成定向运输。
已发现的指导蛋白定位运转的信号包括指导蛋白向内质网转运的信号肽，引导蛋白向线粒体转运的导肽，引导蛋白向叶绿体转运的转运太，过氧化物酶体蛋白C端含有PTSI，N端含PTS2序列，亲核蛋白含核定位信号。
二、蛋白质分选的基本途径与类型 1、蛋白质分选的两条途径
（1）翻译后转运途径。完全在细胞质基质合成的蛋白，转运至膜围绕的细胞器（线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核）及细胞质基质的特定部位。 （2）共翻译转运途径：合成起始后转移至RER，合成的蛋白质竟高尔基体运至溶酶体，细胞膜，或分泌到细胞外。 2.蛋白质转运的四中类型
（1）跨膜转运，在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网，线粒体，肢体和过氧化物酶体等细胞器。蛋白以非折叠肽跨膜。 （2）膜泡运输，蛋白由不同类型转运小炮从其RER合成部位转运至高尔基体，进而分选运至细胞的不同部位。 （3）选择性的门控转运，细胞质基质中合成的蛋白质通过核空复合体到核内或相反。 （4）细胞质基质中蛋白质的转运。此过程和细胞骨架相关。 三．膜泡运输
1.COPⅡ有被小泡的组装与运输 （1）结构组分
Sar1：GTP酶，结合ＧＤＰ失活，结合ＧＴＰ活化，调节包装的装配和去装配，召集其他包被蛋白形成包被。 Sec23/Sec24复合体：和Sar一起构成包被内层。 Sec13/Sec31复合体：构成包被外层。 Sec16：可能作为骨架蛋白起作用。 Sec12：Sar1的鸟甘酸交换因子。
4
(2) COPⅡ有被小泡的装配和运输过程． Sar1-GDP Sec12
Sar1-GTP（活化） 激活磷脂酶Ｄ， 将一些磷脂水 解，使包被蛋 白牢固地生 物结合在膜上 Sar1 露出一条脂肪酸 的尾巴，插入ER膜
Sec23/Sec24复合体和Sec13/Sec31复合体结合
形成运 输小泡 包被小 泡释放
v-SNARE 暴露 Sar1-GDP
包被解体
结合CGN上的t-SNARE，COPⅡ和 CGN融合，内含物释放
2. COPⅠ又被小泡的组装与运输。
COPⅠ包被含有7中蛋白亚基和一种调节膜泡转运的ＧＤＰ结合蛋白ARF，其组装和去组装依赖于ＡＲＦ COPⅠ有被小泡负责回收转运内质网逃逸蛋白，内质网膜酯以及膜以上蛋白返回内质网。
内质网中保留及回收蛋白质的两种机制：运输跑将赢被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转运，以COPⅠ有被小泡的形式捕获逃逸蛋白。 内质网蛋白的回收信号：网腔的蛋白是LYS-ＡＳＰ－GUL－LEU。膜蛋白是LYS-LYS－Ｘ－Ｘ ． ３．网格蛋白有被小泡的组装和运输
-网格蛋白有被小泡介导蛋白质从高尔基体ＴＧＮ到质膜，胞内体，溶酶体或植物液泡的运输。 在受体介导的细胞胞吞途径中负责将物质从质膜晕倒细胞质，以及从胞内体运输到溶酶体。 四，细胞结构体系的组装
生物大分子的组装方式：自我组装，协助组装，和直接组装。 组装具有下列重要的生物学意义
1减少和校正蛋白质合成中出现的错误
2可以大大的减少所需要的遗传物质信息量
3通过组装与去组装更容易调节与控制多种生物学过程
习题解答
1、谈谈你对细胞质基质的结构组成以及在细胞生命活动中作用的理解
答（１）细胞质基质的组成
细胞质基质是真核细胞的细胞质内除细胞器和内含物的较为均质，半透明的液态物质，结构组成包括水，无机离子，糖类，脂类，核苷酸，氨基酸及其衍生物等中分子，以及糖原，脂滴，蛋白质，多糖，和ＲＮＡ等大分子。
（２）细胞质基质在生命活动中的作用
｛１｝完成中间代谢。如糖酵解过程，磷酸戊糖途径，糖苷算途径，糖原的合成与部分分解以及蛋白质的分选和转运。 ｛２｝维持细胞形态和运动，胞内物质运输及大分子定位
5
｛３｝对蛋白质进行修饰,包括磷酸化和去磷酸化,糖基化,对某些蛋白质N端进行甲基化修饰和酰基化. {4}通过蛋白质的选择性来讲解来控制蛋白质的寿命,包括依赖于泛素的蛋白质降解。 2.比较糙面内质网和光面内质网的形态结构和功能。
答：糙面内质网表面粗糙，有核糖体附着，常有半层状排列的便囊结构构成，腔内含有均质的低或者中等电子密度的蛋白质物质，主要功能为合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白，以及对蛋白质进行加工和运输。
光面内质网表面光滑，没有核糖体附着，常有分支小管或者圆形小泡构成，小管直径50…100NM，很少有扁囊。光面内质网形成比较复杂的立体结构。主要功能为合成脂质和脂蛋白。另外在一些细胞中的光面内质网参与糖原代谢病具有解毒功能，而肌肉细胞中的特化光面内质网具有储存钙离子的功能。 3.细胞内蛋白质合成部位及其去向如何？
答：细胞中由和基因编码的所有蛋白质的合成皆起始于细胞质基质之中的核糖体上。其中某些蛋白质在细胞质基质中完成多肽链合成，然后被转运到细胞质基质的特定部位或细胞核、过氧化物酶体、内质网和线粒体/叶绿体等由膜包围的细胞器中。
另一些蛋白，如分泌蛋白、膜整合蛋白和某些细胞器（内质网、溶酶体、液泡、线粒体/和高尔基体）的驻留蛋白，它们在起始合成不久后被转运到糙面内质网膜上，继续完成蛋白质的合成。这些蛋白被分泌到细胞外、整合到膜结构或运输到上述细胞器的腔中。
线粒体/叶绿体基因编码且利用它们自身核糖体合成的蛋白则在这两种细胞器的腔内王城，然后到达膜上或保留在基质液中。 4.糙面内质网上合成哪几类蛋白质?它们在内质网上合成的生物学意义又是什么？
答 糙面内质网上合成的蛋白主要包括胞外分泌的蛋白（如抗体、激素）、膜整合蛋白，某些细胞器的驻留蛋白，需修饰的蛋白。
内质网含有一系列的梅，可对这些蛋白进行加工，为他们形成具有正常功能的蛋白提供物质保障，同事内质网上还包含不同的受体蛋白，科指引这些蛋白准确而高效的到达靶部位。
5.指导分泌性蛋白在粗糙面内质网上合成需要主要结构或者因子？他们如何协同作用完成肽链在内质网上的合成？
答：指导分泌性蛋白在粗糙面内质网上合成需要位于蛋白质Ｎ段的信号肽，信号肽识别颗粒，停泊蛋白，ER膜上的核糖体受体和易位子以及信号肽酶。 信号肽是位于蛋白质N端的一段肽链，其在游离核糖体上即有信号密码翻译合成，存在于细胞质基质中的SRP识别并结合信号肽，以保护新生胎Ｎ端不受损伤，同事SRP占据核糖体的A位点，是蛋白质合成暂停，SRP识别并结合ＥＲ膜上的ＳＲＰ 受体，核糖体，新生态，与内质网膜上的一位子结合。ＳＲＰ解离，肽链继续合成，信号肽开启ER膜上的易位子，引导新生态链进入ＥＲ腔，肽链合成完成后，内质网中的信号肽酶将信号肽切除。 ６．结合高尔基体的结构特征，谈谈它是怎么样行驶其生理功能的？
答：高尔基体是一种有极性的细胞器，有很多墨囊构成，它们在细胞中相对笃定的位置，靠近细胞核的一面为高尔基体顺面墨囊及顺面管网结构，面向细胞膜的一面为高尔基体反面囊魔反面囊魔及反面管网状结构，二者之间为高尔基体中间膜囊，高尔基体的功能主要包括参与细胞的分泌活动，蛋白糖基化修饰，蛋白分选以及蛋白酶水解等过程。
高尔基体不同膜囊的膜上和腔中分别具有不同的酶和其他转运蛋白组分。帮助他们完成其不同的功能，如在高尔基体的顺面墨囊的膜上具有ＫＤＥＬ受体，可将逃逸出来的内质网驻留蛋白捕获并从回内质网，实现蛋白的初步分练。其中含有的N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶和N –乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶可将溶酶体酶上的甘露糖进行磷酸化，形成M6P，其可被TGN区的受体特异性结合，实现溶酶体酶的分选。中间膜囊含有多种唐基转移酶，可对蛋白进行复杂的糖基化修饰。反面膜囊上含有不同的蛋白酶和受体蛋白，在对蛋白进行分类包装和水解等加工过程后，将成熟蛋白转运到细胞的不同部位。
总之，高尔基体不同膜囊的极性分布产生内部功能的区域化，最终保证了高尔基体得以完成各项复杂的功能。 7.蛋白质糖基化的基本类型，特征及生物学意义是什么？ 答：糖基化有两种形式，即Ｎ－连接糖基化和Ｏ－连接糖基化。
Ｎ－连接糖基化中寡糖连接到蛋白质天冬酰胺的酰胺氮原子上，这发生在糙面内质网和高尔基体中，成熟的Ｎ－连接的寡糖链都含有２个Ｎ－乙酰葡萄糖胺和３个甘露糖残基，Ｏ－连接糖基化中寡糖与蛋白质丝氨酸，苏氨酸或在胶原纤维中的羟赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上，这在高尔基体中进行，有不同的糖基转移酶催化，每次加上１个单糖，最后一步是在高尔基体反面膜囊和ＴＧＮ中加上唾液酸残基。
糖基化的生物学意义如下:1.给蛋白质打上标志,利于高尔基体的分类与包装,保证糖蛋白从RER至高尔基体膜囊单方向转移,2.影响多肽构象,促使其正确折叠,侧链上的多羟基唐还可以影响蛋白的水溶性及所带电荷的性质,3.增强蛋白的稳定性,抵御水解酶降解,4.咋细胞表面形成糖鄂,起细胞识别和保护质膜的作用. 8.溶酶体是怎么样发生的?它有哪些基本功能?
答:溶酶体的发生过程如下:溶酶体具有信号区\\信号斑,CGN区中的磷酸转移酶识别溶酶体蛋白的信号斑,并对其上的甘露糖进行磷酸化,形成Ｍ６Ｐ，ＴＧＮ区的M6P受体特意性地识别并结合M6P,引起溶酶体酶聚集,然后出芽形成有被小泡,有被小泡脱去包被形成无被小泡,无被小泡与前溶酶体逐渐融合,咋前溶酶体中的酸性环境下,M6P受体与M6P分离,溶酶体酶释放到腔中,形成成熟酶,此时初级溶酶体形成了,
让你给媒体的基本功能包括以下几个方面:1.细胞内消化与营养作用,清楚无用的生物大分子,,衰老的细胞器及衰老和损伤的细胞.如依靠自噬泡降解无用的蛋白,酯和核酸等大分子物质和细胞器.依靠巨噬细胞清楚衰老细胞,2.将内吞及体内存在的大分子物质降解为小分子物质,提供给其他的而细胞器合成新的大分子3.具有免疫与防御功能,可杀死入侵的病毒或细菌,4.参与器官,组织形成于更新,如蝌蚪变态时尾巴的退化即由溶酶体膜破裂所致,5.协助受精,精细胞内的顶体是一个大的特化的溶酶体,其释放的酶可协助精子穿透卵的外层,进入乱内,完成受精,6.可能参与分泌细胞的分泌调节 9.过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别?怎么样理解过氧化物酶体是异质性的细胞器? 答:二者的差别如下表所示:
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特征 形态 酶种类 PH值 是否需O2 发生 标志酶 溶酶体 多呈球形,直径0.2…0.5UM无酶晶体 酸性水解酶 5 不需要 高尔基体出芽形成,酶在RER中合成 酸性磷酸酶 过氧化物酶体 球形,直径0.15…0.25UM多有酶结晶 氧化酶类 7 需要 由老细胞器分裂和装配形成,酶在细胞质基质中合成 过氧化氢酶 过氧化物酶体的异质性体现在以下几个方面：① 不同生物细胞中或同细胞生物
的不同个体中过氧化物酶体的大小及其中所含酶的种类及功能不同；(2)同一细胞中过氧化物酶体的大小不同，细胞中过氧化物媒体的大小和所含的酶类可随细胞周围营养环境的变化而变化。
10.图解说明细胞内膜系统的各种细胞器在结构与功能上的联系。 答 路图解说明如下： 内质网 膜脂 膜结合蛋白 驻留蛋白 分泌蛋白 COPⅡ小泡 高尔基体 再加工 分泌泡 细胞膜脂 和膜蛋白 溶酶体膜 脂和蛋白 分拣
高尔基体脂类和蛋白 COPⅠ小泡 内质网脂类和蛋白 内质网脂类和蛋白 高尔基体脂类和蛋白 合成 加工
11.何谓蛋白质的分选？图解真核细胞内蛋白质分选途径。
答 绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运至细胞的特定部位，并装配成结构与功能的的复合体，参与细胞生命活动，此过程称为蛋白的定向转运（protein targetting）或蛋白质的分选（protein sorting）。 真核细胞内蛋白质的分选途径见教材中图7-21。 12.一直的膜泡运输有那几种类型？各自的主要功能如何？
答 膜泡运输包括COPⅡ有被小泡运输，COPⅠ有被小泡运输，网格蛋白有被小泡运输。网格蛋白有被小泡负责蛋白质从高尔基体TGN到质膜，胞内体或溶酶体和植物液泡的运输，在受体介导的细胞内吞途径中负责将物质从质膜运到细胞质，以及从胞内体到溶酶体的运输。 COPⅡ有被小泡介导从内质网到高尔基体的物质运输。 COPⅠ有被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。 13.怎样理解细胞结构组装的生物学意义？ 答 细胞结构组装具有下列生物学意义。 (○)(1)减少和校正蛋白质合成中出现的错误。 (○)(2)可大大减少所需要的遗传信息量。
(○)(3)通过组装与去组装更容易调节与控制多种生物学过程。
自测题
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一、名词翻译与解释
1、cytopplasmic matrix 2、cell endomembrane system 3、microsome 4、sarcoplasmic reticulum 5.signal recognition particle,SRP 6.translocon 7.stop transfer sequence 8.docking protein,DP 9.signal peptide 10.internal signal peptide 11.ER retention signal 12.M6P receptor protein
13.signal hypothesis for secreted protein 14.cotranslocation 15.post translocation 16.flippase
17.cytochrome P450 18.phospholipid exchange protein,PEP 19.spherosome 20.Golgi complex 21.signal patch 22.endosome 23.adaptin,AP 24.dynamin 二、填空题
1.内质网上合成的磷脂向其他膜转运使有两种方式，分别是（ ）和（ ）。 2.在内分泌活动旺盛的细胞中，其中（ ）和（ ）两种细胞器比较发达。 3．在内质网上合成的蛋白主要包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ）等。
4.肌细胞中的内质网异常发达，被称为（ ），其内常含高浓度的（ ）离子，以协助完成肌肉收缩，为此其膜上长含有的（ ）和（ ）可分别将此种离子转运到内质网核细胞之中。
5.原核细胞中核糖体一般结合在（ ），而真核细胞中则结合在（ ）。
6.内质网的标志酶是（），溶酶体的标志酶是（），高尔基体的标志酶是（），过氧化物媒体的标志酶是（）。
7.细胞之中合成的蛋白质如果存在（），将转移到内置网上继续合成。如果该蛋白上还存在（）序列，则该蛋白被定位到内置网膜上。
8.内膜系统中被称为细胞内大分子运输交通枢纽的细胞器是（），被称为细胞内的消化器官的细胞器是（），被称为蛋白质和脂质合成基地的是（），与酒精解毒相关的细胞器是（）。
9.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。 10.从结构上高尔基体主要由（）、（）、和（）组成。
11.分泌蛋白的水解加工、溶酶体酶上甘露糖磷酸化、多糖的合成分别发生在高尔基体的（）、（）、和（）中。 12.植物细胞中与溶酶体功能类似的结构是（）、（）和湖粉粒。 13.据溶酶体所处生理功能的不同阶段大致可分为（）、（）和（）。
14.真核细胞中，酸性水解酶多存在于（）中，它是一种（）细胞器，表现在不同的此种细胞器含有不同的水解酶以及体积大小不同。 15．初级溶酶体和（）、（）、（）、（）融合形成异噬性溶酶体、自噬性溶酶体、吞噬性溶酶体和多泡体。 16.细胞质基质主要含有的蛋白质是（）和（）。
17.返回内质网的蛋白质具有（）或（）信号序列，该序列是驻留在内质网内的蛋白质所特有的序列。 18.糖蛋白上糖链的合成与核酸和蛋白质合成方式最主要的区别是（）。 19.蛋白质分选的基本类型包括（）、（）、（）、和（）、
20.高尔基体中甘露糖生成M6P的过程中需要（）和（）两种酶的参与。 三、不定项选择题
1.有关蛋白酶体降解蛋白的说法中，（）
A.此过程需要泛素的协助，但泛素分子并不被降解 B它是一个不需要消耗能量的过程
C.降解的往往是N端第一个氨基酸为Met、Ser、Thr、Ala、Cys等的蛋白质 D．这种降解过程可参与细胞周期和细胞凋亡等重要生命活动的调节 2.有关细胞质基质的说法中，正确的是（） A．细胞质基质中含量最多的成分是蛋白质 B．它是一个杂乱无序的结构体系 C．细胞中的很多中间代谢过程发生在其中 D．其中也可以发生蛋白糖基化修饰
8
3.关于内质网的说法中正确的是（）
A.分泌蛋白质因子的细胞中糙面内质网非常发达
B.胆固醇是在肝脏细胞中合成的，故肝脏细胞中光面细胞比较发达 C.COPⅡ小泡往往是在糙面内质网部位形成的
D.内质网复杂网络结构的形成和微观以及驱动蛋白相关 4.已知Bip是存在于内质网腔中的一种蛋白，根据此可推断（） A.其成熟蛋白的C端具有KDEL序列 B. 其成熟蛋白的N端具有KKXX序列
C.核糖体上刚合成出的N端有一些带正电荷的氨基酸 D.此蛋白的转运方式为共转运
5.关于内质网中发生的脂类合成，下列说法中正确的是（） A. 合成磷脂的底物来自细胞质基质
B.合成磷脂的酶存在于内质网膜上，其活性部位在胞质面 C.最初合成的脂类都分布在内置网膜的胞质面，然后转移到腔面 D.转移酶对磷脂没有选择性
6.下列关于蛋白糖基化的叙述正确的（）
A.内质网和高尔基体中都可以发生蛋白的糖基化
B.O-连接的糖基化发生在高尔基体中
C.糖基化过程不发生在高尔基体反面膜囊中
D.高尔基体中糖基化相关酶的活性部位在其腔面
7.下列属于残余体的是（）
A.类囊体 B.脂褐素 C.含铁小体 髓样结构 8.高尔基复合物中最具代表性的酶是（）
A.磷酸葡萄糖苷酶 B.单胺转移酶 C.细胞色素氧化酶 D.糖基转移酶 9.蛋白质的糖基化及其加工、修饰和寡糖链的合成主要发生在高尔基体的（）A.顺面网状结构 B.中间膜囊 C.反面管状结构 10.下列细胞器中，有极性的是（） A.溶酶体B.微体C.线粒体D.高尔基体 11.在下列细胞器中能分拣内吞大分子的是（） A.内体B.光面内质网C.高尔基体D.糙面内质网 12.溶酶体中的H浓度壁细胞器中高（） A.5 B.10 C.50 D.100倍以上
13.高尔基体极性反映在从形成面到成熟面酶成分不同，成书面较多的（） A.酸化酶B.磷酸转移酶C.乳糖转移酶D.唾液酸转移酶 14.指导蛋白质到内质网上合成的氨基酸序列被称为（） A.导肽B.信号肽C.转运肽D.新生肽 15.下列可通过分裂进行增殖的细胞器是（） A.过氧化物酶体B.核糖体C.溶酶体D.线粒体 16.关于泛素的说法正确的是（） A.泛素是一段含76个氨基酸的肽链
B.泛素的作用是给要降解的蛋白质打上标记以便被蛋白酶体识别 C.泛素和蛋白分子结合前必须激活泛素活化酶 D.运送到蛋白酶体的降解蛋白上通常含一个泛素分子 17.下列说法中不正确的是（）
9
A.内质网是细胞内所有膜结构的来源
B.高尔基体膜脂的成分介于内质网和细胞膜之间 C.高尔基体中由形成面到成熟面膜的厚度是逐渐减少的
D.内质网膜，高尔基体膜和质膜中，质膜上蛋白的糖基化程度最高 18．细胞核被膜常常与胞质中的（）相连通 A.内质网B.高尔基体C.核糖体D.溶酶体 19.不能被溶酶体酶水解的大分子有（）
A.核糖核酸B.高度糖基化蛋白C.脱氧核糖核酸D.磷脂 20.下列属于异质性细胞器的有（）
A.溶酶体B.核糖体 C.高尔基体 D.过氧化物酶体 21.下列管与溶酶体的说法中，正确的是（） A.膜上有质子泵，主要功能是将H泵出溶酶体 B.膜蛋白高度糖基化，可防止自身膜蛋白降解 C.溶酶体的主要功能使细胞内消化 D.精子的顶体是一个巨大的溶酶体
22.植物细胞壁中的纤维素和果胶质是在（）中合成的。 A.高尔基体B.光面内质网C.糙面内质网D.中央液泡 23.蛋白质的分选运输途径主要有（） A.主动运输（active transport） B.门控运输（gated transport） C.跨膜运输（transmembrane transport） D.膜泡运输（vesicular transport） 24.下列疾病同溶酶体有关的是（）
A.矽肺 B.肺结核 C.类风湿性关节炎 D.黑蒙性家族痴呆症 25.高尔膜囊、胞质溶胶和ATP一起温育时，能形成的小泡是（）。 A.COPⅠ B.COPⅡ C.clathrin 26.糙面内质网上附着的颗粒是（） A.tRNA B.mRNA C.核糖体 D.COPⅡ包被蛋白
27.内质网上进行N-端连接的糖基化，第一个唐残基是（） A.半乳糖 B.核苷糖 C.N-乙酰葡萄糖胺 D.N-乙酰半乳糖胺 28.以下有膜围成的细胞器是（）
A.内体（endosome） B.核糖体（ribosome） C.蛋白酶体（proteasome） D.中心体（centrosome） 29.网格蛋白（clathrin）包被参与的运输途径的方向是（） A.质膜→胞内体 B.高尔基体→胞内体
C.高尔基体→溶酶体、植物液泡 D.高尔基体→内质网 30.N-连接的糖基化中，糖连接在（）上。 A.天冬酰胺 B.天冬氨酸 C.脯氨酸 D.羟脯氨酸 31.以下运输途径COPⅠ包被参与的是（）。 A.高尔基体→线粒体 B.高尔基体→溶酶体 C.高尔基体→内质网 D.内质网→高尔基体
32.高尔基体反面膜囊能将溶酶体识别并包装在一起，是因为这些蛋白具有（） A.Ser-Lys-Leu B.KKXX序列 C.M6P标志 D.KDEL序列
33.有关信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）的说法，正确的是（）。A.有12S RNA B.含有5个蛋白亚单位 C.存在于细胞质基质中
10
D.可结合到核糖体的A位点，组织蛋白合成 34.以下运输途径中，COPⅡ包被参与的是（） A.质膜→内体 C.高尔基体→溶酶体 C.高尔基体→内质网 D.内质网→高尔基体 35.以下蛋白质中在内质网上合成的是（） A．亲核蛋白 B.G—蛋白欧联的受体 C.酸性磷酸酶 D.Na+—K+ ATP酶 36.下列不属于包被蛋白的是（）
A.COPⅠ B.COP Ⅱ C.clathrin D.CAM 37.肌质网膜上的主要膜蛋白是（）
A.Ca2+-ATP酶 B.Mg2+—ATP 酶 C.Na+—K+ ATP酶 D.以上都不是 38.下列细胞中，除（）外，都是较多的高尔基复合体 A．上皮细胞 B 肌细胞 C 唾液腺细胞 D 胰腺外分泌细胞 39.下列属于光面内质网功能的是（）
A 蛋白合成 B 神经递质合成 C 解毒作用 D 糖原代谢 四 判断题
1.在电子显微镜下观察，有时看到内质网包裹的线粒体（） 2.同反面膜相比，高尔基复合体顺面膜的结构更近似质膜（） 3 在细胞质中存在膜系统，但在核内不存在（） 4 溶酶体存在于动物 植物 原生动物和细菌中（） 5 蓝藻具有内膜系统（）
6 微粒体的腔中可能含有信号肽水解酶（） 7 溶酶体只消化由细胞胞吞作用吞入细胞的物质（） 8 细胞基质中也可以发生蛋白的糖基化修饰（）
9 溶酶体含有多种酶类，其共同特征是都属于酸性水解酶（）
10 已有的过氧化物酶体可经分裂形成子代过氧化物酶体，过氧化物酶体膜和内质网无关（） 11 从细胞内提取的分泌蛋白的相对分子质量与分泌到细胞外的蛋白的相对分子质量相同（） 12 微体实际上是破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构（）
13 细胞中所有的蛋白质合成都起始于细胞质基质中，合成开始后，有些转至内质网上继续合成（） 14.N-连接的糖链存在于面向细胞表面的糖蛋白以及面向ER和高尔基体基质的糖蛋白。（） 15.蛋白质在高尔基体中的分选及转运信息存在于其基因本身。（） 16.植物细胞的高尔基复合体可参与细胞壁的形成。（） 17.导肽和信号肽最后都要被切除。（）
18 肿瘤细胞和胚胎干细胞中内质网很发达。（）
19 内质网膜上或网腔中的非正确折叠的畸形肽链或未装配成寡聚体的蛋白质亚基一般都不能进入高尔基体。（）20.膜转运不仅沿内质网→高尔基体方向进行顺行转运，也可沿反方向逆行转运。（） 21.蛋白酶体在降解蛋白时将其上连接的泛素一起降解。（） 22.含胆碱的磷脂更容易被转移酶转移到内质网膜的腔面。（） 23．蛋白质在跨膜转运使时以非折叠态存在的（）
24 膜泡运输中靠运输泡和靶膜上的受体与配体的相互识别来实现特异性运输。（） 25 过氧化物酶体中的蛋白是由核基因编码的，其mRNA上具有信号序列。（） 五、问答题
1.简述单次跨膜蛋白整合到ER膜的机制。 2.为何跨膜糖蛋白的糖基总在细胞膜外表面？ 3 内质网中具有哪些保证蛋白形成正确折叠的机制？ 4 列举几种你知道的指导蛋白运转的蛋白信号序列 5 什么是重链结合蛋白？其作用是什么？ 6 简述分泌蛋白的运输过程
11
7 简述在高尔基体反面膜囊中发生的蛋白水解加工的类型及其生物学意义 8 溶酶体膜有何特点与其自身功能相适应？
9 近距离膜泡运输与远距离膜泡运输在膜泡云顶机制上有何不同？ 10 为何不同膜性细胞器的膜脂组分有显著差异？ 自测题简答 一 名词解释并解释
1 细胞质基质cytoplasmic matrix：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为细胞质基质，主要含有与中间代谢有关的多种酶类和维持细胞形态和细胞内物质运输有关的细胞质骨架结构。
2 细胞内膜系统cell endomembrane system：细胞内膜系统是指在结构 功能和发生上具有相互关联，由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网 高尔基体 溶酶体 胞内体 和分泌泡等
3 微粒体microsome：是指在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近球形的膜囊泡状结构，是研究内质网结构和功能的良好材料。 4 肌质网sarcoplasmic reticulum：肌细胞中含有的发达的特化光面内质网称为肌质网，储存有高浓度的钙离子，主要功能是调节钙离子在细胞质基质中的浓度，参与肌肉收缩活动。
5 信号识别颗粒signal recognition particle,SRP：信号识别颗粒是一种由一个7S RNA和6种不同的蛋白质紧密结合组成的复合物，具有翻译 暂停结构域 信号肽 识别结合位点和SRP受体蛋白结合位点3个功能结构域，信号识别颗粒结合游离的信号肽后，可保护信号肽和阻断新生肽链的合成，并介导核糖体附着到内质网膜上。
6 易位子translocon：是由TRAM蛋白和Sec61蛋白构成，可结合信号肽和停止转移序列，引导新生肽进入ER腔，在跨膜蛋白的形成中具有重要作用。 7 停止转移序列stop transfer sequence：是仅存在于跨膜蛋白上的一段氨基酸序列，与内质网膜的亲和力很高，和易位子结合后阻止肽链继续进入网腔，是跨膜蛋白的跨膜段。
8 停靠蛋白：docking protein,DP又称停泊蛋白，为内质网膜整合蛋白，位于内质网膜的胞质面上，是信号识别颗粒的受体，可识别并特异结合信号识别颗粒 9 信号肽：signal peptide又称开始转移序列，是位于蛋白质N端的一段肽链，其在游离核糖体上即由信号密码翻译合成，由16到26个疏水氨基酸组成，含有6到15个连续排列的非极性aa，引导肽链跨内质网膜进入内质网腔。
10 内含信号序列/内含信号肽internal signal peptide：是指位于多肽链内部的疏水性信号序列，它可作为蛋白质共翻译转移的信号被SRP识别，同时它也是起始转移信号，可插入蛋白质转运通道，并与通道中的受体结合，引导其后的肽序列转运。
11 内质网滞留信号ER retention signal：内质网的功能和结构蛋白羧基端的一个小肽系列：Lys-Asp-Gly-Leu-Coo-，即KDEL信号序列，在高尔基体顺面膜囊的膜上有相应受体，一旦进入高尔基体就与受体结合，形成回流泡，被运回内质网
12 M6P受体蛋白M6P receptor protein：为反面高尔基网上的膜整合蛋白，能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合，从而将其分选出来，后通过出芽的方式将该酶蛋白装入分泌小泡
13 分泌性蛋白信号假说signal hypothesis for secreted protein：即分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，蛋白质合成结束之前信号肽被切除。
14．Contranslocation(共转移)：蛋白质先在游离核糖体上起始合成，当肽链延伸至80个氨基酸左右后，信号识别颗粒结合信号序列，使肽链延伸暂时停止，当核糖体与内质网膜结合后，肽链继续延伸直至完成整个多肽链的合成，这种肽链边合成边转移至内质网腔中的方式称为共转移。
15．Post translocation(后转移)：一些运输到细胞核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的蛋白质，它们在游离核糖体上合成后，再在导肽、前导肽或其他信号序列的指导下进入这些细胞器中，这种转移方式称为后转移。
16．Flippase（转位酶）：转位酶又称磷脂转位蛋白(phospholipid translocator),可将磷脂从膜的一侧翻转到另一侧，且对磷脂移动具有选择性，对保证膜中磷脂分布的不对称性有重要作用。
17．Cytochrome P450(细胞色素P450)：细胞色素P450为光面内质网上的一类含铁的膜整合蛋白，在450nm波长处具有最高吸收值，可将有毒物质以及类固醇和脂肪酸羟基化，改变它们的水溶性，从而排出体外。
18．Phospholipid exchange protein,PEP(磷脂转换蛋白)：磷脂交换蛋白是一种水溶性的载体蛋白，与磷脂分子结合，形成水溶性的复合物进入细胞质基质中，通过自由扩散，PEP将磷脂释放出，并插在膜上，实现在不同的膜性细胞器之间进行磷脂转移。
19．Spherosome(圆球体)：圆球体是植物细胞中由一层单位膜包裹的含有细微结构的球形颗粒，直径为0.5～1um，内含酸性水解酶，相当于动物细胞的溶酶体。圆球体能够被脂溶性的染料染色，因此其还可能参与脂类的储存。
20．Golgi complex(高尔基复合体)：高尔基复合体是由扁平膜囊、大囊泡和小囊泡以及管网结构等组成的极性细胞器，包含顺面网状结构、顺面膜囊、中间膜囊、反面膜囊、反面网状结构。高尔基复合体和细胞的分泌功能有关，对ER中转运来的脂类和蛋白分子进行分拣、加工、修饰以及分类和包装，且参与糖蛋白和黏多糖的合成。
21．Signal patch(信号斑)：信号斑是存在于溶酶体酶中的特征性信号，是由几段不相邻的信号序列在形成三级结构时聚集在一起形成的一个斑点，可被高尔基体顺面膜囊中的磷酸转移酶识别。
12
22．Endosome(内体)：内体是膜包囊的囊泡结构，有初级内体(early endosome)和次级内体(late endosome)之分，初级内体通常位于细胞质的外侧，次级内体常位于细胞质的内侧，靠近细胞核。内膜上具有ATPase﹣H质子泵，使其内部为酸性。初级内体是细胞吞吐作用形成的含有内吞物的膜囊结构。在次级内体酸性条件下，受体同结合的配体分裂，重新循环到细胞质膜表面或高尔基体反面网络，前溶酶体是一种次级内体。
23．Adaptin,AP(衔接蛋白)：衔接蛋白是参与网格蛋白包被的小泡组装的一种蛋白质，相对分子质量为100×10，在网格蛋白和受体的细胞质结构域间起衔接作用，可分为AP1和AP2，分别参与反面高尔基体和细胞质膜处形成的网格蛋白包被的小泡的组装。
24．Dynamin(发动蛋白)：发动蛋白是一种存在于胞质溶胶中的参与网格蛋白有被小泡形成的G蛋白，含900个氨基酸，其在被膜小窝的颈部聚合，通过水解GTP调节自己收缩，最后将小泡与质膜分割开来。 二、填空题
1．出芽 依靠磷脂转换蛋白的转运 2．内质网 高尔基体
3．胞外分泌的蛋白 膜整合蛋白 某些细胞器的驻留蛋白 需修饰的蛋白 4．肌质网 钙 钙泵 配体门控的钙离子通道 5．细胞膜 内质网
6．葡萄糖-6-磷酸酶 酸性磷酸酶 糖基转移酶 过氧化氢酶 7．信号肽 停止转移
8．高尔基体 溶酶体 内质网 过氧化物酶体 9．内质网 内质网 高尔基体
10．顺面膜囊及管网结构 中间膜囊 反面膜囊及管网结构 11．反面管网结构 中间膜囊 顺面膜囊及管网结构 12．圆球体 中央液泡
13．初级溶酶体 次级溶酶体 残余体 14．溶酶体 异质性
15．外源性底物 内源性底物 吞噬泡 胞饮泡 16．酶 骨架蛋白 17．KDEL KKXX 18．没有模
19．跨膜转运 膜泡运输 选择性的门控转运 细胞质基质中的蛋白转运 20．N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 N-乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶 三、不定项选择
1. ACD 2. CD 3. ABCD 4. ACD 5. ABC 6. ABD 7. BCD 8. D 9. B 10. D 11. AC 12. D 13. D 14. B 15. AD 16. ACD 17. C 18. A 19. B 20. AD 21. BCD 22. A 23. BCD 24. ABCD 25. AB 26. C 27. C 28. A 29. ABC 30. A 31. C 32. C 33. CD 34. D 35. BCD 36. D 37. A 38. B 39. BCD 四、判断题
1．√ 2. × 3. √ 4. × 5. × 6. √ 7. × 8. √ 9. √ 10. × 11. × 12. × 13. × 14. √ 15. √ 16. √ 17. √ 18. × 19. √ 20. √ 21. √ 22. √ 23. √ 24. √ 25. √ 五、 问答题
1．单次跨膜蛋白整合到ER膜的机制有以下两种。
① 蛋白有一个末端起始转移序列和一个停止转移序列，先合成的N端被引往内质网腔，转移到停止转移序列时，停止转移序列和易位子结合阻止后面合成的肽链进入腔内，从而停留在内质网的胞质面。停止转移序列形成跨膜区段，最终起始转移序列被水解掉。
② 蛋白只有一个内信号肽，依靠此序列形成跨膜区段，但此种方式中将先合成的N端留在内质网的胞质面，而将内信号肽后的肽链转移到内质网的腔面。 2．① 膜结合蛋白糖基化相关酶的活性都在内质网和高尔基体的腔面。 ② 膜结合蛋白不能做反转运动，即不能由单位膜的一半层转移到另一半层。 ③ 糖基化蛋白随胞吐作用由运输小泡膜的腔面转移到细胞膜外表面。
13
3．① ER膜腔面含蛋白二硫键异构酶，可切断错误的二硫键，帮助新蛋白重新形成正确二硫键并正确折叠。 ② 结合蛋白可识别未装配好的蛋白亚单位或错误折叠蛋白，促进其重新折叠与装配。 ③ 畸形肽链被识别后可通过易位子进入胞质，被蛋白酶体降解。
4．指导蛋白转运的蛋白信号序列有内质网驻留蛋白C端回收信号序列KDEL、内质网膜蛋白C端KKXX序列、分泌性蛋白N端信号肽、进入线粒体的蛋白中的导肽、细胞核蛋白中的核定位序列或核输出序列、过氧化物酶体中蛋白的PTS序列(C端PTS1,N端PTS2)。
5．Bip是一类分子伴侣，属于Hsp70家族。Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止多肽链不正确地折叠和聚合。Bip适时同ATP结合，水解ATP并释放出结合的多肽，使多肽折叠或同别的亚基共同组装成完整的蛋白。正确折叠和装配的蛋白质不会同Bip再结合，但是，如果蛋白质进行了不正确的折叠或错误的装配，Bip会马上同这种蛋白结合，使蛋白质处于未折叠的状态，从而防止错误折叠。 6．分泌蛋白的运输过程如下。
① 核糖体阶段。分泌型蛋白质起始合成并发生蛋白的跨内质网膜转运。 ② 内质网阶段。蛋白糖基化加工和形成运输小泡。
③ 细胞质基质运输阶段。运输小泡脱离糙面内质网并移向高尔基体，与其顺面膜囊融合。
④ 高尔基复合体加工修饰阶段。分泌蛋白进行加工修饰，并在反面膜囊中分选和包装，形成较大囊泡进入细胞质基质。 ⑤ 细胞质基质运输阶段。大囊泡接近质膜。
⑥ 胞吐阶段。分泌泡与质膜融合，将分泌蛋白释放出胞外。 7．(1) 加工类型
① 切除蛋白前体(proprotein)的N端或C、N两端的序列，使无生物活性蛋白原成为成熟多肽(胰岛素、胰高血糖素及血清蛋白等)。 ② 将含多个相同氨基酸序列的蛋白前体水解成多个同种有活性的多肽(如神经肽等)。 ③ 将含有不同信号序列的蛋白分子前体加工成不同产物。 (2) 生物学意义
① 防止活性蛋白在合成细胞中发挥作用。
② 使得在核糖体上难以合成的小肽分子(如神经肽)可以生成。 ③ 水解后可使蛋白产生包装并转运到分泌泡中的必要信号。
8．① 溶酶体嵌有质子泵，向内运输质子，以形成和维持酸性内环境。 ② 溶酶体具有多种载体蛋白，用于水解的产物向外转运。 ③ 膜蛋白高度糖基化，防止自身膜蛋白被含有的水解酶降解。
9．① 近距离运输中供体膜和受体膜距离较近，主要依靠膜泡的自由扩散。
② 远距离运输中供体膜和受体膜距离较远，膜泡依靠马达蛋白，靠ATP供能，沿微管或微丝移动。 10． 膜性细胞器中含有的相关酶可对膜上的脂类进行不同的加工修饰。
② 磷脂转移蛋白在内质网和其他膜间转运磷脂时对磷脂有选择性，将不同类型的磷脂转运到不同膜上。
③ 在出芽形成运输小泡时，某些脂类可能优先参与形成某种小泡，而其他脂类则倾向于留下，当这些运输小泡和靶膜结合时将不同磷脂转移到不同膜上。
1. 第八章细胞信号转导
学 习 要 点 第一节 概 述
一、细胞通讯
细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质(又称配体)传递到另一细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。细胞通讯是多细胞生物必需的。 （一）细胞通讯的方式
① 细胞通过分泌化学信号进行细胞间通讯，这是多细胞生物普遍采用的通讯方式。
a.内分泌(endocrine)。由内分泌细胞产生的激素随血液运送到体内各个部位，作用于靶细胞。
B.旁分泌(paracrine)。细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中，经过局部扩散作用于邻近靶细胞。
c.自分泌(autocrine)。细胞对自身分泌的物质产生反应。
d.通过化学突触传递神经信号(neuronal signaling)，其过程为神经元细胞之间电信号→化学信号→电信号的转换和转导。
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② 细胞间接触依赖性的通讯。
这种通讯方式无需信号分子的释放，通过质膜上的信号分子与靶细胞质膜的受体分子相互作用，包括细胞-细胞黏着和细胞-基质黏着。 ③ 动物相邻细胞间形成间隙连接以及植物细胞间通过胞间连丝使细胞间相互沟通，通过交换小分子来实现代谢藕联和电藕联。 （二）信号分子与受体 1．信号分子
信号分子(signal molecule)是细胞内的信息载体，种类繁多，包含化学信号和物理信号。在细胞内和细胞间传递信息的化学信号分子有激素、局部介质、神经递质等，物理信号主要有光、电、温度的变化等。
① 亲脂性信号分子。分子小，疏水性强，可穿过质膜进入细胞，与细胞质(核)内的受体结合，形成激素-受体复合物，调节基因表达。亲脂性信号分子的主要代表为甾类激素和甲状腺素。
② 亲水性信号分子。它们不能穿过脂双分子层，只能与细胞表面受体结合，再经信号转换机制，在细胞内形成第二信使，激活蛋白激酶或者蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答反应。亲水性信号分子包括神经递质、局部介质和大多数肽类激素。 ③ 气体分子。一氧化氮(明星分子)是首次发现的气体信号分子，可以进入细胞激活效应酶。 2．受体
受体是能够识别和选择性结合某种配体(信号分子)的大分子。受体结合特异性配体后被激活，通过信号转导(signal transduction)将胞外信息转换为胞内化学信号或物理信号，引发两种主要的细胞反应：一是细胞内预存蛋白活性与功能的改变，二是影响细胞内特殊蛋白如转录因子的表达量。受体多为功能性糖蛋白，少数为糖脂，有的受体是糖蛋白和糖脂的复合物。
根据靶细胞上受体存在的部位，受体可分为细胞内受体(intracellular receptor)和细胞表面受体(cell-surface receptor)。 ① 细胞内受体主要识别和结合小的亲脂性信号分子。
② 细胞表面受体主要识别和结合亲水性信号分子，可分为离子通道藕联受体、G蛋白藕联受体、酶连受体。
受体与信号分子的空间互补性是二者特异性结合的主要因素，但二者的结合不是简单的一一对应的关系。靶细胞一方面通过受体对信号特异性结合，另一方面通过细胞本身固有的特征对外界信号进行反应。
不同细胞对同一信号可能具有不同的受体，不同靶细胞以不同方式应答于相同的化学信号产生不同的效应。不同细胞具有相同的受体，不同的化学信号也可能产生相同的效应。一种细胞具有一套多种类型的受体，应答多种不同的胞外信号而启动细胞不同生物学效应。 3．第二信使与分子开关
E.W.Sutherland因阐明了cAMP的功能并提出第二信使学说而获得1971年诺贝尔医学和生理学奖。
一般将细胞外信号分子(亲脂性、亲水性信号分子，如激素、神经递质、生长因子等)称为―第一信使‖(first messenger)；第一信使与表面受体作用后在胞内最早产生的胞内小分子称为―第二信使‖(second messenger)，其浓度变化应答于胞外信号与细胞表面受体的结合，并在细胞信号转导中行使功能。目前发现的第二信使有cAMP、cGMP、IP、DAG。
每一步反应既要有激活机制又要有相应的失活机制，而这相辅相成，同等重要。两类蛋白起着分子开关的作用。一类是GTPase开关蛋白。当结合GTP时活化，当结合GDP时失活。1994年，A.G.Gilman和M.Rodbell因发现G蛋白及其信号转导中的作用而获得诺贝尔医学和生理学奖。
另一类开关蛋白由蛋白激酶使之磷酸化而开启，由蛋白磷酸酯酶使之去磷酸化而关闭。1992年，E.G.Krebs和E.H.Fischer因发现蛋白质磷酸化与去磷酸化作为一种生物学调节机制而获得诺贝尔医学和生理学奖。 二、信号转导系统及其特性
(一) 信号转导系统的基本组成与信号蛋白 细胞表面受体介导的信号途径的主要步骤如下。 ① 表面受体对信号的特异性识别。
② 第一信使通过适当的分子开关机制实现信号的跨膜转导，产生第二信使。 ③ 信号放大过程。
④ 细胞反应由于受体的脱敏或受体下调，启动反馈机制从而终止和降低细胞反应。 (二) 细胞内信号蛋白的相互作用
受体通过细胞内受体蛋白的相互作用组成不同的信号通路而传播信号，这必然涉及信号蛋白之间的精确互作。细胞内信号蛋白的相互作用是依靠蛋白质模式结合域特异性介导的。
(三) 信号转导系统的主要特性 ① 信号识别的特异性。 ② 信号的放大和终止或下调。 ③ 细胞对信号的整合。
第二节 细胞内受体介导的信号转导
一、细胞内核受体及其对基因表达的调节
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细胞内受体超家族的本质是依赖激素激活的基因调控蛋白。细胞内受体一般含有3个功能结构域：激素结合位点(位于C端)、DNA或Hsp90的结合位点(富含Gys,具有锌指结构)、转录激活结构域(位于N端)。
细胞内受体介导的信号转导机制：受体与抑制性蛋白结合形成复合物，处于非活化状态；当配体与受体结合后，抑制性蛋白从复合物上解离下来，受体被激活，暴露出DNA结合位点；配体-受体复合物结合到特定的DNA序列—受体依赖的转录增强子，启动基因的转录和表达。 类固醇激素诱导的基因活化分为以下两个阶段。 ① 初级反应阶段。直接活化少数特殊基因，反应迅速。
② 次级反应阶段。初级反应的基因产物在活化其他基因，对初级反应起放大作用。 二、NO作为气体信号分子进入靶细胞直接与酶结合
NO是气体分子，具有脂溶性，可以快速扩散透过细胞膜，在体内极不稳定，易被氧化。血管内皮细胞和神经元是生成NO的主要场所。NO没有专门的储存和释放机制，作用于靶细胞得多少直接与NO的合成量有关。1998年，R.Furchgott等三位美国科学家因对NO信号转导机制的研究而获得诺贝尔医学和生理学奖。 NO的生成反应如下： 一氧化氮合酶
L-精氨酸 NO+L-瓜氨酸 NADPH
NO信号转导机制：NO由一氧化氮合酶(NOS)催化合成后，扩散到邻近细胞，与鸟苷酸环化酶(GC)活性中心结合，改变酶的构象，导致酶活性增强和cGMP合成的增多；cGMP作为第二信使，介导蛋白质的磷酸化过程，发挥多种生物学作用。
第三节 G蛋白藕联受体介导的信号转导
一、G蛋白藕联受体的结构与激活
G蛋白是三聚体GTP结合调节蛋白，位于质膜内侧，由、、三个亚基组成，是一类重要的分子开关蛋白。
G蛋白藕联受体含有7个疏水残基肽段，形成跨膜螺旋区和相似的三维结构，N端在细胞外侧，C端在细胞胞质侧。 二、G蛋白藕联受体所介导的细胞信号通路 (一) 以cAMP为第二信使的信号通路
在该信号通路中，胞外信号与受体结合，导致细胞内第二信使cAMP的水平变化，进而引起细胞反应。
1、 cAMP信号通路组成成员
(1) 激活型受体(Rs)和抑制型受体(Ri)
激活型受体(Rs)：如肾上腺素受体，能与Gs相互作用，激活腺苷酸环化酶活性，提高胞内cAMP水平。 抑制型受体(Ri)：如肾上腺素受体，能与Gi相互作用，抑制腺苷酸环化酶活性，降低胞内cAMP水平。 (2) 活化型调节蛋白(Gs)和抑制型调节蛋白(Gi) G蛋白的活化过程如下。
① Gs在非活化状态时，亚基与GDP结合。
② 当配体与Rs结合后，Rs的构象改变，暴露出Gs结合位点。
③ Rs-配体复合物与Gs结合，Gs的亚基改变构象，排斥GDP，结合GTP,Gs被活化，解离亚基和、亚基，暴露出亚基与腺苷酸环化酶结合位点。 ④ Gs的亚基与腺苷酸环化酶结合，使之活化，并将ATP转化为cAMP。 ⑤ GTP水解，Gs的亚基恢复原来的构象，与腺苷酸环化酶解离，活化作用终止。 (3) 腺苷酸环化酶
腺苷酸环化酶是跨膜12次的糖蛋白，在Mg、Mn存在时催化ATP水解生成cAMP。细胞内还含有环腺苷磷酸二酯酶(PDE)，可将cAMP降解为5’-AMP，导致细胞内cAMP水平下降。cAMP浓度的迅速调节是细胞快速应答胞外信号分子 的分子基础。 ⑷ PKA
PKA（cAMP依赖的蛋白激酶A）全酶无活性，是由2个催化亚基和2个调节亚基组成的四聚体，每个调节亚基上有2个cAMP结合位点。cAMP结合后，催化亚基释放，将ATP上的磷酸基团转移到特定的蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基上，进行磷酸化。 2 .cAMP信号传导的机理 ① G蛋白的活化。
②腺苷酸环化酶的活化以及cAMP的产生。 ③ PKA的活化。 ④ 下游信号的应答。
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㈡ 磷脂酰肌醇双信使信号通路
胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC），质膜上4,5-二磷脂酰肌醇（PIP）水解成1,4,5-三磷酸肌醇（IP）和二酰甘油（DAG）。第二信号IP和DAG分别激活信号传递途径IP/Ca和DAG/PKC，所以这一信号系统又称为双信使系统（double messenger system ）. 1 . IP的作用
IP是水溶性小分子物质，可在胞质中快速扩散；打开内质网膜上IP- Ca通道，将储存在内质网中的Ca释放出来，使胞质中Ca浓度瞬间提高；将本身游离在细胞基质中PKC转位到细胞质膜上。
钙调蛋白（calmodulin,CaM）是一种钙结合蛋白，是真核细胞普遍存在的Ca应答蛋白。CaM有4个结构域，每个结构域可结合一个Ca。CaM本身没有活性，只有同Ca结合形成Ca-CaM复合体后才能活化多种靶酶。 2. DAG的作用
ＤＡＧ结合在质膜上，可活化与质膜结合的蛋白激酶C。DAG含有两个功能区，一个是亲水的催化活性中心，另一个是疏水的膜结合区。 DAG通过两种途径终止其信使作用：被DAG激酶磷酸或形成磷脂酸，进入磷脂酰肌醇代谢途径；被DAG脂酶水解成单脂酰甘油。 3.ＰＫＣ的活化
在未受刺激的细胞里，PKC游离在细胞质基质中，Ca升高使PKC转位到细胞质膜上，被DAG活化。PKC是Ca和磷脂酰丝氨酸依赖性激酶，广泛参与短期生理效应和长期生理效应。DAG代谢周期很短，不能长期维持PKC活性。磷脂酶催化质膜上的磷脂酰胆碱断裂产生DAG，用于维持PKC长期的活性。 4 .PKC活化后下游的反应
① 激活一系列蛋白激酶的级联反应，导致DNA特异序列结合的基因调控蛋白的磷酸化和激活，增强特殊基因的转录。 ② 导致一种抑制蛋白的磷酸化，从而使细胞质中基因调控蛋白摆脱抑制状态释放出来，进入细胞核，激活特殊基因的转录。 ㈢ G蛋白耦联受体介导离子通道的调控 1.离子通道耦联受体及其信号转导
离子通道耦联受体是由多亚基组成的受体-离子通道复合体，本身既有信号结合位点，又是离子通道，其跨膜信号转导不需要中间步骤，又称配体门离子通道或递质门离子通道。化学信号通过与受体转导选择性结合改变受体通道蛋白的构象，调控通道开关，激活的通道对离子的运输也具有特异性。 2. G蛋白耦联受体介导的离子通道及其调控
许多神经递质的受体是G蛋白耦联受体，神经递质也受体的结合引发G蛋白耦联的离子通道的开闭，进而导致膜电位的改变。 有些神经递质的受体、嗅觉受体以及眼睛的光受体是通过第二信使的作用间接调节离子通道活性的G蛋白耦联受体。 3.Gt蛋白耦联的光受体的活化诱发cGMP-门控阳离子通道开闭
人类视网膜含有两类光受体：视锥细胞光受体（负责初级感受）与视杆细胞光受体（负责弱光刺激）。视紫红质是视杆细胞Gt蛋白耦联的光受体，常称为传导素，是一个7次跨膜的视蛋白。
视杆细胞中Gt蛋白耦联的光受体诱导的阳离子通道的关闭步骤如下。
1、高水平的cGMP保持cGMP-门控非选择性阳离子通道的开放，吸收后产生激活的视蛋白O。
2、激活的视蛋白也无活性的Gt-GDP结合并介导GDP被GTP置换。
3、Gt三聚体蛋白解离形成游离的Gt，通过与cGMP磷酸二酯酶（PDE）抑制性γ亚基结合导致PDE活化。
4、γ亚基也催化性α和β亚基分离。
5、由于抑制的解除，cGMP转换成GMP。
6、cGMP水平降低导致GMP-门控阳离子通道的开闭，膜瞬间超级极化。
第四节 酶联受体介导的信号转导
一、受体酪氨酸激酶及PTK-Ras蛋白信号通路
与酶连接的细胞表面受体又称催化性受体（catalytic receptor ），均是跨膜蛋白，胞外段受体与配体结合，胞内段具有酶活性。这类受体包括受体酪氨酸激酶、受体丝氨酸/苏氨酸激酶、受体酪氨酸磷酸酯酶、受体鸟苷酸环化酶、酪氨酸蛋白激酶联系的受体。 1. 受体酪氨酸激酶概述
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受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase,PTK），又称酪氨酸蛋白激酶受体，是细胞表面一大类重要受体家族。PTK既是受体又是酶，能够和配体结合，并把靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化，其对应的配体为可溶性的或膜结合的多肽和蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。PTK的主要功能是控制细胞生长、分化而不是调控细胞的中间代谢。 2. PTK的激活机理
PTK又一个细胞外结构（配体结合位点）、一个疏水的跨膜α螺旋和一个胞质结构域（催化位点）组成。配体的结合导致受体二聚化，激活PTK活性，进而在二聚体内彼此交叉磷酸化受体的酪氨酸残基作为下游信号的锚定位定，含有SH2结构域的信号与之结合，启动下游信号的传导。含SH2结构域的信号蛋白分为两类。一类为接头蛋白，本身不具备酶活性，也没有传递信号的功能，参与构成信号转导复合物；另一类为信号通路中有关的酶。二者均含两个高度保守的无催化活性的SH2和SH3结构域。
Ras蛋白（rat sarcoma ）是一种GTP结合蛋白，分布于质膜胞质一侧，具有GTPase活性。Ras蛋白结合GTP时为活化态，结合GDP时为失活态，具有分子开关的作用，直接调控下游细胞的有丝分裂。 RTK-Ras介导的信号通路如下：
配体→PTK→接头蛋白→GEF→Ras→Raf(MAPKKK) →MAPKK→MAPK→进入细胞核→其他激酶或者转录因子→基因表达配体→基因表达
二、细胞表面企图酶联受体
㈠ 受体丝氨酸/苏氨酸激酶
受体丝氨酸/苏氨酸激酶又称TGF-β受体，可分为RⅠ、RⅡ、RⅢ三种。RⅢ是最丰富的TGF-β受体，是细胞表面糖蛋白；RⅠ、RⅡ是二聚体跨膜蛋白，胞质侧具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性。RⅡ是组成型活化激酶。 ㈡ 受体酪氨酸磷酸酯酶
受体酪氨酸磷酸酯酶是一次跨膜蛋白受体，胞内段具有酪氨酸磷酸酯酶活性，可以使特异的胞内信号蛋白的磷酸酪氨酸残基去磷酸化。其作用是控制磷酸酪氨酸残基的寿命，使静止细胞具有较低的磷酸酪氨酸残基水平。 ㈢ 受体鸟苷酸环化酶
受体鸟苷酸环化酶（receptor guanylate cyclase ）是一次跨膜蛋白受体，胞外段为配体结合域，胞内段为鸟苷酸环化酶催化结构域，可催化GTP生成cGMP 。该受体分布于肾和血管平滑肌细胞表面，配体为心房排钠肽(ANPs)。当血压升高时，心房肌细胞分泌ANPs，促进肾细胞排水、排纳，同时血管平滑肌细胞松弛，结果使血压下降。
除了质膜结合的鸟苷酸环化酶外，细胞基质中的可溶性鸟苷酸环化酶是NO的靶酶。 ㈣ 酪氨酸蛋白激酶联系的受体
酪氨酸蛋白激酶联系的受体本身不具有酶活性，但是可以结合非受体酪氨酸蛋白激酶。受体与配体结合后，通过与之联系的非受体酪氨酸蛋白激酶的活化，磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基，实现信号转导。
三、细胞表面整联蛋白介导的信号转导
1.整联蛋白和黏合斑
整联蛋白（integrin）是细胞表面的跨膜蛋白，由α、β亚基组成的异二聚体，其胞外段可以和多种细胞外基质组分（纤连蛋白、胶原和蛋白聚糖）结合。整联蛋白不仅介导细胞附着，更重要的是提供细胞外环境调控细胞内环境的渠道。
粘合斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质的联系方式，在粘合斑处，跨膜连接蛋白（如整联蛋白），行使纤维蛋白受体的功能，并通过纤连蛋白与细胞外基质相结合。
2.通过粘合斑由整联蛋白介导的信号传导通路
① 由细胞表面到细胞核的信号通路。细胞表面整联蛋白与胞外配体相互作用，导致整联蛋白簇集和粘合斑质膜下酪氨酸蛋白激酶Src活化，活化的Src使粘合斑蛋白激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化，可结合具有SH2结构域的接头蛋白，活化下游的分子开关Ras，Ras-GTP通过MAPK级联反应途径传递细胞生长促进信号到细胞核，激活涉及细胞生长与增殖相关的基因转录。
② 由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路。细胞核并非由整联蛋白介导的源于胞外基质信号的唯一的靶细胞，也可将源于胞外基质的信号传递给蛋白质合成机器——核糖体。粘合斑蛋白激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化，结合下游信号，磷酸化核糖体小亚基结合蛋白。该核糖体则被优先利用，合成细胞从G期到S期所需要的某些蛋白。
第五节信号的整合与控制
一、细胞对信号的整合
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㈠ 细胞对信号反应表现发散性或收敛性特征
1、信号的强度或持续的时间不同从而控制反应的性质。
2、在不同的细胞中，因为有不同的转录因子组分，所以即使受体相同而其下游的通路也是不同的
3、整合信号会聚其他信号通路的输入从而修正细胞对信号的反应。
㈡ 蛋白激酶的网络整合信息
细胞各种不同的信号通路，主要提供了信号途径本身的线性特征，然而细胞需要对各种信号进行整合和精确控制，做出适宜的应答。信号转录最重要的特征之一是构成复杂的信号网络系统，具有高度的非线性特点。各信号通路之间进行交叉对话。信号可以在不同的信号通路间转导。
二、细胞对信号的控制
细胞以不同的方式对信号进行适应。
1、降低表面受体的数目。
2、快速使受体脱敏。
3、在受体已经激活的情况下，下游信号蛋白发生变化，使通路受阻。
习题解答
1.试述细胞以哪些方式进行通讯，各种方式之间有何不同？
答 ① 细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯，这是多细胞生物最普遍采用的通讯方式，可以通过长距离或者短距离发挥作用。
② 细胞间接触性依赖的通讯，细胞间直接接触，通过与质膜结合的信号分子影响其他细胞。细胞间直接接触而无需信号分子的释放，通过质膜上的信号分子与包细胞质膜上的受体分子相互作用来介导细胞通讯。
③细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通，通过交换小分子来实现代谢耦联或电耦联。该方式没有信号的分泌及细胞间直接的接触。 2.何谓信号转导中的分子开关蛋白？举例说明其作用机制。
答 在细胞内一系列信号传递的级联反应中，必须有正、负两种相辅相成的反馈机制进行精确调控。对每一个反应既要求由激活机制还要求由失活机制，负责这种正、负调控的蛋白称为分子开关。一类是通过蛋白激酶使之磷酸化而激活，通过蛋白磷酸酯酶使之区磷酸化而失活。另一类是GTPase开关蛋白，结合GTP活化，结合GDP失活。
Ras蛋白就是一个典型的分子开关蛋白，通过其他蛋白质的作用使得GTP与其结合而处于激活状态。一种GTP酶激活蛋白可促进将结合的GTP水解为GDP，Ras的工作就类似电路开关。如果Ras分子开关失去控制一直处于激活状态，下游MAPK一直活跃，使得细胞有丝分裂失去控制，从而导致癌变。 3.试分析细胞信号系统的组成及其作用。 答 细胞表面受体：特异识别胞外信号 转乘蛋白：负责信息向下传递
信使蛋白：携带信号从一部分传递到另外一部分。 接头蛋白：连接信号蛋白。
放大和转导蛋白：由酶和离子通道组成，介导信号级联反应。 传感蛋白：负责不同形式信号的转换。
分歧蛋白：信号从一条途径传递到另外一条途径。 整合蛋白：从多条通路接受信号并向下传递。
潜在基因调控蛋白：在表面被受体活化，迁移到细胞核刺激基因转录。 4.简要比较G蛋白耦联受体介导的信号通路有何异同。
答 G蛋白耦联受体是细胞表面由单条多肽7次跨膜形成的受体，该信号通路是指配体-受体复合物与靶细胞（酶或离子通道）的作用要通过与G蛋白的耦联，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内，影响细胞的行为。
根据产生第二信使的不同，它可分为cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。cAMP信号通路的主要效应是激活靶细胞和开启基因表达，这是通过蛋白激酶A完成的。该信号途径涉及的反应链可表示为激素→G蛋白耦联受体→G蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录。
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磷脂酰肌醇信号通路的最大特点是胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞内信使，分别启动两个信号传递途径即IP/Ca和DAG/PKC，实现细胞对外界信号的应答，因此，这一信号系统又称为―双信使系统‖。
5.概述受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。 答 ⑴ 组成
受体酪氨酸激酶又称酪氨酸蛋白激酶受体，是细胞表面一大类重要受体家族，包括6个亚族。它的胞外配体是可溶性或膜结合的多肽或蛋白类激素，包括胰岛素和多种生长因子。 ⑵ 特点
①激活机制为受体之间的二聚体化 自磷酸化 活化自身。 ②没有特定的二级信使，要求信号有特定的结构域。 ③由Ras分子开关的参与。 ④介导下游MAPK的激活。 ⑶ 功能
RTK-Ras信号通路是这类受体所介导的重要信号通路，具有广泛的功能，包括调节磁暴的增殖与分化，促进细胞的存活，以及细胞代谢过程中的调节与校正。 6.请总结细胞信号的整合方 ⑴细胞信号的整合方式
① 细胞的信号传递时多通路、多环节、多层次和高度负责的可控过程。稀薄啊信号传递通路具有收敛或发散的特点，根据信号的强度和持续的时间不同从而控制反应的性质。每种受体都能识别和结合各自的特异性配体，来自各种非相关受体的信号可以在细胞内收敛激活一个共同的效应器的信号，从而引起细胞生理、生化反应和稀薄啊行为的改变。另外，来自相同配体的信号又可发散激活各种不同的效应器，导致多样化的细胞应答。
② 细胞的信号转导既具有专一性又有作用机制的相似性。不同的细胞中，因为转录因子组分不同，即使受体相同而其下游的通路不是不同的。
形成蛋白激酶的网络整合信息。细胞内各种不同的信号通路主要提供了信号途径本身的线性特征，信号转导最重要的特征之一是构成复杂的信号网络系统，具有高度的非线性特点。因此细胞需要对各种信号进行整合和精确控制，在各信号通路之间进行交叉对话并作出适宜的应答。整合信号会聚其他信号通路的输入从而修正细胞对信号的反应。 ⑵ 细胞信号的控制机制
1、细胞对外界信号适度的反应既涉及信号的有效刺激和启动，也依赖信号通路本身的调节。
2、信号放大与信号终止并存。
3、当细胞长期暴露在某种形式的刺激下时，细胞对刺激的反应将会降低。细胞以不同的范式对信号进行适应：一是逐渐降低表面受体的数目，游离受体的减少降低了对外界信号的敏感度；二是快速钝化受体，从而降低受体和配体的亲和力，降低受体对胞外微量配体的敏感度；三是在受体已经被激活的情况下，其下游信号蛋白发生变化，使通路受阻。
自测题
一、名词翻译并解释
1 cell communication 2 cell recognition 3 receptor
4 signal teansduction 5 second messenger 6 ion-channel-coupled receptor 7 G protein-coupled receptor 8 enzyme-linked receptor 9 molecular switch 10 receptor dimerization 11 SH domain 二、填空题
1 细胞以三种方式进行通讯：———、———和———。 2 细胞的信号分子根据其溶解性通常可分为———和———。
3 亲脂性信号分子主要有———和———，亲水性信号分子主要有———、———和———。 4 在体内发现的第一个气体信号分子是———。
5 Gi对腺苷酸环化酶的抑制的两个途径是———和———。 6 第二信使有———、———、———、———等。 7 受体的本质是———，构成———。 8 受体至少有两个功能域：———和———。
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42. 跨膜蛋白
43. 酪氨酸蛋白激酶 SH2 44. 去磷酸化
45. 被DAG激酶磷酸化为磷脂酸 被DAG脂酶水解成单脂酰甘油 46.Ras GTP GDP 47. 有丝分裂 48. 视紫红质
49. 硝酸根或亚硝酸根
50. 受体酪氨酸激酶受体 受体丝氨酸/苏氨酸激酶受体 受体酪氨酸磷酸酯酶 受体鸟苷酸环化酶 酪氨酸蛋白激酶联系的受体 51. 与Src蛋白家族相联系的受体 与Janus激酶家族相联系的受体 受体二聚化 52. 本身不具备酶活性 酪氨酸蛋白激酶的结合位点 非受体酪氨酸蛋白激酶 三、 单项选择题
1. A 2. B 3. B 4.A 5. A 6. B 7.A 8. B 9. D 10. C 11. B 12. B 13. A 14. C 15. D 16. C 17. A 18. A 19. C 20. D 四、判断题
1． ⅹ 2. √ 3.Χ 4. √ 5. Χ 6. Χ 7.Χ 8. Χ 9. √ 10.Χ 11. Χ 12. √ 13.√ 14. Χ 15. Χ 16.Χ 17.Χ 18.√ 19. Χ 20.√ 21.Χ 22.Χ 23.√ 24.Χ 25.√ 26.√ 27.√ 28.√ 29.√ 五、问答题
1. 细胞以不同的方式产生对信号的适应：一是逐渐降低表面受体的数目，游离受体的减少降低了对外界信号的敏感度；二是快速钝化受体（受体本身敏感），从而降低体和配体的亲和力，降低受体对胞外微量配体的敏感性；三是在受体已被激活的情况下，其下游信号蛋白发生变化，使通路受阻，这种适应是通过副反馈实现的，即强反应调节使其自身反应关闭。 2. RTK-Ras通路的模式如下：
细胞外信号——→受体——→Ras——→Raf——→MAPKK——→MAPK——→转录因子——→激活靶基因——→细胞应答和效应
Ras本身的GTP酶活性不强，需要GTP酶活化蛋白（GAP）的参与，使Ras结合的GTP水解而失活，GAP的SH2结构域可直接与活化的受体结合。Ras癌基因位于真核生物的细胞核中，其编码的p21ras蛋白，在结构和功能上与G蛋白相似，与GTP结合后，参与细胞生长、分化信号的传导。Ras基因发生突变后，Ras结合的GTP不能水解，细胞增殖信号持续增强，导致细胞无限增殖和癌变。
3.当Gi与GTP结合时，Gi的α亚基与另外两个亚基解离后，一是通过α亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性，二是通过两个亚基复合物与游离的Gs( )( a)亚基结合，阻断Gs的α亚基对腺苷酸环化酶的活化。例如，肾上腺素α受体、胰高血糖素为抑制信号，肾上腺素β受体为激活信号。
4.霍乱毒素是一种作用于G蛋白的毒素。它具有ADP-核糖转移酶活性，进入细胞催化胞内NAD(+ )( )的ADP核糖基共价结合到Gs的α亚基丧失GTP酶活性，与α亚基结合的GTP不能水解为GDP，GDP永久结合在Gs的α亚基上，α亚基处于持续活化状态，腺苷酸环化酶持续活化。
霍乱病患者的症状是严重腹泻，主要因为腺苷酸环化酶持续活化导致小肠上皮细胞中的cAMP浓度增加100倍以上，导致膜蛋白让大量的Na(+ )( )与水持续外流，产生严重腹泻而脱水。
5.百日咳毒素催化Gi的α亚基ADP-核糖基化，降低了GTP与Gi的α亚基的结合水平，使Gi的α亚基不能活化，从而阻断了Ri受体对腺苷酸环化酶的抑制作用。
6.在正常情况下，细胞内cAMP浓度非常低，当腺苷酸环化酶被外界信号激活后，cAMP急剧增加，产生快速应答。细胞内还有另外一种酶——环腺苷磷酸二酯酶（PDE）可降解cAMP生成5’-AMP,导致cAMP快速下降。信号的放大和终止同等重要，从而保证信号转导快速有效进行。
7.cAMP的主要效应是通过激活PKA激活靶酶和开启基因表达。CAMP与PKA的调节亚基结合，改变调节亚基构象，调节亚基与催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的PKA催化亚基可导致细胞内某些蛋白磷酸化，改变这些蛋白的活性，在不同类型的细胞中不同的靶蛋白被磷酸化，从而影响不同靶细胞的具体代谢行为。开启基因表达因为要涉及细胞核机制，所以过程较缓慢。
8.在细胞质基质中，基态的Ca2+ 浓度约为10-7mol/L，很少的Ca2+ 流入就可以导致胞内溶胶Ca2+ 较大程度变化。与Na+ 相比，胞内Na+ 浓度发生显著改变所需要的离子量要大得多。
在信号转导中，Ca2+ 作用极其重要，不仅可以作为第三信使参与广泛的生理活动，活化各种Ca2+ 结合蛋白并引起细胞反应，而且在双信使系统本身的调节方面也非常重要。胞内Ca2+ 浓度过高会引起细胞中毒，质膜上的钙泵和钠钙交换器将Ca2+ 泵出细胞，内质网膜上的钙泵会将高浓度的Ca2+ 泵进内质网钙库。至少已经发现4中以上的钙结合蛋白，每个钙结合蛋白可与30个左右的Ca2+ 结合，钙结合蛋白的浓度可达30--100mg/mL，内质网作为Ca2+ 的储存库。
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9.细胞内受体的本质是激素激活的基因调控蛋白，这类受体一般有3个结构域：位于C端的激素结合位点、位于中部的DAN结合位点、位于N端的转录激活结构域。在没有信号刺激的情况下，受体与抑制性蛋白结合形成复合物，处于非活化状态；激素信号与受体的结合导致受体蛋白构象的改变，抑制性蛋白从复合物上解离下来，提高了受体与DNA的结合能力，激活的受体通过结合特异DNA序列调节基因表达。
10.硝酸甘油在体内能够转化为NO，NO扩散进入靶细胞蛋白结合，与鸟苷酸环化酶活性中心的铁离子结合，改变酶的构象，导致酶活性增强和cGMP合成增多，舒张血管，从而减轻心脏负担和心肌的需氧量。
11.NO是一种自由基性质的气体，具脂溶性，可快速扩散通过细胞膜，到达临近靶细胞发挥作用。
血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞，以L-精氨酸为底物，在一氧化氮合酶（NOS）的作用下，以还原型辅酶II（NADPH）为电子供体，等量生成NO和L-瓜氨酸。
可溶性鸟苷酸环化酶（GC）的激活是NO发挥作用的主要机制。NO扩散进入靶细胞与靶蛋白结合，与鸟苷酸环化酶活性中心的铁离子结合，改变酶的构象，导致酶活性增强，发挥多种生物学作用。
12.研究表明，一旦脑缺血损伤发生后，即有短暂的通过NOS的激活而导致的NO增加，促进脑血管扩张，增加脑血流，抗血小板凝集，从而对脑缺血损伤发挥保护作用。如果脑缺血损伤发展到中晚期，炎症细胞、吞噬细胞会诱导产生大量NOS，由此也会造成NO过度释放而引起神经毒作用。 13.细胞分泌化学信号的作用方式可分为以下几种：
（1）内分泌。由内分泌细胞分泌信号分子到血液中，通过血液循环运送到体内各个部位，作用于靶细胞。 （2）旁分泌。细胞通过分泌局部化学介质到细胞液中，通过局部扩散作用于邻近靶细胞 （3）自分泌。细胞对自身的分泌的物质产生反应。 (4)通过化学突触传递神经信号。
此外，通过分泌外激素传递信息也属于通过化学信号进行细胞间通讯，作用于同类的其他个体。 六、论述题
黏合斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质的联系方式，在黏合斑处，跨膜连接糖蛋白（如整联蛋白）行使纤连蛋白受体的功能，并通过纤连蛋白与细胞外基质相结合。黏合斑主要有两方面的功能：机械结构功能与信号传递功能。 黏合斑的装配机制：
Rho-GTP---->激活PI（5）K---->PI（4）磷酸化形成PI（4，5）P2---->结合许多靶蛋白如微丝结合蛋白---->肌动蛋白单体的释放导致它们聚合到新暴露的微丝的末端。
Rho-GTP与Rho激酶结合并使之活化---->活化的Rho磷酸化---->肌球蛋白轻链磷酸酶失活---->肌动蛋白活化---->有利于肌动蛋白纤维的装配。 通过黏合斑由整合蛋白介导的信号传递通路
（1）由细胞表面到细胞核的信号通路。细胞表面整联蛋白与胞外配体相互作用，导致整联蛋白簇集和黏合斑质膜下酪氨酸蛋白激酶Src活化，活化的Src使黏合斑蛋白激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化，可结合具有SH2结构域的接头蛋白，活化下游的分子开关Ras，Ras-GTP通过MAPK级联反应途径传递细胞生长促进信号到细胞核，激活涉及细胞生长与增殖相关的基因转录。
（2）由细胞表面到细胞质核糖体的信号通路。细胞核并非由整联蛋白介导的源于胞外基质信号的唯一的靶细胞，也可将源于胞外基质的信号传递给蛋白质合成机器----核糖体。黏合斑蛋白激酶FAK的酪氨酸残基磷酸化，结合下游信号，磷酸化核糖体小亚基结合蛋白，该核糖体则被优先利用，合成细胞从G1期到S期所需要的某些蛋白。
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