一、内质网的两大主要功能
内质网是真核细胞的细胞器，它是内质网膜构成的网状管道。内质网膜中镶嵌着各种膜蛋白，内质网腔中也有各种蛋白质，它们与内质网的功能密切相关。内质网有以下两大主要功能。
（一）内质网参与膜蛋白和分泌蛋白质的合成并且是新生肽链折叠、糖基化修饰、亚基组装和蛋白质质量控制的场所
蛋白质的合成场所是多聚核糖体，即一条mRNA上结合着许多翻译进程不同的核糖体，从mRNA的5′端向3′端核糖体上新生肽链的长度逐渐增加。膜蛋白或分泌蛋白的新生肽链的N端是信号肽，信号肽合成后由胞质中的信号识别颗粒（signal recognition particle）介导，使多聚核糖体附着在内质网膜上。信号肽通过内质网膜上的易位子（translocon），一种中间有孔道的膜蛋白，进入内质网腔，并且引导后续肽链的进入。信号肽完成功能后被内质网中的信号肽酶切除。
新生肽链在内质网腔中由各种伴侣蛋白辅助进行折叠，由一系列酶的催化在糖基化位点进行糖基化修饰。寡聚蛋白质的组装也在内质网腔中进行。只有正确折叠和组装的蛋白质才有生物学功能，并被分拣、投送到高尔基体、溶酶体、细胞膜或者分泌到细胞外（图9－1）。
伴侣蛋白（chaperone or chaperon）是一大类在细胞内广泛分布，存在于细胞核、细胞质及各细胞器，能与非天然构象的蛋白质相互作用，例如，它们能和内质网内合成之中的肽链结合，介导各结构域（domain）乃至整个蛋白质分子的正确折叠；它们能与胞质中合成的线粒体蛋白质结合，使其肽链保持伸展状态而被转运到线粒体的各个空间；热休克（heat shock）使细胞内蛋白质变性时，它们能与这些蛋白质结合，稳定其结构，预防蛋白质变性后内部疏水基团暴露而发生蛋白质分子间不可逆的聚集。
图9－1 膜蛋白与分泌蛋白的合成、分拣与投送
内质网中的重要的伴侣蛋白有：①免疫球蛋白重链结合蛋白（Bip，又称葡萄糖调节蛋白78，GRP78）：它能与新生肽链的疏水基团结合，辅助它正确折叠，使疏水基团包埋在蛋白质分子内部。②钙联蛋白（calnexin）和钙网蛋白（calreticulin）：糖蛋白肽链的正确折叠与N糖基化密切相关，内质网中合成的核心N糖链中最初含有葡萄糖基。介导它们肽链折叠的、活性依赖于钙离子的钙联蛋白和钙网蛋白能识别并结合含有葡萄糖基核心N糖链，并使这些葡萄糖基被葡萄糖苷酶切除，肽链才能折叠。若折叠不正确，葡萄糖基转移酶能在核心N糖链添加葡萄糖基，上述伴侣蛋白又能重新介导葡萄糖基的切除及肽链的折叠。正确折叠的糖蛋白中核心N糖链不会再被葡萄糖糖基化（图9－2）。③肽基脯氨酰异构酶和二硫键异构酶：它们分别催化肽链中脯氨酰残基的顺反异构和二硫键异构，使肽链形成天然构象和热力学稳定的二硫键。伴侣蛋白在辅助肽链折叠时需ATP。
内质网腔中的环境，如钙离子浓度和氧化还原状态（还原型谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽的比值）有利于肽链的折叠，并且又有多种伴侣蛋白的辅助，新生肽链能够正确折叠，但是不能避免肽链折叠的错误或者蛋白质组装不完全。偶尔产生的“次品”不会被分拣、投送或分泌，而是被内质网的转运蛋白识别，将它们转运到胞质，在胞质中多泛素化（polyubiquitination）后被蛋白酶体（proteasome或proteosome）降解。这一过程称为内质网相关的蛋白质降解（ER associated protein degradation，ERAD），是内质网对蛋白质的质量控制（quality control，QC）。
（二）内质网是细胞内的钙离子贮存库
内质网腔中钙离子浓度是胞质钙离子浓度的数十倍。两者之间极大的浓度差是信号转导途径中钙离子从内质网释放入胞质作为信使的基础。例如当胞外信号分子与相应的膜受体结合，活化磷脂酰肌醇特异的磷脂酶C（PI－PLC），PI－PLC分解细胞膜中的磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2），产生二酰甘油（甘油二酯）（DG）和肌醇三磷酸（IP3），它们都是第二信使。IP3能与内质网膜上的特异受体结合，使钙离子通道开放，内质网中贮存的钙离子进入胞质，胞质中钙离子浓度升高。钙离子和DG一起活化蛋白激酶C（PKC）；钙离子又能与钙调蛋白（calmodulin，CaM）结合，Ca2＋－CaM活化CaM依赖性蛋白激酶（CaM－PK）。PKC和CaM－PK的活化能调节细胞内相关酶的活性和基因转录，产生相关效应。因此有文献认为钙离子是细胞内第三信使。在完成信使功能之后，钙离子被内质网膜的Ca2＋－ATP酶重新泵入内质网贮存。
图9－2 钙网蛋白介导糖蛋白折叠过程
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