第七章 细胞内膜系统

nullnull* 第七章 细胞质基质与细胞内膜系统一.细胞质基质 二.内膜系统 1) 内质网 2) 高尔基复合体 3) 溶酶体和过氧化物酶体 4) 蛋白质分选null15. 今天不走，明天要跑。 16. 投资未来的人是忠于现实的人 17. 教育程度代表收入。 18. 一天过完，不会再来。 19. 即使现在，对手也不停地翻动书页 20. 没有艰辛，便无所获。 null* 第七章 细胞质基质与细胞内膜系统一.细胞质基质 二.内膜系统 1) 内质网 2) 高尔基复合体 3) 溶酶体和过氧化物酶体 4) 蛋白质分选nullnullnull* 第一节 细胞质基质(cytomatrix) 真核细胞的细胞质除去显微和超微水平可分辨的各种胞器(organelle)和结构之外的细胞质部分，即填充在各种胞器和结构之间空间内的可溶相部分。胞质溶胶(cytosol)的概念是生化学家提出的，是细胞匀浆经离心分离除去了各种胞器和结构后的上清液。nullnull泛素标记的蛋白质降解2004年10月16日瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。 2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。null蛋白质的降解是一个精细控制的过程，首先有待降解的蛋白质被一种多肽（称之为泛素）所标记，接着这些蛋白质进入细胞的蛋白酶复合体中，蛋白酶复合体是一个上下有盖的圆桶状酵素，它们如同细胞的垃圾桶，专门负责蛋白质的分解及再循环利用，泛素在这一过程中释出讯号，让蛋白酶复合体分辨出有待降解的蛋白质。null泛素的结构模型细胞内的废弃物处理装置——蛋白酶体，黑点表示活性区域，蛋白质降解的场所 nullnull* 细胞器(organelle) 有膜包围、有特定的结构 各含一套独特的酶和其他分子 执行各自的功能 内膜系统在结构、功能乃至发生上相互关联、由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基器、溶酶体、胞内体和分泌泡等。 第二节 内膜系统及其功能null* 由一层单位膜形成的囊状、泡状和管状结构，形成一个连续的、封闭的网膜系统，内腔是连通的。 糙面内质网(rough ER) 光面内质网(smooth ER)内质网（占细胞膜系统的一半，细胞体积的10％）null光面内质网 (sER)和糙面内质网 (rER)nullnull1、粗面内质网（rER） 多扁平囊状，膜表面有大量核糖体附着 易位子：直径8.5nm, 通道2nm，内质网膜上的蛋白复合体通道，与新合成的多肽进入内质网有关2、光滑内质网（sER） 常为分支管状，形成较为复杂的立体结构，表面没有核糖体附着一、内质网的类型粗面内质网上有20种以上蛋白与光滑内质网不同null* 糙面内质网 (rER)是核糖体和内质网共同构成的复合物，呈扁平潴泡，排列整齐。普遍存在于合成分泌蛋白的细胞中。功能： 帮助膜结合核糖体合成 　　的蛋白质转运 　 蛋白质修饰null* 光面内质网 (sER)无核糖体附着，细的管状和小的泡状，是把合成的蛋白质和脂类从内质网向高尔基体运输的出芽位点。功能： 糖原分解 脂类合成的重要场所 类固醇激素合成 肝细胞的脱毒作用 肌肉收缩（肌质网）null内质网与细胞内其它细胞器的关系 1、与细胞膜相连：甚至有管道相通 2、与外层核膜相接：内质网腔与核周隙相通 3、与高尔基体在结构、功能与发生上关系密切 4、rER与线粒体紧密相依： ① 供能 ② 与脂质的相互交换及Ca2+释放的调节关系密切 5、ER的分布与微管走向一致 （核膜－内质网－高尔基体－质膜）null1. 蛋白质合成 蛋白质合成始于细胞质基质，但部分很快转至内质网膜上。 在内质网上合成的蛋白质包括： 1）向细胞外分泌的蛋白质 2）膜整合蛋白 3）构成细胞器中的可溶性驻留蛋白 4）需要进行修饰的蛋白质二、内质网的功能null2.脂质合成 内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的全部膜脂 合成后的转运方式 a, 通过出芽方式转运到高尔基体，溶酶体和细胞膜上; b, 磷脂转运蛋白 null* 3. 蛋白质的修饰和加工蛋白质N-糖基化(glycosylation) 糖基化: 在内质网的腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸 多萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通 过膜上的糖基转移酶，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到 相应的天冬氨酸残基上。nullN—连接的糖基化 糖:N—乙酰葡萄糖胺 氨基酸：天冬氨酸 发生部位：内质网(rER) O—连接的糖基化 糖：N—乙酰半乳糖胺 氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸 发生部位：高尔基体（主要） 细胞质基质中只发现少数几种简单的糖基化null* 蛋白质N-糖基化(glycosylation)糖基化伴随着多肽合成同时进行。 在内质网腔面，寡糖链连接在膜脂的多萜醇上，当与糖基化有关的天冬氨酸出现后，膜上的转糖酶把寡聚糖转移到天冬氨酸残基上。null1、蛋白二硫键异构酶 切断二硫键，帮助其重新形成 二硫键，并处于正确的状态2、结合蛋白（Bip） 能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装3、四肽信号 滞留在内质网中的蛋白质的信号（-Lys-Asp-Glu-Leu-COO－） 如 蛋白二硫键异构酶 结合蛋白（Bip）折叠错误、畸形肽链、未装配等胞质通过Sec61p复合体被蛋白酶体降解4. 新生多肽的折叠和装配null* i) 二硫键异构酶(protein disulfide isomerase)切断错配的二硫键，形成准确的二硫键ii) 进入内质网腔的分泌蛋白在分子伴侣的帮助下进行正确的折叠分子伴侣(chaperon)：是识别未折叠或错误折叠的蛋白质，与它们结合、使它们完成正确折叠的一类蛋白质分子。 null* Bip识别不正确折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚基，促进其正确折叠和装配；并保护它们在运送过程中不受损坏。Bip (Binding protein)null* 5. 内质网的其它功能 sER无核糖体附着，细的管状和小的泡状，是把合成的蛋白质和脂类从内质网向高尔基体运输的出芽位点。功能： 糖原分解 脂类合成的重要场所 类固醇激素合成 肝细胞的脱毒作用 肌肉收缩（肌质网）null* 1. 糖原分解释放游离的葡萄糖蛋白激酶A附在sER上的糖原葡萄糖-1-磷酸激素cAMP葡萄糖-1-磷酸酶葡萄糖和磷酸葡萄糖磷酸变位酶葡萄糖-6-磷酸sER上的葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖-6-磷酸酶是内质网的标志酶。nullnull* 2. 脂类合成的重要场所b.磷脂合成a.合成能量储备的脂类null* 3.类固醇激素合成分泌类固醇激素的细胞都有丰富的sER，此处含有合成胆固醇和转化胆固醇为激素的全套酶系。null* 内 质 网sERrER标志性酶分子伴侣null* 高尔基复合体 (Golgi Complex)由一些排列较为整齐的弓形扁平囊膜堆叠在一起构成的细胞器，囊膜周围由大量大小不等的囊泡结构。具有极性 顺面(cis face) 中间潴泡 反面(trans face) nullnull高尔基体的功能 高尔基体的功能 1.蛋白质和脂的运输 2.蛋白质的糖基化和糖基修饰 3.蛋白原的水解 4.蛋白质分选null* 1.蛋白质和脂的运输　胰腺的腺泡细胞培养液中进入用同位素标记的氨基酸，短暂标记后观察同位素走向（同位素氨基酸参与蛋白质合成）。发现同位素从rER、至高尔基体、至分泌小泡、至质膜、至胞外。nullnullnullnull* 蛋白质的糖基化和糖基修饰蛋白质的O-糖基化 2) 已有糖基的修饰 3)蛋白聚糖组装N-连接寡糖在高尔基体中的加工过程糖基转移酶是高尔基体的标志酶。null7nullnullnull* 蛋白原的水解(proteolytic processing)白蛋白前体加工胰岛素前体加工在内质网中合成的蛋白质有的是较大分子的前体蛋白，在 高尔基体中通过蛋白酶水解，形成成熟的分泌蛋白。null* Golgi complex顺面、中间潴泡、反面结构极性功能标志酶糖基转移酶null* 溶酶体(lysosome)溶酶体是来自高尔基体的小球状的由一层单位膜构成的酸性细胞器, 含有多种水解酶，起消化和保护作用。特性： 是一类异质的细胞器，形态、大小和所含酶种类都会不同。 1955 年de Duve 与Novikoff 首次发现null胞质 pH7.2null电镜下一白细胞中的溶酶体（放大7500倍）null* 溶酶体的构成单层膜 水解酶膜上有酸性的、高度糖基化的整合蛋白，可保护 膜免受溶酶体内酶的降解 膜中含较多促进膜稳定的胆固醇 膜上质子泵维持溶酶体内部的酸性环境各类多种，均为酸性水解酶 酸性磷酸酶是溶酶体的主要标志酶 所含酶的特征是有磷酸化甘露糖残基。null* 初级溶酶体：刚从反面高尔基体形成的小囊泡，仅含水解酶、无作用底物，酶处于非活性状态。 次级溶酶体：已吞入底物，正在进行或完成消化的　 残体（residual body）：又称为后溶酶体，是指已失去酶活性,仅留未消化的残渣,故名残体. 可通过外排作用排出细胞,也可能留在细胞内逐年增多.如肝细胞中的脂褐质溶酶体的分类根据完成生理功能的不同阶段分为三种。null* 次级溶酶体可分为：异噬溶酶体（phagolysosome）：　吞入营养或外来有害物质，将其水解，被细胞利用或成为废物排出。 自噬溶酶体（autophagolysosome）：消化细胞器残片，重新利用物质和消除物，是细胞内的再循环。 null溶酶体的功能溶酶体的功能溶酶体的主要作用就是消化作用，是细胞内的消化器官，细胞自溶防御以及对某些物质的利用均与溶酶体的消化作用有关。 自体吞噬：清除细胞中无用的生物大分子，衰老损伤和 死亡的细胞器等 胞内消化（对于大分子物质的内吞）凋亡细胞 防御功能：识别并吞噬入侵的病毒或细菌 其它功能：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素nullnull溶酶体的水解酶酶原在rER上合成，在ER中N-糖基化并 修饰，然后转运到高尔基体；溶酶体酶的甘露糖6-磷酸(M6P)分选途径在Golgi体顺面，糖基磷酸化，带上M6P的标记 在Golgi体反面，有识别M6P的受体蛋白，与M6P高度 特异结合，在网格蛋白的帮助下形成具有外被的分泌小泡。在小泡定向移向前溶酶体并与者融合，把酶交付给前溶 酶体，在其中酶原与受体分离，酶在其中和传递给溶酶 体后成熟。null* 微体(microsome) 微体也是一种由单位膜围成的细胞器，在大小上很难与溶酶体相区别，只是所含酶类不同。 微体是一类含有氧化酶、过氧化物酶或过氧化氢酶的细胞器，在形态上有卵圆形、哑铃形、圆球形等。 在动、植物细胞中，普遍存在两种微体，即过氧化物酶和乙醛酸循环体。 null* 过氧化物酶体 存在于动物细胞和高等植物的叶肉细胞中，含较多氧化酶。其主要功能表现在： 　解毒作用：主要体现在动物细胞，含有与生成H2O2有关的酶，也含有分解H2O2的过氧化氢酶，将代谢过程中产生的对细胞有毒害的H2O2分解。 　分解脂肪酸等高能分子，向细胞直接提供热能。 　与胆固醇代谢有关。 　执行光呼吸（乙醇酸代谢）：这一功能体现在植物细胞。作为乙醇酸氧化的场所，氧化的结果是摄取氧，释放CO2，这一过程只能在光照下，与叶绿体、线粒体联合进行。null* 乙酰酸循环体 仅存在于高等植物细胞中，参与脂类代谢过程，含有同乙酰酸循环有关的酶，也含有过氧化物酶中的酶。 种子萌发时，乙酰酸循环体降解→脂肪→糖 作用 参与光呼吸反应 在种子萌发中，降解脂肪酸，最后转变成葡萄糖 第三节：蛋白质分选第三节：蛋白质分选蛋白质分选：从ER分泌出来的蛋白质经高尔基体的不同区室进行加工、逐步转移到高尔基体外层网络，经分选，形成不同的分泌小泡、运送到不同目的地（胞外、内质网、溶酶体等）的过程。 分选作用由信号序列和受体之间的相互作用决定 不同部位的蛋白质具有不同的滞留信号，从而分选包装到不同的小泡。 若没有任何特殊的信号,这种蛋白只有以唯一可溶的形式留在胞液中。null蛋白质定向转运总蛋白 质合成rER上核糖体 胞质中游离的核糖体1) 内膜系统内的蛋白 2) 膜整合蛋白 3) 分泌蛋白 其他　由于粗面内质网上合成的蛋白质包括膜蛋白、内膜系统的其它可溶性蛋白和分泌到细胞外的蛋白, 所以必须有极好的运输机制进行分选定位, 信号肽假说能够很好的解释。null内质网（占细胞膜系统的一半，细胞体积的10％）1、粗面内质网（rER） 多扁平囊状，膜表面有大量核糖体附着 易位子：直径8.5nm, 通道2nm，内质网膜上的蛋白复合体通道，与新合成的多肽进入内质网有关一、内质网的类型null* SRP(signal recognition particle):信号识别颗粒，识别 新生肽上的信号肽，与之结合，暂停蛋白合成，引导移 位至内质网膜上。信号肽：分泌蛋白的N端有一段特别的信号序列，在核糖体合成多肽链时，它引导多肽和核糖体到达内质网膜上，在此处完成多肽链合成。停靠蛋白(docking protein)：内质网膜上SRP的受体。 信号肽酶：内质网中切除信号肽的蛋白酶。1) 分泌蛋白的合成 null* 信号肽 (signal peptide)0.胞质中游离的核糖体起始蛋白质合成，信号肽序列完成；3.SRP释放新生肽，翻译继续，新生肽进入通道； 4.信号酶切除信号肽；5.成熟进入内质网腔进行修饰折叠。蛋白质共翻译转运的机制null* 2) 膜整合蛋白的合成蛋白质插入膜的机制:一次跨膜的终止转移信号终止转移信号：存在于新生肽中，起转移中止作用，使跨膜蛋白正确插入膜中。null* 一次跨膜的内部信号序列和膜蛋白的方向性内部信号序列：不位于N端，但具有信号序列作用。它是起始 转移信号，可插入蛋白质转运通道，并与通道受体结合，引 导其后的多肽序列转运。转运后不被切除。 它的方向不同使跨膜蛋白插入膜的方向不同。方向I方向IInull* 二次与多次跨膜蛋白二次跨膜：一个内部信号和一个终止转移信号 多次跨膜：多个内部信号和多个终止转移信号null* 3) 内膜系统的蛋白a. 内质网中驻留蛋白的转运null* 线粒体蛋白合成和输入 叶绿体蛋白合成和输入b.内膜系统中其它细胞器的蛋白质的转运翻译后转运：在细胞质中游离的核糖体上合成完毕后，再从胞质向目的地转运。null 近90%的线粒体蛋白及2/3以上的叶绿体蛋白都是先由胞质中游离核糖体合成，然后以再前体形式转运到胞器的靶部位组装成功能蛋白的，这种转运方式称为后转移。 这些蛋白的转运也是由信号引导的, 这些在游离核糖体上合成的信号序列统称为导肽。 null导肽的特征： 　１、含有丰富的带正电荷的碱性AA. ２、羟基AA含量高。 　３、几乎不含带负电荷的酸性AA. ４、可形成即亲水又疏水α螺旋结构。 线粒体蛋白质的运送和装配 线粒体蛋白质运送的特点： 有导肽：是新生蛋白N端富含带正电荷的碱性AA的一段20-80AA 肽段, 利于穿越线粒体双层膜。 有受体：导肽的受体 有分子伴侣：对有关蛋白质的正确折叠、组装和转运起帮助作用的蛋白分子。在此需要两种，一种帮助解折叠，一种帮助重折叠 有接触点：内外膜局部融合 有导肽酶：切除导肽线粒体蛋白质的运送和装配 null分子伴侣蛋白: 热休克蛋白60(heat-shock protein 60 ，hsp60)另一类叫hsp70。 特点：是当细胞短时地暴露于一种高的温度（如 42℃）时，它们的合成戏剧性的增加。 其与被帮助蛋白的结合与分开，需水解ATP 功能： hsp70在蛋白质合成中即开始，它们通过 与未折叠或少折叠肽链上的疏水性AA的结 合，而防止肽链发生错误折叠。 hsp60与蛋白分子疏水区结合，把后者包 围并帮助后者纠正错误的折叠，重新实现正确 的折叠.线粒体蛋白质的运送 线粒体蛋白质的运送 线粒体基质蛋白的转运 线粒体膜间隙蛋白转运 线粒体内、外膜蛋白转运（细胞色素氧化酶）null叶绿体蛋白质的运送和装配叶绿体有6个区隔：①外膜、②膜间隙、③内膜、④基质、⑤类囊体膜、⑥类囊体腔。因此叶绿体的蛋白转运途径更复杂一些。叶绿体大约含2000-2500 种蛋白，叶绿体基因组编码的约为60 种，因此大量的蛋白质也是由核基因编码，在细胞质中合成，然后定向转运到叶绿体。null　　转运到叶绿体内膜和类囊体的前体蛋白含有两个N端信号序列，第一个被称为转运肽，被切除后，暴露出第二个信号序列，将蛋白导向内膜或类囊体膜。四种蛋白质分选类型四种蛋白质分选类型蛋白质的跨膜转运（耗能过程） 膜泡运输（Vesivular transport） 选择性的门控转运（Gated transport） 细胞质基质中的蛋白质转运（与细胞骨架有关）膜泡运输 (vesicle transport)膜泡运输 (vesicle transport)蛋白质通过不同类型的转运小泡从糙面内质网其合成部位、转运至高尔基体进行分选、并运输至细胞的不同部位，其中涉及各种不同的运输小泡的定向转运，以及膜泡出芽与融合的过程。 被膜小泡(coated vesicle)：从膜形成的小泡通常由不同的蛋白质包被 包被蛋白负责运输的不同路径，小泡上不同的coats 指导运输目的地。nullnull* 3.clathrin2.COPII1.COPI膜泡运输的三类被膜小泡网格蛋白(clathrin)：参与高尔基体和质膜之间的选择性分 泌和内吞活动的小泡包被蛋白。nullnullnull* 膜泡沿着细胞骨架前进，到达目的地后通过膜与膜的融合释放被运物质。null本章小结细胞质基质(cytomatrix) 内膜系统内质网高尔基体蛋白质的分选