J. Am. Chem. Soc.｜直接从序列设计的稳定且功能多样的多功能过氧化物酶

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J. Am. Chem. Soc.｜直接从序列设计的稳定且功能多样的多功能过氧化物酶

过氧化物酶在植物体内的主要作用是什么?

细胞质内含有哪些重要结构它们的概念和作用各是什么？

液相溶剂是什么？

一、J. Am. Chem. Soc.｜直接从序列设计的稳定且功能多样的多功能过氧化物酶

大家好，今天推送的文章来自于2022年2月发表在Journal of the American Chemical Society上的Stable and Functionally Diverse Versatile Peroxidases Designed Directly from Sequences，通讯作者是以色列魏茨曼科学研究所的Sarel J. Fleishman博士。

目前开发经济和环保能源的需求日益增长。将生物质，特别是木质纤维素高效转化为生物燃料是可持续和可再生能源生产的一条有前景的途径。白腐真菌分泌一系列高氧化还原电位的氧化还原酶来有效分解木质素。在这些酶中，多功能过氧化物酶 (VPs) 是最混杂的生物催化剂。VPs 是用于研究和工业用途的非常有吸引力的酶，但它们在异源宿主中的表达极具挑战性。迄今为止，只有一个来源于杏鲍菇 的VP（VPL） 已针对重组功能表达、稳定性和活性进行了结构表征和优化。几项定向进化研究已经成功地使 VPL 改造为满足各种工业要求。但低效、底物谱变窄等缺点也使得急需一个更有用的替代方案。

基于 PROSS 结构的算法将系统发育序列信息与 Rosetta 原子设计相结合，以结合稳定突变并优化自然状态能量。PROSS 通过仅对少数设计（通常≤5）进行实验筛选，解决了蛋白质表达和稳定性的问题。在许多情况下，无法在微生物系统中进行功能表达的蛋白质可以在one-shot设计计算后得到稳健表达。但是PROSS 对原子细节很敏感。

最近，新一代基于深度学习的从头算结构预测方法得到了开发，使得预测结果精确度更高。该研究中，作者介绍了一种通用方法，用于提高无法获得实验结构数据的蛋白质的有功能的表达量。VPs 的结构和生化复杂性使得它们作为该方法的概念验证具有说服力。

首先，从数据库中选择了 11 个彼此表现出 51-81% 同一性的序列用于使用 trRosetta 建模（图 1A、B）。对11种模型均进行 PROSS 稳定性设计（图 1C）。VPL则是将其晶体结构导入进行突变体设计。最后，作者选择了野生型序列和三个具有不同突变负载的 PROSS 设计的突变体进行实验表征（最保守的设计中约 10 个突变，最宽松的设计中多达 49 个突变）。将它们在酿酒酵母中进行表达。

上述方法产生了四种不同且具有功能表达的 VP（图 1D）：VPL（来自 P. eryngii）、来自Pleurotus ostreatus的两个旁系同源物（VP5 和 VP11）和来自Ganodermasp. 10597_SS1 (VP8)。对于这些 VP，野生型表现出较差的功能表达，而设计的序列有效地氧化底物ABTS。例如，野生型酶 VP5 和 VP11 没有表现出可检测的功能表达，而对于 VP8 和 VPL，最佳设计序列的活性与其各自的野生型酶相比提高了 11 倍和 14 倍（图 1D）。对于所有四个 VP，最活跃的设计序列表现出最高的突变负荷（38-43 个突变，> 10% 的序列）。因此，这些设计被表示为 5H、8H、11H 和 VPLH，以表示它们的高突变负荷。

由于野生型 VP 的功能表达可忽略不计，所有进一步的生化分析均在 5H、8H 和 11H 上进行，相对于 VPL 突变体 R4 和 2-1B（之前分别针对表达和热稳定性进行了进化的突变体）。尽管与野生型蛋白相比，VPLH 的功能表达也显著增强（图 1D），但相对于 R4 和 2-1B，它并没有显示出实质性的改善，也没有进一步研究。与 R4 相比，设计的 VP 表现出更高的热稳定性（图 2A、B）。5H 孵育2 小时后，可与 2-1B 相媲美（图 2B）。

在自然界中，木质素在酸性条件下分解，并且 VP 活性强烈依赖于酸。特别是，在低 pH 值下促进高氧化位点色氨酸自由基的形成，高氧化能力取决于在 pH 值 2-3 下的稳定性和活性。8H在酸性至中性 pH 值下是稳定的，并且pH为2时（图 2A）孵育后最活跃的 VP 变体。VPs 也可用于碱性条件，5H 和11H 即使在 pH 9 孵育 1 周后仍保持其初始活性水平（图 2A）。过氧化氢是 VPs 中的末端电子受体，但在高浓度时，它也会使酶失活。测定发现11H 对过氧化氢的稳定性最高（图 2C）。此外，三种 VPH显示出比 R4 更高的功能表达水平，R4 是之前通过改造得到的功能表达最高的 VPL 变体 (图 2A)。所以，这些设计的突变体是稳定的，并且在对环境条件的耐受性方面表现出显著差异。

接下来，作者使用 R4 作为参考，使用图3中的5个代表不同氧化还原电位和化学结构的底物测试了前三个 VPH的活性谱（图 3）。尽管结构复杂，模型结构中缺乏辅助因子，并且每个设计的突变体中的突变数量非常多，但这些突变体均氧化了所有底物（图 3）。因此，从头开始建模和 PROSS 设计的组合即使在复杂的多功能酶（如 VPs）中也是有效的。且四个 VP 显示出对酸性条件的预期偏好（图 3），但也表现出很大的pH 偏好。作者接下来测试了三种VPH和 R4 相对于上述底物和过氧化氢的反应性曲线，再次显示出显著差异（图 3）。就kcat而言，8H 和 R4 是最有效的酶，并且 R4 对某些底物的亲和力最大。

8H 是基于多孔菌目的 VP 设计的，而其他设计以及 R4 均来自伞菌目。因此，8H 在序列和结构（图 4A）上都与其他 VP 不同。8H 和其他 VPs 之间最显著的活性位点差异在于螯合血红素和锰的loop（图 4B）。在锰螯合残基中，8H 在 175 位显示出 Asp → His 突变。此外，锰结合位点附近的突变 A173S 也可能改变锰结合特性。这些突变可能是8H 中锰氧化能力急剧下降的原因。

除了锰氧化位点外，VPs 通过长程电子转移机制通过高氧化还原表面色氨酸位点和低氧化还原电位血红素依赖性位点氧化底物。作者研究的四个 VP 在高氧化还原表面位点的动力学常数中表现出很大的变化。因此，尽管该位点的可访问性很高，但色氨酸环境的化学性质和分子识别在确定该位点的反应性方面起着重要作用。8H在该位点也显示出独特的静电和结构特性。其他酶表现出部分保护色氨酸的保守的 Lys 和 Arg和位于对面的 Thr 残基，而 8H 分别呈现 Asn、Lys 和 Val（图 4C）。尽管 5H、11H 和 R4 在高氧化还原电位色氨酸活性位点具有相同的序列，但它们的反应性发生了显著变化。这些反应性差异可能源于连接色氨酸自由基和血红素依赖位点的电子传递路径上的序列变化，这些变化的方式仍有待阐明。

最后，模型表明血红素口袋在所有 VP 中是保守的。其周围环境的唯一变化是 8H 中的锰桥环，5H 中 168 位的 Ser → Ala 取代。鉴于这些相对较小的序列变化，作者推测 ABTS 和 DMP 活性差异源于底物对血红素结合袋的可及性的变化。事实上，血红素通道环表现出巨大的变化，这会影响口袋的疏水性及其大小。例如，8H 在 140 位有一个 Leu 而不是 Glu，产生了一个疏水通道，这可能是观察到的对 DMP 更高亲和力的基础；8H 中的这种突变也可能导致对产品的更高亲和力（图 4D）。先前的突变分析证明了该位置对底物识别和 pH 依赖性活性的重要性。作者得出的结论是，天然 VP 之间的活动位点和可及通道的显著差异是设计的突变体之间巨大功能变化的基础。这些结构-活性关系可能会为未来的 VP 设计工作提供信息，或有助于集中搜索具有独特功能特征的天然 VP。

总之，作者的工作表明，酶工程现在可以从从头开始建模并持续到自动化蛋白质设计的流水线流程。因此，基于模型的酶设计可以显著增加计算设计方法的范围，并解决许多领域日益增长的需求。

整理：廖敏

DOI:10.1021/jacs.1c12433

END

一、过氧化物酶在植物体内的主要作用是什么?

过氧化物酶在植物体内的主要作用是参与光呼吸作用，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，进行脂肪的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（glyoxysome）。

扩展资料

过氧化物酶体可能是一种古老的细胞器，在光合生物出现后，大气中的氧元素含量逐渐提高，而细胞内的氧对早期的生物具有毒害作用，过氧化物酶体的功能就是消除细胞内的氧元素，并产生细胞所需要的某些代谢物。

虽然在过氧化物酶体中黄素蛋白、氧化酶和过氧化氢酶之间可以形成一个简单呼吸链，但是不起能量转换的作用。后来线粒体产生后就取代了过氧化物酶体的这种功能，并且其电子传递与ATP合成相偶联。

二、细胞质内含有哪些重要结构它们的概念和作用各是什么？

内膜系统(endomembrane system）是通过细胞膜的内陷而演变成的复杂系统。它构成各种细胞器（organelle)，如内质网、线粒体、高尔基复合体、溶酶体等。这些细胞器均是互相分隔的封闭性区室，各具备一套独特的酶系，执行着专一的生理功能。
细胞质内质网
（endoplasmic reticulum，ER）是扁平囊状或管泡状膜性结构，它们以分支互相吻合成为网络，其表面有附着核糖核蛋白s体者称为粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER），膜表面不附着核糖核蛋白体者称为滑面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER），两者有通连。
核糖核蛋白体附着在内质网上，其主要功能是合成分泌蛋白质( 如免疫球蛋白、消化酶等），但也制造某些结构蛋白质(如膜镶嵌蛋白质、溶酶体酶等）。粗面内质网分布于绝大部分细胞中，而在分泌蛋白旺盛的细胞（如浆细胞、腺细胞），粗面内质网特别发达，其扁囊密集呈板层状，并占据细胞质很大一部分空间。一般说来，可根据粗面内质网的发达程度来判断细胞的功能状态和分化程度。
滑面内质网多是管泡状，仅在某些组胞中很丰富，并因含有不同的酸类而功能各异，①类固醇激素的合成，在分泌类固醇激素的细胞中；滑面内质网膜上有合成胆固醇所需的酶系，在此合成的胆固醇再转变为类固醇激素；②脂类代谢，小肠吸收细胞摄入脂肪酸、甘油及甘油一酯，在滑面内质网上酯化为甘油三酯，肝细胞摄取的脂肪酸也是在滑面内质网上被氧化还原酶分解，或者再度酯化；③解毒作用，肝细胞的滑面内质网含有参与解毒作用的各种酶系，某些外来药物、有毒代谢产物及激素等在此经过氧化、还原，水解或结合等处理，成为无毒物质排出体外；④离子贮存与调节，横纹肌细胞中的滑面内质网又称肌浆网，其膜上有钙泵，可将细胞质基质中的Ca2+泵入、贮存起来，导致肌细胞松弛，在特定因素作用下，贮存的Ca2+释出，引起肌细胞收缩。胃底腺壁细胞的滑面内质网有氯泵，当分泌盐酸时将CIˉ释放，参与盐酸的形成。
细胞质高尔基复合体（Golgi complex）由扁平囊、小泡和大泡三部分组成，它在细胞中仿分布和数量依细胞的类型不同而异。扁平囊(saccule) 有3-10 层，平行紧密排列构成高尔基复合体的主体，它有一面常凸超称生成面(forming face),另一面凹陷，称成熟面（maturing face)扁平羹上有孔穿通,并朝向生成面。生成面附近有一些小泡(vesicle)，直径为40～80nm,是由附近粗面内质网芽生而来，将租面内质网中合成的蛋白质轻运到扁平囊，故小泡又称运输小泡。大泡(vacuole）位于成熟面，是高尔基复合体的生成产物，包括溶酶体、分泌泡等。溶酶体逐渐离开高尔基复合体而分散到细胞各部。分泌泡互相融合，其内容物电子密度增高，成为分泌颗粒。在蛋白质分泌旺盛的细胞中高尔基复合体发达。高尔基复合体对来自粗面内质网的蛋白质进行加工、修饰、糖化与浓缩，使之变为成熟的蛋白质，如在胰岛B细胞中将前胰岛素加工成为胰岛素。高尔基复合体具有多种糖基转移酶,许多蛋白质在此被糖化形成糖蛋白。此外，名种溶酶也在高尔基复合体浓聚形成初级溶酶体。
细胞质溶酶体
（lysosome)为有膜包裹的小体，内含多种酸性水解酶，如酸性磷酸酶、组织蛋白酶、胶原蛋白酶、核糖核酸酶、葡萄糖苷酸和脂酶等，能分解各种内源性或外源性物质。它们的最适ph为5.0。不向细胞中的溶酶体不尽相同，（但均含酸性磷酸酶，故该酶为溶酶体的标志酶。按溶酶体是否含有被消化物质（底物）可将其分为初级溶酶体(primary lysosme)和次级溶酶体(secondary lysosome)。
(1)初级溶酶体：也称原溶酶体(protolysosome)。一般呈圆形或椭圆形，直径多介于25～50nm现如今发现亦有长杆状或缓状溶酶体。其内容物呈均质状，电子密度中等或较高不含底物。在少数细胞，如破骨细胞和炎症部位的中性粒细胞，溶酶体酶可被释放到细胞外发挥水解作用
(2)次级溶酶体：也称吞噬性溶酶体(phagolysosome),是由次级溶酶体和将被水解的各种吞噬底物融合而构成，因此其体积较大，形态多样，内容物为非均质状。根据其作用废物的来源不同，分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体。自噬性溶酶体（autophago lysosome)的作用底物是内源性的，即来自细胞内的衰老和崩解的细胞器或局部细胞质等。异噬性溶酶体（heterophago lysosome）的作用底物是经由细胞的吞饮或吞噬而被摄入细胞内的外源性物质，是溶酶体与吞噬体融合而成，多见于吞噬了细菌的中性粒细胞和吞噬了异物的巨噬细胞。并噬性溶酶体与自噬性溶酶体中的底物有的被分解为单糖、氨基酸等小分子物质，它们可通过溶酶体膜进入细胞质基质，被细胞利用；有的则不能被消化（如尘埃、金属颗粒等异物、衰老细胞器的某些类脂成分），它们残留于溶酶体中，当溶酶体酶活性耗竭，溶酶体内完全由残留物占据，则称之为残余体（residual body）。在哺乳动物，残余体滞留在细胞中，常见的残余体有脂褐素颗粒和髓样结构。均由自噬性溶酶体演化而来。脂褐素颗粒（lipofuscin granule)为不规则形，由电子密度不同的物质及脂滴构成，在光镜下呈褐色，多见于神经细胞、心肌细胞、肝细胞及分泌类固醇激素的细胞，并随年龄增长而增多。髓样结构(myelin figure）的内部为大量板层排列的膜，可能因膜性成分消化不全所致。初级溶酶体与吞饮小泡或其它小泡融合形成多泡体（multivesicular body），其外有界膜，内含很多低电子密度小泡，基质具有酸性鳞酸酶活性。
细胞质线粒体
（mitochondria) 常为杆或椭圆形，横径为 0.5～1ηm 长2～6ηm但在不同类型激胞中线粒体的形状、大小和数量差异甚大。电镜下，线粒体具有双层膜，外膜光滑，厚6～7nm，膜中有2～3nm小孔，分子量为1万以内的物质可自由通过；内膜厚5～6nm，通透性较小。外膜与内膜之间有约8nm。膜间腔，或称外腔。由膜向内折叠形成线粒体嵴（mitochohdrial crista），嵴之间为嵴间腔，或称内腔，充满线粒体基质。基质中常可见散在的，直径25～50nm。电子致密的嗜饿酸基质颗粒（matrix granule），主要由磷脂蛋白组成，并含有钙、镁、磷等元素。基质中除基质颗粒外还含有脂类、蛋白质、环状DNA分子核糖体。线粒体嵴膜上有许多有柄小球体，即基粒（elementary particle) ，其直径为8～10nm，它由头、柄和基片三部分组成。球形的头与柄相连而突出于内膜表面，基片镶嵌于膜脂中。
基粒中含有ATP合成酶，能利用呼吸链产生的能量合成ATP， 并把能量贮存于ATP中。细胞生命活动所需能量的约95%由线粒体以ATP的方式提供，因此，线粒体是细胞能量代谢中心，线粒体嵴实为扩大了内膜面积，故代谢率高，耗能多的细胞。嵴多而密集大部分细胞的线粒体嵴为板层状。杆状线粒体的嵴多与其长轴垂直排列，圆形线粒体的嵴多以周围向中央放射状排列；在少数细胞，主要基分泌类固醇激素的细胞（如肾上腺皮质细胞等），线粒体峭多呈管状或泡状；有些细胞（如肝细胞）的线粒体兼有板层状和管状两种。
线粒体另一个功能特点是可以合成一些蛋白质。现如今，科学家推测，在线粒体中合成的蛋白质约占线粒体全部蛋白的10%，这些蛋白疏水性强，和内膜结合在一起。线起体合成蛋白质均是按照细胞核基因组的编码辑导合成。如果没有细胞核遗传系统，线粒体RNA则不能表达。因此表明线粒体会成蛋白质的半自主性。
关于线粒体形成的机制，较普遍接受的看法是，线粒体依靠分裂而进行增殖。线粒体的发生过程可分为两个阶段，在第一阶段中，线粒体的膜进行生长和复制，然后分裂增殖。第二阶段包括线粒体本身的分化过程，建成能够行使氧化磷酸化功能的机构。线粒体生长和分化阶段分别接受两个独立遗传系统的控制，因此，它不是一个完全自我复制的实体。
细胞质过氧化氢酶体
过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（microbody），是有膜包裹的圆形小体，直径为0.2～0.4μm,多见于肝细胞与肾小管上疫细胞。在人其内容物为低电子密度的均质状；在某些动物尚含电子致密的核心，是尿酸氢化酶的结晶。过氧化物体含有40多种酶，不同细胞所含酶的种类不同，但过氧化氢酶则存在所有细胞的过氧化物酶体中。各种氧酶能使相应的底物氧化，在氧化底物过程中，氧化酶使氧还原成过氧化氢，而过氧化氢酶能使过氧化氢还原成水。这种氧化反应在肝、肾细胞中是非常重要的。
细胞质核糖体
（ribosme) 是由核糖体RNA（rRNA）和蛋白质组成的椭圆形致密颗粒，并非膜性结构，（因属细胞器，故在此叙述）颗粒大小约为15nm×25nm。核糖体由一个大亚基与一个小亚基构成。大亚基含两条rRNA与约40个相关蛋白质分子，并有一条中央曾；小亚基含一条rRNA与约40个相关蛋白质分子，非功能状态的核糖体 单个存在。当一定数量（3~30）的核糖体由一条mRNA细丝穿行于它们的大、小亚基之间把它们串联起来，则成为功能状态的多核糖体（polyribosome),电镜下呈串珠状或花簇状。核糖体能将mRNA所含的核苷酸密码翻译为氨基酸序列，即肽链合成的肽链从大亚基中央管释出，肽链可进一步聚合形成蛋白质细胞质基 质中的游离核糖体（free ribosome)合成细胞自身的结构蛋白，如细胞骨架蛋白细胞基质中的酶类等，供细胞代谢、增殖和生长需要。因此，在旺盛增殖中的细胞游离核糖体极多。于内质网膜表面的附着核糖体（attached ribosome）除合成结构蛋白外，主要合成分泌性蛋白。核糖体丰富的细胞，光镜下胞质呈嗜碱性。
细胞质细胞骨架
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细胞的特定形状以及运动等，均有赖于细胞质内蛋白质丝织成的网状结构——细胞骨架（cytoskeleton）。细胞骨架是由微管、微丝、中间丝和微梁网组成。
细胞质微管
（microtubule）是细而长的中空圆柱状结构。管径约15nm,长短不等，常数根平行排列。微管由微管蛋白（thbulin）聚合而成。微管蛋白单体为直径约5nm的球形蛋白质，它们串连成原纤维，13条原纤维纵向平行排列围成微管。微管有单微管、二联微管和三联做管三种类型。细胞中绝大部分微管为单微管，在低温、Ca2+和秋水仙素作均下易解聚为微管蛋白，故属于不稳定微管。二联微管主要位于纤毛与精子鞭毛中，三联微管参与构成中心体和基体，均为稳定微管。
微管具有多种功能。微管的支架作用可保持细胞形状，如血小板周边部的环行微管使其呈双凸圆盘状，神经细胞的微管支撑其突起，如果加入秋水仙素使微管解聚，则血小板变圆，神经细胞突起缩回。微管参与细胞的运动，如细胞分裂时，由微管组成的纺锤体可使染色体向两极移动，如果加入秋水仙素则分裂停止于中期，纤毛和鞭毛的摆动、胞吞和胞吐作用、细胞内物质的运送都需要微管参与。
细胞质微丝
（microfilament）广泛存在于多种细胞中，微丝常成群或成束存在，在一些高度特化的细胞（如肌细胞），它们能形成稳定的结构，但更常见的是形成不稳定的束或复杂的网。它们可根据细胞周期和运动状态的需要，改变其在细胞内的形态和空间位置，并能够根据在细胞的不同状态而聚合或解聚。
分布于肌细胞和非肌细胞中的微丝分细丝和粗丝两种。细丝（thin filament）直径约6nm，长约lμm，主要由肌动蛋白（actin）组成，故又称肌动蛋白丝（actinfilament），通常所说的微丝指此而言。细胞松弛素B能使细丝解聚，从而抑制细胞运动；粗丝（thick filament）直径侧10～15nm，长约1.5μm，主要由肌球蛋白（myosin）组成，故又称肌球蛋白丝（myosinfilament）。
微丝是肌细胞内的恒定结构。在横纹肌细胞内；细丝与粗丝以一定比例（约为2:1）有规则排列成肌原纤维，其收缩机制已明确。平滑肌细胞内细丝与粗丝之比约为15:1，二者的排列不规则。非肌细胞中一般只能看到细丝，粗丝可能因存在时间短暂，或于电镜标本制备过程中解聚为肌球蛋白，难于观察到。在某些因素作用下，非肌细胞中的微丝迅速解策为其结构蛋白；在相反因素作用下，结构蛋白又装配成微丝。其中细丝交联成网以构成细胞骨架的一部分，并维持细胞质基质的胶质状态；细丝与粗丝的局部相互作用能引发运动。在活跃运动的细胞（主要在细胞质周边部）或细胞局部（如伪足），以及需察机械支持的部位（如微绒毛)，都有丰富的微丝。因此，微丝除具有支持作用外，还参与细胞的收缩、变形运动、细胞质流动、细胞质分裂以及胞吞、胞吐过程。
细胞质中间丝
(intermediate filament)又称中等纤维，直径约为8～11nm，介于细丝与粗丝之间，因而得名。中间丝可分为五种，各由不同蛋白质构成。在成体中绝大部分细胞仅含有一种中间丝，故具有组织特异性，且较稳定。五种中间丝的形态相仿，难于分辨。但用免疫组织化学方法则能将它们区分，从而可进一步分析细胞的类型。
(1) 角质蛋白丝（keratin filament）： 分布于上皮细胞，在复层扁平上皮细胞内尤其丰富，常聚集成束，又称张力丝（tonofilament)。张力丝附着于桥粒（一种细胞连接），能加固细胞间的连接。张力丝除起支持作用外，还有助于保持细胞的韧性和弹性。
(2) 结蛋白丝（desmin filament)：分布于肌细胞，在横纹肌细胞内，结蛋白丝所形成的细网连接相邻肌原纤维并使肌节位置对齐；在Z膜股处，细网包围肌原纤维并与细胞膜连接。在平滑肌细胞内，结蛋白丝连接在密体与密斑之间形成立体网架，并与肌动蛋白丝相连。总之，结蛋白丝作为肌细胞的细胞骨架网，发挥固定和机械性整合作用。
(3) 波形蛋白丝(vimentin filament）：主要存在于成纤维细胞和来自胚胎间充质的细胞。在少数含有两种中间丝的细胞中，波形蛋白丝是其中的一种，波形蛋白丝主要在核周形成网架，对核起机械性支持，并稳定其在细胞内的位置。
(4) 神经丝（neurofilament):存在于神经细胞的胞体与突起中，由神经丝蛋白组成，与微管共同构成细胞骨架，并协助物质运输。
(5) 神经胶质丝（neurogial filament)：主要存在于星形胶质细胞内，由胶质原纤维酸性蛋白组成，多聚集成束，交织走行于胞体，并伸入突起内。
细胞质微梁网
（microtrabecular lattict）是用超高压电镜等技术在完整细胞中观察到的由直径3～6nm的纤维交织形成的立体网架。有人认为它是一种镶嵌在其 它纤维系统中的微梁网格。也有人认为，它是微管、微丝和中间丝系统紧密联系和交错相插，或是某些被磨
损的细胞骨架所显示的图像。总之，它仍是一个有争议的结构。
细胞质中心体
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中心体（centrosome)多位于细胞核周围，由一对互相垂直的中心粒（centriole)构成。中心粒呈是短圆筒状，长0.5μm直径为外0.2μm，由9组三联微管与少量电子致密的均质状物构成其壁。相邻的三联微管相互斜向排列，状如风车旋翼。在壁外侧有时可见9个球形的中心粒卫星(centriolar satellite）。大小约70nm。在细胞分裂时，以中心粒卫星为起点形成纺锤体，参与染色体的分离（详见"细胞周期" )。有纤毛或鞭毛的细胞，中心粒形成基体，参与微管组的形成。
细胞质包涵物
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是细胞质中本身没有代谢活性，却有特定形态的结构。有的是贮存的能源物质，如糖源颗粒、脂滴；有的是细胞产物，如分泌颗粒、黑素颗粒；残余体也可视为包涵物。
细胞质糖原颗粒
（glycogen granule）是细胞贮存葡萄糖的存在形式，于PAS反应时呈红色。电镜下，其电子密度高，无膜包裹，并呈两种类型：β颗粒，直径为20～30nm，形状不规则，分散存在。多见于肌细胞；α颗粒，是β颗粒的聚合体，呈花簇状，大小不一，多见于肝细胞。
细胞质脂滴
（fat drop）是细胞贮存脂类的存在形式，内含甘油三酯、脂肪酸、胆固醇等。脂滴在脂肪细胞中最多，
细胞结构
其次为分泌类固醇激素的细胞。在前者，常常一个脂滴即占据细胞的绝大部分空间；在后者，则多是小的球状。在普通光镜标本制备过程中，脂滴被二甲苯、乙醇溶解而遗留大小不等的空泡。电镜下，脂滴无膜包裹，多是低或中等电子密度，与所含脂肪酸的不饱和程度有关。
细胞质分泌颗粒
（secretory granule）常见于各种腺细胞、内含酶、激素等生物活性物质。分泌颗粒的形态、大小及在细胞内的分布位置因细胞种类而异，但都有膜包裹 [2] 。
细胞质细胞质遗传
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细胞质遗传的物质基础是细胞质中的DNA，细胞质遗传在实践中的应用很广泛。
细胞质概念
由细胞质基因所决定的遗传现象和遗传规律，也称为非孟德尔遗传，核外遗传。
细胞质特性
1． 后代的表型象母亲( 又叫母系遗传,偏母遗传) ；
2． 不遵循孟德尔遗传，后代不出现一定的比例；
3． 正交和反交后代的表型不同。
细胞质机制
精卵结合中形成的合子父母双亲所提供的遗传物质不均等，在杂种受精卵的原生质体中，核来自于父母双方，而细胞质却几乎完全来自其母亲(精子受精时胞质很少甚至不能进入卵细胞中)。
在细胞分裂过程中，细胞质基因呈现不均等分配，因此细胞质遗传不遵循孟德尔定律。
细胞质物质基础
线粒体基因组(mtDNA)
叶绿体基因组(ctDNA CpDNA)
细胞共生体基因组
细菌质粒基因组
非细胞器基因组
细胞器基因组
细胞质基因组
叶绿体基因组
1.细胞核遗传与细胞质遗传的区别
(1)细胞核和细胞质的遗传物质都是DNA分子，但是分布的位置不同。细胞核遗传的遗传物质在细胞核中，细胞质遗传的遗传物质在细胞质中。
(2)细胞核和细胞质的遗传桥梁都是配子，但是细胞核遗传雌雄配子的核遗传物质相等，而细胞质遗传物质主要存在于卵细胞中。
(3)细胞核和细胞质的性状表达主要通过体细胞进行的。核遗传物质的载体(染色体)有均分机制，进行均分遵循遗传规律；细胞质遗传物质的载体(具有DNA的细胞器)没有均分机制，而是随机的。
(4)细胞核遗传时，正反交相同.细胞质遗传时，F1的性状均与母本相同，即母系遗传。
2.线粒体和叶绿体是半自主性细胞器
研究发现，线粒体和叶绿体中除有DNA外，还有RNA(mRNA、tRNA、rRNA)，核糖体等。说明这两种细胞器都具有独立进行转录和翻译的功能，也就是说，线粒体和叶绿体都具有自身转录RNA和翻译蛋白质的体系。但迄今为止，人们发现叶绿体只能合成13种蛋白质，线粒体能够合成的蛋白质也只有60多种，而参与组成线粒体和叶绿体的蛋白质却分别上千种。这说明，线粒体和叶绿体中自身编码，合成的蛋白质并不多，它们中的绝大多数蛋白质是由核基因编码，在细胞质核糖体上合成的。也就是说，线粒体和叶绿体的自主程度是有限的，它们对核遗传系统有很大的依赖性。因此，线粒体和叶绿体的生长和增殖是受核基因组及自身的基因组两套遗传信息系统控制的，所以它们都被称为半自主性细胞器。

三、液相溶剂是什么？

与传统的水凝胶相比，由聚合物网络在离子液体（ionic liquid, IL）中溶胀而形成的离子凝胶（ionogel）具有高热稳定性、高离子电导率、电化学稳定性和非挥发性等优点，有望取代水凝胶应用于驱动器、传感器、可穿戴电子设备和储能设备等领域。然而，大多数离子凝胶的机械性能较差，往往表现出低断裂强度（