合酶由核基因编码，细胞质核糖体上合成 （二）线粒体和叶绿体的蛋白质
● 线粒体和叶绿体合成蛋白质的种类十分有限 ●线粒体或叶绿体蛋白质合成体系对核基因组具有依赖性
●不同来源的线粒体基因，其表达产物既有共性，也存在差异
●参加叶绿体组成的蛋白质来源有３种情况： ◆由ctDNA编码，在叶绿体核糖体上合成； ◆由核DNA编码，在细胞质核糖体上合成；
◆由核DNA编码，在叶绿体核糖体上合成。
（三）线粒体、叶绿体基因组与细胞核的关系 核质互作：
细胞核与线粒体、叶绿体之间在遗传信息和基本表达调控等层次上建立的分子协作机制 核质冲突：
细胞核与线粒体、叶绿体基因单方面发生突变，引起细胞中的分子协作机制出现障碍，细胞或个体表现出异常的表型 RNA编辑：
线粒体、叶绿体的基因表达过程中，个别碱基需要修饰才能翻译出正确的蛋白质，这种修饰发生在RNA水平。
第四节 线粒体和叶绿体的起源
●内共生起源学说（endosymbiosis hypothesis) ●非共生起源学说 讨论话题
什么时候人类也能像植物那样，用清洁、简便、高效的办法从自然界获取能量呢？
美国加州大学伯克利分校的科学家，在这一领域取得了重大突破，找到了可使光合反应顺利进行的特殊催化剂——氧化钴纳米颗粒，实现了高转化率的光解反应，相关论文已发表在德国《应用化学》期刊上。
第七章 细胞质基质与内膜系统
第一节 细胞质基质及其功能 概念：
最早的概念称透明质 （hyaloplasm），指细胞质中除线粒体、质体等在光镜下所能看到的所有细胞器以外的部分，又称细胞液（Cell sap）。 从生化角度讲，细胞液实际上是细胞质的可溶相，经过超速离心后，除去所有细胞器和各种颗粒的上清液部分，故又有胞质溶胶（Cytosol）之称。）。
透明质（细胞液） —→ 胞质溶胶 —→细胞质基质
光镜下可见结构以外的部分 离心沉淀物以外部分 可分辩结构以外的胶状物质
细胞质基质：指除去能分辩的细胞器和颗粒以外的细胞质部分，是一复杂的高度有组织的胶体系统。 呈复杂的胶体性质，可随环境条件的改变由溶胶变为凝胶状态或者相反，这成为某些细胞运动方式的动力。 化学组成
细胞质基质是细胞真正的内环境，其组成成分复杂。主要含有与中间代谢有关的数千种酶类，依分子大小大致划分为下列几种。
小分子和各种离子：如水 K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+等
中分子类：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸类等 大分子类：蛋白质、脂蛋白、RNA、多糖等 细胞质基质的功能?
1，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、糖原的合成与分解、蛋白质的合成等。提供离子环境、提供底物、物质运输通路、细胞分化等, 2，蛋白质的分选与运输 3，与细胞质骨架相关的功能
胞质骨架可作为细胞质基质结构体系的组织者，为基质中其它成分或细胞器提供锚定位点；维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等。
4，蛋白质的修饰和选择性的降解
蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命? 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
在基质中合成的蛋白质命运不同：
a、具N端信号肽的（分泌蛋白）合成后→内质网； b、N端具导肽的分别被转送到各种细胞器（线粒体、叶绿体、微体、细胞核等）中；
c、留在细胞质中（驻留蛋白）或参与膜建成（膜蛋白）。 控制蛋白质寿命
决定蛋白质寿命的为存在于N端的第一个氨基酸，称信号氨基酸，决定N端的稳定或不稳定。识别N端不稳定的氨基酸信号并准确地将这种蛋
白质降解是依赖于泛素的降解途径。在蛋白质降解
过程中，多个泛素分子共价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N端，然后由一种蛋白酶体（26s的蛋白酶复合体）将蛋白质完全水解； 泛素降解途径(ubiquitin-dependent pathway)： 泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有蛋白质降解和细胞周期调控等多种生物学功能。
热休克蛋白(heat shock protein ，Hsp)
主要包括HSP100,HSP90,HSP70,HSP60等家族，每一家族中都有由不同基因编码的数种蛋白成员。
大多数组成型表达，有些在胁迫条件下高水平表达，维持细胞稳态。
能选择性的与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用水解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠成正确构象。 第二节 细胞内膜系统及其功能
内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由单层膜包绕形成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。
内膜系统使真核细胞细胞内区域化（compartmentalization） 细胞内膜系统 意 义 ：
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；
酶系统的隔离与连接；
蛋白质、糖、脂肪的合成、加工和包装； 运输分泌物；
扩散屏障及膜电位建立； 离子梯度的维持等。
问题：线粒体和叶绿体是否属于细胞内膜系统？（不是，细胞内膜系统是单层膜） 内质网的形态结构与功能 概 述
早在1897年，法国人Garnier就发现分泌活动旺盛的胰腺和唾液腺细胞中有一个呈条形或丝状结构的嗜碱性区域，随细胞的活动和生理状态而有所变化，细胞处在活动状态时，这种结构丰富，动物高度饥饿时，这种结构消失，喂食后又重新出现。故将其称为“动质”或“酿造质”（ergastoplasm-古希腊语：改变、酿造）。
1945年，著名超微结构学家K.B.Porter，在电镜下观察组织培养的鸡胚成纤维细胞时，发现有各种大小的管道相连成网状，并多处在细胞质的内质部位，故定名为内质网。
这种结构与细胞内物质合成有关，故有细胞的生物合成“工厂”之称。 一、 内质网的形态结构 （一）形态结构特点
ER是交织分布在细胞质中的由膜围成的扁囊或小管状管道系统。基本结构分为二部分： 内质网膜：结构与质膜相同，但比质膜薄（5-6nm），有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连，少数能与质膜相连。
内质网腔：内含细小蛋白质颗粒。
ER在外形上呈多态性，但有三种基本的形态。 1 扁平囊状排列：囊状内质网或称“池”。这种内质网具有宽大的腔，有时似打足了气的气球，有时又象放了气的气球（扁平状）。如果蝇幼虫唾腺细胞中的RER。
2 管道状排列：管道内质网，这种内质网呈分枝而细长的管子（tubules），互相连通，交错成复杂的网状，能与核外膜相连，少数可见与质膜相连。 3 小泡状排列：小泡状内质网，这种内质网常在特殊生理状态及病变细胞中出现，是过渡类型。 上述3种形状是可以互相转变的。 （二）基本类型 内质网的两种基本类型
?粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum，rER）
?光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）
两类内质网在细胞中分布和数量往往决定于细胞执行的功能：
如植物胚细胞通常内质网不多也不集中，但当种子发育时，胚乳细胞中含有大量内质网。 在动物卵细胞、胚胎细胞内质网不发达，胰腺细胞、肝细胞、浆细胞等分泌细胞，内质网非常发达。但在分泌活动低下时，内质网数目又明显减少。 总之，一般在蛋白质合成旺盛的细胞，RER较多；参与脂肪代谢的细胞（脂肪细胞、肾上腺皮质细胞），多为SER；
在幼嫩细胞中（干细胞，胚胎细胞），RER较少，而其相应的成熟细胞中，RER较多； 如果细胞内有丰富的RER，那么SER相应少，
反之亦然。但在肝细胞中两类内质网都很丰富。 关于ER的化学组成是通过离体的化学分析进行研究的，多数资料来自微粒体
差速离心：分离出的内质网碎片（掺有少量质膜及Golgi体膜）组成的膜泡，而不是细胞内固有结构。 蔗糖密度梯度离心：可以得到较纯化的内质网碎片，甚至能把RER和SER的微粒体分开，更有利于分析其化学组成。
分析表明：蛋白质约占2/3（比质膜多），主要是酶类，其中葡萄糖-6-磷酸酶是内质网的标记酶。脂类1/3（比质膜少）在滑面内质网高于粗面内质网，主要为磷脂和胆固醇。 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
? 1蛋白质合成 ? 2蛋白质的修饰与加工
? 3新生肽的折叠与组装
1，rER主要合成：分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。 其它多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成的：细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧物酶体的蛋白。
是非判断：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的？
注意：所有蛋白的合成都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体 2，蛋白质的修饰与加工
糖基化：在glycosyltransferase作用下发生在ER腔面
N- linked glycosylation（Asn） O-linked glycosylation（Ser/Thr）
?酰基化：发生在ER的细胞质基质侧（形成脂锚定蛋白）
?羟基化：新生肽的脯氨酸和赖氨酸形成羟脯氨酸和羟赖氨酸（合成胶原的细胞中） 3，新生肽的折叠与组装
合成后折叠成正确构象并装配完成 结合蛋白（Binding protein，Bip）
属于热休克蛋白70家族，结合于未折叠好的蛋白质外露的疏水核心；识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，促进重新折叠与装配；防止新合
成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。 肽链合成——几十s
多肽在内质网中停留时间——几十min 正确折叠的多肽去向：高尔基体
错误折叠的多肽去向：细胞质基质中泛素依赖性途径降解
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”。 sER的功能 1，脂类的合成
2，肝的解毒作用——细胞色素P450家族酶系 3，作为分泌蛋白的运输通路
4，类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）
5，储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中 1，脂类的合成
sER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇），在细胞质面合成，通过转位酶（磷脂转位蛋白）转到腔面。
两种例外：
鞘磷脂和糖脂（sER开始→Golgi complex完成）；
Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。 磷脂的转运: transport by budding（出芽）：sER→GC、Ly、
PM
transport by phospholipid exchange proteins（PEP，磷脂转换蛋白）： sER→other organelles（including Mit and Chl）。 三、内质网应激及其信号调控
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显然是需要有一个精确调控的过程，
当某些内外因素使细胞内质网生理功能发生紊乱，钙稳态失衡，未折叠及错误折叠的蛋白质的超积累，细胞会激活一些相关信号通路，引发内质网应激（endoplasmic reticulum stress, ERS），,是一种自我保护机制和质量监控机制，事关细胞生死抉择。
一方面调动应激反应蛋白减轻应激因子对细胞的损伤——调节细胞稳态
另一方面启动细胞凋亡——不能修复的损伤细胞
内质网应激的三种反应途径 未折叠蛋白的应答（URP）。 内质网超负荷反应（EOR）。
固醇调节级联反应——是固醇耗损所致（SREBP固醇调节原件结合蛋白介导信号途径） 高尔基体的形态结构与功能
高尔基体是内膜系统的一部分，结构复杂，由许多扁囊、小泡、大泡组成，现在称这种复杂的结构为高尔基复合体（Golgi complex）。
高尔基体是普遍存在于真核细胞中的重要细胞器，最初由意大利医生Camillo Golgi于1898年用硝酸银染色，在猫头鹰的小脑蒲肯野氏细胞中发现，呈黑色的网状结构，命名为“内网器”（mternal reticular apparatus）。
由于这种结构同周围细胞液折射率相近，故在活细胞不易观察到，直到上个世纪50年代还有人怀疑它的存在。
后来在电镜下证实了这种结构的存在，为纪念Golgi本人，改称这种结构为高尔基体（Golgi body ）或高尔基器（Golgi apparatus）。 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
高尔基体是有极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性
高尔基体至少由互相联系的4个部分组成， 高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应： 高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(负端)
高尔基的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmic dynein和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。在维持高尔基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（forming face）或顺面（cis face）
面向质膜的凹面（concave）又称成熟面（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 嗜锇反应的高尔基体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。 ? 顺面膜囊
? 中间膜囊?多数糖基修饰；糖脂的形成；与高尔基体有关的多糖的合成
? 反面膜囊 ?周围大小不等的囊泡顺面囊泡较小，为物质运输小泡
反面体积较大的为分泌泡或分泌颗粒
解释高尔基体结构组织及膜囊间蛋白质转运的两种可能模型
A 膜泡运输膜型 B 囊膜成熟模型 高尔基体顺面网状结构 高尔基体反面网状结构
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
（如半乳糖的唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工） 二、 高尔基体的功能 高尔基体与细胞的分泌活动 蛋白质的糖基化及其修饰 蛋白酶的水解和其它加工过程
发生在高尔基体TGN区的蛋白质分选途径 高尔基体与细胞的分泌活动
溶酶体酶的包装与分选：M6P(6-磷酸甘露糖?)反面膜囊M6P受体 ?可调节性分泌途径
分泌细胞中新合成的可溶性分泌蛋白在分泌泡聚集、储存并浓缩，在特殊刺激条件下引发分泌活动。 ?组成型分泌途径
所有真核细胞均可通过分泌泡连续分泌蛋白质至细胞表面。
溶酶体酶的分选过程:
溶酶体酶寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生6—磷酸甘露糖（M6P），这是溶酶体酶的标志，在高尔基体反面膜囊上有M6P受体，M6P与之结合，从而与其它酶分离开，而进入一个特殊区域，最后形成溶酶体。
蛋白质糖基化类型
N-连接与O-连接的寡糖比较 糖基化的主要作用
一 、为各种蛋白质打上不同的标记，以利于高尔基体的分类包装，同时保证糖蛋白从RER至高尔基膜囊的单方向运输。
二、蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；
三、多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。
蛋白质在高尔基体中酶解加工的几种类型 ? 无生物活性的蛋白原（proprotein）?高尔基体?切除N-端或两端的序列?成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。
? 蛋白质前体?高尔基体?水解?同种有活性的多肽，如神经肽等。
? 含有不同信号序列的蛋白质前体?高尔基体?加工成不同的产物。
? 同一种蛋白质前体?不同细胞、以不同的方式加工?不同的多肽。 三、溶酶体
溶酶体（lysosome）几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单层膜围绕、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。
1955年，de Duve与Novikoff 合作，用分级分离技术及电子显微镜在鼠肝细胞中证明了其结构，并命名为溶酶体。意思是它能起溶解和消化作用。 现代定义：是由单层膜围成的含有高浓度酸性水解酶，并具有潜在酶反应的一种细胞器。 溶酶体几乎存在于所有的动物细胞，植物细胞内的溶酶体，目前意见不一，有人认为植物细胞内有类似溶酶体的结构，而单独称为植物溶酶体，如圆球体、糊粉粒和蛋白质体。液泡也具此功能。 哺乳动物红血细胞例外，细菌中无溶酶体，有人在细菌的质膜与壁之间发现有类似溶酶体的酸性水解酶区域，称质周隙（Periplasmatic space）。 一、结构及化学组成
电镜下观察，溶酶体是外包一层单位膜的圆泡状结构，平均大小约在0.25~0.8μm（0.2~0.5μm）之间，介于线粒体和微体之间。
溶酶体膜是一典型的单位膜，其化学成分主要是脂蛋白，磷脂含量也较多。这层膜对溶酶体本身所含酶具有抗性，膜一旦破裂，则消化细胞，危及
组织，故溶酶体有“自杀袋”之称。
膜内是细胞内酶的仓库，含有多种水解酶（50~60余种），能分解蛋白质、核酸和多糖及脂类。这些酶的最适PH在3~6之间，故称酸性水解酶. ? 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）
溶酶体的类型
初级溶酶体（Primary lysosome ）是指刚从高尔基的边缘膨大分离出来，还未同消化物融合的潜伏状态的溶酶体（不含作用底物）。内容物为均一的酶液，无活性。
次级溶酶体（Secondary lysosome）指初级溶酶体同消化物融合后，正在进行消化或已经消化后的泡状结构，又称消化泡（digestive vacuole）。 次级溶酶体又因所消化物质的来源和消化程度不同，分为：
异体吞噬泡（heterophagic vacuole），异噬小体 自体吞噬泡（autophagic vacuole），自噬小体 终末溶酶体（telolysome）、残余小体（residual body）或残质体，后溶酶体次级溶酶体中的物质被消化完毕后，其残渣存在的泡状结构。这时已失去酶活性或酶活性极弱。 溶酶体的功能
?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 防御功能 其它重要的生理功能
?作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养； ?分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节
?参与清除赘生组织或退行性变化的细胞，保证发育的正常进行；
细胞的自溶作用——保证发育
溶酶体膜破裂，酶溢出，将整个细胞消化掉（自杀）。这是正常情况下机体的一种保护性适应，也是保证某些动物正常发育的有效措施。例如： a、无尾两栖类，变态时尾部的退化； b、人在胚胎后期指的分开；