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第05章 细胞质基质与内膜系统课件PPT
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这是一份第05章 细胞质基质与内膜系统课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了本章主要内容，细胞质基质及其功能，细胞内膜系统及其功能，第一节，蛋白质的修饰，第二节，蛋白质糖基化，自噬相关基因等内容，欢迎下载使用。
真核细胞内区室化（cmpartmentalizatin）
细胞内被膜分隔为3 类结构：细胞质基质（cytsl）、内膜系统（endmembrane system）和其他由膜所包被的细胞器
图5-1 A. 真核细胞内典型区室化特征示意图；B. 小鼠回肠Paneth 细胞超微结构的一部分
细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由单层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
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（cytplasmic matrix）生物化学家多称之为胞质溶胶（cytsl）细胞质基质很可能是一种高度有序的体系。关键在于细胞质骨架纤维贯穿其中，起重要的组织作用
大分子拥挤 (Macrmlecular crwding)
真核细胞(a)和大肠杆菌(b)中大分子拥挤状态
许多中间代谢过程都发生在细胞质基质中如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原的合成与部分分解过程蛋白质合成和脂肪酸合成的场所与细胞质骨架相关的功能与维持细胞形态、运动、胞内物质运输及能量传递等过程相关细胞结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点细胞质基质中蛋白质的翻译后修饰、选择性降解等
辅酶或辅基与酶的结合磷酸化与去磷酸化(酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸)蛋白质糖基化作用(丝氨酸)甲基化修饰(精氨酸、赖氨酸)酰基化
2. 控制蛋白质的寿命
N 端第一个氨基酸残基是决定蛋白质寿命的信号
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径（ubiquitin- and prteasme mediated pathway）
The Nbel Prize in Chemistry 2004
"fr the discvery f ubiquitin-mediated prtein degradatin"
泛素（ubiquitin）
由76 个氨基酸残基组成的小分子球蛋白，具热稳定性，普遍存在于真核细胞中蛋白质的泛素化修饰：泛素分子共价结合到靶蛋白质的赖氨酸残基上三种酶的先后催化：泛素活化酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3）多聚泛素化：后面的泛素链连接在前一个泛素分子的特定赖氨酸残基上，如Lys48 或Lys63 位点
蛋白酶体（prteasme）
细胞内降解蛋白质的大分子复合体，由约50 种亚基组成，具有蛋白酶活性26S蛋白酶体包含一个由28 种亚基组成桶状的20S催化核心，及一个或两个由19 种亚基组成的19S调节亚基20S催化核心由α、β 两类蛋白，以α-β-β-α 的排列方式，形成四层中空的环状结构。α 环构成骨架结构，β 环具有蛋白酶活性19S调节亚基起着识别泛素化底物蛋白、切除位素修饰及使蛋白去折叠的作用。其中与20 S 催化核心接触的6 种亚基具有ATPase 活性，可利用水解ATP 所释放的能量使蛋白质去折叠，并将其进一步传递补至20S 催化核心
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径
一种识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制
图5-2 由泛素和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径（A）大鼠蛋白酶体结构图。应用冷冻电子断层扫描技术，选取神经细胞胞质成像，对其中的蛋白酶体进行平均后，获得在细胞内（原位）的蛋白酶体的结构图；（B）靶蛋白泛素化及其降解示意图：1. E1 活化泛素分子；2. 泛素分子转移至E2；3. E3 催化形成异肽键；4. 靶蛋白被泛素化；5. 蛋白酶体识别泛素化靶蛋白、ATP 水解驱动泛素移除、靶蛋白解折叠转入蛋白酶体核心内被降解
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径具有多种生物学功能
蛋白质质量监控影响细胞代谢信号转导和受体调整（receptr mdulatin）免疫反应细胞周期调控转录调节和DNA 修复等
The hsp70 family f mlecular chapernes
3. 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠
热休克蛋白（heat shck prtein， HSP）：一类进化上高度保守的蛋 白质家族，作为分子伴侣（mlecular chaperne）发挥多种作用，协助细胞内蛋白质合成、分选、折叠与装配等大多数是组成型表达和执行多种基本功能，有些是细胞在胁迫条件下高水平表达，以在维持细胞稳态中发挥核心作用根据分子量大小、结构和功能， 分为：HSP100、HSP90、 HSP70、HSP60 和新近发 现的小分子HSP等家族利用水解ATP 释放的能量
内质网的形态结构与功能
高尔基体的形态结构与功能
一、内质网的形态结构与功能
内质网（endplasmic reticulum，ER）是真核细胞中最普遍、且形态多变、适应性最强的细胞器之一。由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔所形成互相连通的三维网络结构微粒体（micrsme）是在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，它包含内质网膜与核糖体两种基本组分
（一）内质网的两种基本类型
外周内质网根据形态不同，分为片层状内质网(ER sheets) 和管状内质网(tubular ER)粗面内质网（rugh endplasmic reticulum，rER）：是内质网与核糖体共同形成的结构；主要功能是合成分泌性蛋白和多种膜蛋白；膜上有一种称为移位子（translcn）的蛋白复合体光面内质网（smth endplasmic reticulum，sER）：表面没有附着核糖体；脂类合成的重要场所
图5-3 内质网的形态结构A. 胰腺外分泌细胞中发达的粗面内质网（内质网膜及外核膜上均附有核糖体）；B. 黄体细胞有丰富的光面内质网；C. Cs-7 细胞经双重荧光染色显示的内置网的分布：抗Calreticulin 绿色荧光染色和抗climp-63 红色荧光染色，绿色显示两种形式的内质网，叠加色（黄）显示粗面内质网区
内质网与其它细胞器的关系
内质网膜与核膜连成一体，内质网腔与核周隙相通，外核膜也附着大量核糖体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内质网对外界因素（如射线、化学毒物、病毒等）的作用非常敏感
内质网是细胞内蛋白质和脂类的合成基地，几乎全部的脂类、分泌蛋白和跨膜蛋白质都在内质网上合成
1. 糙面内质网与蛋白质的合成
细胞内蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的游离核糖体。有些蛋白质刚起始合成不久便转移至内质网膜上，继续肽链延伸并完成蛋白质合成rER是细胞分泌蛋白、内膜系统各细胞器中可溶性驻留蛋白和整合膜蛋白合成、加工，以及输送到胞外或转运到内膜系统其他细胞器的重要场所一些蛋白在合成过程中就定位到内质网的膜上，如位于内质网、高尔基体、溶酶体以及细胞质膜等结构的跨膜蛋白。这些跨膜蛋白的构象都具有方向性，并且在内质网上合成时就已确定，在后续的转运过程中，其拓扑学特性始终保持不变
2. 光面内质网与脂质的合成
内质网合成细胞所需包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）合成磷脂所需要的3 种酶活性部位都定位在内质网膜的细胞质基质侧
图5-4 卵磷脂在内质网膜上合成过程的示意图
磷脂转位蛋白或称转位酶（flippase）
图5-5 胆固醇与磷脂在供体膜与受体膜之间可能的转运机制（a）通过膜泡转运脂类；（b）通过PEP 介导的脂类转运；（c）膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触
内质网上合成的磷脂转运的三种可能方式
3. 蛋白质的修饰与加工
发生在内质网和高尔基体的糖基化修饰在内质网腔内形成二硫键蛋白质的折叠和装配在内质网、高尔基体和分泌泡发生特异性的蛋白质水解切割
图5-6 N- 连接的糖基化与O- 连接的糖基化的比较N- 连接的糖基化与之直接结合的糖是N- 乙酰葡萄糖胺；O- 连接的糖基化与之直接结合的糖是N- 乙酰半乳糖胺
N-连接与O-连接的寡糖比较
在内质网发生的蛋白质N-连接糖基化的加工，转移至高尔基体后还会经过一系列复杂的修饰
表5-1 N -连接与O -连接的寡糖比较
糙面内质网中蛋白质N -连接糖基化过程
图5-7 发生在粗面内质网蛋白质N- 连接的糖基化过程1. 含有（Glc）3（Man）9（GlcNAc）2 的寡聚糖首先在内质网磷酸多萜醇载体上组装，然后在糖基转移酶的催化下，寡聚糖基从磷酸多萜醇载体转移到新生肽链的天冬酰胺残基上；2-3. 在分子伴侣Bip 和 蛋白二硫键异构酶的帮助下，蛋白质折叠时，三个葡萄糖残基分别被葡萄糖苷酶所切除（3a 在内质网蛋白质正确折叠时起作用）；4. 一个 Man 残基被移除，形（Man）8（GlcNAc）2 高甘露糖型寡聚糖
GlcNAc，乙酰葡糖胺；Man，甘露糖；Glc，葡萄糖
糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚的连接
4. 新生多肽的折叠与组装
蛋白二硫键异构酶和Bip 等蛋白质都具有4 肽驻留信号（KDEL 或 HDEL或称回收信号）以保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度
蛋白二硫键异构酶（prtein disulfide ismerase，PDI）
Bip 与转运到ER 中肽链的疏水部分结合，防止蛋白质的变性或降解，使其正确地折叠。结合有蛋白质的Bip 在ATP 水解后释放被结合的蛋白
2）分子伴侣帮助下的蛋白质折叠
Hsp60 (在E. cli中称为GrEL)
3）内质网对蛋白质的质量监控
糖基转移酶（GT）识别错误折叠的蛋白质，在其寡糖链的末端加上葡萄糖残基。然后在膜结合钙连蛋白的帮助下重新折叠。如果反复尝试后，仍不能正确折叠的蛋白则通过Sec61p 复合体转运到细胞质基质中通过泛素蛋白酶体途径降解。可溶性钙网蛋白也参与了这一质量控制途径。
折叠错误的多肽被送到细胞质中,被泛素(ubiquitin)结合，然后送到蛋白酶体(prtesme)中降解
内质网是蛋白质分泌转运途径中行使质量监控的重要场所
5. 内质网的其他功能——肝细胞的解毒作用
细胞色素P450 家族酶系的解毒作用（detxificatin）
肌质网（sarcplasmic reticulum）是贮存Ca2+的细胞器，对细胞质中Ca2+ 离子的浓度起调节作用
5. 内质网的其他功能——肌质网Ca2+储存与浓度调节
5. 内质网的其他功能——糖原代谢
肝细胞光面内质网膜上的葡萄糖-6-磷酸酶
（三）内质网应激及其信号调控
内质网应激（endplasmic reticulum stress，ERS）反应包括：未折叠蛋白质应答反应（UPR）内质网超负荷反应（EOR）固醇调节级联反应内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动凋亡程序
图5-8 内质网应激反应在各种应激因素（错误折叠或未折叠蛋白在ER 腔内聚集、Ca2+平衡紊乱、缺氧、异常糖基化和病毒感染等）作用下，主要通过3 条途径引发内质网应激（ERS）反应，影响特定基因表达。如果内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动凋亡程序
图5-9 未折叠蛋白应答反应（UPR）图示A. 三条不同的平行信号传导途径执行未折叠蛋白应答反应（UPR）；B. Ire1 膜蛋白介导的UPR：①错误折叠蛋白作为内质网信号，激活内质网跨膜激酶（感受器）；②活化的激酶二聚化、交叉磷酸化，激活核糖核酸内切酶活性；③活化的核糖核酸内切酶，切除前体RNA 的内含子；④外显子连接，形成有功能活性的mRNA；⑤ mRNA 翻译形成基因调节蛋白Hac1；⑥基因调节蛋白进入核内，激活为ER 分子伴侣编码的基因；⑦新合成的ER 分子伴侣帮助蛋白质折叠
1. 未折叠蛋白应答反应（UPR）
图5-10 SREBP 的胆固醇敏感调控A. 当胆固醇水平过高时，insig-1(2) 与SCAP 蛋白上固醇敏感结构域结合，将SCAP-SREBP 复合物锚定在内质网膜上。B. 在胆固醇水平降低时，insig-1（2）与SCAP 解离，容许SCAP-SREBP 复合物以膜泡转运的形式移动到高尔基复合体。在高尔基复合体，SREBP 随即在2个位点分别被蛋白酶S1P 和S2P 切割，从而使SREBP 蛋白N- 端bHLH 结构域得以释放。释放后的bHLH 结构域称作核-SREBP（nSREBP）,并转位到核内，调控具有SREs 的靶基因的转录
2. 固醇调节级联反应
3. ERS反应引发的细胞凋亡
二、高尔基体的形态结构与功能
高尔基体（Glgi bdy） 又称高尔基器（Glgi apparatus）或高尔基复合体（Glgi cmplex），是真核细胞内普遍存在的一种细胞器1898 年，意大利医生Camill Glgi 用镀银法首次在神经细胞内观察到一种网状结构， 命名为内网器（internal reticular apparatus）。后来在很多细胞中相继发现了类似的结构并称之为高尔基体。直到20世纪50 年代以后随着电子显微镜技术的应用和超薄切片技术的发展，才确证了高尔基体的存在
Camill Glgi
（一）高尔基体的形态结构与极性
高尔基体是一种有极性的细胞器；由排列较为整齐的扁平膜囊（saccule）堆叠而成靠近细胞核的一侧，扁囊弯曲成凸面又称形成面（frming face）或顺面（cis face），面向细胞质膜的一侧常呈凹面（cncave）又称成熟面（mature face）或反面（trans face）
图5-11 高尔基体的形态结构A. 动物分泌细胞高尔基体三维结构的分区示意图；B. 动物细胞冷冻蚀刻扫描电镜观察到的高尔基体；C. 小鼠回肠Paneth 细胞电镜超薄切片观察到的高尔基体
高尔基体的标志细胞化学反应
嗜锇反应（顺面膜囊）焦磷酸硫胺素酶（TPP 酶）反应（反面的1～2 层膜囊）胞嘧啶单核苷酸酶（CMP 酶）和酸性磷酸酶反应（反面膜囊状和反面管网结构）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）反应（中间几层）
高尔基体至少由以下几个互相联系的部分组成
顺面膜囊与顺面网状结构（cis Glgi netwrk，CGN）中间膜囊（medial Glgi）反面膜囊与反面网状结构（trans Glgi netwrk，TGN）
图5-12 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. 膜泡运输模型；B. 膜囊成熟模型
高尔基体结构组织及膜囊间蛋白质转运的两种模型
高尔基体是细胞内大分子加工、转运的枢纽对内质网合成的蛋白质进行加工、分类与包装，然后定向转运内质网合成的一部分脂质向细胞质膜和溶酶体膜等部位转运高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂
内质网驻留蛋白（KDEL驻留信号r回收信号）从高尔基体返回的途径与机制
含KDEL蛋白与受体结合与解离如何调节？
1. 蛋白质分选和膜泡运输的枢纽——顺面对蛋白质的分选和运输
①、②表示内质网腔中高水平存在的蛋白质C端具有KDEL 信号，被包装到COPⅡ包被膜泡，并转运到高尔基体；③、④表示内质网逃逸蛋白通过COPⅠ包被膜泡介导的逆向运输得以回收。注意，COPⅡ、COPⅠ和高尔基体CGN区膜上均有识别与结合KDEL 信号的受体，信号与受体的亲和力受pH高低的影响，高pH促进结合，低pH有利于释放
KDEL受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中的作用
1. 蛋白质分选和膜泡运输的枢纽——反面对蛋白质的分选和运输
高尔基体TGN 区的三条蛋白质分选途径：溶酶体酶的包装与分选途径，调节型分泌（regulated secretin）途径，组成型分泌（cnstitutive secretin）途径
图5-13 发生在高尔基体TGN 区的三条蛋白质分选途径
溶酶体酶的包装与分选途径——甘露糖-6-磷酸（M6P）标记
溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化
GlcNAc-磷酸转移酶识别溶酶体酶信号斑
正常和I细胞疾病的水解酶转运途径
1. 蛋白质分选和膜泡运输的枢纽——参与膜的转化活动
2. 蛋白质的糖基化及其修饰
蛋白质糖基化的生物学功能
糖基化的蛋白质其寡糖链具有促进蛋白质折叠和增强糖蛋白稳定性的作用蛋白质糖基化修饰使不同蛋白质携带不同的标志，以利于高尔基体进行分选与包装，保证糖蛋白从 rER 至高尔基体膜囊单向转移细胞内一些负责糖链合成与加工的酶类均由管家基因编码；细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链，直接介导细胞间的双向通讯，或参与分化、发育等多种过程多羟基糖侧链还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质
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质膜上
图5-14 脊椎动物细胞糖蛋白N- 连接寡糖在高尔基体各膜囊区间的加工过程N- 连接寡糖的核心糖基是在内质网装配然后转移到的高尔基体的；N- 连接寡糖的进一步加工修饰在高尔基体完成：1. 在cis- 高尔基膜囊切除3 个甘露糖残基；2 和4. 在中间膜囊，再附加3 个GlcNAc 残基；3. 移除2 个Man 残基；5. 附加1 个海藻糖残基；6. 在trans 高尔基膜囊，再加3 个半乳糖残基；7. 最后每个半乳糖残基连上一个N- 乙酰神经氨酸残基，完成N- 连接寡糖的加工
N -连接寡糖的核心糖基是在内质网装配后转移到的高尔基体的；N -连接寡糖的进一步加工修饰在高尔基体上完成
N-连接寡糖在高尔基体各膜囊区间的加工过程
由一个或 多个糖氨聚糖 (glycsaminglycan)结合到核心蛋白的丝氨酸Ser残基上，直接与Ser羟基结合的不是N-乙酰半乳糖胺而是木糖（xylse）蛋白聚糖多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞质膜上，很多上皮细胞分泌的保护性黏液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物
蛋白聚糖在高尔基体中组装
3. 蛋白酶的水解和其它加工过程
没有生物活性的蛋白原（prprtein）进入高尔基体后，将蛋白原N- 端或两端的序列切除形成成熟的多肽有些蛋白质分子在粗面内质网合成时是含有多个相同氨基酸序列的前体，然后在高尔基体中被水解形成同种有活性的多肽一个蛋白分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工形成不同的产物；有些情况下，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，产生不同种类的多肽，这样大大增加了细胞信号分子的多样性硫酸化作用也在高尔基体中进行的，硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖
胰岛素的合成、加工过程
三、溶酶体的结构与功能
图 溶酶体的发现过程（酸性磷酸酶存在于膜结合小泡中）左：造成膜泡破裂及酸性磷酸酶释放的条件 右：鼠肝线粒体分离组分置于低渗条件下检测的酸性磷酸酶活性曲线
图5-15 小鼠膀胱上皮细胞中的溶酶体
（一）溶酶体的形态结构与类型
溶酶体（lyssme）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器异质性细胞器初级溶酶体次级溶酶体：自噬溶酶体和异噬溶酶体残质体
溶酶体含有多种酸性水解酶类，酶的最适pH 为5.0 左右酸性磷酸酶是常用的标志酶溶酶体膜成分特殊① 嵌有质子泵② 具有多种载体蛋白③ 膜蛋白高度糖基化次级溶酶体分为自噬溶酶体和异噬溶酶体
溶酶体基本功能是细胞内的消化作用，可概括成内吞作用、 吞噬作用和自噬作用3 种途径
图5-16 溶酶体消化作用的三种途径A. 消化作用的三种途径。⒈ 内吞作用，可溶性大分子通过质膜包被小窝内化和内吞泡摄入细胞与初级溶酶体结合形成异噬溶酶体被消化；⒉ 吞噬作用，破损细胞或病原体及不溶性颗粒物质通过异噬泡形成进入细胞与初级溶酶体结合被消化；⒊ 自噬作用，细胞内破损细胞器和批量细胞质形成自噬泡与初级溶酶体结合被消化。B. 大鼠肾细胞经血清和氨基酸饥饿2 h 后的电镜照片。示双层膜包裹的自噬小泡
1. 消化由胞吞作用进入细胞的内容物
2. 细胞自噬与生物大分子、损伤的细胞器的降解
Nature Chemical Bilgy 7, 9–17 (2011)
细胞自噬（autphagy）
微自噬（micrautphagy）巨自噬（macrautphagy）分子伴侣介导的自噬（ chaperne-mediated autphagy，CMA）
Prc Natl Acad Sci U S A., 2005, 102(22): 7779–7780.
The Nbel Prize in Physilgy r Medicine 2016
"fr his discveries f mechanisms fr autphagy."
在酵母（左图）中，一个叫做液泡的大腔室对应于哺乳动物细胞中的溶酶体。Ohsumi发现一类酵母缺乏空泡降解酶。当这些酵母细胞饥饿时，自噬体迅速积累在液泡（中图）。该实验表明酵母中存在自噬现象。Ohsumi进一步研究了数千个酵母突变体（右图），并鉴定了15个自噬所必需的基因。
防御功能是某些细胞特有的功能，它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
图5-17 新合成的可溶性溶酶体酶从高尔基TGN 和细胞表面转运到溶酶体的示意图1. 具有M6P 标记的溶酶体酶与膜受体结合，在TGN 出芽，形成笼形蛋白/AP 包被膜泡；2. 包被复合物解聚，形成脱被转运泡；3. 转运泡与晚期胞内体融合；4. 磷酸化的酶与M6P 受体解离，形成溶酶体；2a 和4a、表示包被蛋白和M6P 受体可再循环利用；5. 某些受体可转运到细胞表面，磷酸化的溶酶体酶偶尔也会通过组成型分泌途径转运细胞表面或分泌到细胞外；6-8. 分泌的酶通过受体介导的内吞作用被回收
溶酶体酶的M6P分选途径
溶酶体酶分选途径多样化
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perfrin和granzyme）
溶酶体储积症（lyssmal strage diseases）：遗传缺陷致使溶酶体缺乏某种水解酶，导致相应的底物不能被降解而积蓄在溶酶体内泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease）：因为己糖胺酶A 的先天性缺失，从而不能有效降解神经节苷脂GM2，结果导致患儿智力迟钝、失明Ⅰ细胞病（inclusin-cell disease）：由于N- 乙酰氨基葡糖磷酸转移酶缺乏M6P信号致使异常转运不能进入溶酶体而分泌进入血液，结果底物在溶酶体内积蓄形成很大的包涵体溶酶体膜稳定性下降，水解酶外溢导致的相关疾病如矽肺、类风湿性关节炎等
一种罕见的疾病，在这种疾病中，糖原的逐渐积累（尤其是心脏和骨骼肌）导致肌肉无力。溶酶体中缺乏α-葡萄糖苷酶 (GAA)可以使用重组人α-葡萄糖苷酶 (GAA）进行治疗
Extrardinary Measures 良医妙药 2010
根据吉塔•阿南德（Geeta Anand）所写曾获2006年度普利策奖的报告文学《治疗》(The Cure)改编
《治愈：一个父亲是如何快速筹集到1亿美元、建立医药公司并拯救自己孩子性命的》
（五）过氧化物酶体（perxisme）
又称微体(micrbdy)， 是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器存在于所有动物细胞和很多植物细胞中异质性细胞器
图5-18 鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体和其它细胞器如线粒体等
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通过密度梯度离心可分离过氧化物酶体和溶酶体
1. 过氧化物酶体与溶酶体的区别
2. 过氧化物酶体的功能
异质性细胞器，不同生物的细胞中，甚至单细胞生物的不同个体中所含酶的种类及其行使的功能都有所不同 尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电子显微镜下识别的主要特征直接利用分子氧的细胞器，常含有两种酶；两种酶催化的反应相互偶联（可以形成一个简单的呼吸链，但不起能量转换的作用），使细胞免受H2O2毒害依赖于黄素（FAD）的氧化酶：将底物氧化降解，并产生H2O2过氧化氢酶（标志性酶）：将H2O2分解，形成水和氧气
动物细胞中： 肝细胞或肾细胞中，它可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用，例如饮酒后几乎半数的酒精是在过氧化物酶体中被氧化成乙醛的乙醛分解脂肪酸等高能分子为细胞直接提供热能，而不必通过水解ATP 的途径获得能量植物细胞中：在绿色植物叶肉细胞中，催化CO2 固定反应的副产物的氧化，即所谓光呼吸作用，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢在萌发的种子中，进行脂肪酸β-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体
3. 过氧化物酶体的发生
膜蛋白和可溶性的基质蛋白均由细胞核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后分选转运到过氧化物酶体中
成熟过氧化物酶体分裂增殖
过氧化物酶体的生物发生与分裂过程的模型
图5-19 过氧化物酶体的生物发生与分裂过程的模型
真核细胞内区室化（cmpartmentalizatin）
细胞内被膜分隔为3 类结构：细胞质基质（cytsl）、内膜系统（endmembrane system）和其他由膜所包被的细胞器
图5-1 A. 真核细胞内典型区室化特征示意图；B. 小鼠回肠Paneth 细胞超微结构的一部分
细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联、由单层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
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（cytplasmic matrix）生物化学家多称之为胞质溶胶（cytsl）细胞质基质很可能是一种高度有序的体系。关键在于细胞质骨架纤维贯穿其中，起重要的组织作用
大分子拥挤 (Macrmlecular crwding)
真核细胞(a)和大肠杆菌(b)中大分子拥挤状态
许多中间代谢过程都发生在细胞质基质中如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原的合成与部分分解过程蛋白质合成和脂肪酸合成的场所与细胞质骨架相关的功能与维持细胞形态、运动、胞内物质运输及能量传递等过程相关细胞结构体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点细胞质基质中蛋白质的翻译后修饰、选择性降解等
辅酶或辅基与酶的结合磷酸化与去磷酸化(酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸)蛋白质糖基化作用(丝氨酸)甲基化修饰(精氨酸、赖氨酸)酰基化
2. 控制蛋白质的寿命
N 端第一个氨基酸残基是决定蛋白质寿命的信号
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径（ubiquitin- and prteasme mediated pathway）
The Nbel Prize in Chemistry 2004
"fr the discvery f ubiquitin-mediated prtein degradatin"
泛素（ubiquitin）
由76 个氨基酸残基组成的小分子球蛋白，具热稳定性，普遍存在于真核细胞中蛋白质的泛素化修饰：泛素分子共价结合到靶蛋白质的赖氨酸残基上三种酶的先后催化：泛素活化酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素连接酶（E3）多聚泛素化：后面的泛素链连接在前一个泛素分子的特定赖氨酸残基上，如Lys48 或Lys63 位点
蛋白酶体（prteasme）
细胞内降解蛋白质的大分子复合体，由约50 种亚基组成，具有蛋白酶活性26S蛋白酶体包含一个由28 种亚基组成桶状的20S催化核心，及一个或两个由19 种亚基组成的19S调节亚基20S催化核心由α、β 两类蛋白，以α-β-β-α 的排列方式，形成四层中空的环状结构。α 环构成骨架结构，β 环具有蛋白酶活性19S调节亚基起着识别泛素化底物蛋白、切除位素修饰及使蛋白去折叠的作用。其中与20 S 催化核心接触的6 种亚基具有ATPase 活性，可利用水解ATP 所释放的能量使蛋白质去折叠，并将其进一步传递补至20S 催化核心
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径
一种识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制
图5-2 由泛素和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径（A）大鼠蛋白酶体结构图。应用冷冻电子断层扫描技术，选取神经细胞胞质成像，对其中的蛋白酶体进行平均后，获得在细胞内（原位）的蛋白酶体的结构图；（B）靶蛋白泛素化及其降解示意图：1. E1 活化泛素分子；2. 泛素分子转移至E2；3. E3 催化形成异肽键；4. 靶蛋白被泛素化；5. 蛋白酶体识别泛素化靶蛋白、ATP 水解驱动泛素移除、靶蛋白解折叠转入蛋白酶体核心内被降解
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径具有多种生物学功能
蛋白质质量监控影响细胞代谢信号转导和受体调整（receptr mdulatin）免疫反应细胞周期调控转录调节和DNA 修复等
The hsp70 family f mlecular chapernes
3. 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠
热休克蛋白（heat shck prtein， HSP）：一类进化上高度保守的蛋 白质家族，作为分子伴侣（mlecular chaperne）发挥多种作用，协助细胞内蛋白质合成、分选、折叠与装配等大多数是组成型表达和执行多种基本功能，有些是细胞在胁迫条件下高水平表达，以在维持细胞稳态中发挥核心作用根据分子量大小、结构和功能， 分为：HSP100、HSP90、 HSP70、HSP60 和新近发 现的小分子HSP等家族利用水解ATP 释放的能量
内质网的形态结构与功能
高尔基体的形态结构与功能
一、内质网的形态结构与功能
内质网（endplasmic reticulum，ER）是真核细胞中最普遍、且形态多变、适应性最强的细胞器之一。由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔所形成互相连通的三维网络结构微粒体（micrsme）是在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，它包含内质网膜与核糖体两种基本组分
（一）内质网的两种基本类型
外周内质网根据形态不同，分为片层状内质网(ER sheets) 和管状内质网(tubular ER)粗面内质网（rugh endplasmic reticulum，rER）：是内质网与核糖体共同形成的结构；主要功能是合成分泌性蛋白和多种膜蛋白；膜上有一种称为移位子（translcn）的蛋白复合体光面内质网（smth endplasmic reticulum，sER）：表面没有附着核糖体；脂类合成的重要场所
图5-3 内质网的形态结构A. 胰腺外分泌细胞中发达的粗面内质网（内质网膜及外核膜上均附有核糖体）；B. 黄体细胞有丰富的光面内质网；C. Cs-7 细胞经双重荧光染色显示的内置网的分布：抗Calreticulin 绿色荧光染色和抗climp-63 红色荧光染色，绿色显示两种形式的内质网，叠加色（黄）显示粗面内质网区
内质网与其它细胞器的关系
内质网膜与核膜连成一体，内质网腔与核周隙相通，外核膜也附着大量核糖体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内质网对外界因素（如射线、化学毒物、病毒等）的作用非常敏感
内质网是细胞内蛋白质和脂类的合成基地，几乎全部的脂类、分泌蛋白和跨膜蛋白质都在内质网上合成
1. 糙面内质网与蛋白质的合成
细胞内蛋白质的合成都起始于细胞质基质中的游离核糖体。有些蛋白质刚起始合成不久便转移至内质网膜上，继续肽链延伸并完成蛋白质合成rER是细胞分泌蛋白、内膜系统各细胞器中可溶性驻留蛋白和整合膜蛋白合成、加工，以及输送到胞外或转运到内膜系统其他细胞器的重要场所一些蛋白在合成过程中就定位到内质网的膜上，如位于内质网、高尔基体、溶酶体以及细胞质膜等结构的跨膜蛋白。这些跨膜蛋白的构象都具有方向性，并且在内质网上合成时就已确定，在后续的转运过程中，其拓扑学特性始终保持不变
2. 光面内质网与脂质的合成
内质网合成细胞所需包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）合成磷脂所需要的3 种酶活性部位都定位在内质网膜的细胞质基质侧
图5-4 卵磷脂在内质网膜上合成过程的示意图
磷脂转位蛋白或称转位酶（flippase）
图5-5 胆固醇与磷脂在供体膜与受体膜之间可能的转运机制（a）通过膜泡转运脂类；（b）通过PEP 介导的脂类转运；（c）膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触
内质网上合成的磷脂转运的三种可能方式
3. 蛋白质的修饰与加工
发生在内质网和高尔基体的糖基化修饰在内质网腔内形成二硫键蛋白质的折叠和装配在内质网、高尔基体和分泌泡发生特异性的蛋白质水解切割
图5-6 N- 连接的糖基化与O- 连接的糖基化的比较N- 连接的糖基化与之直接结合的糖是N- 乙酰葡萄糖胺；O- 连接的糖基化与之直接结合的糖是N- 乙酰半乳糖胺
N-连接与O-连接的寡糖比较
在内质网发生的蛋白质N-连接糖基化的加工，转移至高尔基体后还会经过一系列复杂的修饰
表5-1 N -连接与O -连接的寡糖比较
糙面内质网中蛋白质N -连接糖基化过程
图5-7 发生在粗面内质网蛋白质N- 连接的糖基化过程1. 含有（Glc）3（Man）9（GlcNAc）2 的寡聚糖首先在内质网磷酸多萜醇载体上组装，然后在糖基转移酶的催化下，寡聚糖基从磷酸多萜醇载体转移到新生肽链的天冬酰胺残基上；2-3. 在分子伴侣Bip 和 蛋白二硫键异构酶的帮助下，蛋白质折叠时，三个葡萄糖残基分别被葡萄糖苷酶所切除（3a 在内质网蛋白质正确折叠时起作用）；4. 一个 Man 残基被移除，形（Man）8（GlcNAc）2 高甘露糖型寡聚糖
GlcNAc，乙酰葡糖胺；Man，甘露糖；Glc，葡萄糖
糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚的连接
4. 新生多肽的折叠与组装
蛋白二硫键异构酶和Bip 等蛋白质都具有4 肽驻留信号（KDEL 或 HDEL或称回收信号）以保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度
蛋白二硫键异构酶（prtein disulfide ismerase，PDI）
Bip 与转运到ER 中肽链的疏水部分结合，防止蛋白质的变性或降解，使其正确地折叠。结合有蛋白质的Bip 在ATP 水解后释放被结合的蛋白
2）分子伴侣帮助下的蛋白质折叠
Hsp60 (在E. cli中称为GrEL)
3）内质网对蛋白质的质量监控
糖基转移酶（GT）识别错误折叠的蛋白质，在其寡糖链的末端加上葡萄糖残基。然后在膜结合钙连蛋白的帮助下重新折叠。如果反复尝试后，仍不能正确折叠的蛋白则通过Sec61p 复合体转运到细胞质基质中通过泛素蛋白酶体途径降解。可溶性钙网蛋白也参与了这一质量控制途径。
折叠错误的多肽被送到细胞质中,被泛素(ubiquitin)结合，然后送到蛋白酶体(prtesme)中降解
内质网是蛋白质分泌转运途径中行使质量监控的重要场所
5. 内质网的其他功能——肝细胞的解毒作用
细胞色素P450 家族酶系的解毒作用（detxificatin）
肌质网（sarcplasmic reticulum）是贮存Ca2+的细胞器，对细胞质中Ca2+ 离子的浓度起调节作用
5. 内质网的其他功能——肌质网Ca2+储存与浓度调节
5. 内质网的其他功能——糖原代谢
肝细胞光面内质网膜上的葡萄糖-6-磷酸酶
（三）内质网应激及其信号调控
内质网应激（endplasmic reticulum stress，ERS）反应包括：未折叠蛋白质应答反应（UPR）内质网超负荷反应（EOR）固醇调节级联反应内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动凋亡程序
图5-8 内质网应激反应在各种应激因素（错误折叠或未折叠蛋白在ER 腔内聚集、Ca2+平衡紊乱、缺氧、异常糖基化和病毒感染等）作用下，主要通过3 条途径引发内质网应激（ERS）反应，影响特定基因表达。如果内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动凋亡程序
图5-9 未折叠蛋白应答反应（UPR）图示A. 三条不同的平行信号传导途径执行未折叠蛋白应答反应（UPR）；B. Ire1 膜蛋白介导的UPR：①错误折叠蛋白作为内质网信号，激活内质网跨膜激酶（感受器）；②活化的激酶二聚化、交叉磷酸化，激活核糖核酸内切酶活性；③活化的核糖核酸内切酶，切除前体RNA 的内含子；④外显子连接，形成有功能活性的mRNA；⑤ mRNA 翻译形成基因调节蛋白Hac1；⑥基因调节蛋白进入核内，激活为ER 分子伴侣编码的基因；⑦新合成的ER 分子伴侣帮助蛋白质折叠
1. 未折叠蛋白应答反应（UPR）
图5-10 SREBP 的胆固醇敏感调控A. 当胆固醇水平过高时，insig-1(2) 与SCAP 蛋白上固醇敏感结构域结合，将SCAP-SREBP 复合物锚定在内质网膜上。B. 在胆固醇水平降低时，insig-1（2）与SCAP 解离，容许SCAP-SREBP 复合物以膜泡转运的形式移动到高尔基复合体。在高尔基复合体，SREBP 随即在2个位点分别被蛋白酶S1P 和S2P 切割，从而使SREBP 蛋白N- 端bHLH 结构域得以释放。释放后的bHLH 结构域称作核-SREBP（nSREBP）,并转位到核内，调控具有SREs 的靶基因的转录
2. 固醇调节级联反应
3. ERS反应引发的细胞凋亡
二、高尔基体的形态结构与功能
高尔基体（Glgi bdy） 又称高尔基器（Glgi apparatus）或高尔基复合体（Glgi cmplex），是真核细胞内普遍存在的一种细胞器1898 年，意大利医生Camill Glgi 用镀银法首次在神经细胞内观察到一种网状结构， 命名为内网器（internal reticular apparatus）。后来在很多细胞中相继发现了类似的结构并称之为高尔基体。直到20世纪50 年代以后随着电子显微镜技术的应用和超薄切片技术的发展，才确证了高尔基体的存在
Camill Glgi
（一）高尔基体的形态结构与极性
高尔基体是一种有极性的细胞器；由排列较为整齐的扁平膜囊（saccule）堆叠而成靠近细胞核的一侧，扁囊弯曲成凸面又称形成面（frming face）或顺面（cis face），面向细胞质膜的一侧常呈凹面（cncave）又称成熟面（mature face）或反面（trans face）
图5-11 高尔基体的形态结构A. 动物分泌细胞高尔基体三维结构的分区示意图；B. 动物细胞冷冻蚀刻扫描电镜观察到的高尔基体；C. 小鼠回肠Paneth 细胞电镜超薄切片观察到的高尔基体
高尔基体的标志细胞化学反应
嗜锇反应（顺面膜囊）焦磷酸硫胺素酶（TPP 酶）反应（反面的1～2 层膜囊）胞嘧啶单核苷酸酶（CMP 酶）和酸性磷酸酶反应（反面膜囊状和反面管网结构）烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）反应（中间几层）
高尔基体至少由以下几个互相联系的部分组成
顺面膜囊与顺面网状结构（cis Glgi netwrk，CGN）中间膜囊（medial Glgi）反面膜囊与反面网状结构（trans Glgi netwrk，TGN）
图5-12 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. 膜泡运输模型；B. 膜囊成熟模型
高尔基体结构组织及膜囊间蛋白质转运的两种模型
高尔基体是细胞内大分子加工、转运的枢纽对内质网合成的蛋白质进行加工、分类与包装，然后定向转运内质网合成的一部分脂质向细胞质膜和溶酶体膜等部位转运高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂
内质网驻留蛋白（KDEL驻留信号r回收信号）从高尔基体返回的途径与机制
含KDEL蛋白与受体结合与解离如何调节？
1. 蛋白质分选和膜泡运输的枢纽——顺面对蛋白质的分选和运输
①、②表示内质网腔中高水平存在的蛋白质C端具有KDEL 信号，被包装到COPⅡ包被膜泡，并转运到高尔基体；③、④表示内质网逃逸蛋白通过COPⅠ包被膜泡介导的逆向运输得以回收。注意，COPⅡ、COPⅠ和高尔基体CGN区膜上均有识别与结合KDEL 信号的受体，信号与受体的亲和力受pH高低的影响，高pH促进结合，低pH有利于释放
KDEL受体在从高尔基体回收内质网腔驻留蛋白中的作用
1. 蛋白质分选和膜泡运输的枢纽——反面对蛋白质的分选和运输
高尔基体TGN 区的三条蛋白质分选途径：溶酶体酶的包装与分选途径，调节型分泌（regulated secretin）途径，组成型分泌（cnstitutive secretin）途径
图5-13 发生在高尔基体TGN 区的三条蛋白质分选途径
溶酶体酶的包装与分选途径——甘露糖-6-磷酸（M6P）标记
溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化
GlcNAc-磷酸转移酶识别溶酶体酶信号斑
正常和I细胞疾病的水解酶转运途径
1. 蛋白质分选和膜泡运输的枢纽——参与膜的转化活动
2. 蛋白质的糖基化及其修饰
蛋白质糖基化的生物学功能
糖基化的蛋白质其寡糖链具有促进蛋白质折叠和增强糖蛋白稳定性的作用蛋白质糖基化修饰使不同蛋白质携带不同的标志，以利于高尔基体进行分选与包装，保证糖蛋白从 rER 至高尔基体膜囊单向转移细胞内一些负责糖链合成与加工的酶类均由管家基因编码；细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链，直接介导细胞间的双向通讯，或参与分化、发育等多种过程多羟基糖侧链还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质
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质膜上
图5-14 脊椎动物细胞糖蛋白N- 连接寡糖在高尔基体各膜囊区间的加工过程N- 连接寡糖的核心糖基是在内质网装配然后转移到的高尔基体的；N- 连接寡糖的进一步加工修饰在高尔基体完成：1. 在cis- 高尔基膜囊切除3 个甘露糖残基；2 和4. 在中间膜囊，再附加3 个GlcNAc 残基；3. 移除2 个Man 残基；5. 附加1 个海藻糖残基；6. 在trans 高尔基膜囊，再加3 个半乳糖残基；7. 最后每个半乳糖残基连上一个N- 乙酰神经氨酸残基，完成N- 连接寡糖的加工
N -连接寡糖的核心糖基是在内质网装配后转移到的高尔基体的；N -连接寡糖的进一步加工修饰在高尔基体上完成
N-连接寡糖在高尔基体各膜囊区间的加工过程
由一个或 多个糖氨聚糖 (glycsaminglycan)结合到核心蛋白的丝氨酸Ser残基上，直接与Ser羟基结合的不是N-乙酰半乳糖胺而是木糖（xylse）蛋白聚糖多为胞外基质的成分，有些也整合在细胞质膜上，很多上皮细胞分泌的保护性黏液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物
蛋白聚糖在高尔基体中组装
3. 蛋白酶的水解和其它加工过程
没有生物活性的蛋白原（prprtein）进入高尔基体后，将蛋白原N- 端或两端的序列切除形成成熟的多肽有些蛋白质分子在粗面内质网合成时是含有多个相同氨基酸序列的前体，然后在高尔基体中被水解形成同种有活性的多肽一个蛋白分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工形成不同的产物；有些情况下，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，产生不同种类的多肽，这样大大增加了细胞信号分子的多样性硫酸化作用也在高尔基体中进行的，硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖
胰岛素的合成、加工过程
三、溶酶体的结构与功能
图 溶酶体的发现过程（酸性磷酸酶存在于膜结合小泡中）左：造成膜泡破裂及酸性磷酸酶释放的条件 右：鼠肝线粒体分离组分置于低渗条件下检测的酸性磷酸酶活性曲线
图5-15 小鼠膀胱上皮细胞中的溶酶体
（一）溶酶体的形态结构与类型
溶酶体（lyssme）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器异质性细胞器初级溶酶体次级溶酶体：自噬溶酶体和异噬溶酶体残质体
溶酶体含有多种酸性水解酶类，酶的最适pH 为5.0 左右酸性磷酸酶是常用的标志酶溶酶体膜成分特殊① 嵌有质子泵② 具有多种载体蛋白③ 膜蛋白高度糖基化次级溶酶体分为自噬溶酶体和异噬溶酶体
溶酶体基本功能是细胞内的消化作用，可概括成内吞作用、 吞噬作用和自噬作用3 种途径
图5-16 溶酶体消化作用的三种途径A. 消化作用的三种途径。⒈ 内吞作用，可溶性大分子通过质膜包被小窝内化和内吞泡摄入细胞与初级溶酶体结合形成异噬溶酶体被消化；⒉ 吞噬作用，破损细胞或病原体及不溶性颗粒物质通过异噬泡形成进入细胞与初级溶酶体结合被消化；⒊ 自噬作用，细胞内破损细胞器和批量细胞质形成自噬泡与初级溶酶体结合被消化。B. 大鼠肾细胞经血清和氨基酸饥饿2 h 后的电镜照片。示双层膜包裹的自噬小泡
1. 消化由胞吞作用进入细胞的内容物
2. 细胞自噬与生物大分子、损伤的细胞器的降解
Nature Chemical Bilgy 7, 9–17 (2011)
细胞自噬（autphagy）
微自噬（micrautphagy）巨自噬（macrautphagy）分子伴侣介导的自噬（ chaperne-mediated autphagy，CMA）
Prc Natl Acad Sci U S A., 2005, 102(22): 7779–7780.
The Nbel Prize in Physilgy r Medicine 2016
"fr his discveries f mechanisms fr autphagy."
在酵母（左图）中，一个叫做液泡的大腔室对应于哺乳动物细胞中的溶酶体。Ohsumi发现一类酵母缺乏空泡降解酶。当这些酵母细胞饥饿时，自噬体迅速积累在液泡（中图）。该实验表明酵母中存在自噬现象。Ohsumi进一步研究了数千个酵母突变体（右图），并鉴定了15个自噬所必需的基因。
防御功能是某些细胞特有的功能，它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
图5-17 新合成的可溶性溶酶体酶从高尔基TGN 和细胞表面转运到溶酶体的示意图1. 具有M6P 标记的溶酶体酶与膜受体结合，在TGN 出芽，形成笼形蛋白/AP 包被膜泡；2. 包被复合物解聚，形成脱被转运泡；3. 转运泡与晚期胞内体融合；4. 磷酸化的酶与M6P 受体解离，形成溶酶体；2a 和4a、表示包被蛋白和M6P 受体可再循环利用；5. 某些受体可转运到细胞表面，磷酸化的溶酶体酶偶尔也会通过组成型分泌途径转运细胞表面或分泌到细胞外；6-8. 分泌的酶通过受体介导的内吞作用被回收
溶酶体酶的M6P分选途径
溶酶体酶分选途径多样化
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perfrin和granzyme）
溶酶体储积症（lyssmal strage diseases）：遗传缺陷致使溶酶体缺乏某种水解酶，导致相应的底物不能被降解而积蓄在溶酶体内泰-萨克斯病（Tay-Sachs disease）：因为己糖胺酶A 的先天性缺失，从而不能有效降解神经节苷脂GM2，结果导致患儿智力迟钝、失明Ⅰ细胞病（inclusin-cell disease）：由于N- 乙酰氨基葡糖磷酸转移酶缺乏M6P信号致使异常转运不能进入溶酶体而分泌进入血液，结果底物在溶酶体内积蓄形成很大的包涵体溶酶体膜稳定性下降，水解酶外溢导致的相关疾病如矽肺、类风湿性关节炎等
一种罕见的疾病，在这种疾病中，糖原的逐渐积累（尤其是心脏和骨骼肌）导致肌肉无力。溶酶体中缺乏α-葡萄糖苷酶 (GAA)可以使用重组人α-葡萄糖苷酶 (GAA）进行治疗
Extrardinary Measures 良医妙药 2010
根据吉塔•阿南德（Geeta Anand）所写曾获2006年度普利策奖的报告文学《治疗》(The Cure)改编
《治愈：一个父亲是如何快速筹集到1亿美元、建立医药公司并拯救自己孩子性命的》
（五）过氧化物酶体（perxisme）
又称微体(micrbdy)， 是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器存在于所有动物细胞和很多植物细胞中异质性细胞器
图5-18 鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体和其它细胞器如线粒体等
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通过密度梯度离心可分离过氧化物酶体和溶酶体
1. 过氧化物酶体与溶酶体的区别
2. 过氧化物酶体的功能
异质性细胞器，不同生物的细胞中，甚至单细胞生物的不同个体中所含酶的种类及其行使的功能都有所不同 尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电子显微镜下识别的主要特征直接利用分子氧的细胞器，常含有两种酶；两种酶催化的反应相互偶联（可以形成一个简单的呼吸链，但不起能量转换的作用），使细胞免受H2O2毒害依赖于黄素（FAD）的氧化酶：将底物氧化降解，并产生H2O2过氧化氢酶（标志性酶）：将H2O2分解，形成水和氧气
动物细胞中： 肝细胞或肾细胞中，它可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用，例如饮酒后几乎半数的酒精是在过氧化物酶体中被氧化成乙醛的乙醛分解脂肪酸等高能分子为细胞直接提供热能，而不必通过水解ATP 的途径获得能量植物细胞中：在绿色植物叶肉细胞中，催化CO2 固定反应的副产物的氧化，即所谓光呼吸作用，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢在萌发的种子中，进行脂肪酸β-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体
3. 过氧化物酶体的发生
膜蛋白和可溶性的基质蛋白均由细胞核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后分选转运到过氧化物酶体中
成熟过氧化物酶体分裂增殖
过氧化物酶体的生物发生与分裂过程的模型
图5-19 过氧化物酶体的生物发生与分裂过程的模型
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