《细胞生物学》教案（第10次课2学时）第六章蛋白质分选与膜泡运输(ProteinSortingandMembranetrafficking)[教学要求]2.1知识目标1.熟练掌握核糖体与蛋白质合成，信号假说；2.掌握三种包被膜泡的结构与功能；3.供体膜与靶膜融合的机制。2.2能力目标1.讲解三位诺贝尔获奖科学家的研究成果；2.讲解共翻译转运和后翻译转运的过程；2.3德育目标1.在分析细胞运输途径时，阐述细胞内膜系统对于扩大细胞膜表面积的重要意义，并引入折大内需是确保我国经济稳定健康发展的根本之策这一思政内涵：2.引导学生学习科学家的科研思维、科研精神。[教学重点]1.内质网、高尔基体的结构特点2.溶酶体的发生及功能[教学难点]内膜系统各结构之间的关系[教学时数]2学时[主要内容]6.1细胞内蛋白质的分选6.2细胞内膜泡运输[参考资料]翟中和细胞生物学，第五版．北京：高等教育出版社，2020.[教学内容]
《细胞生物学》教案 （第 10 次课 2 学时） 第六章 蛋白质分选与膜泡运输 （Protein Sorting and Membrane trafficking） [教学要求] 2.1 知识目标 1. 熟练掌握核糖体与蛋白质合成,信号假说； 2. 掌握三种包被膜泡的结构与功能； 3. 供体膜与靶膜融合的机制。 2.2 能力目标 1. 讲解三位诺贝尔获奖科学家的研究成果； 2. 讲解共翻译转运和后翻译转运的过程； 2.3 德育目标 1. 在分析细胞运输途径时，阐述细胞内膜系统对于扩大细胞膜表面积的重要意义，并引入扩 大内需是确保我国经济稳定健康发展的根本之策这一思政内涵； 2. 引导学生学习科学家的科研思维、科研精神。 [教学重点] 1. 内质网、高尔基体的结构特点 2. 溶酶体的发生及功能 [教学难点] 内膜系统各结构之间的关系 [教学时数] 2 学时 [主要内容] 6.1 细胞内蛋白质的分选 6.2 细胞内膜泡运输 [参考资料] 翟中和． 细胞生物学， 第五版．北京：高等教育出版社，2020． [教学内容]
2013年10月7日，诺贝尔生理学或医学奖揭晓，该奖授予了发现了细胞囊泡运输调控机制的三位科学家，分别是美国耶鲁大学细胞生物学系主任詹姆斯·罗斯曼(JamesE.Rothman)、美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系教授兰迪·谢克曼(RandyW.Schekman)以及美国斯坦福大学分子与细胞生理学教授托马斯·聚德霍夫(ThomasC.Sudhof)。2013NobelPrizeinPhysiologyandMedicineJamesE.RothmanRandyW.SchekmanThomasC.SudhofPrize motivation:"fortheirdiscoveries of machinery regulating vesicle traffic, a majortransportsysteminourcells"http://www.nobelprize.org/nobelprizes/medicine/laureates/2013/包被囊泡转运囊泡储存囊泡分泌囊泡无包被囊泡（囊泡膜上的膜蛋白和脂类等，参与细胞的组成与特定的细胞功能）（囊泡所包裹的内含物，如神经递质、激素、各种酶和细胞因子等，可参与蛋白质或脂类的降解或剪切功能等，或者分泌到细胞外，调节自身或其他细胞的功能）动力（动力蛋白质）车辆（运输复合体）货物（囊泡上的分子）行驶路线（微管）交通控制（调节分子）细胞内的囊泡运输系统，就好比一个城市的交通运输系统，各种具有动力（即动力蛋白的不同车辆（即运输复合体）装载着所运输的不同货物（即囊泡上的货物分子），按照指定的行驶路线（即微管）抵达目的地后，完成货物的卸载。一个城市的良好交通运输状况，需要精细的交通控制（即调节分子）。如果控制得不好，某些地方就会出现交通拥堵，严重时整个城市的交通都会瘫痪。当类似情况出现在我们的细胞内时，这些细胞就无法实现正常功能，甚至会因而死亡。1
1 2013 年 10 月 7 日，诺贝尔生理学或医学奖揭晓，该奖授予了发现了细胞囊泡运输调控机制的三 位科学家，分别是美国耶鲁大学细胞生物学系主任詹姆斯•罗斯曼(James E. Rothman)、美国加州大学 伯克利分校分子与细胞生物学系教授兰迪•谢克曼(Randy W. Schekman)以及美国斯坦福大学分子与细 胞生理学教授托马斯•聚德霍夫(Thomas C. Südhof)。 包被囊泡 转运囊泡 储存囊泡 分泌囊泡 无包被囊泡 （囊泡膜上的膜蛋白和脂类等，参与细胞的组成与特定的细胞功能） （囊泡所包裹的内含物，如神经递质、激素、各种酶和细胞因子等，可参与蛋白质或脂类的降解或剪 切功能等，或者分泌到细胞外，调节自身或其他细胞的功能） 动力（动力蛋白质） 车辆（运输复合体） 货物（囊泡上的分子） 行驶路线（微管） 交通控制（调节分子） 细胞内的囊泡运输系统，就好比一个城市的交通运输系统，各种具有动力(即动力蛋白)的不同车辆(即 运输复合体)装载着所运输的不同货物(即囊泡上的货物分子)，按照指定的行驶路线(即微管)抵达目的 地后，完成货物的卸载。一个城市的良好交通运输状况，需要精细的交通控制(即调节分子)。如果控 制得不好，某些地方就会出现交通拥堵，严重时整个城市的交通都会瘫痪。当类似情况出现在我们的 细胞内时，这些细胞就无法实现正常功能，甚至会因而死亡
2013诺贝尔生理学和医学奖简单图解图身体中的每个细购都拥有复不同的功能被分隔在不同的细胞器中。细跑中产生的分子被封装在素泡中，在特定的时同运送准确的位置K生物膜构成了细胞及细胞器之间的天然屏障，使得一些重要的生命活动能在相对独立的空间内进行，由此产生了细胞之间、细胞器之间的物质、能量和信息交换的过程。细胞内的膜性细胞器之间的物质运输（如蛋白质、脂类），主要是通过囊泡完成的。囊泡是由单层膜所包裹的膜性结构，从几十纳米到数百纳米不等，主要司职细胞内不同膜性细胞器之间的物质运输，称之为囊泡运输。细胞内的囊泡有很多种，按结构特征，可以分为包被囊泡和无包被囊泡两类；按生理功能，可分为转运囊泡、储存囊泡、分泌囊泡等。通过囊泡运输的物质主要有两类，一类是囊泡膜上的膜蛋白和脂类等，参与细胞器的组成与特定的细胞功能（如细胞代谢和信号转导等）：另一类是囊泡所包裹的内含物，如神经递质、激素、各种酶和细胞因子等，这些物质可参与蛋白质或脂类的降解或剪切功能等，或者分泌到细胞外，调节自身或其它细胞的功能。正常酵母突变体图2：谢克曼发现了编码调节素泡运输关键蛋白的基因。通过检测囊泡运输被打乱了的基因突变精母个体，他发现了控制将索泡转运到不同细跑RO
2 2013 诺贝尔生理学和医学奖简单图解 生物膜构成了细胞及细胞器之间的天然屏障，使得一些重要的生命活动能在相对独立的空间内进行， 由此产生了细胞之间、细胞器之间的物质、能量和信息交换的过程。细胞内的膜性细胞器之间的物质 运输(如蛋白质、脂类)，主要是通过囊泡完成的。囊泡是由单层膜所包裹的膜性结构，从几十纳米到 数百纳米不等，主要司职细胞内不同膜性细胞器之间的物质运输，称之为囊泡运输。细胞内的囊泡有 很多种，按结构特征，可以分为包被囊泡和无包被囊泡两类；按生理功能，可分为转运囊泡、储存囊 泡、分泌囊泡等。通过囊泡运输的物质主要有两类，一类是囊泡膜上的膜蛋白和脂类等，参与细胞器 的组成与特定的细胞功能(如细胞代谢和信号转导等)；另一类是囊泡所包裹的内含物，如神经递质、 激素、各种酶和细胞因子等，这些物质可参与蛋白质或脂类的降解或剪切功能等，或者分泌到细胞外， 调节自身或其它细胞的功能
早在上世纪的1970年代，细胞如何调节其内部输运机制深深吸兰迪·谢克曼K引并投身此项研究，并试图利用酵母菌作为后的基因机制。在基因筛选中，他找到一些显示出输运机制缺陷的酵母菌细胞指挥协调而一片混乱的公共交通系-统，其内部囊泡堆积在细胞内的部分区域交通堵塞"的原因是基因层面的，并据此顺藤摸瓜找到了其背后的基因机制司的基因对这一细胞运输机制产生作用，地找到从而改变并大大加深了我们对细胞如何规范其运系统的认识13.罗斯曼发现物可以使南泡雕合到相应的目的内膜系统或者细胞泡上的蛋白会结合到目的内膜的特异礼补体蛋白，确保囊泡正确融合并使运输的分子传递到正确的位置詹姆斯·罗斯曼（JamesRothman）同样对细胞输运机制感到好奇。在上世界80~90年代期间，Rothman正开展对哺乳动物细胞囊泡输运机制的研究，他发现一一种蛋白质可以让囊泡实现与其目标细胞膜的对接和融合。在融合过程中，囊泡上的蛋白质和细胞膜上的蛋白质相互钙信号图4：聚德霍夫研究的是大胶中的信号是如何从个神经细购传输到另一个，以及钙离子是如问调控这一一过程的。他发现了细胞是怎么感知钙离子，并将此信号转换成载泡融合过程的分子途径，从而解释了时间精度是如何实现以及壶泡是如何被信号调控而释放托马斯聚德霍夫（ThomasSudhof）对大脑内神经细胞是如何相互之间进行沟通感兴趣。这种传递信息的物质被称为神经传递素，这种特殊分子正是由囊泡负责运输至神经细胞的细胞膜上并借助融合机制向外释放的。这正是Rothman和Schekman所发现的机制。然而这些囊泡只有在其所在的神经细胞向其“邻居”发送信号之后才会被允许释放它们运载的“货物”。这种精确的时机把握究竞是如何实现的？科学家们此前便已经知道钙离子参与了这一过程，在上世纪90年代，Sudhof便开始在神经细胞3
3 早在上世纪的 1970 年代，兰迪•谢克曼（Randy Schekman）便被细胞如何调节其内部输运机制深深吸 引并投身此项研究，并试图利用酵母菌作为模型样本来研究其背后的基因机制。在基因筛选中，他找 到一些显示出输运机制缺陷的酵母菌细胞，其表现就像是一个缺乏指挥协调而一片混乱的公共交通系 统，其内部囊泡堆积在细胞内的部分区域。他发现造成这种囊泡发生“交通堵塞”的原因是基因层面的， 并据此顺藤摸瓜找到了其背后的基因机制。他找到了 3 组不同的基因对这一细胞运输机制产生作用， 从而改变并大大加深了我们对细胞如何规范其内部输运系统的认识。 詹姆斯•罗斯曼（James Rothman）同样对细胞输运机制感到好奇。在上世界 80~90 年代期间，Rothman 正开展对哺乳动物细胞囊泡输运机制的研究，他发现一种蛋白质可以让囊泡实现与其目标细胞膜的对 接和融合。在融合过程中，囊泡上的蛋白质和细胞膜上的蛋白质相互 托马斯•聚德霍夫（Thomas Südhof）对大脑内神经细胞是如何相互之间进行沟通感兴趣。这种传递信 息的物质被称为神经传递素，这种特殊分子正是由囊泡负责运输至神经细胞的细胞膜上并借助融合机 制向外释放的。这正是 Rothman 和 Schekman 所发现的机制。然而这些囊泡只有在其所在的神经细胞 向其“邻居”发送信号之后才会被允许释放它们运载的“货物”。这种精确的时机把握究竟是如何实现的？ 科学家们此前便已经知道钙离子参与了这一过程，在上世纪 90 年代，Südhof 便开始在神经细胞
中寻找对钙离子敏感的蛋白质。最终他识别出一种分子机制，其会对注入的钙离子做出反应，并控制邻近的蛋白质迅速让囊泡与神经细胞的外部细胞膜相结合。于是“拉链打开了，信号物质被释放出去Suidhof的发现解释了这种细胞传输的时间精确性是如何实现的，以及囊泡中的物质是如何实现受控地释放。他们的工作揭示了细胞内部和外部的输运体系是如何达成时间与位置上的精确性的。在细胞中，不管是酵母菌还是人类，不管高等生物还是低等生物，它们体内的囊泡输运以及细胞膜融合机制都遵循相同的基本原理。这一体系对于一系列的生理过程而言都至关重要，从大脑信号的传递，到荷尔蒙的释放，再到免疫细胞活素。但当发生疾病时，细胞内的囊泡输运机制会出现问题，这当中包括一些神经系统和免疫系统疾病。离开这一堪称完美的控制机制，细胞将陷于混乱。显然，随便哪一步出了问题都有大麻烦臂如要是运送胰岛素的囊泡故障了，胰岛素就不能正常生产，结果就是糖尿病。而弄明白了这些过程，下次遇到它们失灵我们才能认出来，才能找到办法治疗因此产生的病
4 中寻找对钙离子敏感的蛋白质。最终他识别出一种分子机制，其会对注入的钙离子做出反应，并控制 邻近的蛋白质迅速让囊泡与神经细胞的外部细胞膜相结合。于是“拉链”打开了，信号物质被释放出去。 Südhof 的发现解释了这种细胞传输的时间精确性是如何实现的，以及囊泡中的物质是如何实现受控地 释放。 他们的工作揭示了细胞内部和外部的输运体系是如何达成时间与位置上的精确性的。 在细胞中， 不管是酵母菌还是人类，不管高等生物还是低等生物，它们体内的囊泡输运以及细胞膜融合机制都遵 循相同的基本原理。这一体系对于一系列的生理过程而言都至关重要，从大脑信号的传递，到荷尔蒙 的释放，再到免疫细胞活素。但当发生疾病时，细胞内的囊泡输运机制会出现问题，这当中包括一些 神经系统和免疫系统疾病。离开这一堪称完美的控制机制，细胞将陷于混乱