第二节 细胞内膜系统及其功能
细胞内膜系统(endomembrane system)包括内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等，这些细胞器是结构、功能乃至发生上彼此关联并不断变化的动态结构体系。各区室之间通过生物合成、蛋白质修饰与分选、膜泡运输和各种质量监控机制维系其系统的动态平衡。细胞内膜相结构所占的比例因细胞的种类和生理功能不同而有很大的差别，根据对肝细胞和胰腺外分泌细胞的分析，肝细胞体积平均约5000μm3，而胰腺外分泌细胞为1000μm3，总细胞膜面积(包括细胞器膜)大约分别为110000μm2和13000μm2。二者质膜和各种细胞器的膜所占百分比也不尽相同。
一、内质网的结构与功能
内质网(endoplasmic 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。内质网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。内质网通常占细胞膜系统一半左右，体积占细胞总体积的10%以上。在不同类型的细胞中，内质网占细胞总体积的比例差异很大，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随之显著变化。在细胞周期不同阶段，内质网也发生很大变化，细胞分裂时，内质网要经历解体与重建的过程。
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、脂类和糖类的合成基地。由于内质网的存在，使细胞内膜的表面积大为增加，为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合位点。同时内质网作为完整封闭体系，将内质网合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，这更有利于它们的加工和运输。原核细胞内没有内质网，由细胞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，KR. Porter等人在体外培养的细胞中初次观察到细胞质的内质部分有网状结构，建议称为内质网。随着超薄切片和固定技术的改进，G.E. Palade和Porter等人于1954年证实内质网是由膜围绕的囊泡所组成。虽然之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，但在体外实验中，微粒体仍具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。因此在生化与功能研究中，常常把微粒体和内质网等同看待。
(一)内质网的两种基本类型
内质网是真核细胞中最大的膜性细胞器，包括核膜(将在细胞核部分介绍)和延伸到细胞质内的外周内质网(peripheral ER)。其中外周内质网根据形态的不同，又分为片层状内质网和管状内质网。片层状内质网一般位于核膜周围，大部分是有核糖体附着的糙面內质网(rough endoplasmic reticulum，rER)，是膜蛋白和分泌蛋白的合成加工场所。而管状内质网一般没有核糖体附着，属于光面内质网(smooth endoplasmic reticulum，SER)，主要发挥脂质合成、信号转导、与其它细胞器的相互作用等功能。
糙面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，因其膜表面附有大量的核糖体而命名(图5-3)。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蛋白和多种膜蛋白。因此在分泌活动旺盛的细胞(如胰腺腺泡细胞和分泌抗体的浆细胞)中糙面内质网非常发达，而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8.5nm，中心有一个直径为2nm的“通道”，rER上新合成的多肽经该通道向ER的腔内转移。
表面没有附着核糖体的内质网称光面内质网，光面内质网常为分支管状，形成较为复杂的三维结构，其表面通常无核糖体附着。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自质或脂类转运到高尔基体。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(图5-3B)及肝细胞等。
用密度梯度离心法将肝细胞中的光面内质网和糙面内质网分开，并发现糙面内质网上有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，那么在糙面内质网和光面内质网组分中存在如此多的蛋白质种类的差异就暗示在内质网膜上可能存在某些特殊的装置，影响了光面内质网与糙面内质网之间蛋白质的自由移动，并维持其特殊的形态。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。
对内质网与其他细胞器关系的研究，不仅有利于阐明细胞的某些生理生化过程，而且对探讨细胞器的发生与演化很有意义。来源于细胞膜的胞吞小泡常与来自高尔基体的膜泡或溶酶体融合，甚至会到达高尔基体。内质网上合成的膜蛋白经高尔基体分选被转运到细胞质膜上。在原核细胞中也能观察到一些核糖体附着在细胞膜内侧，因而有人认为，在演化过程中，内质网可能由细胞膜演化而来。内质网膜与核膜连成一体，内质网的腔也与核周隙相通，而且外层核膜也附着大量的核糖体，这种结构上的联系提示内质网与核膜在发生上有同源关系。
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，在合成代谢旺盛的细胞内，糙面内质网总是与线粒体紧密相依，这固然与线粒体为内质网执行功能提供所需能量直接相关，最近还发现这种分布上的联系与脂类的转移以及Ca2释放的调节也密切相关。在间期细胞中，内质网的分布常常与微管的走向致，且总是沿微管向细胞周缘延伸。已发现依赖于微管的驱动蛋白( kinesin)与内质网结合，提示源于核膜的内质网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(射线、化学毒物、病毒等)的作用非常敏感，糙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，使蛋白质合成受阻。
(二)内质网的功能
内质网是细胞内蛋白质和脂质的合成基地，几乎全部的脂质、分泌蛋白和跨膜蛋白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，就已积累的资料可以看出，内质网是行使多种重要功能的复杂的结构体系。
1.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。在糙面内质网上，多肽链边延伸边穿过内质网膜进入腔内，如细胞外基质组分、抗体和多肽类激素等分泌性蛋白质，以及内质网、高尔基体和溶酶体等细胞器腔内的可溶性驻留蛋白等。还有一些蛋白质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)合成磷脂所需要的三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5-4)。用于磷脂合成的底物来自细胞质基质，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，其他几种磷脂，如磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸以及磷脂酰肌醇等都以类似的方式合成。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，这一过程借助磷脂转位蛋白(pholospholipid translocator)或称转位酶(flippase)的帮助来完成。转位蛋白的转位效率因磷脂的种类而异，通常是对含胆碱的磷脂要比对含丝氨酸、乙醇胺或肌醇的磷脂转位能力更强，因此卵磷脂更容易转位到内质网膜的腔面。
在内质网膜上合成的磷脂向其他膜的转运主要有三种可能的机制(图5-5)：第一种是以出芽的方式形成膜泡转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上。第二种是凭借磷脂交换蛋白(plphospholipid exchange protein， PEP)在供体膜与受体膜之间转移磷脂。其转运模式首先是PEP与磷脂分子结合形成水溶性的复合物进入细胞质基质，遇到靶膜时，将磷脂安插在膜上，结果是将磷脂从内质网膜转移到靶膜(如线粒体或过氧化物酶体的膜)上。每种PEP只能识剔一种磷脂，推测磷脂酰丝氨酸就是以这种方式转移到线粒体膜上，然后脱羧基而形成磷脂酰乙醇胺，而磷脂酰胆碱则不加任何修饰地转移到线粒体膜上。第三种膜脂转运机制可能是供体膜与受体膜之间通过膜嵌入蛋白所介导的直接接触。
3.蛋白质的修饰与加工
在糙面内质网合成的膜蛋白、细胞内膜系统腔内的各种蛋白和分泌蛋白在它们到达目的地之前，通常要发生4种基本修饰与加工：①发生在内质网和高尔基体的糖基化修饰；②在内质网腔内形成二硫键；③蛋白质的折叠和装配；④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。
蛋白质糖基化是指在蛋白质合成的同时或合成后，在酶的催化下寡糖链被连接在肽链特定的糖基化位点上形成糖蛋白的过程。蛋白质的糖基化修饰会影响蛋白质折叠、分选及其定位，糖链结构不同还会影响糖蛋白的半寿期和降解。参与靶蛋白糖基化修饰的寡糖链具有共同的内核结构。大多数寡糖链在糖基转移酶(glycosyltransferase)的催化下从位于内质网膜腔面的磷酸多萜醇载体转移到靶蛋白三氨基酸残基(Asn-xSer/Thr， Ⅹ为除Po以外任意氨基酸)序列的天冬酰胺残基上，这种形式的糖基化修饰称为N连接的糖基化(N-linked glycosylation)，与天冬酰胺直接结合的糖都是N-乙酰葡糖胺(表5-1)。N连接糖基化起始于内质网，以磷酸多萜醇为载体，先合成14个糖基[(Glc)3(Man ( GICNAc)2]的前体，然后膜上糖基转移酶将寡糖链由磷酸多萜醇转移至肽链糖基化位点(Asn-X- Ser/thr)的天冬酰胺残基上，经内质网特异性糖苷酶的加工，形成高甘露糖型糖蛋白，再转移至高尔基体完成蛋白质M连接糖基化修饰。也有少数糖基化是发生在靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基上，或在羟赖氨酸或羟脯氨酸残基上(如胶原蛋白)，这种形式的糖基化修饰都发生在靶蛋白氨基酸残基的羟基氧原子上，故称为O-连接的糖基化(O- linked glycosylation)，O-连接糖基化发生在高尔基体，与靶蛋白直接结合的糖是N-乙酰半乳糖胺。两种糖基化其寡糖链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5-1，图5-6)。
在内质网发生的蛋白质N-连接糖基化的加工过程如图5-7所示，转移至高尔基体后还会经过一系列复杂的修饰，其进一步加工过程参见本节后述高尔基体功能。
另一种较常见的蛋白质修饰是酰基化(acylation)，发生在内质网膜的胞质面，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膜转移的过程中，是形成脂锚定蛋白的重要方式。
此外，一些新生肽的脯氨酸和赖氨酸会发生羟基化(hydroxylation)，如在胶原蛋白上发生的羟基化修饰形成了大量的羟脯氨酸和羟赖氨酸。
4.新生多肽的折叠与组装
肽链的合成仅需几十秒钟至几分钟即可完成，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蛋白质正确折叠所需要的时间。有些多肽还要进一步参与多亚基寡聚体的组装。不能正确折叠的肽链或未组装成寡聚体的蛋白质亚基，不论在内质网膜上还是在内质网腔中，一般都不能转运至高尔基体，这类多肽一旦被识别，便通过Sec6lp复合体从内质网腔转至细胞质基质，进而通过依赖泛素的降解途径被蛋白酶体所降解。可见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在目前发现的16000种与人类疾病相关的蛋白质错义突变中，绝大多数是通过影响这些蛋白质的折叠组装及转运直接或间接造成的。蛋白质错误折叠引起疾病，究其机制大体可分为两类彼此重叠的情况，一是正确折叠和转运的蛋白质减少，无法保障功能需求，即功能丢失(loss of function)，二是错误折叠的蛋白质可以获得异常的功能(gain of function)，例如某些离子通道蛋白突变致使功能异常(肺囊性纤维病)；错误折叠或加工的蛋白质形成细胞毒性聚合体，从而导致人类疾病(如阿尔茨海默病Aβ淀粉样斑块，亨廷顿舞蹈症中亨廷顿蛋白聚合体)。
在内质网狭小的腔隙中常常同时有多种蛋白质大量合成，特别是许多分泌蛋白常含有连接半胱氨酸残基的二硫键。内质网腔是一种非还原性环境，多肽链疏水基团之间以及侧链基团之间的相互作用，也极易导致二硫键形成，从而对肽链的正确折叠带来很大困难。内质网中有一种蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase， PDI)，它附着在内质网膜腔面上，可以切断异常的二硫键，形成自由能最低的蛋白质构象，从而帮助蛋白重新形成二硫键并产生正确折叠的构象。
折叠好的蛋白质，内部往往有一个疏水的核心，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)，是属于Hsp70家族的分子伴侣，在内质网中有两个作用：一是与进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸残基结合，防止多肽链错误折叠和聚合，或者识别错误折叠的蛋白质或未装配好的蛋白质亚基，并促进它们重新折叠与装配；二是防止蛋白质在转运过程中变性或断裂。一旦这些蛋白质形成正确构象或完成装配，便与BP分离，进入高尔基体。蛋白二硫键异构酶和BiP等蛋白质都具有四肽驻留信号(KDEL或HDEL)以保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度。BP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BP结合到内质网膜上。
5.内质网的其他功能
一般情况下，光面内质网所占比例很小，但在某些细胞中却非常发达。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，介导氧化、还原和水解反应，使脂溶性的毒物转变成水溶性物质而被排出体外，此过程称为肝细胞的解毒作用(detoxification)。研究较为深入的是细胞色素P450家族酶系的解毒反应，聚集在光面内质网膜上的水不溶性毒物或代谢产物在P450混合功能氧化酶(mixed- function oxidase)作用下羟基化，完全溶于水并转送出细胞进入尿液排除体外。某些药物如苯巴比妥(phenobarbital)进入体内后，便诱导肝细胞中与解毒反应有关的酶大量合成，在以后的几天时间内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。
心肌细胞和骨胳肌细胞中含有发达的特化的光面内质网，称肌质网(sarcoplasmic reticulum)，是储存Ca2+的细胞器，对细胞质中Ca2+浓度起调节作用。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。当肌细胞受到神经冲动刺激后，Ca2+释放，肌肉收缩。在多数真核细胞中，内质网具有储存Ca2+的功能，内质网膜上存在与肌质网膜上相同的三磷酸肌醇(P3)的受体，细胞外信号通过胞内第二信使(IP3)也可引起Ca2+向细胞质基质释放。内质网储存Ca的功能，在于内质网中存在大量包括BP在内的4种以上的Ca2+结合蛋白，其浓度可达30~100mgmL。每个Ca2+结合蛋白分子可与30个左右的Ca2+结合，从而致使内质网中的Ca2+浓度高达3mmol/L。内质网作为Ca2+的储存库，由于高浓度的Ca2+及与之结合的Ca2+结合蛋白，从而阻止内质网以出芽的方式形成转运膜泡。因此，Ca2+浓度的变化对转运膜泡的形成，可能起重要的调节作用。
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，其中含有合成胆固醇并进一步产生固醇类激素的一系列的酶。
(三)内质网应激及其信号调控
内质网是蛋白质合成、折叠、组装、运输和参与脂质代谢的重要场所，也是细胞内主要的Ca2+库。当某些因素致使内质网的生理功能紊乱、钙稳态失衡，未折叠或错误折叠的蛋白质在内质网腔内超量积累时，便会激活相关信号通路，引发内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)反应，来应对环境的变化并恢复内质网的正常状态。所以，ERS是一种自我保护反应，也是监控蛋白质合成质量的有效机制，也是细胞存活程序和凋亡程序的选择过程，细胞可以调动相关的信号通路来恢复或者是维持细胞稳态；或者是启动细胞凋亡程序来处理不能修复的损伤细胞，因此ERS机制事关细胞生死抉择(cell life and death decisions)。ERS(图5-8)涉及以下几个方面：①未折叠蛋白质应答反应(unfolded protein response，UPR)，即错误折叠与未折叠蛋白质不能按正常途径从内质网中释放，从而在内质网腔内聚集，引起一系列分子伴侣和折叠酶表达上调，促进蛋白质正确折叠，防止其聚集，从而提高细胞在有害因素下的生存能力。②内质网超负荷反应(endoplasmic reticulum overload response，EOR)，一些正确折叠的蛋白质如没有被及时运出而在内质网过度蓄积，特别是膜蛋白在内质网异常堆积也会启动其他促生存的机制来反制内质网压力，例如激活细胞核因子KB(NFKB)引发的内质网超负荷反应，最终产生促炎性细胞因子(proinflammatory cytokine)，进而激活细胞存活、凋亡细胞炎症反应和细胞分化等相关的信号途径。③固醇调节级联反应，是由内质网表面合成的胆固醇损耗所致，通过固醇调节元件结合蛋白(sterol regulatory element binding protein， SREBP)介导的信号途径，影响特定基因表达。④如果内质网功能持续紊乱，细胞将最终启动细胞凋亡程序。
1.未折叠蛋白质应答反应
哺乳类动物细胞的3种ER跨膜蛋白参与了UPR，它们是需肌醇酶1(inositol requiring enzyme1，IRE1) PKR类似的内质网激酶(PKR- like endoplasmic reticulum kinase，PERK；PKR为双链RNA激活的蛋白激酶)和激活性转录因子6(activating transcription factor 6， ATF6)，它们在UPR信号转导途径中起着内质网应激感受器的作用。在正常生理条件下，它们与内质网腔中的调控蛋白 BiP/GRP78相结合，形成稳定的复合物，当错误或未折叠蛋白质在ER中超量积累时， BiP/GRP78与这些感应蛋白解离，感应ERS信号，分别引发三条不同的平行信号途径，以保护ERS下的细胞，引发不同的未折叠蛋白质应答反应(图5-9A)。
第一条途径最先是在酵母细胞中发现，参与UPR的关键蛋白是跨ER膜的双功能蛋白激酶/核酸内切酶IRE1。IRE1的ER腔面结构域具有BP(GRP78 (glucose regulated protein78)的结合位点，胞质面结构域具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性和特异性的RNA內切酶活性。
应答反应的基本步骤如图5-9B所示：超量的错误折叠蛋白质在ER腔面与BiP竞争性结合，从而使原来BiP结合的IRE1单体与相邻的REI形成二聚体，并发挥激酶活性使所结合的REI磷酸化，结果激活IRE1具有核酸内切酶活性，切割基因调节蛋白前体mRNA，产生有功能的mRNA。这种发生在细胞质基质中mRNA加工过程使得基因调节蛋白(如Hacl)被翻译，再转位进入核内作为转录因子激活那些编码未折叠蛋白质应答反应相关蛋白质的基因的转录，以缓解内质网应激压力。IRE1还能切割28 SIRNA，影响核糖体装配，抑制蛋白质翻译。
第二条途径是超量积累的错误折叠蛋白质作为信号激活ER膜上的PKR类似的内质网激酶PERK。和双功能跨膜蛋白IE1一样，PERK正常情况下通过内质网腔面N端结构域与伴侣蛋白BiP/GRP78结合而处于失活状态。在ER应激时，未折叠蛋白质或错误折叠蛋白质竞争性地结合 BiP/GRP78，因而PERK与之解离，然后PERK激酶二聚化和交叉磷酸化，活化的PERK可使翻译起始因子eIF2α第51位丝氨酸磷酸化，磷酸化的eF2a不能完成 GTP-GDP的交换作用，从而减缓或暂停蛋白质合成，限制了内质网的蛋白质负荷，这对蛋白质折叠是有利的。有研究表明：PERK活化后能特异性地抑制细胞周期蛋白D1的翻译表达，导致G1期的停顿，PERK磷酸化eIF2a后抑制细胞内大部分蛋白质的翻译过程，同时PERK激活后还会激活INK(c-Jun N-terminal kinase)及P38信号传导通路，诱导UPR基因的转录上调。
第三条从内质网到细胞核的信号通路并激活未折叠蛋白质应答反应的途径，是通过内质网应激调节的ATF6完成的。ATF6合成后定位在内质网膜上，当错误折叠蛋白质在内质网积累后，ATF6被转运到高尔基体，在那里被SIP和S2P蛋白酶裂解而被激活，激活后的ATF6进入细胞核内，促进含顺式作用元件ERSE(ER stress response element，ERSE)的转录因子(如XBP1)及UPR靶分子(BiP/GRP78)等基因转录。
2.固醇调节级联反应
依赖胆固醇的转录调控有赖于受控靶基因启动子内10个碱基对组成的固醇调控元件(sterol regulatory element，SRE)，依赖类固醇的转录因子称作固醇调控元件结合蛋白(SREBP)， SREBP通过两个跨膜结构域锚定在内质网膜上。由 SREBP介导的信号通路始于内质网膜，除 SREBP之外，至少还涉及内质网膜上的两种跨膜蛋白 Insig-1(2)和SCAP的联合作用，从而使细胞胆固醇库的变化受到监控，以维持磷脂和胆固醇的水平(图5-10)。当膜上胆固醇水平升高时， SREBP和SCAP结合形成复合物而抑制胆固醇的合成：当胆固醇耗竭时， SREBP-SCAP复合物被释放并转移到高尔基体被SP和S2P分别在两个位点酶切，成为活性因子易位到胞核而激活靶基因转录。
3.ERS反应引发的细胞凋亡
ERS介导的细胞凋亡是近些年提出的一种新的途径。尽管某些信号通路的细节尚不清楚，但在此过程中，细胞内钙稳态失衡和需钙蛋白酶caspase-12的激活是关键的环节。细胞内钙稳态失衡是诱导ERS的重要因素，当ERS时，Ca2+从内质网腔释放到胞质中，胞质中的Ca2+水平增高，从而激活Ca2+依赖的蛋白酶calpain，诱发细胞凋亡途径。 calpain以无活性的二聚体形式存在于胞质中，由大小亚基组成，大亚基(分子质量80kDa)有4个结构域，包含活性部位，小亚基(分子质量30kDa)由两个结构域组成，包含调节部位，大小亚基上均有Ca2的结合位点。ERS时，不同的凋亡信号可刺激内质网膜上的IP3R通道开放，使Ca2+从内质网腔释放到细胞质中，高水平的Ca2+与需钙蛋白酶结合，从而导致 calpain酶原大小亚基水解而被激活。活化的 calpain可裂解多种蛋白质底物，例如与几种细胞骨架蛋白结合的黏着斑蛋白(vinculin)， calpain可通过裂解黏着斑蛋白，破坏细胞骨架稳定性，使胞膜起泡，核染色质聚集，诱导细胞凋亡。同时活化的calpain还可剪切Bcl-xL使之由抗凋亡分子转变为促凋亡分子，促进细胞凋亡。 caspase-12位于内质网膜的胞质侧，并且是唯一存在于内质网上的 caspase家族成员在非应激情况下，它以酶原的形式存在，当ERS时，caspase-12可以通过不同的途径被激活，如当ERS时，活化的 calpain可转位于内质网膜上，在T132/A133和K158T159两个切割位点切割 caspase-12酶原，使其成为活化的 caspase-12，作为执行细胞凋亡的重要水解酶而发挥作用。
上述源自内质网的信号途径，虽然了解得还不够深入，但都是应激条件下细胞中内质网的一种保护性反应。内质网分子伴侣表达的上调可辅助未折叠蛋白质的折叠，如果仍未形成天然构象，则可转位到细胞质中经泛素-蛋白酶体途径降解(内质网相关蛋白质的降解)。ERS可以通过未折叠蛋白质反应和内质网相关蛋白质的降解，维持内质网的稳态，促进细胞生存；但如果ERS反应过强或持续时间过长，则会导致细胞启动细胞凋亡程序。
二、高尔基体的形态结构与功能
高尔基体(Golgi body)又称高尔基器(Golgi apparatus)或高尔基复合体(Golgi complex)，是真核细胞内普遍存在的一种细胞器。1898年，意大利医生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( (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。高尔基体从发现至今已有百余年历史，其中几乎一半时间是进行关于高尔基体形态乃至是否真实存在的争论。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真实存在。
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变化。高尔基体是高度动态的结构，而且难于分离与纯化，再加之动物细胞中高尔基体数目较少，即使在含量丰富的肝细胞中高尔基体也仅有50个左右。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。近些年来虽然对高尔基体的结构与功能进行了较多研究，但目前积累的资料仍不足以彻底阐明高尔基体的结构与功能。
(一)高尔基体的形态结构与极性
电子显微镜所观察到的高尔基体特征性结构是由排列较为整齐的扁平膜囊(saccule)堆叠而成(常常4-8个)，囊堆构成了高尔基体的主体结构(图5-11)，扁平膜囊多呈弓形或半球形。膜囊周围又有许多大小不等的囊泡结构。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输入，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侧，扁囊弯曲成凸面(convex)又称形成面(forming face)或顺面(cis face)，面向细胞质膜的一侧常呈凹面(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，可用电镜组织化学染色方法对高尔基体的结构组分作进一步的分析，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，高尔基体的顺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反面的1-2层膜囊；
(3)胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)和酸性磷酸酶的细胞化学反应，常常可显示靠近反面膜囊状和反面管网结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。20世纪60年代初，A.B. Noviko发现CMP酶和酸性磷酸酶存在于高尔基体反面一侧，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。
组织化学染色技术可以反映高尔基体的生化极性，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。
A.Rambourg等借助超高压电镜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并做了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。
酵母细胞高尔基体功能缺陷突变株研究发现，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，高尔基体至少由以下几个互相联系的部分组成：
(1)高尔基体顺面膜囊与顺面网状结构(cis Golgi network， CGN)顺面膜囊位于高尔基体顺面外侧，顺面网状结构(CGN)与之相连，呈中间多孔而连续分支状。CGN膜厚约6mm，比高尔基体其他部位略薄，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，少部分蛋白质与脂质再返回内质网。返回内质网的蛋白质具有KDEL(或HDEL)信号序列，它是内质网驻留蛋白的特有序列。CGN区域还可能具有其他生物活性，如蛋白质丝氨酸残基发生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，溶酶体酶上寡糖的磷酸化，日冕病毒的装配也发生在CGN。
(2)高尔基体中间膜囊( medial Golgi)
中间膜囊位于顺面膜囊与反面膜囊之间，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。多数糖基修饰与加工、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。扁平膜囊特殊的形态大大增加了糖的合成与修饰的有效表面积。
(3)高尔基体反面膜囊与反面网状结构(trans Golgi network， TGN)反面膜囊位于高尔基体反面外侧，反面网状结构(TGN)与之相连，外侧伸入反面侧细胞质中，形态呈管网状。TGN内pH可能比高尔基体其他部位低。TGN是高尔基体蛋白质分选的枢纽区，同时也是蛋白质包装形成网格蛋白/AP包被膜泡的重要发源地之一。此外，某些“晚期”的蛋白质修饰也发生在TGN，如半乳糖a-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在蛋白质与脂质的转运过程中还起到“瓣膜”的作用，保证这些物质单向转运。
令人疑惑的是高尔基体作为细胞内高度动态的细胞器，却又始终维持一种极性结构并实现大分子在各部组分间有序转移，对此目前有两种假说(图5-12)：①膜泡运输模型(vesicular transport model)，该模型认为高尔基体的膜囊群主体是相对稳态的结构，膜囊自身的更新和各部膜囊的生化极性(特征性酶和驻留蛋白的变化)是通过不同类型转运膜泡在相邻膜囊间顺向(顺面→反面)和反向(反面→顺面)有序转移实现的。②膜囊成熟模型(cisternal maturation model)，此模型认为高尔基体的膜囊群主体是动态的结构，源自ER的泡管结构首先形成高尔基体CGN，随后膜囊自身从顺面→反面渐次成熟并迁移，一些不当转移的膜囊特异酶类或驻留蛋白通过反向COPI转运膜泡再没收回来。实际上，关于解释高尔基体结构如何组织与维持，以及膜囊间蛋白质转运的机制问题，现在并没有定论，也许上述两种模型共同发挥作用。
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极端即微管组织中心处；在分离的高尔基体膜囊上，既存在依赖微管的马达蛋白，如细胞质动力蛋白(cytoplasmic dynein)和驱动蛋白(kinesin)，又存在依赖微丝的马达蛋白，如不同类型的肌球蛋白(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，它们对维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输功能起重要的作用。
(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，然后运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。内质网合成的脂质一部分也通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位转运。因此，高尔基体是细胞内大分子转运的枢纽或“集散地”。此外高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂。
1.高尔基体与细胞的分泌活动
早期的形态学观察结果就提示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认识过程。20世纪70年代初，L.G.Caro用H-亮氨酸对胰腺的腺泡细胞进行脉冲标记，发现在脉冲标记3min后，放射自显影银粒主要位于内质网：20min后，银粒出现在高尔基体；120min后则位于分泌泡并开始在细胞顶端释放。实验显示了分泌性蛋白在细胞内的合成与转运过程是通过高尔基体来完成的，后来的研究进一步发现，除分泌性蛋白外，多种细胞质膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原等胞外基质成分，其定向转运过程都是通过高尔基体完成的。
作为蛋白质合成主要场所的糙面内质网常常同时合成多种蛋白质，高尔基体TGN区是蛋白质包装分选的关键枢纽，在这里至少有三条分选途径(图5-13)：
(1)溶酶体酶的包装与分选途径 具有6-磷酸甘露糖(M6P)标记的溶酶体酶与相应膜受体结合，通过出芽方式形成网格蛋白AP包被膜泡，再转运至晚期内体(late endosome)，在这里溶酶体酶(M6P残基)与膜受体解离，受体返回再利用，溶酶体酶被释放到溶酶体。溶酶体中含有几十种酸性水解酶，它们在内质网上合成后进入高尔基体。溶酶体酶在内质网合成时已起始N连接的糖基化修饰，即把一个寡糖链共价结合到酶分子的天冬酰胺残基上。进入高尔基体膜囊后，在N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶和磷酸葡糖苷酶先后催化下，寡糖链中的甘露糖残基磷酸化生成6-磷酸甘露糖。这种特异的反应，只发生在溶酶体的酶上，而不发生在其他的糖蛋白上，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有结合6-磷酸甘露糖的受体，由于溶酶体酶的多个位点上都可形成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酶与其他蛋白质分离并起到局部浓缩的作用。在一种称为I细胞病(inclusion celldisease)的患者中，由于N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变而不能合成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的分选有关。然而用重组DNA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选中并不起决定性的作用。上述溶酶体酶的分选途径可能仅是一种特例，况且也不是溶酶体酶唯一的分选途径，已发现在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于6-磷酸甘露糖的其他分选途径。
(2)调节型分泌(regulated secretion)途径 特化类型的分泌细胞，新合成的可溶性分泌蛋白在分泌泡聚集、储存并浓缩，只在特殊刺激条件下才引发分泌活动。例如胰腺β细胞胰岛素储存在特殊分泌泡内，当细胞应答血糖升高时才会分泌。在调节型分泌过程中，分泌型蛋白例如促肾上腺皮质激素(ACTH)、胰岛素和胰蛋白酶原等的分选进入调节型分泌泡似乎利用一种共同的机制。在合成ACTH的垂体肿瘤细胞中，用重组DNA技术同时诱导胰岛素和胰蛋白酶原的合成，正常情况下这些细胞并不表达胰岛素和胰蛋白酶原，但诱导合成的这三种蛋白质却分别进入同样的调节型分泌泡，当一种激素与垂体肿瘤细胞的受体结合并引起胞质中Ca2+升高时，则三种蛋白质一起被分泌。虽然并没发现这三种蛋白质具有共有氨基酸序列作为分选信号，但明显具有某些共同特征发挥“信号”作用，指导它们选择性进入调节型分泌泡。电镜观察的形态学证据表明，调节型分泌途径是通过蛋白质选择性聚集而调控的，而选择性聚集与特殊的离子条件(pH6.5和1 mmolL Ca2)有某些关联。
(3)组成型分泌(constitutive secretion)途径 所有真核细胞，均可通过分泌泡连续分泌某些蛋白质至细胞表面，特别是非极性细胞，该途径似乎不受调节，所以称为组成型分泌。在极性细胞，分泌蛋白和质膜膜蛋白被选择性分选到顶面或基底面质膜，这种分选形式可能涉及特殊信号介导。一个很有趣的实验显示了蛋白质在高尔基体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。流感病毒和水疱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糙面内质网上合成，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，而水疱性口炎病毒的囊膜蛋白则转运到基底面的细胞质膜上。
目前，人们发现水疱性口炎病毒囊膜蛋白在由糙面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-Gu或DXE)起重要的作用，其他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。但是在有极性的上皮细胞高尔基体TGN如何使质膜膜蛋白进入不同的转运膜泡被分选到顶端或基底面质膜，其分子机制仍然不太清楚
2.蛋白质的糖基化及其修饰
大多数蛋白质或膜脂的糖基化修饰和与高尔基体有关多糖的合成，主要发生在高尔基体。溶酶体酶类、质膜上大多数膜蛋白和可溶性分泌蛋白都是糖蛋白，修饰蛋白质侧链的寡糖链是在糙面内质网合成及其从内质网向高尔基体转运过程中发生一系列有序加工的结果。而细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白都缺少糖基化修饰，仅有的例外是某些转录因子和核孔复合体上发现的一些糖蛋白，但其糖基都比较简单。与细胞内DNARNA和蛋白质合成不同，糖蛋白中寡糖链的合成与修饰都没有模板，是依靠不同的糖基转移酶、在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才完成的。这自然会使人们联想，真核细胞中普遍存在的蛋白质糖基化一定具有某些重要的生物学功能：①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。用衣霉素(tunicamycin)阻断蛋白质糖基化，在糙面内质网合成的多肽，如分泌的抗体lgG或分选到质膜上的糖蛋白如血凝素，由于缺少糖基侧链不能正确折叠而滞留在内质网中。虽然很多糖蛋白的分选与行使其功能并非需要糖基化的修饰，例如成纤维细胞所分泌的纤连蛋白(fibronectin)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。②蛋白质糖基化修饰使不同蛋白质携带不同的标志，以利于在高尔基体进行分选与包装，同时保证糖蛋白从糙面内质网至高尔基体膜囊单向转移。日前所知，M6P即作为溶酶体酶分选和包装的指导信号。③鉴于细胞内一些负责糖链合成与加工的酶类均由严格意义上的管家基因所编码，如多萜醇二磷酸寡糖糖基转移酶、甘露糖蛋白 GICNAc转移酶、α-葡糖苷酶Ⅱ的α亚基，这些蛋白质的编码基因被敲除后会导致胚胎致死。另外，细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链，可通过与另一个细胞表面的凝集素( (lectin)之间发生特异性相互作用，直接介导细胞间的双向通信，或参与分化、发育等多种过程。④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，显然与膜上糖蛋白末端唾液酸残基的存在有关。考虑到寡糖链具有比核酸和多肽更大的潜在信息编码容量，作为分子标志之一可能还有其他重要作用，如参与机体细胞间识别，以及宿主细胞与病原微生物之间的识别。典型的例证是ABO血型抗原的许多决定簇是红细胞表面的不同结构的糖链，被抗糖抗体特异性识别，具有重要临床价值。目前对蛋白质糖基化生物学意义的了解还不够深入，有些学者从演化的角度提出，糖链的复杂加工可能是在演化过程中逐步产生的。因为寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其他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，同时又不像细胞壁那样限制细胞的形状与运动。
N-连接的糖基化反应起始发生在糙面内质网，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(An-X-Ser或Asn-x-Thr其中X是除Pro以外的任何氨基酸)的天冬酰胺残基上。因此，所有的N-连接的寡糖链都有一个共同的前体，在糙面内质网以及在通过高尔基体各膜囊间隔的转移过程中，寡糖链经过一系列加工、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№-乙酰葡糖胺和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 oligosacchride)和复杂的N连接寡糖(complex N-linked oligosacchride)，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-连接的糖基化是在高尔基体中进行的。由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10min内便可从高尔基体分选到其它靶位点。
内质网和高尔基体中所有与糖基化及寡糖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方式从细胞质基质转运到高尔基体囊腔内。在不同的膜囊间隔中，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H-甘露糖进行脉冲标记，标记物集中在糙面内质网上，用H-岩藻糖或H-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，唾液酸转移酶定位于高尔基体反面膜囊和TGN。因此寡糖链的合成与加工非常像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，固定在间隔内侧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5-14)。
细胞中还有一类重要的糖蛋白，即蛋白聚糖(proteoglycan)，也在高尔基体完成组装的。它是由个或多个糖胺聚糖(glycosaminoglycan)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黏液常常是蛋白聚糖和高度糖基化的糖蛋白的混合物。
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，远比动物细胞复杂得多，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.蛋白酶的水解和其他加工过程
有些多肽，如某些生长因子和某些病毒囊膜蛋白，在糙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肽( neuropeptide)当转运至高尔基体的TGN或TGN所形成的分泌泡中时，在与TGN膜相结合的蛋白水解酶作用下，经特异性水解(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)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)这是一种比较简单的蛋白质加工形式。
(2)有些蛋白质分子在糙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，如神经肽。
(3)一个蛋白质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。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提前发挥作用。假如胰岛素在糙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的，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残基的羟基上。硫酸化的蛋白质主要是蛋白聚糖。
三、溶酶体的结构与功能
与其他细胞器不同，发现溶酶体的最早证据不是来自形态观察，而是在用差速离心法分离细胞组分时获得的。1949年，C. 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，发现酶的活性主要存在于线粒体组分中。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，而且酶活性与沉淀物线粒体无关。随后又发现其他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另一种新的细胞器。1955年， de duve与 Noviko合作首次用电子显微镜证明了溶酶体的存在。
(一)溶酶体的形态结构与类型
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，其主要功能是行使细胞内的消化作用。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，特别是在病理学研究中具有重要意义，因此越来越引起人们的高度重视。
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，如圆球体、糊粉粒及中央液泡等。典型的动物细胞约含数百个溶酶体，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、形态也有很大变化，这主要与溶酶体处于不同生理功能阶段相关。
溶酶体是一种异质性的( heterogeneous)细胞器，这是指不同溶酶体的形态大小，甚至其中所含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( pnmary lysosome)、次级溶酶体( secondary lysosome)和残质体( residual body)。
初级溶酶体呈球形，直径0.2-0.5m，内容物均，不含有明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕(图5-15)。溶酶体含有多种酸性水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、酯酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶，酶的最适pH为5.0左右。若将氢氧化氨或氯奎( chloroquine)等可透过细胞膜的碱性物质加入细胞培养液中，致使溶酶体内pH提高至7.0左右，则导致溶酶体酶失活。
溶酶体膜在成分上也与其他生物膜不同：①嵌有质子泵，利用AP水解释放的能量将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，以保持其稳定。
目前已发现60余种溶酶体酶，多数为可溶性酶，有些整合在溶酶体膜上。溶酶体酶本身的结构能抵御酸变性的作用。对已知的溶酶体酶的一级结构进行分析发现它们具有某些特征性同源序列。此外，发现催化相关反应的某种溶酶体酶和非溶酶体酶之间蛋白质一级结构非常相似，与低等真核生物及原核生物的有关酶也具相似性。显然，溶酶体酶与相关的非溶酶体酶是一类结构与功能上相似的酶家族，在分子演化上可能具有共同的起源。
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)融合形成的进行消化作用的复合体，分别称之为自噬溶酶体(autophagolysosome)和异噬溶酶体 (heterophagic lysosome)。电镜观察显示次级溶酶体内部结构复杂多样，含有多种生物大分子、颗粒、膜片甚至某些细胞器，因此次级溶酶体形态不规则，大者直径可达几个微米。次级溶酶体内经历消化后，小分子物质可通过膜上载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢利用，未被消化的物质残存在溶酶体内形成残质体或称后溶酶体。残质体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞。
根据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等多种类型的溶酶体。溶酶体可看作是以含有大量酸性水解酶为共同特征，有不同形态大小，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质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细胞内的消化作用，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。溶酶体的消化作用一般可概括成三种途径，每种途径都将导致不同来源的物质在细胞内被消化(图5-16)。
1.消化由跑吞作用进入细胞的内容物
细胞需要从周围环境中获取自己生长所需的营养物质，其中葡萄糖、氨基酸和一些小分子物质可以通过细胞膜上的转运系统进入细胞后直接利用，而另外一些如细胞的膜组分、胞外基质以及其他被吞噬的物质等，则需要通过胞吞作用包裹在胞吞泡中，经溶酶体途径加以消化后才能利用。对于细胞凋亡而产生的有膜包裹的碎片也会被周围的细胞所吞噬，然后经溶酶体消化。在这些事件中溶酶体就相当于细胞的消化器官，将细胞胞吞的内容物降解成小分子物质供细胞利用。很多单细胞真核生物如黏菌、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。当基因突变导致溶酶体酶缺失或产生溶酶体酶功能异常时，其底物不能被水解而积留在溶酶体中，结果会导致代谢紊乱，引起疾病。对衰老细胞的清除主要是由巨噬细胞完成，如红细胞衰老时，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.细胞自噬与生物大分子、损伤的细胞器的降解
在真核细胞中，一些生物大分子、损伤或折叠错误的蛋白质、损伤的细胞器等需要清除。对于定位于细胞质基质中的快速周转蛋白(如与细胞周期调控相关的激酶)，其清除方式通常采用如前所述的泛素依赖的蛋白酶体降解途径，而一些半寿期较长的蛋白也可通过细胞自噬介导的溶酶体降解途径。对于一些受损或需要淘汰的细胞器，如线粒体、内质网和过氧化物酶体等，通常采用自噬降解途径。
细胞自噬( autophagy)是自噬相关基因(autopay gyrelated gene，Atg)调控下对细胞内受损或需要淘汰的物质进行再利用的过程。该过程中一些受损的蛋白质或细胞器被双层膜结构的自噬小泡包裹，并与溶酶体(动物中)或液泡(酵母和植物中)融合，将内容物降解后循环利用。在大多数细胞中，细胞自噬只维持在很低的水平，以维持细胞结构的正常更新和内环境的稳定。但当外界环境发生变化，如营养物质缺乏时，细胞的自噬作用增强，以为细胞提供生存所必需的小分子物质和能量。
细胞自噬主要有微自噬(microautophagy)、巨自噬(macroautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone mediated autophagy，CMA)三种形式。微自噬是指溶酶体或者液泡的膜直接内陷，将细胞质基质中的物质包裹进入溶酶体腔，并降解的过程。巨自噬也称大自噬，即通常所说的自噬，是细胞在相关信号的刺激下，底物蛋白或细胞器被一种双层膜的结构包裹，形成直径400-900nm大小的自噬小泡(autophagosome)，自噬小泡的外膜与溶酶体膜融合，释放所包裹的底物到溶酶体降解的过程。CMA是指溶酶体通过Hsp70等分子伴侣识别并结合带有“ KFERQ”氨基酸序列的底物蛋白进行降解的过程，CMA不仅在持续饥饿状态下为细胞提供能量，还在氧化性损伤保护、维持细胞内环境稳定等方面发挥作用。
在自噬信号的刺激下，细胞利用内质网、线粒体或高尔基体等细胞器的膜形成一种称为分离膜(phagephore)的双层膜结构。该结构不断延伸并最后将胞浆成分包裹形成自噬体，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体(autolysosome)，将内容物降解利用。日本学者大隅良典利用酵母突变体鉴定了一批对自噬过程至关重要的自噬相关基因，自噬过程是由这些基因编码的蛋白质和蛋白质复合物所控制的。每种蛋白质负责调控自噬体启动与形成的不同阶段。
细胞自噬涉及细胞结构组分的降解和小分子物质的再利用，能在细胞饥饿时快速提供能量并更新受损的细胞结构，也能在病原微生物侵染细胞时发挥作用。细胞自噬相关基因的变异可能与帕金森病、肿瘤等人类疾病相关。
3.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。动物有几种吞噬细胞(phagocyte)，位于肝、脾和其他血管通道中，用以清除抗原抗体复合物及吞噬的细菌、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)迁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，溶酶体酶与溶酶体所含过氧化氢、超氧化物(O2-)等共同作用杀死细菌，电镜下巨噬细胞内常可见较多残质体，这也可能是为什么巨噬细胞的寿命只有1~2天的缘故。某些病原体被细胞摄入，进入吞噬泡但未被杀死，如麻风分枝杆菌(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。某些病毒借助受体介导的细胞内吞作用而侵入宿主细胞，它们巧妙地利用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提高至7.0左右，则病毒虽然能进入细胞，但不能将其核衣壳从内体中释放到细胞质基质中，因而也就不能在细胞中繁殖。在免疫细胞中，溶酶体还参与抗原的处理，外源性抗原被细胞摄取，经溶酶体降解产生小肽，然后递呈至细胞表面供CD4细胞识别。
(三)溶酶体的发生
如前所述，溶酶体酶是在糙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被磷酸化形成6-磷酸甘露糖(M6P)，并与存在于高尔基体的反面膜囊和TGN膜上的M6P受体结合，使溶酶体酶得以浓缩富集，最后以出芽的方式形成网格蛋白/P包被膜泡转运到溶酶体中。
溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化先后由两种酶催化：种是N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶(N-acetylglucosamine phosphotransferase， GICNAc-P- transferase)；另一种是磷 酸葡糖苷酶(phosphoglycosidase)。当溶酶体酶进入高尔基体的顺面膜囊后，N乙酰葡糖胺磷酸转移酶将单糖二核苷酸 UDP-GICNAc上的GNAc-P转移到高甘露糖寡糖链上的∝-1，6甘露糖残基上，再将第二个GICNAC-P加到a-1，3的甘露糖残基上，接着在高尔基体中间膜囊中磷酸葡糖苷酶除去未端的 GIcNAc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内质网转入高尔基体的多种蛋白质中识别溶酶体酶，现已确定溶酶体酶分子中存在识别信号。这种信号不是肽链某些一级结构序列而是依赖于溶酶体酶的构象或三级结构形成的信号斑(signal patch)。
多数溶酶体酶分子上具有多个N-连接的寡糖链一旦 GICNAc-磷酸转移酶识别了溶酶体酶的信号斑后，在每条寡糖链上便可形成多个M6P残基。溶酶体酶与 GICNAc-磷酸转移酶的识别位点的结合，其亲和常数为K=103L/mol，在高尔基体TGN区，含有多个M6P的溶酶体酶与M6P受体结合，其亲和常数高达K=109Lmol，前后对比放大了10000倍。在高尔基体TGN中，M6P受体常集中地分布在某些TGN膜区，从而使溶酶体酶与其他的蛋白质分离并起到局部浓缩的作用，保证了它们以出芽的方式向溶酶体转移。M6P受体有两种，其中之一是依赖Ca的受体，它同样也是胰岛素类生长因子Ⅱ的受体，该受体在pH7.0左右时与M6P结合，而pH6.0以下则与M6P分离。
在TGN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脱包被的转运膜泡与晚期内体融合形成的。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，pH6.0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(晚期内体)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，该结果提示，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，并返回高尔基体同时在前溶酶体中，溶酶体酶M6P去磷酸化，使M6P受体与之彻底分离。在高尔基TGN中，包装溶酶体酶的转运膜泡是网格蛋白AP包被膜泡，但出芽后很快便脱包被，转运至晚期内体并与之融合。溶酶体的发生及其转运过程见图5-17所示。
溶酶体酶的M6P特异标志是目前研究高尔基体分选机制中较为清楚的一条途径。然而这一分选体系的效率似乎不高，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Ca2+的M6P受体，它同样可与胞外的溶酶体酶结合，在网格蛋白AP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，循环使用。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。
已发现在正常淋巴细胞中，如在细胞毒性T细胞和天然杀伤细胞的溶酶体中，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的途径进入溶酶体，而后者是通过不依赖M6P的途径进入溶酶体。当细胞受到外界信号刺激后，这类溶酶体会象分泌泡一样释放内含物，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，除可溶性水解酶外，还有一些是结合在膜上的酶，如葡糖脑苷脂酶( glucocerebrosidase)，此外还有溶酶体膜上的特异膜蛋白，这些膜蛋白也是在内质网上合成，经高尔基体加工与分选的。M6P标志的作用是把可溶性的蛋白质结合在特异膜受体上，因此溶酶体的膜蛋白就无需M6P化，但这些膜蛋白如何同其他蛋白质区分开来而特异地分选到溶酶体膜上，其机制尚不清楚。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，它并不涉及M6P途径，而像其他膜蛋白那样经高尔基体转运到细胞表面，随后依赖于胞质侧部分酪氨酸残基信号，从细胞表面再转运到溶酶体，在胞质中巯基蛋白酶和溶酶体中天冬氨酸蛋白酶的作用下成为可溶性的酶。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)溶酶体与疾病
溶酶体是细胞内消化的主要场所，由于遗传缺陷致使溶酶体中缺乏某种水解酶，导致相应的底物不能被降解而积蓄在溶酶体内。溶酶体过载和代谢紊乱引起溶酶体贮积症( lysosomal storage disease)，例如泰-萨克斯病(Tay- Sachs disease)就是因为己糖胺酶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，一般在2~6岁死亡。还有些其他类型的溶酶体贮积症，也是由于相关溶酶体酶的缺失，引起底物贮积造成的。另一个案例是I细胞病( inclusion- cell disease)，其主要病因不是由于酶的生成障碍，而是由于№-乙酰氨基葡糖磷酸转移酶缺乏，M6P信号缺失，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。此外，由于不同因素引起溶酶体膜稳定性下降，导致溶酶体水解酶类外溢，也可导致与溶酶体相关的疾病发生，如硅肺、类风湿性关节炎。
(五)过氧化物酶体
过氧化物酶体( peroxisome)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5-18)。1954年J. Rhodin首次在鼠肾的肾小管上皮细胞中观察到这种细胞器。
由于过氧化物酶体在形态大小及降解生物大分子等功能上与溶酶体类似，是一种异质性的细胞器，其确切的生理功能在发现后的相当一段时间内都不清楚，因此人们把它看作是某种特殊溶酶体。直至20世纪70年代才逐渐确认，过氧化物酶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20多种与过氧化物酶体发生相关的基因(称Pex基因，对应的蛋白质称 peroxin)，从而对该细胞器结构、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
过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中高浓度的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，因此可作为电镜识别的主要特征。此外，这两种细胞器在成分、功能及发生方式等方面都有很大的差异，详见表5-2所示。
2.过氧化物酶体的功能
过氧化物酶体是一种异质性细胞器，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使的功能都有所不同。如在含糖培养液中生长的酵母细胞内过氧化物酶体的体积很小；但当它生长在含甲醇培养液中时，其体积增大、数量增多，可占细胞质体积的80%以上，并能氧化甲醇；当酵母生长在含脂肪酸培养基中，则过氧化物酶体非常发达，并可把脂肪酸分解成乙酰辅酶A供细胞利用。
对动物细胞过氧化物酶体的功能了解很少，已知在肝细胞或肾细胞中，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。
过氧化物酶体是真核细胞中直接利用分子氧的细胞器，其中常含有两种酶：一是依赖于黄素(FAD)的氧化酶，其作用是将底物氧化降解，并产生H2O2；二是过氧化氢酶，其含量常占过氧化物酶体蛋白质总量的40%，它的作用是将H2O2分解，形成水和氧气。由这两种酶催化的反应，相互偶联，从而使细胞免受H2O2的毒害。氧化酶和过氧化氢酶之间可以形成一个简单的呼吸链，但不起能量转换的作用。
过氧化物酶体可降解生物大分子，最终产生H2O2，其中多数反应也可在其他细胞器中进行，但并不产生H2O2。因此有的学者提出，过氧化物酶体另一种功能是分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能，而不必通过水解ATP的途径获得能量。在植物细胞中过氧化物酶体起着重要的作用。一是在绿色植物叶肉细胞中，它催化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；二是在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存在种子中的脂肪酸产生乙酰辅酶A，并进一步形成琥珀酸，后者离开过氧化物酶体进一步转变成葡萄糖。因上述转化过程伴随着一系列称为乙醛酸循环的反应，因此又将这种过氧化物酶体称为乙醛酸循环体( glyoxysome)。在动物细胞中没有乙醛酸循环反应，因此动物细胞不能将脂肪中的脂肪酸转化成糖。
近年来，越来越多与过氧化物酶体相关的疾病被发现，主要有各型肾上腺脑白质营养不良(adreno leukodystrophy)，脑肝肾综合征(Zellweger病，一种遗传病)，婴儿儿型 Refsun病，高六氢吡啶羧酸血症(hyperpipecolicacidemia)，肢近端型点状软骨发育不良(rhizomelic chondrodysplasiapunctata)等。
3.过氧化物酶体的发生
过氧化物酶体的发生过程既不同于线粒体或叶绿体，也有别于溶酶体。过氧化物酶体中不含DNA，组成过氧化物酶体的膜蛋白和可溶性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。现在已知，过氧化物酶体的发生有两种途径：一是细胞内已有的成熟过氧化物酶体经分裂增殖而产生子代细胞器；二是在细胞内从头开始组装( de novo)。过氧化物酶体的组装包括3个阶段(图5-19)：①过氧化物酶体的装配起始于内质网。在那里，Pex3和Pex16等在内质网膜上合成，并被插入到膜上，它们再招募Pex19并形成一个特殊的区域，然后由内质网出芽形成过氧化物酶体的前体。这种过氧化物酶体的前体可以相互之间或是与已经存在的过氧化物酶体融合，以使之生长成较大的体积或为以后的分裂做准备。在这个特殊的膜泡上，Pex19蛋白作为过氧化物酶体膜蛋白靶向序列的胞质受体而发挥作用，一些在细胞质游离核糖体上合成的过氧化物酶体的其他膜蛋白可以通过自己所带的靶向序列与Pex19结合，并在Pex3和Pex16等的帮助下插入到该细胞器的膜上，待所有过氧化物酶体膜蛋白都插入后，便形成了过氧化物酶体雏形( peroxisomal ghost)，为基质蛋白输入提供基础。②具有过氧化物酶体引导信号1( peroxisomal targeting signal I，PTSl)和PTS2的基质蛋白，它们分别以Pex5和Pex7为胞质受体，各自靶向序列与相应受体结合后再与膜受体(Pex14)结合。在过氧化物酶体的膜上，有一种至少由6种 peroxin组装而成的易位体( translocator)，具有过氧化物酶体引导信号的蛋白质或寡聚体被Pex5或Pex7识别，并与Pex14结合后，通过易位体进入过氧化物酶体的腔内。与蛋白质进入内质网、线粒体或叶绿体不同的是，通过这种方式进入过氧化物酶体的蛋白体不需要将多肽链展开就能与胞质受体如Pex5一起进入腔内，即便是直径较大的寡聚体。Pex5等胞质受体与过氧化物酶体蛋白起进入以后便将货物释放，并回到细胞质内重复使用。这一过程由定位于过氧化物酶体膜上的蛋白复合物(Pex10、Pex12和Pex2)介导完成。基质蛋白输入产生成熟的过氧化物酶体。③成熟的过氧化物酶体经分裂产生子代过氧化物酶体，分裂过程依赖于Pex1l蛋白。
与Pex5等胞质受体结合的蛋白质进入过氧化物酶体的机制还没有完全研究清楚，但有一点可以肯定，由peroxin组装而成的易位体的孔径是动态可调的，并且只有在货物通过时开启，以适应不同直径的已折叠的蛋白质通过，甚至是在细胞质里就已经装配好的寡聚体。这与蛋白质进入线粒体和叶绿体的情况完全不同，后者需要将已经已折叠的蛋白质解开，进去以后再重新折叠或组装成有活性的蛋白质。过氧化物酶体在物质代谢过程中会产生H2O2等对细胞有害的物质，因此，过氧化物酶体膜上的转运通道应该是非常严密的，不会允许这些分子自由扩散出去，但其机制还未明了。
