内膜系统由膜封闭的隔室网络组成，这些隔室共同修改、分类和包装蛋白质和脂质，以将其输送到正确的细胞目的地。蛋白质运输，即蛋白质在这些区室之间的定向运动，对于细胞组织和功能至关重要。

内质网

粗面内质网 (RER) 布满了合成分泌蛋白和膜蛋白的核糖体，这些蛋白通过 Sec61 易位子共翻译易位到 ER 腔中。在内质网腔内，BiP 等伴侣蛋白协助蛋白质折叠，蛋白质二硫键异构酶催化二硫键形成。 N 连接糖基化在 ER 中开始，将预组装的寡糖从磷酸多萜醇转移到新生多肽上的天冬酰胺残基。光滑内质网 (SER) 缺乏核糖体，是脂质和类固醇合成、通过 IP₃ 受体储存和释放钙以及碳水化合物代谢（包括糖原分解）的主要场所。

高尔基体

高尔基体由一系列堆叠的扁平池组成，这些池被组织成顺式、中间和反式隔室，每个隔室包含不同的驻留酶组。从 COPII 囊泡中的 ER 到达的蛋白质在顺式高尔基体网络 (CGN) 处进入高尔基体。当蛋白质穿过高尔基体堆栈时，它们会经历连续的翻译后修饰：甘露糖苷酶和糖基转移酶的 N-聚糖加工、O-连接糖基化、酪氨酸残基的硫酸化以及蛋白原的蛋白水解切割。跨高尔基体网络 (TGN) 是主要的分选中心，根据分选信号将蛋白质引导至质膜、溶酶体或分泌囊泡。

囊泡运输机制

囊泡出芽是由蛋白质外壳驱动的，蛋白质外壳会浓缩特定的货物并使膜变形。 COPII 包被的囊泡从 ER 中萌芽，将货物运送到高尔基体，通过小 GTPase Sar1 的作用在 ER 出口位点组装。 COPI 包被的囊泡介导从高尔基体逆行转运回内质网，回收含有 KDEL 修复基序的内质网驻留蛋白。网格蛋白包被的囊泡从 TGN 和质膜上萌芽，接头蛋白（AP 复合物）选择货物，例如带有 6-磷酸甘露糖标签的溶酶体酶。 GTP 水解触发涂层分解，使囊泡与目标膜融合。

溶酶体生物发生和功能

溶酶体水解酶在 RER 中合成，并在顺式高尔基体中获得甘露糖 6-磷酸 (M6P) 标记，这些标记被 TGN 中的 M6P 受体识别，包装到去往内体的网格蛋白包被的囊泡中。溶酶体的酸性环境 (pH ~4.5–5.0) 由液泡 ATP 酶 (V-ATP 酶) 维持，并为 60 多种不同的酸性水解酶提供最佳条件，包括蛋白酶（组织蛋白酶）、核酸酶、脂肪酶和糖苷酶。溶酶体的功能包括内吞物质的降解、受损细胞器和蛋白质聚集体的自噬以及细胞外基质重塑酶的分泌。

内体分类和回收

早期内体通过内吞作用从质膜和 TGN 接收货物，在弱酸性环境（pH ~6.0-6.5）中对材料进行分类。注定要降解的货物被保留在成熟的内体中，逐渐酸化并获得溶酶体特征，而回收的货物则通过回收内体返回到质膜。逆转录复合物介导 M6P 受体从内体逆行转运回 TGN，确保其再利用。

调节性分泌与组成性分泌

组成型分泌是所有细胞中发生的蛋白质向质膜和细胞外空间的连续、非特异性递送，主要涉及膜成分和细胞外基质成分。受调节的分泌将蛋白质浓缩到专门的分泌囊泡中，这些囊泡被储存起来，直到外部信号（通常是胞质 Ca2+ 的增加）触发它们与质膜的融合——这条途径在内分泌细胞、神经元和外分泌腺中高度发达。

ER 压力和未折叠的蛋白质反应

错误折叠蛋白在 ER 腔中的积累会激活未折叠蛋白反应 (UPR)，该反应由 IRE1、PERK 和 ATF6 三种 ER 跨膜传感器介导。 UPR 减少蛋白质合成，增加 ER 伴侣的产生，并增强错误折叠蛋白质的 ER 相关降解 (ERAD)。如果内质网应激严重或持续时间较长，UPR 会通过 CHOP 介导的转录和半胱天冬酶激活触发细胞凋亡，从而将内质网功能障碍与糖尿病、神经退行性疾病和癌症等疾病联系起来。