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作者：佚名 教案来源：网络 点击数： &&&
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文 章来源莲山 课件 w w w.5Y
必修1 第二章 细胞的结构第三节& 细胞质一、目标：1、识别几种细胞器形态2、说出几种细胞器的结构和功能，树立生物结构与功能相适应的生物学辩证观点。3、说出细胞溶胶的功能。4、简述细胞器的协调配合。二、重点难点1．重点：细胞器的形态，功能；细胞器的协调配合 三、教学方法：讨论& 探究四、教学准备：多媒体课件五、教学过程教学流程&教师活动&学生活动引入新课
第二章 细胞的结构第三节&& 细胞质
细胞质的概念&
细胞溶胶&【创设情景】多媒体展示细胞结构示意图： 细胞包括细胞壁，细胞膜，细胞质，细胞核。上节课我们学习了细胞膜和细胞壁的结构和功能，今天我们继续来学习细胞质的结构和功能，以及细胞质中各结构之间的联系。&【提问】什么叫细胞质？
资料1：分泌蛋白的合成和运输有些蛋白质是在细胞内合成后，分泌到细胞外起作用的，这类蛋白质叫做分泌蛋白，如消化酶、抗体等。科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，做过这样一个实验。他们在豚鼠的胰腺腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中；17min后，出现在高尔基体中；117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的囊泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。
【总结】细胞内部就像一个繁忙的工厂,各细胞器就是各个车间，具有一定的功能，相互协作，共同完成细胞的功能。
【提问】在分析各细胞器的结构和功能，必须先将各细胞器分离出来再加以分析，那么用什么方法分离各细胞器呢？
【讲述】分离得到各种细胞器后，下面我们就了解一下各种细胞的结构和功能。
【提问】阅读课本，思考线粒体的分布，形态，结构，功能？
【提问】联系线粒体的功能，猜猜心肌细胞与腹肌细胞相比，二者线粒体的数量上应该有没有区别？
飞翔鸟类胸肌细胞中线粒体比不飞翔鸟类的多，运动员肌细胞线粒体的数量比缺乏锻炼的多，为什么？生长旺盛的细胞或生理功能活跃的细胞中线粒体居多，如肝细胞中多达2000个，一般细胞中为几十个至几百个。
【提问】阅读课本，思考：什么叫质体？叶绿体的分布，形态，结构，功能？&
【提问】比较线粒体和叶绿体？
【提问】阅读课本，思考内质网的分布，形态，结构，功能？&【提问】阅读课本，思考核糖体的分布，形态，结构，功能？
【提问】阅读课本，思考高尔基体的分布，形态，结构，功能？
【提问】阅读课本，思考液泡的分布，形态，结构，功能？&
【提问】阅读课本，思考中心体的分布，形态，结构，功能？
【提问】各细胞器之间的液体部分叫什么？
【小结】我们来总结一下各细胞器的膜层数，基本结构和功能。
学生思考、回答： 细胞质是细胞膜包被的细胞内的大部分物质成分:有各种细胞器和透明、黏稠、流动着的液体组成.细胞器的成分:有膜包被，如细胞核、线粒体、叶绿体、高尔基体、溶酶体、液泡等。无膜包被，如中心体、核糖体等。他们共同完成细胞的功能。
差速离心法
学生回答：分布：动植物细胞形态：颗粒状或短杆状结构：双层膜:内膜折叠成嵴；基质,含有有氧呼吸的酶,和少量的DNA.功能：是细胞有氧呼吸的场所（为细胞的生命活动提供95%能量）
质体分为白色体和有色体。白色体是贮存脂质和淀粉的，存在于不见光的细胞中；有色体含有色素，最重要的是叶绿体。形态分布：在很多植物细胞内,呈椭球形、球形,结构：双层膜；基粒:由囊状结构堆叠而成；基质:少量的DNA功能：光合作用场所
共性：双膜、DNA、能量转换站
分布：动物细胞和植物细胞形态：由单层膜连接而成的网状结构功能：蛋白质、脂质合成和加工的车间
分布：附着在内质网上，游离在细胞质基质形态：椭球形粒状小体（无膜结构）组成：RNA和蛋白质功能：生产蛋白质的机器
分布：植物细胞和动物细胞形态：扁平囊状结构和小泡功能：对来自内质网的蛋白质进行加工，分类，和包装的“发送站”
分布：植物细胞形态：泡状结构；细胞液有糖类、无机盐、色素、和蛋白质有机酸和碱功能：调节细胞的内环境；液泡具有一定的浓度，可以是细胞保持膨胀状态
形态：由两个相互垂直的中心粒及周围物质构成，不具有膜。 分布：总是位于核附近的细胞质中。 功能：与动物细胞有丝分裂有关。
细胞质中除细胞器以外的液体部分称为细胞溶胶含有多种酶，是多种代谢活动的场所
七、板书：•&第二章& 细胞的结构&& 第三节& 细胞质 &&&&&&&&&&&&&&&&& 分布&&&& 形态&&&& 结构&&&& 功能线粒体质体内质网和核糖体高尔基体液泡中心体细胞溶胶八、典型作业设计
请连接各细胞器及其功能：&线粒体&叶绿体功能&&分布&&叶绿素存在位置&&酶的位置&&相同点&双层膜，核酸线粒体叶绿体内质网液　泡高尔基体中心体核糖体细胞核&①蛋白质的加工运输，脂质合成的场所②维持细胞形态，调节渗透压③细胞中的物质转运系统④为细胞生命活动提供能量⑤进行光合作用的场所⑥合成蛋白质的场所⑦与动物细胞的有丝分裂有关⑧细胞代谢和遗传的控制中心
细胞器归类：归类条件 (成分)&相关的细胞器&&归类条件(功能)&相关的细胞器双层膜结构的&&&能产生ATP的&含有核酸的细胞器&&&与主动转运有关的&含有色素的细胞器&&&与分泌蛋白有关的&
分泌蛋白的合成和分泌： &&& (概念关系图)&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& (生物膜面积的变化情况)
九、教学反思 文 章来源莲山 课件 w w w.5Y
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细胞质基质与细胞内膜系统
本章重点：内膜系统的概念，细胞质基质的组成，细胞质基质在蛋白质的合成、修饰、分选等方面的功能。内质网的形态结构、化学组成，内质网的分离与纯化方法，内质网与其他细胞器的关系，内质网的功能。高尔基复合体的形态结构，高尔基体各层结构的标志性化学反应，高尔基体的功能。溶酶体的基本特征、化学组成，溶酶体的功能。过氧化物酶体的结构与功能。信号假说与蛋白质分选信号，蛋白质分选的基本途径与类型，膜泡运输方式与生理学意义 。生物大分子的装配及其意义。
在光学显微镜下，生活的真核细胞几乎在细胞质内看不到什么结构。直到二十世纪初，观察染色的组织学切片提示人们，在细胞质内似乎存在一个膜相网络；电镜出现后，通过形态学观察和生化证据使人们确认，真核细胞的细胞质内具有发达的细胞内膜系统（endomembrane system），形成了细胞质基质以及膜围绕的细胞器。
细胞内膜系统是在结构、功能、乃至发生上相关的，由膜围绕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。过氧化物酶体与溶酶体有某些类似之处，但又是完全不同的二种细胞器，为便于与溶酶体进行比较，因此也在本章讨论。
细胞质基质
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）。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（表6-1）。细胞与环境，细胞质与细胞核，以及细胞器之间的物质运输、能量交换、信息传递等都要通过细胞质基质来完成，很多重要的中间代谢反应也发生在细胞质基质中。近年来发现细胞质基质还担负着多种其它的重要功能。在细胞质基质中，各种复杂的代谢反应是如何有条不紊地进行，各个代谢环节之间又是如何相互关联、相互制约的? 数以千种的生物大分子和代谢产物（或底物）又是如何定向地转运?调节细胞增殖、分化、衰老与凋亡等重大生命活动的细
表6-1 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（引自Albert.1998）
细 胞 组 分
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
胞信号转导及其网络的确切途径又是什么? 这些都是细胞生物学所要回答的基本问题。然而与细胞核和其它细胞器相比较，人们对细胞质基质的认识还是相当肤浅的，在研究细胞质基质过程中，曾赋予它诸如细胞液（cell sap），透明质（hyaloplasm），胞质溶胶（cytosol），细胞质基质等十几个名称，其涵义也不断地更新与完善，这既反映了从不同的侧面与层次对细胞质基质的了解，也反映了对细胞质基质认识的不断深入。由于细胞质基质的独特结构特征及较大的研究难度，以至于现在还没有一个确切而统一的概念。目前常用的名称是细胞质基质和胞质溶胶，二者虽有差异但常常等同使用。也有的学者把它们看作既密切相关但又明显不同的两个概念。
很多学者特别是生物化学家曾一度把细胞质基质看成是酶的溶液。然而，无论从结构还是功能上看，细胞质基质都不是简单的酶溶液，越来越多的证据表明，细胞质基质很可能是高度有组织的体系。?
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。从物质代谢与形态结构的角度考虑，有人还把糖原和脂滴等内含物也看作是细胞质基质的组分。
用差速离心的方法分离细胞匀浆物中的各种细胞组分，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。
在细胞质基质中蛋白质含量约占20～30％，形成一种粘稠的胶体，多数的水分子是以水化物的形式紧密地结合在蛋白质和其它大分子表面的极性部位，只有部分水分子以游离态存在，起溶剂作用（图6-1）。细胞质基质中蛋白质分子和颗粒性物质的扩散速率仅为水溶液中的1/5，更大的结构如分泌泡和细胞器等则固定在细胞质基质的某些部位上，或沿细胞骨架定向运动。细胞质基质是蛋白质与脂肪合成的重要场所。在细胞质基质中合成的蛋白质，半数以上将分门别类地转移到细胞核和细胞器中，在细胞质基质中，各种代谢活动高效有序地进行，各种代谢途径之间的协调有序以及所涉及的物质、能量与信息的定向转移和传递，这些复杂的生命过程都不是简单的“酶溶液”所能完成的。
图6-1 根据细胞质中各种生物大分子结构的实际数目与相对大小所绘制的细胞质基质结构的示意图.?
最近人们注意到，在细胞质基质中多数蛋白质，其中包括水溶性蛋白，并不是以溶解状态存在的。用免疫荧光技术显示了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肌原纤维的某些特殊位点上。这种特异性的结合不仅与细胞的生理状态有关，而且也与组织发育和细胞分化的程度有关。酶与微丝结合后，酶的动力学参数也发生了明显的变化。用原位杂交技术还显示，mRNA在细胞中也呈区域性分布，在卵母细胞中不同种的mRNA定位于细胞质基质的不同部位，卵细胞在母体发生期间，由蛋白质和RNA在细胞质基质中的特定分布而形成的位置信息，往往对子代个体胚胎发育早期的细胞分化起着重要的作用。
关于细胞质基质特别是处在细胞分裂期的细胞质基质的组织程度，还是一个有争议的问题，但根据已有的证据以及对其功能的了解，人们推测，细胞质基质是一个高度有序的体系，其中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间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的生物学功能。如与酵解有关的酶类，彼此之间可能以弱键结合在一起形成多酶复合体，定位在细胞质基质的特定部位，催化从葡萄糖至丙酮酸的一系列反应。前一个反应的产物即为下一个反应的底物，二者间的空间距离仅为几个纳米，各个反应途径之间也以类似的方式相互关联，从而有效地完成复杂的代谢过程。
目前，人们仍在从细胞超微结构与生物化学等不同的侧面互相结合来研究细胞质基质中特殊的复杂结构体系。在细胞质基质中，蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大分子之间都是通过弱键而相互作用的，并且常常处于动态平衡之中，这种结构体系的维持只能在高浓度的蛋白质及其特定的离子环境的条件之下实现。一旦细胞破裂，甚至在稀释的溶液中，这种靠分子之间脆弱的相互作用而形成的结构体系就会遭到破坏。这正是研究细胞质基质比研究其它细胞器困难的主要原因。?
二、细胞质基质的功能?
细胞质基质担负着一系列重要的功能。目前了解最多的是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、糖醛酸途径、糖原的合成与部分分解过程等等。蛋白质的合成与脂肪酸的合成也在细胞质基质中进行。尽管人们对这些代谢反应的具体生化步骤早已比较清楚，但对它们在细胞质基质中如何进行的细节，特别是反应的底物和产物如何定向转运的机制还了解得不多。细胞信号转导是细胞代谢及细胞增殖、分化、衰老和凋亡的基本调控途径。多种信号通路如何在细胞质中形成信号网络及各条通路中信号分子对话（cross-talking）知之甚少。近些年来所取得的最主要的进展是：蛋白质在细胞质基质中的分选及其转运机制的研究，如证明了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。其它蛋白质的合成均在细胞质基质中完成，并根据蛋白自身所携带的信号，分别转运到线粒体、叶绿体、微体以及细胞核中，也有些蛋白则驻留在细胞质基质中，构成本身的结构成分。
细胞质基质另一方面的功能是与细胞质骨架相关的。细胞质骨架作为细胞质基质的主要结构成分，不仅与维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输及能量传递有关（见第十章细胞骨架），而且也是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其它成分和细胞器提供锚定位点。有人估计一个直径为16μm的细胞，其细胞骨架的表面积可达50～100×105μm2，而相同直径的球形细胞的表面积仅有0.8×103μm2，这样大的表面积不仅限制了水分子的运动，而且把蛋白质、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地进行，其功能在某种程度上类似于细胞的内膜系统，使细胞有了细胞核与细胞质及各种膜围绕的细胞器的区分。所不同的是，在细胞质基质中不是靠生物膜来划分和把蛋白质分子限定在膜的二维平面上，而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。
除此之外，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?
已发现有100余种蛋白质的侧链修饰，绝大多数的修饰都是由专一的酶作用于蛋白质侧链特定位点上。侧链修饰对细胞的生命活动是十分重要的，但很多修饰的生物学意义至今尚不清楚。在细胞质基质中发生蛋白质修饰的类型主要有：?
（1） 辅酶或辅基与酶的共价结合；?
（2） 磷酸化与去磷酸化，用以调节很多蛋白质的生物活性；
（3） 糖基化。糖基化主要发生在内质网和高尔基体中，在细胞质基质中发现的糖基化是指在哺乳动物的细胞中把N-乙酰葡萄糖胺分子（N—acetyl-glucosamine）加到蛋白质的丝氨酸残基的羟基上；?
（4） 对某些蛋白质的N-端进行甲基化修饰。这种修饰的蛋白质，如很多细胞骨架蛋白和组蛋白等，不易被细胞内的蛋白水解酶水解，从而使蛋白在细胞中维持较长的寿命；?
（5）酰基化。最常见的一类酰基化的修饰是内质网上合成的跨膜蛋白在通过内质网和高尔基体的转运过程中发生的，它由不同的酶来催化，把软脂酸链共价地连接在某些跨膜蛋白的暴露在细胞质基质中的结构域；另一类酰基化修饰发生在诸如src基因和ras基因这类癌基因的产物上，催化这一反应的酶可识别蛋白中的信号序列，将脂肪酸链共价地结合到蛋白质特定的位点上。如src基因编码的酪氨酸蛋白激酶，与豆蔻酸的共价结合。酰基化与否并不影响酪氨酸蛋白激酶的活性，但只有酰基化的激酶才能转移并靠豆蔻酸链结合到细胞质膜上，也只有这样，细胞才能被转化。?
2.控制蛋白质的寿命?
细胞中的蛋白质处于不断地降解与更新的动态过程中。细胞质基质中的蛋白质，大部分寿命较长，其生物活性可维持几天甚至数月。但也有一些寿命很短，合成后几分钟就降解了，其中包括在某些代谢途径中，催化限速反应步骤的酶和 fos 等癌基因的产物。这样，只要通过改变它们的合成速度，就可以控制其浓度，从而达到调节代谢途径或细胞生长与分裂的目的。
在蛋白质分子的氨基酸序列中，除了有决定蛋白质在细胞内定位的信号和与修饰作用有关的信号外，还有决定蛋白质寿命的信号。这种信号存在于蛋白质N-端的第一个氨基酸残基，若N-端的第一个氨基酸是Met（甲硫氨酸）、Ser（丝氨酸）、Thr（苏氨酸）、Ala（丙氨酸）、Val（缬氨酸）、Cys（半胱氨酸）、Gly（甘氨酸）或Pro（脯氨酸），则蛋白质是稳定的；如是其它12种氨基酸之一，则是不稳定的。每种蛋白质开始合成时，N-端的第一个氨基酸都是甲硫氨酸（细菌中为甲酰甲硫氨酸），但合成后不久便被特异的氨基肽酶水解除去，然后由氨酰-tRNA蛋白转移酶（aminoacyl-tRNA-protein transferase）把一个信号氨基酸加到某些蛋白质的N-端，最终在蛋白质的N-端留下一个不稳定的或稳定的氨基酸残基。
对控制这一反应的机制还了解不多。在真核细胞的细胞质基质中，有一个很复杂的机制，识别蛋白质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（ubiquitin-dependent pathway）。泛素是一个有76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有多种生物学功能。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，然后一种26S的蛋白酶复合体或称蛋白酶体（proteosome）将蛋白质完全水解。26S的蛋白酶体由一个筒状的20S的催化核心（由14种多肽，28个亚基组成）和一个称为PA700的调节部分（由15个亚基组成）组成（图6-2）。其含量占细胞蛋白总量的1％。这种依赖于泛素的蛋白酶体，还参与细胞周期调控过程（详见细胞增殖一章）。
(a)通过电镜负染色照片获得的蛋白酶体结构；(b)蛋白酶体结构示意图
3.降解变性和错误折叠的蛋白质
细胞质基质中的变性蛋白、错误折叠的蛋白、含有被氧化或其它非正常修饰氨基酸的蛋白，不管其N-端氨基酸残基是否稳定，也常常很快被清除。推测这种蛋白质降解作用，可能涉及对畸形蛋白质所暴露出来的氨基酸疏水基团的识别，并由此启动对蛋白质N-端第一个氨基酸残基的作用，其结果形成了N-端不稳定的氨基酸，同样被依赖于泛素的蛋白降解途径彻底水解。在细胞质基质中，正在合成的蛋白质的构象与错误折叠的蛋白质有很多类似之处，如加入蛋白质合成抑制剂，则停留在不同阶段大小不等的多肽链很快被降解，说明蛋白质合成的复合物对延伸中的肽链有暂时的保护作用。?
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
这一功能主要靠热休克蛋白（heat shock protein 或称stress-response protein）来完成。DNA序列分析表明，热休克蛋白有3个家族，即25kD，70kD和90kD的蛋白，每一家族中都有由不同基因编码的数种蛋白成员。有的基因在正常条件下表达，有些则在温度增高或其它异常情况下大量表达，以保护细胞，减少异常环境的损伤。有证据表明，在正常细胞中，热休克蛋白选择性地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的蛋白质。?
三、细胞质基质与胞质溶胶 ?
细胞质基质和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，但过去在不少书中，常把这两个名词等同起来。随着人们对细胞质基质的研究，特别是对细胞骨架的研究不断深入，有些学者对细胞质基质的概念提出了一些新的理解，认为细胞质基质主要是由微管、微丝和中间纤维等形成的相互联系的结构体系，其中蛋白质和其它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管蛋白。对一种蛋白来说是否属于细胞质基质中的结构成分，主要取决于在细胞生命活动中，这种蛋白基本上是结合在细胞质骨架上，还是游离在周围的溶液中。蛋白质等多种物质特异性地结合在骨架纤维上，其周围又吸附了多种分子，在不同程度上影响和改变了周围溶液的某些物理性质。这样一种有精细区域化的凝胶结构体系，在不同细胞的不同发育阶段和不同生理状态下，可能有所不同，以完成多种复杂的生物学功能。
前面曾提到，用差速离心的方法分离细胞匀浆中的各种细胞组分，最终可获得富含蛋白质的组分。早期的实验细胞学家和生化学家称之为胞质溶胶。胞质溶胶的成分是否与细胞质基质周围溶液的成分相同呢？Paine把乳胶小球注射到非洲爪蟾的卵母细胞中，经过一段时间之后，取出乳胶小球，用聚丙烯酰胺双向凝胶电泳技术分析了渗入乳胶小球中的蛋白质成分，并与周围细胞质中的蛋白质成分进行比较。结果发现，在所检测的90多种多肽中，80％多肽未曾扩散到乳胶小球中，而是结合在细胞质基质上。另一些实验表明，mRNA和核糖体也都是结合在细胞质基质上。显然，用差速离心的方法所获得的胞质溶胶的成分与细胞质基质周围的溶液成分有很大的不同。胞质溶胶中的多数蛋白质，特别是相对分子质量较大的蛋白质，可能通过较弱的次级键直接或间接地结合在细胞质基质的骨架纤维上。?
也有一些学者试图把细胞质骨架排除在细胞质基质概念之外。细胞质骨架固然是细胞中主要结构体系，然而离开了细胞质骨架的支持与组织，细胞质基质中的其它成分就失去了锚定的位点，随之也就丧失了这种复杂的高度有序的结构，也就无法完成各种生物学功能。从细胞骨架的角度来看，骨架的主要成分，特别是微管和微丝的装配和解聚与周围的液相始终处在一种动态平衡之中，离开这种特定的环境，骨架系统也难以行使其功能。
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。在不同类型的细胞中，内质网的数量、类型与形态差异很大，同一细胞在不同发育阶段和不同的生理状态下，内质网的结构与功能也发生明显变化。在细胞周期的各个阶段，内质网的变化是极其复杂的。细胞分裂时，内质网要经历解体与重建的过程。由于内质网的存在，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。同时内质网形成的完整封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于它们的加工和运输。?
内质网是细胞内除核酸以外一系列重要的生物大分子，如蛋白质、脂类和糖类合成的基地，其合成上述物质的种类与细胞质基质中合成的物质有明显的不同。
原核细胞内没有内质网，由细胞质膜代行其某些类似的职能。
内质网的发现要比线粒体和高尔基体等细胞器晚得多。1945年，K.R. Porter等人在组织培养细胞中初次观察到细胞质的内质部分有网状结构，建议叫做内质网。随着超薄切片和固定技术的改进，Palade和Porter等人，于1954年证实内质网是由膜围绕的囊泡所组成。虽然以后发现的内质网不仅仅存在于细胞的内质部位，但仍习惯延用此名称。?
生物化学家曾从细胞质中分离出大量称为微粒体（microsome）的结构，实际上这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。虽然这是形态上的人工产物，但在生化研究中，常常把微粒体与内质网等同看待。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。?
一、内质网的两种基本类型 ?
根据结构与功能，内质网可分为两种基本类型： 粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum，rER）和光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）。
粗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。因此在分泌细胞（如胰腺腺泡细胞）和分泌抗体的浆细胞中，粗面内质网非常发达（图6-3），而
胰腺腺泡细胞中发达的粗面内质网?
（Darnell et al.，1986）
在一些未分化的细胞与肿瘤细胞中则较为稀少。内质网膜上有一种称为移位子（translocon）的蛋白复合体，直径约85?，中心有一个直径为20?的“通道”（图6-4），其功能与新合成的多肽进入内质网有关，在哺乳动物细胞中，移位子的主要成分是与蛋白分泌相关的一种多肽Sec61p等组成复合物。
图6-4 根据冰冻蚀刻电镜图片所绘制的移位子示意图
表面没有核糖体结合的内质网称光面内质网，光面内质网常为分支管状，形成较为复杂的立体结构（图6-5）。
根据对肝细胞连续超薄切片观察的结果，绘制出部分光面内质网与粗面内质网立体结构图
（引自Albert et al.，1989）?
光面内质网是脂类合成的重要场所，细胞中几乎不含有纯的光面内质网，它们只是作为内质网这一连续结构的一部分。光面内质网所占的区域通常较小，往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂类转移到高尔基体内。在某些细胞中，光面内质网非常发达并具有特殊的功能，如合成固醇类激素的细胞及肝细胞等。
用密度梯度离心技术可将肝细胞中的光面内质网和粗面内质网分离出来，发现粗面内质网上有20余种与光面内质网上不同的蛋白质。既然内质网是一个连续的整体结构，因此，在内质网膜上可能有某些特殊的装置，将光面内质网与粗面内质网的部位间隔开来，并维持其形态。否则在内质网膜这个二维的流体结构中，不同区域的脂类和蛋白质就会因侧向扩散而趋于平衡。
内质网与其它细胞器关系的研究，对阐明细胞的一些生理生化过程及细胞器的发生与进化是很有意义的，也提出一些有启示性的设想。
超微结构研究表明，向内折叠的细胞质膜有时与内质网相连接，甚至有管道相通。原核细胞的细胞质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，内质网可能由细胞质膜演化而来。内质网膜常与外层核膜连接，内质网的腔与核周隙相沟通，而且外核膜有时也附着大量的核糖体，这种结构上的联系不仅反映了核-质间的物质交换，同时也提出了内质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。此外，在合成旺盛的细胞内，粗面内质网总是与线粒体紧密相依，过去的解释认为线粒体是内质网执行功能时所需能量的直接“供应站”。最近发现脂类的相互交换及Ca2+释放的调节都与之密切相关。在间期细胞中，内质网的分布常常与微管的走向一致，且总是沿微管向细胞周缘延伸。已发现一种微管马达蛋白——驱动蛋白（kinesin）与内质网结合，推测既然内质网一端固定在核膜上，另一端在驱动蛋白的牵引下沿微管向外延伸形成复杂的网状结构。
内质网对外界因素的作用（如射线、化学毒物、病毒等）非常敏感，粗面内质网发生的最普遍的病理变化是内质网腔扩大并形成空泡，继而核糖体从内质网膜上脱落，蛋白质合成受阻。
二、内质网的功能
内质网是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部的脂类和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。目前对内质网的功能尚不完全了解，对其中很多细节知之甚少。就已积累的材料可以看出，内质网是行使多种重要功能的复杂的结构体系。
1．蛋白质的合成?
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。有些蛋白质刚起始合成不久便转移至内质网膜上，继续进行蛋白质合成。在粗面内质网上，多肽链一边延伸一边穿过内质网膜进入内质网腔中，以这类方式合成的蛋白质主要包括：
（1）向细胞外分泌的蛋白质?
向细胞外分泌的蛋白，如胰腺细胞分泌的酶、浆细胞分泌的抗体、小肠杯细胞分泌的粘蛋白（mucoproteins）、内分泌腺分泌的多肽类激素和胞外基质成分等。这类蛋白质常以分泌泡的形式通过细胞的外排作用输送到细胞外，而且这种蛋白运输的方式也易于分泌过程的调控。
（2）膜的整合蛋白
细胞质膜上的膜蛋白及内质网、高尔基体和溶酶体膜上的膜蛋白等都具有方向性，其方向性在内质网上合成时就已确定，在以后的转运过程中，其拓扑学特性始终保持不变。
（3）构成细胞器中的可溶性驻留蛋白
有些驻留蛋白需要与其它细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中的酸性水解酶类；内质网、高尔基体和胞内体（endosome）中固有的蛋白以及其它有重要生物活性的蛋白，在合成后进入内质网，便于与其它细胞组分进一步区分，也有利于对它们的加工与活化。
另外，有些蛋白质在合成后需要进行修饰与加工，这是由内质网及高尔基体中一系列酶来完成的。细胞质基质中合成的蛋白质与内质网上合成的蛋白各具有自己的特点，内质网为这些蛋白质准确有效地到达目的地提供了必要的条件。
2.脂类的合成?
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）。 合成磷脂所需要的3种酶都定位在内质网膜上，其活性部位在膜的细胞质基质侧（图6-6）。合成磷脂的底物是来自细胞质基质，反应的第一步是增大膜面积；第二、三两步确定新合成磷脂的种类。除卵磷脂外，其它几种磷脂，如磷脂酰乙醇氨、磷脂酰丝氨酸以及磷脂酰肌醇等都以类似的方式合成。
卵磷脂在内质网膜上合成过程的示意图（引自Alberts et al, 1994）
在内质网膜上合成的磷脂几分钟后就由细胞质基质侧转向内质网腔面，其转位速度比自然转位速度高105倍，可能是借助一种磷脂转位因子（phospholipid translocator）或称转位酶（flippase）的帮助来完成的。这种因子对含胆碱的磷脂要比对含丝氨酸、乙醇胺和肌醇的磷脂转位能力强，因此磷脂酰胆碱更容易转到内质网膜的腔面。
合成的磷脂由内质网向其它膜的转运主要有两种方式：一种是出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上；另一种方式是凭借一种水溶性的载体蛋白，称为磷脂转换蛋白（phospholipid exchange proteins，PEP）在膜之间转移磷脂。其转运模式是，首先PEP与磷脂分子结合形成水溶性的复合物进入细胞质基质，通过自由扩散，直至遇到靶膜时，PEP将磷脂释放出来，并安插在膜上，结果是磷脂从含量高的膜转移到缺少磷脂的膜上，即从磷脂合成部位转移到线粒体或过氧化物酶体膜上，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，推测磷脂酰丝氨酸就是以这种方式转移到线粒体膜上，然后脱羧基而产生磷脂酰乙醇胺，而磷脂酰胆碱则不加任何修饰地转移到线粒体膜上。
3. 蛋白质的修饰与加工?
进入内质网中的蛋白质发生的主要化学修饰作用有糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。糖基化伴随着多肽合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰。在内质网腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过在膜上的糖基转移酶（glycosyltranferase）的作用下，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上（图6-7）。
粗面内质网上N-连接寡糖的合成过程（反应1-12）
在糖基转移酶的催化下，寡糖基从磷酸多萜醇载体转移到肽链的天冬酰胺残基上(反应10)
（引自D.Voet et al.，1995）?
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），与天冬酰胺直接结合的糖都是N-乙酰葡萄糖胺。寡糖链具有共同的内核结构。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），后者也可能发生在羟赖氨酸或羟脯氨酸上（如胶原蛋白），与之直接结合的糖是N-乙酰半乳糖胺。O-连接的糖基化主要发生在高尔基体中，其过程尚不完全了解。内质网腔中的蛋白质的寡糖链在进入高尔基体及整个转移过程中，还会经过一系列复杂的修饰。在细胞质基质中只发现少数几种糖蛋白，其糖基化修饰非常简单。酰基化发生在内质网的胞质侧，通常是软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上，类似的酰基化也发生在高尔基体甚至膜蛋白向细胞质膜转移的过程中。
4.新生多肽的折叠与组装?
肽链的合成仅需要几十秒钟至几分钟，而新合成的多肽在内质网停留的时间往往长达几十分钟。不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不一，这在很大程度上取决于合成蛋白正确折叠所需要的时间。有些多肽还要进一步组装成寡聚体。不能正确折叠的畸型肽链或未组装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，这类多肽一旦被识别，便通过Sec61p复合体从内质网腔转至细胞质基质，进而被蛋白酶体（Proteasome）所降解。它们的半寿期约为20～30分钟，有些只有5分钟。
在内质网狭小的腔隙中常常同时有多种蛋白质大量合成。多肽链疏水基团之间的相互作用，侧链基团之间的相互作用，尤其是内质网腔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了很大困难。内质网中有一种蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase），它附着在内质网膜腔面上，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。没有这种酶，新合成的蛋白也可以正确折叠，但它的存在大大加快了这一过程。?
折叠好的蛋白质，内部往往有个疏水的核心，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，也很容易发生聚集，甚至与其它未折叠的蛋白形成复合物。内质网含有一种结合蛋白（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，并促进它们重新折叠与装配。一旦这些蛋白形成正确构象或装配完成，便与Bip分离，进入高尔基体。蛋白二硫键异构酶和Bip等蛋白都具有4肽信号（KDEL或HDEL）以保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度。Bip还可同Ca2+?结合，可能通过Ca2+与带负电的磷脂头部基团相互作用，使Bip结合到内质网膜上。最近证明Bip属于热休克蛋白70（Hsp）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.内质网的其它功能?
一般情况下，光面内质网所占比例很小，但在某些细胞中非常发达。肝细胞中的光面内质网很丰富，它是合成外输性脂蛋白颗粒的基地。肝细胞中的光面内质网中还含有一些酶，用以清除脂溶性的废物和代谢产生的有害物质，因而光面内质网具有解毒功能。其中研究较为深入的是细胞色素P450家族酶系的解毒反应过程，是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，肝细胞中与解毒反应有关的酶便大量合成，几天之中光面内质网的面积成倍增加。一旦毒物消失，多余的光面内质网也随之被溶酶体消化，5天内又恢复到原来的大小。
在某些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的酶。
肌细胞中含有发达的特化的光面内质网，称肌质网（sarcoplasmic reticulum）。肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中的Ca2+ 泵入肌质网腔中，储存起来。当受到神经冲动刺激后，Ca2+ 释放出来，肌肉收缩。在多数真核细胞中，细胞外的信号物质也可引起Ca2+ 向细胞质基质中释放，内质网具有储存Ca2+ 的功能，在内质网膜上也存在与肌细胞的肌质网膜上相同的三磷酸肌醇（IP 3）的受体。此外，在内质网中至少发现包括Bip在内的4种以上的钙结合蛋白，其中一种与肌质网中的钙结合蛋白相同。每个钙结合蛋白的分子可与30个左右的Ca2+ 结合，因为内质网腔中钙结合蛋白的浓度可达30～100 mg／ml，从而使内质网中的Ca2+ 浓度高达3mmol/L。 内质网不仅作为Ca2+ 的储存库，而且由于高浓度的Ca2+ 及与之结合的钙结合蛋白的存在，可能阻止内质网以出芽的方式形成运输小泡。因此Ca2+ 浓度的变化对运输小泡的形成，可能起重要的调节作用。
除此之外，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。有人认为内质网的扁囊和管道还有储存与运输物质的功能，在能量与信息的传递、细胞的支持和运动等方面可能也具有一定的作用。
三、内质网与基因表达的调控
内质网蛋白主要在粗面内质网上合成，也有一部分是在细胞质基质中合成后转入内质网中。大量多种蛋白需要在内质网中折叠、组装、加工、包装及向高尔基体转运。这一过程显然是需要有一个精确调控的过程。最近人们发现至少有三种不同的从内质网——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.内质网膜上膜脂成份的变化——主要是固醇缺乏。这些变化将通过不同的信号转导途径诱导不同的基因活化，最终细胞表现出相应的对策，如启动未活化固醇合成相关的基因等，以保证内质网正常行使其功能。
高尔基体?
高尔基体（Golgi body）又称高尔基器（Golgi apparatus）或高尔基体（Golgi complex），是比较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器。1898年，意大利医生Camillo Golgi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（nternal 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。高尔基体从发现至今已有百年历史，其中一半以上的时间是进行关于高尔基体的形态甚至是它是否真实存在的争论。细胞学家赋予它十几种不同的名称，也有很多人认为高尔基体是由于固定和染色而产生的人工假像。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，才证实了高尔基体的存在。它不仅存在于动植物细胞中，而且也存在于原生动物和真菌细胞内。
人们花费了半个世纪的时间才确认高尔基体的存在，这不仅是由于当时主要研究手段——光学显微镜的局限性，而且也反映了高尔基体的自身结构特征。高尔基体是由大小不一、形态多变的囊泡体系组成，在不同的细胞中，甚至细胞生长的不同阶段都有很大的区别。有时不易辨认，而且更难分离与纯化，再加上一般动物细胞中数目较少，在含量丰富的肝细胞中也仅有50个左右的高尔基体。因此对高尔基体的结构与功能的研究，一直是细胞生物学家面临的挑战性难题之一。经过了较长时间的描述性工作以后，近些年来已开始对维持高尔基体的结构与行使其功能的分子机制进行了研究，目前积累的资料虽然远远不足以彻底阐明高尔基体的结构与功能，但是却使我们对高尔基体这一难以捉摸的细胞器的认识提高到前所未有的高度。?
一、 高尔基体的形态结构?
电子显微镜所观察到的高尔基体最富有特征的结构是由一些（常常4～8个）排列较为整齐的扁平膜囊（saccules）堆叠在一起，构成了高尔基体的主体结构（图6-8），扁囊多呈弓形，也有的呈半球形或球形。膜囊周围又有大量的大小不等的囊泡结构。扁囊的直径多在1μm左右，中间囊腔较窄，周缘多呈泡状，每层扁囊之间的距离约15～30nm，在不同细胞中扁囊的数目差异很大，少至1～2个，多至十几个。高尔基体是一种有极性的细胞器，这不仅表现在它在细胞中往往有比较恒定的位置与方向，而且物质从高尔基体的一侧进入，从另一侧输出，因此每层膜囊也各不相同。在很多细胞中，高尔基体靠近细胞核的一面，扁囊弯曲成凸面又称形成面（forming face）或顺面（cis face），面向细胞质膜的一面常呈凹面（concave）又称成熟面（mature face）或反面（trans face）。
根据高尔基体的各部膜囊特有的成分，可用电镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的分析，常用的４种标志细胞化学反应是：?
（1）嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的cis面膜囊被特异地染色；?
（2）焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的trans面的1～2层膜囊；
（3）胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）的细胞化学反应，常常可显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶，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，意为这种结构与高尔基体（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，当时认为溶酶体中的酶是内质网合成后，通过GERL而不经过高尔基体进入溶酶体中；?这一假说影响达十年之久。
（4）烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应。?
高尔基体的各种标志反应不仅有助于对高尔基体结构与功能的深入了解，而且可以用来更准确地鉴别高尔基体的极性，如汤雪明等用嗜锇反应作为高尔基体顺面的标志反应，研究了嗜中性颗粒细胞发育过程中高尔基体的极性变化。结果表明，高尔基体的顺面并非总是在高尔基体的凸面，在细胞发育的某个阶段可能位于高尔基的凹面。在此以前，由于仅根据形态上的凸凹来确定高尔基体的极性，因此一度认为嗜中性颗粒细胞的中幼粒细胞阶段，其高尔基体的顺面也具有输出分泌颗粒的功能。
Rambourg等借助超高压电镜技术观察不同厚度的切片，并从不同角度拍摄高尔基体的立体照片，对高尔基体的形态结构进行了比较与系统的三维结构分析，结果显示高尔基体是一个十分复杂的连续的整体结构。对酵母细胞中高尔基体功能缺陷突变株的研究结果，证实了高尔基体是一个复杂的由许多功能不同的间隔所组成的完整体系。目前多数学者认为，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（图6-8）。
图6-8 高尔基体（引自G.Karp，1999）
(a) 高尔基体的分区示意图；
(b) 电镜下烟草根冠细胞中高尔基体；
(c) 单个高尔基囊泡的电镜照片，包括凹陷的中心结构域和外围结构域
1.高尔基体顺面的膜囊(Cis Golgi)或顺面与网状结构（cis?Golgi network，CGN）?
位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，又称cis膜囊，呈中间多孔而呈连续分支状的管网结构。CGN膜厚约6nm，比高尔基体其它部位略薄，但与内质网膜厚度接近。一般认为，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膜囊，小部分蛋白质与脂类再返回内质网。返回内质网的蛋白质具有KDEL（或HDEL）这一信号序列，它是驻留在内质网内蛋白的特有序列。CGN区域还可能具有其它生物活性，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结构域的酰基化；日冕病毒的装配也发生在CGN上。
2.高尔基体中间膜囊（medial Golgi）?
由扁平膜囊与管道组成，形成不同间隔，但功能上是连续的、完整的膜囊体系。多数糖基修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在中间膜囊中。扁平膜囊特殊的形态使其具有很大的膜表面，从而大大增加了进行糖的合成与修饰的有效面积。
3.高尔基体反面的膜囊(trans Golgi)以及反面高尔基网状结构（trans Golgi network，TGN）?
TGN位于反面的最外层，与反面的扁平膜囊相连，另一侧伸入反面的细胞质中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。在不同的细胞中，TGN的形态结构有很大的区别，其细胞化学特征也有所差异，TGN中的pH值可能比高尔基体其它部位低。经C6-NBP-ceramide或C5-DMB-ceramide标记后可在电镜下观察到TGN。在某些细胞中溶酶体的标志酶CMP酶也可以显示TGN，因此一些学者认为，呈CMP阳性反应的TGN就是GERL区域。
TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出，某些“晚期”的蛋白质修饰也发生在TGN中，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。有人认为TGN在蛋白质与脂类的转运过程中还起到“瓣膜”的作用，保证这些物质向单方向转运。与高尔基体的其它结构相比，TGN 的形态更是处于不断的动态变化之中。?
在高尔基体的周围常常有大小不等的囊泡。顺面一侧的囊泡可能是内质网与高尔基体之间的物质运输小泡称之为ERGIC(endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment)，或称VTCs(Vesicular-tubular clusters)，已知其唯一标志蛋白p53及其在小鼠中的同源蛋白p58。ERGIC53/58因此又称蛋白，ERGIC53/58具有与甘露糖结合的特性，推测它可能是一种在分泌途径早期起分选作用的凝集素。在高尔基体的反面一侧可以见到体积较大的分泌泡与分泌颗粒，将经过高尔基体分类与包装的物质运送到细胞特定的部位。
三维形态研究表明，高尔基体各个囊膜之间均由膜性结构连在一起，它们在高尔基体内的物质运输中所起的作用尚不清楚。高尔基体周围另一些囊泡推测是囊膜周缘膨大部分出芽形成的，它们可能负责膜囊之间的物质运输。高尔基体与细胞骨架关系十分密切，在没有极性的细胞中，高尔基体分布在微管的负端-微管组织中心处，且分离的高尔基的膜囊上，既存在微管的马达蛋白细胞质臂动蛋白（cytoplasmic dynein）和动力蛋白（kinesin），又存在微丝的马达蛋白几种肌球蛋白（myosin）。最近还发现特异的血影蛋白（spectrin）网架也存在于高尔基体处。显然，它们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。
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、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。内质网上合成的脂类一部分也要通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位运输，因此可以说，高尔基体是细胞内大分子运输的一个主要交通枢纽。此外高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂，在细胞生命活动中起多种重要的作用。
1. 高尔基体与细胞的分泌活动?
虽然早期的形态学观察结果就提示了高尔基体可能与细胞分泌活动有关，但对这一功能的了解却经历了一个较长的逐渐认识的过程。
70年代初，Caro用3H-亮氨酸对胰腺的腺泡细胞进行脉冲标记，发现在脉冲标记3分钟后，放射自显影银粒主要位于内质网； 20分钟后，银粒出现在高尔基体； 120分钟后则位于分泌泡并开始在顶端释放。实验显示了分泌性蛋白在细胞内的合成与转运途径，其转运的过程是通过高尔基体来完成的，后来的研究进一步表明，除分泌性蛋白外，很多细胞质膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原纤维等胞外基质成分都是通过高尔基体完成其定向转运过程。
作为蛋白质合成主要场所的内质网常常同时合成多种蛋白质，那么高尔基体怎样完成对这些蛋白质的分类与转运功能呢??
60年代，人们发现溶酶体中所有的酶都有共同的标志。70年代证明这一共同标志就是6-磷酸甘露糖（M6P），80年代纯化了与这一反应有关的酶及M6P受体，从而把溶酶体酶在高尔基体中的分类过程作为了解高尔基体功能的一个重要例子。
溶酶体中含有几十种酸性水解酶类，它们在内质网上合成后进入高尔基体。在内质网上合成时发生了N—连接的糖基化修饰，即把一个寡糖链共价结合到溶酶体酶分子中的天冬酰氨残基上。在高尔基体的顺面的膜囊中存在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，在这二种酶的催化作用下，寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生6-磷酸甘露糖。这种特异的反应，只发生在溶酶体的酶上，而不发生在其它的糖蛋白上，估计溶酶体酶本身的构象含有某种磷酸化的信号，如改变其构象则不能被识别也就不能形成6-磷酸甘露糖。在高尔基体反面的膜囊上结合着6-磷酸甘露糖的受体，由于溶酶体酶的许多位点上都可形成6-磷酸甘露糖，从而大大增加了与受体的亲和力，这种特异的亲和力使溶酶体的酶与其它蛋白质分离并起到局部浓缩的作用。在一种称为I细胞（inclusion cell）病中，病人由于N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶单基因的缺损，因此不能合成6-磷酸甘露糖，溶酶体的酶也就不能被受体识别，因而无法转运到溶酶体中。
在内质网合成的蛋白质很多都是糖蛋白，而且这些蛋白质的糖链在高尔基体中经历十分复杂的修饰。于是人们猜测这种修饰作用可能与蛋白质在高尔基体中的分类有关。然而用DNA重组技术证明，多种糖蛋白在去掉糖链后仍能正常地输送到细胞的特定部位，说明糖链在多数蛋白质的分类中并不起决定性的作用。上述溶酶体酶的分选途径可能仅仅是一个特例，况且也不是溶酶体酶唯一的途径，已发现在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于6-磷酸甘露糖的另一种分选途径。
一个很有趣的实验显示了蛋白质在高尔基体中分选及其转运的信息仅存在于编码这个蛋白质的基因本身。流感病毒和水泡性口炎病毒可同时感染上皮细胞，这两种有囊膜病毒的囊膜蛋白均在内质网上合成，然后经高尔基体转运到细胞质膜上。流感病毒的囊膜蛋白特异性地转运到上皮细胞游离端的细胞质膜上，而水泡性口炎病毒的囊膜蛋白则转运到基底面的细胞质膜上。将克隆的流感病毒囊膜蛋白的基因和水泡性口炎病毒囊膜蛋白的基因同时在上皮细胞中表达，结果显示，两种病毒囊膜蛋白的合成、转运途径及在细胞质膜上的分布与两种病毒同时感染细胞时，病毒囊膜蛋白在质膜上的分布相同。
目前，人们发现水泡性口炎病毒囊膜蛋白在由内质网合成后进入高尔基体时，存在于细胞质基质一侧的双酸分选信号（Asp-x-Gln或DxE）起重要的作用，其它一些膜蛋白也具有这一信号序列，表明膜蛋白在由内质网向高尔基体转运时，也存在一种选择性的转运机制。但是关于高尔基体对各种蛋白自身所携带的分选信号的识别、进而对其分类、包装与运送的机制，目前还不很清楚。至于高尔基体对蛋白转运的调控机制目前了解甚少。然而，一些实验显示一类小分子的G蛋白（GTP binding regulatory protein or G protein）Rab在高尔基体的囊泡转运中起重要调节作用。
2.蛋白质的糖基化及其修饰?
溶酶体中的水解酶类、多数细胞质膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质都无糖基化修饰，仅有的例外是某些转录因子和核孔复合体上发现一些糖蛋白，结合在蛋白质上的糖基也比较简单。这就是说，粗面内质网上合成的大多数蛋白质在内质网和高尔基体中发生了糖基化。不仅如此，在从内质网向高尔基体及在高尔基体各囊膜之间的转运过程中，连接在蛋白侧链上的寡糖基发生一系列有序地加工与修饰。
与细胞内其它生物大分子如DNA、RNA和蛋白质合成（它们都具有一个模板，使用相同的一套酶系并以类似的重复过程进行合成）不同，糖蛋白中寡糖链的合成与加工都是没有模板，靠不同的酶而且在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。因此人们推测，真核细胞中普遍存在的糖基化一定具有某种重要的功能，首先考虑到的就是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，同时保证糖蛋白从粗面内质网至高尔基体膜囊单方向进行转移。糖基化另一种功能是影响多肽的构象。用抗菌素tunicamycin阻断蛋白质糖基化，粗面内质网中合成的多肽，如分泌蛋白IgG抗体或分送到质膜上的糖蛋白如血凝素等，由于缺少糖基侧链不能正确折叠而滞留在内质网中。
然而很多糖蛋白的分选与行使其功能并非需要糖基化的修饰，如在成纤维细胞中，它所分泌的纤粘蛋白（FN）的数量与速率不受蛋白质糖基化与否的影响，但是糖基化的FN比未糖基化的FN对组织蛋白酶有更强的抗性，提示糖基化增强了糖蛋白的稳定性。此外，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，如哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，显然与很多膜蛋白糖侧链上的唾液酸残基的存在有关。目前对蛋白质糖基化生物学意义的了解还不够深入，从已有的研究结果可以看出，在不同的蛋白质中具有不同的功能。对多数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号，而更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加蛋白质的稳定性。但这样仍很难解释糖侧链在内质网，特别是在高尔基体中的如此复杂的加工过程。有些学者从进化的角度上提出，因为寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。可能是在进化过程中逐步演化产生的。
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。N-连接与O-连接的寡糖在成分和结构上有很大的不同，合成与加工的方式也完全不同（表6-2）。?
N-连接与O-连接的寡糖比较
1.合成部位
粗面内质网 粗面内质网或高尔基体
2.合成方式
来自同一个寡糖前体 一个个单糖加上去
3.与之结合的氨基酸残基
丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸
4.最终长度
至少5个糖残基 一般1～4个糖残基，但ABO血型抗原较长
5.第一个糖残基
N—乙酰半乳糖胺等
在内质网一节已提到N-连接的糖基化反应发生在粗面内质网中，一个由14个糖残基的寡糖链从供体磷酸多萜醇上转移至新生肽链的特定三肽序列的天冬酰胺残基上（Asn-X-Ser或Asn X-Thr，其中X是除Pro以外的任何氨基酸）。因此所有的N-连接的寡糖链都有一个共同的前体，在粗面内质网内以及在通过高尔基体各间隔转移过程中寡糖链经过一系列酶的加工，切除和添加特定的单糖，最后形成成熟的糖蛋白。所有成熟的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。根据其结构特征又可分为高甘露糖N-连接寡糖（high mannose N-linked oligosacchiride）和复杂的N-连接寡糖（complex N-linked oligosacchiride），前者只含有N-乙酰葡萄糖和甘露糖，后者除此之外还含有岩藻糖、半乳糖和唾液酸，二者可能分别存在于不同种类的糖蛋白中，也可能存在于同一条肽链的不同位点上。
O-连接的糖基化是在内质网或高尔基体中进行的。随后由于不同的糖基转移酶催化每次加上一个单糖。同复杂的N-连接的糖基化一样，最后一步是加上唾液酸残基，这一反应发生在高尔基体反面膜囊和TGN中，至此完成全部糖基的加工与修饰。多数的糖蛋白在10分钟内便可从高尔基体转送到其目的地。
内质网和高尔基体中所有与糖基化及寡糖的加工有关的酶都是整合膜蛋白。它们固定在细胞的不同间隔中，其活性部位均位于内质网或高尔基体的腔面。在高尔基体中，其反应底物—核苷酸单糖（nucleotide sugar）通过载体蛋白介导的反向协同运输的方式从细胞质基质转运到高尔基体囊腔内。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。?
用电镜放射自显影的方法或不同的寡糖链合成的抑制剂，可显示在内质网和高尔基体各间隔中寡糖合成的活性。如用3H-甘露糖进行脉冲标记，标记物集中在粗面内质网上，用3H-岩藻糖或3H-半乳糖标记，则标记物集中在高尔基体的反面囊膜中。进一步分析证明半乳糖苷转移酶位于高尔基体反面膜囊中，唾液酸转移酶存在于高尔基体反面囊膜和TGN中。因此寡糖链的合成与加工非常象在一条装配流水线上，糖蛋白从细胞器的一个间隔输送到另一个间隔，固定在间隔内壁上的一套排列有序的酶系，依次进行一道道加工，前一个反应的产物又作为下一个反应的底物，确保只有加工过的底物才能进入下一道工序（图6-9）。
细胞中还有一类重要的糖蛋白，即蛋白聚糖（proteoglycan），也在高尔基体中组装。它是由一个或多个糖氨聚糖（glycosaminoglycans）结合到核心蛋白的丝氨酸残基上，与一般O-连接寡糖不同，直接与丝氨酸羟基结合的不是N-乙酰半乳糖胺而是木糖（xylose）。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粘液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。
复杂的N-连接寡糖在内质网和高尔基体中的加工过程，至少有11种以上的酶参与
（引自Albert et al.，1989）
在植物细胞中，高尔基体合成和分泌多种多糖，它们至少含12种以上的单糖，多数多糖呈分支状且有很多共价修饰，远比动物细胞的复杂，估计构成植物细胞典型初生壁的过程就涉及数百种酶。除少数酶共价结合在细胞壁上外，多数酶都存在于内质网和高尔基体中。其中一个例外是多数植物细胞的纤维素是由细胞质膜外侧的纤维素合成酶合成的。对糖脂研究的资料不多，但已有的证据表明，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。
3.蛋白酶的水解和其它加工过程?
有些多肽，如某些生长因子和某些病毒囊膜蛋白，在粗面内质网中切除信号肽后便成为有活性的成熟多肽。还有很多肽激素和神经多肽（neuropeptides）当转运至高尔基体的TGN或TGN所形成的分泌小泡中时，在与TGN膜相结合的蛋白水解酶的作用下，经特异地水解（常常发生在与一对碱性氨基酸相邻的肽键上）才成为有生物活性的多肽。
不同的蛋白质在高尔基体中酶解加工的方式各不相同，可归纳为以下几种类型：
（1）比较简单的形式是没有生物活性的蛋白原（proprotein）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。如胰岛素、胰高血糖素及血清蛋白（如白蛋白等）。
（2）有些蛋白质分子在粗面内质网中合成时便是含有多个相同氨基酸序列的前体，然后在高尔基体中水解成同种有活性的多肽，如神经肽等。?
（3）一个蛋白分子的前体中含有不同的信号序列，最后加工成不同的产物；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而产生不同种的多肽，这样大大增加了细胞信号分子的多样性。不同的多肽采用不同的加工方式，推测其原因是： ①有些多肽分子太小，在 核糖体上难以有效地合成，如仅由5个氨基酸残基组成的神经肽；②有些可能缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；③更重要的是可以有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用，假如胰岛素如果在粗面内质网中合成后便具有生物活性，那么它很可能与内质网膜上的受体结合启动错误的反应。胰岛素即使进入分泌泡后也不会与受体结合，因为它仅在pH7左右的条件下与受体结合，而储存胰岛素的分泌泡中pH为5.5。
硫酸化作用也在高尔基体中进行。硫酸化反应的硫酸根供体，是3’-磷酸腺苷-5’-磷酸硫酸（3’-phosphoadenosine-5’-phosphosulfate，PAPS），它从细胞质基质中转入高尔基体膜囊内，在酶的催化下，将硫酸根转移到肽链中酪氨酸（tyrosine）残基的羟基上。硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖。
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（图6-10）。有人称之为细胞中的交通警察（traffic policeman）这方面的详情将在第五节讨论。
图6-10 膜泡运输的主要途径(1~15),其中多数与高尔基体直接相关
自1954年Dalton和Felix首次在电镜下观察到高尔基体，结束了关于高尔基体是否存在的争论以来，对高尔基体的研究虽然取得重大进展，但对其结构与功能的争论却一直延续至今。
从对高尔基体长期的争论中，不乏权威学者提出的模式一个个被否定的研究史中，可以看出：
每次争论的结束和新一轮争论的挑起往往伴随着技术进步，如上个世纪50年代的电镜技术建立；60和70年代的酶的细胞化学、放射自显影和细胞组份分离技术；80和90年代的DNA重组技术的出现、高尔基体体外模式的建立以及对酵母突变株的研究等。因此，真正揭示高尔基体结构和功能的奥秘需凭借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得出同样的结论，这样的模型才能经得住时间的考验。如果仔细分析高尔基体研究这段十分有趣的科学史，显然对我们如何对待和解决一个生物学问题会有一定的启迪。
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。其主要功能是进行细胞内的消化作用。
与其它细胞器不同，溶酶体存在的最早证据不是来自形态观察，而是在用差速离心方法分析细胞组分时获得的。1949年，de Duve将大鼠肝组织匀浆，并对其中各种细胞器进行分级分离，以期找出哪些细胞器与糖代谢的酶有关。在测定作为对照的酸性磷酸酶活性时，发现酶的活性主要在线粒体的组分中。但实验结果却出现了一些反常的现象，如蒸馏水提取物中酶的活性比在蔗糖渗透平衡液抽提物中酶的活性高。放置一段时间的抽提物比新鲜制品中的酶活性高，而且其酶的活性却与沉淀物线粒体无关。随后又发现其它几种水解酶也有类似的现象，从而推测在线粒体组分中还存在一种新的细胞器。1955年，de Duve与Novikoff合作首次用电子显微镜证明了溶酶体的存在。
溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器—圆球体、糊粉粒及植物中央液泡，原生动物细胞中也存在类似溶酶体的结构。典型的动物细胞中约含有数百个溶酶体，但在不同的细胞内溶酶体的数量和形态有很大差异，即使在同一种细胞中溶酶体的大小，形态也有很大区别，这主要是由于每个溶酶体处于其不同生理功能阶段的缘故。
溶酶体在维持细胞正常代谢活动及防御等方面起着重要作用，特别是在病理学中具有重要意义，因此越来越引起人们对溶酶体研究的高度重视。
一、溶酶体的结构类型?
溶酶体是一种异质性（heterogenous）的细胞器，这是指不同的溶酶体的形态大小，甚至其中所包含的水解酶的种类都可能有很大的不同，根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为初级溶酶体（primary lysosome）、次级溶酶体（secondary lysosome） 和残余小体（residual body）。
初级溶酶体呈球形，直径约0.2～0.5μm，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕，厚度为7.5nm（图6-11）。其中含有多种水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等，其共同的特征是都属酸性水解酶，即酶的最适pH为5左右。如将氢氧化氨或氯奎（chloroquine）等可穿入细胞膜的碱性物质加入细胞培养液中，致溶酶体中pH值提高至7左右，则可使溶酶体酶失去活性。
小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体?
用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）
溶酶体膜在成分上也与其它生物膜不同。（1）嵌有质子泵，借助水解ATP释放出的能量将H+泵入溶酶体内，使溶酶体中的H+ 浓度比细胞质中高100倍以上，以形成和维持酸性的内环境；（2）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，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。
目前已发现60余种溶酶体的酶类，多数为可溶性的酶，有些整合在溶酶体膜上。酶蛋白本身的结构能抗御酸变性作用。已克隆了近20种酶的cDNA，并测出了一些酶的基因序列，发现溶酶体的酶具有某些特征的同源序列。此外，催化相关反应的某种溶酶体的酶和非溶酶体酶之间蛋白质一级结构也非常相似，甚至与低等真核生物及原核生物的有关酶也非常相似。显然，溶酶体的酶与相关的非溶酶体酶是属于结构与功能上相似的一类酶的家族，推测它们在进化中有共同的起源。
次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称之为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体（phagolysosome），二者都是进行消化作用的溶酶体。次级溶酶体中可能包含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细胞器乃至细菌等，因此其形态不规则，直径可达几个微米。电镜显示其内部结构非常复杂，常含有颗粒、膜片甚至某些细胞器。
经过一段时间的消化后，小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢使用，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余小体或称后溶酶体。残余小体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞（图6-12）。
动物细胞溶酶体系统示意图
用溶酶体的标志酶反应，可辨认出不同形态与大小的溶酶体。酸性磷酸酶（acid phosphatase）是常用的标志酶，用这种方法不仅有助于研究溶酶体的发生与成熟过程，而且还发现了多泡体、线状溶酶体等多种类型的溶酶体，但其机能尚不完全清楚。因此溶酶体可以看作是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性的细胞器。少量的溶酶体酶泄露到细胞质基质中，并不会引起细胞损伤，其主要原因是细胞质基质中的pH值为7.0左右，在这种环境中溶酶体酶的活性大大降低。此外，在酵母细胞质中已发现一些蛋白可以特异地与溶酶体酶结合而使其丧失活性。植物细胞的液泡中含有多种水解酶类，具有与动物细胞溶酶体类似的功能，一般液泡约占细胞总体积的30％以上，但在不同细胞中液泡体积从5％直至90％不等。除此之外，液泡还具有储存营养与废物、调节细胞体积增长及细胞膨压等多种作用。
二、溶酶体的功能
溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用，这对于维持细胞的正常代谢活动及防御微生物的侵染都有重要的意义。
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?
处于不同的细胞周期，不同的分化阶段及不同生理状态下的细胞，都需要一系列特定的酶系统。细胞生理状态的变化常常是通过酶系统的改变。原核细胞的快速增殖可稀释不需要的酶，但对于真核细胞则需要通过降解的方式来清除暂时不需要的酶或某些代谢产物，溶酶体参与完成这一功能。此外，细胞中的生物大分子及细胞器都有一定的寿命，为了保证细胞正常的代谢活动与调控，必须不断地清除衰老的细胞器和生物大分子。很多生物大分子的半寿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，细胞质膜也处在不断地更新之中。占成人细胞总数1/4的红细胞仅能存活120天，因此人体每天清除的红细胞多达1011个，这些任务主要由溶酶体和蛋白酶体共同（图6-12）担负，即溶酶体起着清道夫的作用。其中还包括在发育和成体中凋亡的细胞。当溶酶体酶缺失或产生溶酶体酶的某个代谢环节出现故障时，上述物质就不能被水解而积留在溶酶体中，结果细胞成分与结构得不到更新，直接影响细胞的代谢，引起疾病。如台-萨氏（Tay-Sachs） 病就是由于溶酶体中缺少β-氨基己糖酯酶A（β-N-hexosaminidase A）。在正常人体或哺乳动物细胞中，特别是神经细胞中，细胞膜的神经节苷脂（ganglioside）GM2一直处于合成与降解的不断更新状态。由于缺少β-氨基己糖酯酶A，GM2不能被溶酶体水解而积累在细胞内，特别是脑细胞中，造成精神呆滞，约2～6岁即死亡。除台--萨氏病外，已发现几十种这类型的疾病，其共同特征是细胞溶酶体内充满了未被降解的物质，因此称为储积症，它是一种隐性的遗传病，已引起人们越来越大的重视。溶酶体的酶对水解底物似乎没有选择性，但暂不需要的大分子和衰老的细胞器选择性地进入自噬泡，溶酶体识别并与之融合，这显然是一个精确的调控过程，其机制还不了解。对衰老细胞的清除主要是由巨噬细胞完成，如衰老的红细胞膜骨架发生改变，导致细胞韧性的改变，而不能进入比其直径更小的毛细血管中。同时细胞表面糖链中的唾液酸残基脱落，暴露出半乳糖残基，从而被巨噬细胞识别并捕获，进而被吞噬和降解。
2.防御功能?
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。动物细胞中有几种吞噬细胞（phagocyte）常常位于肝、脾和其它血管通道中，用以清除形成抗原抗体复合物的有机体颗粒及吞噬的细菌、病毒等入侵者。同时也不断清除衰老死亡的细胞和血管中颗粒物质。当机体被感染后，单核细胞（monocyte）移至感染或发炎的部位，分化成巨噬细胞，巨噬细胞中溶酶体非常丰富，并含有过氧化氢、超氧物（O2－）与溶酶体酶等共同作用杀死细菌，电镜下巨噬细胞内常常可以见到较多残余小体，这也可能是为什么它的寿命只有1～2天的缘故。
某些病原体被细胞摄入，进入吞噬泡或胞饮泡中但并未被杀死，如麻疯杆菌（Mycobacterium leprae）、利什曼原虫（Leishmania）等 ，它们可在巨噬细胞的吞噬泡中繁殖，其原因主要是通过抑制吞噬泡的酸化从而抑制了溶酶体酶的活性。一些病毒也是借助受体介导的细胞内吞作用而侵入宿主细胞的，它们巧妙地利用胞内体中的酸性环境将病毒核衣壳释放到细胞质中，如在细胞培养液中加入氢氧化铵或氯奎等碱性试剂，将内吞泡中的pH值提高至7左右，则病毒虽然能进入细胞，但不能将其核衣壳从胞内体中释放到细胞质基质中，因而也就不能在细胞中繁殖。
3.其它重要的生理功能?
（1）作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养，如降解内吞的血清脂蛋白，获得胆固醇等营养成分。很多单细胞真核生物如粘菌、变形虫等靠吞噬细菌和某些真核微生物而生存，其溶酶体的消化作用就显得更为重要。饥饿状态下，溶酶体可分解细胞内的生物大分子以保证机体所需的能量。在肝细胞中，每小时降解的蛋白质占肝细胞蛋白总量的4.5％，这一过程主要由溶酶体完成。?
（2）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。在甲状腺中，甲状腺球蛋白（thyroglobin）储存在腺体内腔中，通过吞噬作用进入分泌细胞内并与溶酶体融合，甲状腺球蛋白被水解成甲状腺素，然后分泌到细胞外的毛细血管中。?
（3）两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化，哺乳动物断奶后乳腺的退行性变化等都涉及某些特定细胞程序性死亡及周围活细胞将其清除，这些过程都与溶酶体有关。?
（4）在受精过程中的作用，精子的顶体（acrosome）相当于特化的溶酶体，其中含多种水解酶类，如透明质酸酶、酸性磷酸酶、β-N-乙酰葡萄糖胺酶及蛋白水解酶等，它能溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞，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?
在高尔基体一节已提到溶酶体酶是在粗面内质网上合成并经N-连接的糖基化修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基发生磷酸化形成M6P，在高尔基体的反面膜囊和TGN膜上存在M6P的受体，这样溶酶体的酶与其它蛋白区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运到溶酶体中（图6-13）。对这一过程的细节已有了进一步的了解。
溶酶体的发生过程?
溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化先后由两种酶催化： 一种是N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶（N-acetylglucosamine phosphotransferase，GlcNAc-P-ransferase）；另一种是磷酸葡萄糖苷酶（phosphoglycosidase）。当溶酶体酶进入高尔基体的cis膜囊后，N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶将单糖核苷酸（suger nucleotide）UDP-GlcNAc上的GlcNAc-P转移到高甘露糖寡糖链上的α-1，6甘露糖残基上，再将第二个GlcNAc-P加到α-1，3的甘露糖残基上，接着在高尔基体中间膜囊中磷酸葡萄糖苷酶除去末端的GlcNAc暴露出磷酸基团，形成M6P标志。?
上述反应涉及磷酸转移酶如何从自内质网转入高尔基体的多种蛋白中识别溶酶体酶，现已确定在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。?
一旦磷酸转移酶识别了溶酶体酶的信号区后，在每条寡糖链上便可以同时形成几个M6P，而多数溶酶体酶分子上具有多个N--连接的寡糖链。如果当一个溶酶体酶分子与一个磷酸转移酶的识别位点相结合时，其亲和常数为Ka=105L/mol，在高尔基体的TGN中，含有多个M6P的溶酶体酶与M6P受体结合，其亲和常数Ka可达109L/mol，前后对比放大了10000倍。在高尔基体的TGN中，受体分子集中地分布在TGN膜的某些部位，使溶酶体酶与其它的蛋白质分离并起到局部浓缩的作用，从而保证了它们以出芽的方式向溶酶体中转移。M6P受体有两种，其中一种是依赖钙的受体，它也作为胰岛素类生长因子Ⅱ的受体，这种受体已被纯化，它在pH为7左右时与M6P结合，而pH为6以下则与M6P分离。
TGN上形成的转移小泡首先将溶酶体酶转运到前溶酶体（prelysosome）中，有人认为前溶酶体是载有溶酶体酶的转运小泡与某种胞内体（endosome）融合形成，因此又称之为内吞溶酶体（endolysosome）。还有的学者认为前溶酶体即为初级溶酶体，前溶酶体的基本特征是脂蛋白膜上具有质子泵，腔内呈酸性，pH为6左右。用抗M6P受体的抗体进行免疫标记显示M6P受体存在于高尔基体的TGN和前溶酶体膜上，但不存在于溶酶体膜上。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上消失而仅存在于前溶酶体膜上，这一结果提示，M6P受体穿梭于高尔基体和前溶酶体之间。在高尔基体的中性环境中，M6P受体与M6P结合，进入前溶酶体的酸性环境中后，M6P受体与M6P分离，并返回高尔基体中。同时在前溶酶体中，溶酶体酶蛋白中的M6P去磷酸化，进一步促使M6P受体与之彻底分离。载有溶酶体酶的运输小泡从TGN出芽的过程需要笼形蛋白的帮助，运输小泡形成后笼形蛋白便脱离运输小泡。
溶酶体酶的M6P 特异标志是目前研究高尔基体分选机制中了解较为清楚的一条途径。然而这一分选体系的效率似乎不很高，一部分含有M6P标志的溶酶体酶会通过运输小泡直接分泌到细胞外。在细胞质膜上，存在依赖于钙离子的M6P受体，它同样可与胞外的溶酶体酶结合，在笼形蛋白协助下通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体也同样可返回细胞质膜，反复使用。分泌到细胞外的溶酶体酶多数以酶前体的形式存在且具有一定的活性，但蛋白酶是一例外，其前体没有活性。蛋白酶需要进一步切割与加工才能成为有活性的蛋白酶，这一过程是否发生在前溶酶体或溶酶体中，尚不清楚。M6P分送途径并非溶酶体酶分选的唯一方式，前面已提到在I-细胞病人的肝细胞中虽然不能形成M6P标志，但仍可产生溶酶体，说明至少还存在另一条不依赖于M6P的分选途径。
已发现在正常淋巴细胞中，如在细胞毒T细胞和自然杀伤T细胞的溶酶体中，既含有溶酶体酶也含有水溶性蛋白穿孔素（perforin）和粒酶（granzyme），溶酶体酶是通过依赖于M6P的途经进入溶酶体；而后者是通过不依赖M6P的途经进入溶酶体。当接到外界信号后，这类溶酶体会象分泌泡一样释放内含的物质，杀伤靶细胞，因此又称这类溶酶体为分泌溶酶体（Secretory lysosome）。
在溶酶体中，除了水溶性的酶外，还有一些是结合在膜上的酶，如葡萄糖脑苷脂酶（glu-cocerebrosidase），此外还有溶酶体膜上的特异膜蛋白，这些蛋白也是在内质网上合成，经高尔基体加工与分类的。M6P标志的作用是把可溶性的蛋白结合在特异膜受体上，因此溶酶体的膜蛋白就不必要M6P化，但这些膜蛋白如何同其它蛋白区分开来而特异地分送到溶酶体中，其机制还不清楚。
实际上，溶酶体的发生可能是多种途径的复杂过程。不同种类的细胞可能采取不同的途径，同一种细胞也可能有不同的方式，甚至某些酶还可能通过不同的渠道进入溶酶体中，如酸性磷酸酶合成时是一种跨膜蛋白，但它并不涉及M6P途径，而象其它质膜蛋白那样经高尔基体转运到细胞表面，随后依赖于其细胞质基质部分酪氨酸残基信号，从细胞表面转运到溶酶体中，在细胞质中的巯基蛋白酶和溶酶体中的天冬氨酸蛋白酶的作用下成为水溶性的酶。酸性磷酸酶常常作为鉴定溶酶体的主要标志酶，如果能进一步了解它的合成与复杂的转运机制，显然有助于我们对实验结果的正确理解与分析。
溶酶体酶的加工常常发生在它们进入溶酶体以后，不同种酶的加工方式也各自不同，然而有些加工，如糖侧链的部分水解，可能是溶酶体内特定环境造成的，对酶的活性并非必要。
四、溶酶体与过氧化物酶体?
过氧化物酶体(peroxisom)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（图6-14）。1954年Rhodin首次在鼠肾的肾小管上皮细胞中观察到这种细胞器。
图6-14 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
al. ，1989）
由于微体在形态大小及降解生物大分子等功能上与溶酶体类似，再加上微体也是一种异质性的细胞器，其确切的生理功能尚不清楚，因此人们在很长时间里把它看作是某种溶酶体，直至七十年代才逐渐确认微体是一种与溶酶体完全不同的细胞器。它普遍地存在于所有动物细胞和很多植物细胞中。早年以大鼠肝组织及种子植物的种子作为研究过氧化物酶体的实验材料。近些年来，人们从几种酵母菌及成纤维细胞中筛选出一系列过氧化物酶体缺陷突变株，进而克隆了18种之多与过氧化物酶体发生相关的基因（称PEX基因，对应的蛋白称peroxin），从而对这一细胞的成份、功能及其发生过程有了进一步了解。
1.过氧化物酶体与溶酶体的区别?
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