细胞生物学第七章市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输,1/109,主要内容,第一节 细胞质基质涵义和功效,一、细胞质基质涵义,二、细胞质基质功效,第二节 细胞内膜系统形态结构和功效,一、内质网形态结构与功效,二、高尔基体形态结构与功效,三、溶酶体形态结构与功效,第三节 细胞内蛋白质分选与膜泡运输,一、信号假说与蛋白质分选信号,二、蛋白质分选基本路径与类型,三、膜泡运输,四、细胞结构体系组装,2/109,第一节 细胞质基质涵义和功效,真核细胞细胞内膜将细胞质分隔成不一样区域：,细胞质基质,（cytoso，cytoplasmic matrix）：,真核细胞细胞质中，除去可分辨膜性细胞器以,外胶状物质，其体积约占细胞质二分之一。,细胞内膜系统,：内质网、高尔基体、溶酶体、胞,内体、分泌泡,其它膜包被细胞器,：线粒体、叶绿体、过氧化,物酶体、细胞核,3/109,4/109,一、细胞质基质涵义,细胞质基质（cytoso，cytoplasmic matrix）：,真核细胞细胞质中，除去可分辨细胞器以外,胶状物质，其体积约占细胞质二分之一。,用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、,线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构,后，存留在上清液中主要是细胞质基质成份。生物化学,家多称之为,胞质溶胶,。,5/109,成份：,中间代谢相关酶类、细胞骨架结构、水分等。,化学组分：小分子物质：水分子、无机离子等；,生物中等分子：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸等；,生物大分子：蛋白质、RNA、脂蛋白、多糖等。,特点：,细胞质基质是一个高度有序体系；经过弱键而相互作用处于动态平衡结构体系。,6/109,二、细胞质基质功效,许多代谢过程场所,（糖酵解、糖原合成、蛋白质脂质合成等）；,与细胞骨架选择性结合,（细胞内功效区域化）；,蛋白质修饰,（糖基化、去/磷酸化、酰基化、甲基化、共价结合）；,控制蛋白质寿命,（由N端第一个氨基酸决定稳定性，泛素水解）,降解变性和错误识别蛋白质,；,帮助变性和错误折叠蛋白质 重新折叠,；（热休克蛋白）,7/109,细胞内膜系统,是指在结构、功效乃至发生上相互关联、由,膜包被细胞器或细胞结构，主要包含内质网、高尔基体、,溶酶体、胞内体和分泌泡等。,内膜系统形成了一个胞内网络结构，其,功效,主要在于两个,方面：扩大膜总面积，为酶提供附着支架，如脂肪,代谢、氧化磷酸化相关酶都结合在细胞膜上；是将细,胞内部区分为不一样功效区域，确保各种生化反应所需独,特环境。,第二节 细胞内膜系统及其功效,8/109,一、内质网形态结构与功效,内质网（ER）,由封闭管状或扁平囊状膜系统,及其包被腔形成相互沟通三维网络结构。,内质网通常占细胞膜系统二分之一左右，体积占细胞,总体积10%以上。,内质网是经典异质性细胞器，在细胞分裂时，内,质网要经历解体和重建过程。,内质网存在大大增加了细胞内膜表面积，为酶反,应提供了结合位点；,9/109,内质网形成封闭体系，将内质网上合成物质与细,胞质基质中合成物质分隔开来，更有利于它们加工,和运输；,内质网是细胞内除核酸以外生物大分子如蛋白质、,脂质和糖类合成基地。,10/109,11/109,（一）内质网两种基本类型,粗面内质网（RER）和光面内质网（SER）,1、粗面内质网（RER）,多扁平囊状，膜表面有大量核糖体附着,功效是合成份泌性蛋白质和各种膜蛋白,易位子：直径8.5nm,通道2nm，内质网膜上蛋白复合体通道，与新合成多肽进入内质网相关,12/109,2、光滑内质网（SER）,常为分支管状，形成较为复杂立体结构，表面没有核糖体附着,脂质合成主要场所。,13/109,注意：,细胞中几乎没有纯光面内质网，它们只是作为内质网这,一连续结构一部分。,密度梯度离心技术将肝细胞RER和SER分离开来，发觉,粗面内质网上有20种以上蛋白与光滑内质网不一样。,二者是一连续整体，可能是有一些特殊装置，将RER,和SER得部位隔开来，并维持其形态。,14/109,3、内质网与细胞内其它细胞器关系,（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、功效与发生上关系亲密,（4）、rER与线粒体紧密相依：,过去：供能,最近：与脂质相互交换及Ca2+释放调整关系亲密,（5）、ER分布与微管走向一致,（核膜内质网高尔基体质膜）,15/109,（二）内质网功效,内质网是细胞内蛋白与脂质合成基地，几乎全部脂质,和各种主要蛋白质都是在内质网上合成。其中最主要,是卵磷脂。,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。在内质网上合成蛋白质包含：,向细胞外分泌蛋白质,膜整合蛋白,组成细胞器中可溶性驻留蛋白,蛋白质合成后修饰,16/109,（卵磷脂）磷脂酰胆碱在内质网膜上合成过程,17/109,脂质合成,内质网合成组成细胞所需要包含磷脂和胆固醇在内全部膜脂。,合成磷脂三种酶都定位在内质网膜上，活性部位在膜细胞质基质一侧；,合成磷脂底物来自细胞质基质，反应第一步是增大面积；第二三步确定新合成磷脂种类；,除卵磷脂外其它几个磷脂都已类似方式合成。,合成磷脂有内质网向其它膜转运主要有两种方式：,A、经过出芽方式转运到高尔基体，溶酶体和细胞膜上;,B、凭借磷脂转换蛋白（PEP）在膜之间转移磷脂；首,先PEP与磷脂分子结合成水溶性复合物进入细胞质基质，,经过自由扩散，直至碰到靶膜时，PEP释放出来，并安插在,膜上。,18/109,蛋白质修饰加工,糖基化,:,在内质网腔面，寡糖链连接在插入膜内磷酸多萜醇上，当与糖基化相关氨基酸残基出现后，经过膜上糖基转移酶，将寡糖基由磷酸多萜醇转移到对应天冬氨酸残基上。,N连接糖基化,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）,细胞质基质中只发觉少数几个简单糖基化,19/109,N-连接糖基化过程,多萜醇,葡萄糖,甘露糖,N-乙酰葡糖胺,20/109,21/109,酰基化,发生在内质网胞质侧,软脂酸共价结合在跨膜蛋白半胱氨酸残基上,高尔基体、膜蛋白向细胞膜转移中也发生类似,酰基化,另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等,22/109,新生多肽折叠与装配,1、,蛋白二硫键异构酶,切断二硫键，帮助其重新形成,二硫键，并处于正确状态,2、结合蛋白（Bip）,能识别不正确蛋白或未装配好蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装,3、4肽信号,滞留在内质网中蛋白质信号（KDEL）（-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,经过Sec61p复合体,被蛋白酶体降解,23/109,内质网其它功效,1）合成脂蛋白（外输性）肝细胞中sER,2）解毒功效肝细胞中sER,如：细胞色素P450家族酶系（又称加单氧酶系、羟化酶系）,由一些氧化还原酶组成，是电子传递系统，但不与,ATP合成相偶连,不溶于水废物、代谢产物,细胞色素P450家族酶系,羟基化,尿液排出,3）合成固醇类激素睾丸间质细胞sER,4）储存Ca,2+,肌细胞中sER,5）为细胞质基质中Pr、酶提供附着点,6）储存、运输物质，能量与信息传递，细胞支持和运动,等作用。,24/109,三、内质网与基因表示调控,异常：未折叠蛋白质超量积累 折叠好膜蛋白超量积累 内质网膜脂成份改变,内质网核信号转导路径,特异基因表示,内质网功效正常,正常：蛋白质,ER中,调控,折叠、装配、加工、包装、转运,25/109,粗面内质网形态,26/109,光滑内质网形态,27/109,28/109,内质网,29/109,二、高尔基体形态结构与功效,高尔基体又称高尔基器或高尔基复合体。从发觉至今已经有百年历史，其中二分之一以上时间是进行关于其形态甚至是否真实存在争论。20世纪50年代伴随电镜技术应用和超薄切片技术发展，才证实了高尔基体存在。这不但因为当初研究伎俩光景限制性，而且也反应了高尔基体本身结构特征。高尔基体是有大小不一、形态多变囊泡体系组成，在不一样细胞中，甚至细胞生长不一样阶段都有很大区分。,30/109,（一）高尔基体形态结构与极性,1、,结构,：电镜下最富有特征结构是由一些（常4,8）排列较为整齐扁平膜囊堆叠成，组成其主,体，膜囊多呈弓形，也有呈半球形。膜囊周围又,有大量大小不等囊泡结构。,31/109,高尔基体,32/109,高尔基体,33/109,高尔基体与内质网,34/109,2、,有极性,很多细胞中，高尔基体靠近细胞核一面，膜囊弯曲成凸面，又称形成面(forming face)或顺面(cis face)，面向胞质膜一面常呈凹面，又称成熟面(mature face)或反面(trans face)。,顺面膜囊；中间膜囊；反面膜囊；泡囊,35/109,3、,化学反应,嗜锇反应（形成面）,焦磷酸硫胺素酶反应（成熟面12层膜）,胞嘧啶单核苷酸酶反应（靠近trans face面上一些膜囊状，管状结构）,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）反应,（中间几层扁平膜囊）,36/109,4、,高尔基体间隔区室,高尔基体最少由相互联络,4个部分,组成，每一部分又,可能划分出更精细间隔,（1）高尔基体,顺面膜囊,（,cis,）或顺面网状结构（,CGN,）,接收内质网新合成物质，分类后转入中间膜囊，小部分返回（驻留蛋白）；,丝氨酸O-连接糖基化，跨膜蛋白胞质侧酰基化,（2）,高尔基体,中间膜囊,（,medial Golgi,）,由扁平膜囊与管道组成，形成不一样间隔，但功效上是连续、完整膜囊体系。,多数糖基化修饰，膜质形成，多糖合成,37/109,（3）高尔基体反面膜囊（trans）及反面高尔基体网状结构（,TGN,）,位于反面最外层，与反面扁平膜囊相连，另一侧伸入,反面细胞之中，形态呈管网状，并有囊泡与之相连。TGN,形态更是处于不停动态改变之中。,TGN主要功效：,参加蛋白质分类与包装、运输；一些“晚期”蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基硫酸化及蛋白原水解加工）在蛋白质与脂类转运过程中“瓣膜”作用，确保单向转运。,38/109,（4）周围大小不等囊泡,高尔基体周围常见大小不等囊泡。其顺面一侧囊泡可,能是内质网与高尔基体之间物质运输小泡，称之为ERGIC,（endoplasmic reticulum-Golgi intermediatecompartment）或称管状小泡丛VTCs,（vesicular-tubular clusters）。,39/109,5、化学组成,高尔基体膜含有大约60%蛋白和40%脂类。,膜脂中磷脂酰胆碱含量介于ER和质膜之间，中性脂类主要包含胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。,高尔基体中酶主要有糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、,氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷,脂酶等不一样类型。,40/109,扁囊,41/109,（二）高尔基体功效,高尔基体主要功效是将内质网合成蛋白质进行加工、,分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定部位或分泌,到细胞外。,1、蛋白质糖基化及其修饰,溶酶体中水解酶类、多数细胞质膜上膜蛋白和分泌蛋,白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质,缺乏糖基化修饰，,这就说明，,ER上合成大多数蛋白质在,内质网和高尔基体中发生了糖基化。,42/109,与细胞内其它生物大分子如DNA、RNA和蛋白质合成不,同，糖蛋白中寡糖链合成与修饰都没有模板，靠不一样酶,而且在细胞不一样间隔中经历复杂加工过程才能完成。故,人们推测，真核细胞中普遍存在糖基化一定含有某种主要,功效。,首先,就是为各种蛋白质打上不一样标志，以利于高,尔基体分类与包装，同时确保糖蛋白从ER至高尔基体膜囊,单方向转移。糖基化,另一个,功效是影响多肽结构。,43/109,但很多糖蛋白分选与行使功效并不需要糖基化修饰。,对多数由高尔基体分选蛋白质来说，糖基化并非作为,蛋白质分选信号，更主要可能是有利于蛋白质成熟过程折,叠成正确构象和增加蛋白质稳定性,44/109,2、高尔基体参加细胞分泌活动,负责对细胞合成蛋白质进行加工，分类，并运出，其过,程是SER上合成蛋白质，进入ER腔，出芽形成囊泡，进入,CGN，在medial Gdgi中加工，在TGN形成囊泡，囊泡与胞,质体融合、排出。,高尔基体对蛋白质分类，依据是蛋白质上信号肽或,信号斑。,分选：每一类蛋白质都有特异标识（溶酶体中酶带有,M6P,6-磷酸甘露醇）；分选主要与蛋白质相关，分选和转,运信息存在于编码该蛋白质基因本身。,45/109,3、进行膜转化功效,高尔基体膜不论是厚度还是在化学组成上都处于内质网,和质膜之间，所以高尔基体在进行着膜转化功效，在内质,网上合成新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成,运输泡与质膜融合，使新形成膜整合到质膜上。,4、将蛋白水解为活性物质,如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性物质（胰岛素C,端）或将含有多个相同氨基序列前体水解为有活性多,肽，如神经肽。,46/109,5、参加形成溶酶体。,6、参加植物细胞壁形成。,7、合成植物细胞壁中纤维素和果胶质。,47/109,三、溶酶体形态结构与功效,（一）溶酶体形态结构与类型,1955年de Duve与Novikoff首次证实溶酶体,（lysosome）存在。它是单层膜围绕、内含各种,酸性水解酶类囊泡状细胞器，其主要功效是进行,细胞内消化。它在维持细胞正常代谢活动及防御等,方面起着主要作用，尤其是在病理学中含有主要意,义，故引发人们高度重视。,48/109,溶酶体几乎存在于全部动物细胞中，植物细胞有与之功,能类似细胞器圆球体、糊粉粒及植物中央液泡，原生,动物细胞也有类似溶酶体结构。,含有,异质性,，不一样溶酶体其形态大小及内含水解酶,种类都可能有很大不一样，,标志酶为酸性磷酸酶,。依据完成,其生理功效不一样阶段可分为初级溶酶体（primary,lysosome），次级溶酶体（secondary lysosome）和残体,（residual body）。,49/109,初级溶酶体,次级溶酶体,溶酶体,50/109,后溶酶体（溶酶体残体）,51/109,1,、初级溶酶体,直径约,0.20.5um，,膜厚,7.5nm,，内含物均一，无显著颗粒，外由一层脂蛋白膜围绕。含有各种水解酶，如蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，已知,60,余种，这些酶均属于酸性水解酶。如将可穿入细胞质膜碱性物质加入细胞培养液中，则可使溶酶体酶失去活性。,溶酶体膜即使与质膜厚度相近，但成份不一样，主要区分是：,膜上有质子泵，将,H,+,泵入溶酶体，使其,PH,值降低，,膜蛋白高度糖基化，可能有利于预防本身膜蛋白降解，含有各种载体蛋白用于将水解产物向外转运。,52/109,2、次级溶酶体,是初级溶酶体与细胞内自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成复合体，分别称之为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体（phagolysosome），是正在进行或完成消化作用溶酶体，内含水解酶和对应底物，前者消化物质来自外源，后者消化物质来自细胞本身各种组分。,3、残体,又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化残渣故名，残体可经过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中脂褐质。,溶酶体能够看做是以含有大量酸性水解酶为共同特征，不一样形态大小、执行不一样生理功效一类异质性细胞器。少许溶酶体泄露到细胞质基质中，并不会引发细胞损伤，主要原因是细胞质基质中PH值为7左右，在这种环境中溶酶体酶活性大大降低。,53/109,（,二）溶酶体功效,溶酶体基本功效是对生物大分子强烈消化作用，是细胞内消化“器官”，只对于维持细胞正常代谢活动及防御微生物侵染都有主要意义。,1.去除无用生物大分子,衰老细胞器及其衰老损伤和死亡细胞,不一样细胞周期、不一样分化阶段及不一样省里状态下细胞，都需要一系列特定酶系统。细胞生理状态经常是经过酶系统改变而改变。原核细胞快速增殖可稀释不需要酶。但真核细胞则需要经过降解方式来去除暂时不需要酶或代谢产物，溶酶体参加完成这一功效。,衰老细胞器和生物大分子需不停去除一确保细胞正常代谢活动。,54/109,2.防御作用,是一些细胞特有功效，它能够识别并吞噬入侵病毒或细菌，在溶酶体作用下将其深入降解。,如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。,有些病毒能够利用溶酶体酸性环境释放核壳。,55/109,参加分泌过程调整：如将甲状腺球蛋白降解成有活性甲状腺素,细胞内消化：对高等动物而言细胞营养物质主要起源于血液中水分子物质，而一些大分子物质经过内吞作用进入细胞，如内吞低密度脂蛋白取得胆固醇，对一些单细胞真核生物，溶酶体消化作用就更为主要。,细胞凋亡：个体发生过程中往往包括组织或器官改造或重建，如昆虫和蛙类变态发育等等。这一过程是在基因控制下实现，称为程序性细胞死亡，注定要消除细胞以出芽形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化。,形成精子顶体：顶体相当于一个化学钻，可溶穿卵子皮层，使精子进入卵子。,3.其它功效,56/109,动物细胞溶酶体系统示意图,胞内体,溶酶体消化作用普通可概括成3种路径：吞噬作用、胞饮作用、自噬作用每种路径都将造成不一样起源物质在细胞内消化。,57/109,（三）溶酶体发生,初级溶酶体是在高尔基体,trans,面以出芽形式形成，其形成过程以下：,内质网上核糖体合成溶酶体蛋白，进入内质网腔进行N-连接糖基化修饰，进入高尔基体Cis面膜囊，N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶信号斑，将N-乙酰葡糖胺磷酸转移在1,2个甘露糖残基上，在中间膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成甘露糖-6-磷酸（M6P）配体，与trans膜囊上M6P受体结合，这么溶酶体酶与其它蛋白质区分开来，并得以浓缩，最终以出芽方式转运到溶酶体中。,58/109,溶酶体发生,59/109,（四）溶酶体与过氧化物酶体,过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（microbody）,，是由单层膜围绕内含一个或几个氧化酶类细胞器。由J.Rhodin（1954）首次在鼠肾小管上皮细胞中发觉。是一个含有异质性细胞器，在不一样生物及不一样发育阶段有所不一样。直径约0.2-1.5um，通常为0.5um，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等。,共同特点是内含一至各种依赖黄素（flavin）氧化酶和过氧化氢酶（标志酶），已发觉40各种氧化酶，如L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urate oxidase）含量极高，以至于在有些种类形成酶结晶组成关键。,60/109,人肝细胞过氧化物酶体,61/109,烟草叶肉细胞过氧化物酶体,62/109,1、过氧化物酶体与溶酶体区分,过氧化物酶体与初级溶酶体特征比较,特征 溶酶体 微体,形态大小 大，球形,无酶晶体 小，球形，有酶晶体,酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类,是否需要O2 不需要 需要,功效 细胞内消化作用 各种功效,发生 在粗面内质网合成 在细胞质基质中合成,识别标志酶 酸性水解酶等 过氧化氢酶,PH 5左右 7左右,63/109,2、过氧化物酶体功效,各类氧化酶共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。,RH,2,+O,2,R+H,2,O,2,过氧化氢酶又能够利用过氧化氢，将其它底物（如醛、醇、酚）氧化。,RH,2,+H,2,O,2,R+2H,2,O,另外，当细胞中H,2,O,2,过剩时，过氧化氢酶亦可催化以下反应：,2H,2,O,2,2H,2,O+O,2,64/109,在动物中过氧化物酶体参加脂肪酸,氧化（另一细胞器是线粒体），大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵后，酶浓度升高,10,倍。另外，过氧化物酶体还含有解毒作用，因为过氧化氢酶能利用,H,2,O,2,将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入酒精,1/4,是在过氧化物酶体中氧化为乙醛。,在植物中过氧化物酶体主要有：,参加光呼吸作用，将光合作用副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，,在萌发种子中，进行脂肪,-,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，因包括乙醛酸循环，又称,乙醛酸循环体,（,glyoxysome,）。,65/109,过氧化物酶体发生示意图,3、过氧化物酶体发生,66/109,第三节 细胞内蛋白质分选与膜泡运输,蛋白质分选（,protein sorting）：又称,蛋白质定向,转运,（protein targeting），指绝大多数蛋白质均在细胞,质基质中核糖体上开始合成，然后转运到细胞特定部,位，装配成结构与功效复合体，才能参加细胞生命活动,这一过程。,67/109,一、信号假说与蛋白质分选信号,（一）信号假说,1975年Blobel和sabatini等提出了信号假说（signal,hypothesis），即分泌性蛋白N端作为序列信号肽（signal,sequence或signal peptide），指导分泌性蛋白到内质网膜,上合成，在蛋白合成结束前信号肽被切除。信号识别颗粒,(SRP)和内质网膜上信号识别颗粒受体（停泊蛋白,DP）,等因子帮助完成这一过程。,68/109,蛋白质转移到内质网合成包括以下成份：,1、信号肽（signal peptide）,引导新合成肽链转移到内质网上合成信号序列称为,信号肽，位于新合成肽链N端，普通16-26个氨基酸残,基，含有6-15个连续排列带正电荷非极性氨基酸，包含,疏水关键区、信号肽C端和N端三部分。,作用：经过与SRP识别和结合,引导核糖体与内质网,结合;经过信号序列疏水性，引导新生肽跨膜转运。又,称开始转移序列（start transfer sequence）。,信号肽没有严格专一性，当前还未发觉共同信号序列。,69/109,细胞类最少存在两类蛋白质分选信号：,（1）信号序列（signal sequence）：存在于蛋白质一,级结构上线性序列，通常由15-60个氨基酸残基组成，有,些信号序列在完成蛋白质定向转移后被信号肽酶（signal,peptidase）切除；通常信号序列对所引导蛋白质没有特,异性要求。,70/109,（2）信号斑（signal patch）：存在于完成折叠蛋白,质中，组成信号斑信号序列之间能够不相邻，折叠在一起,组成蛋白质分选信号。,每一个信号序列决定特殊蛋白质转运方向。如输入内质,网蛋白质通常N端含有一段信号序列，含有6-15个带正电,荷非极性氨基酸。当前对于信号斑了解较少，主要是因为,它存在于复杂三维结构中，极难将其分离出来研究。,71/109,三种信号序列（,signal sequence,）,信号肽(signal peptide),指导,内膜系统,蛋,白质运输：,内,质网,，,高尔,基体,，,溶酶体,引导肽(leader peptide)指导,线粒体,、,叶绿体,和,过氧化,物酶体,蛋白运输,入核信号(Nuclear,Localization,Signal,NLS),出核信号(Nuclear,Export Signal,NES),指导,核蛋白,运,输,72/109,两类蛋白质分选信号,未折叠蛋白,折叠蛋白,信号序列,信号斑,信号斑序列,73/109,2、信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）,组成：11S核糖核蛋白质，由6条不一样肽链和,一个7sRNA所组成。,3个功效域：识别信号肽；与SRP受体蛋白结合；翻译暂停结构域。干扰氨酰tRNA和肽酰基移位酶反应，使多肽链延伸终止。,74/109,3、SRP受体（停泊蛋白，docking protein）,ER膜整合蛋白，异二聚体：亚基亲水性位于细胞质,面；亚基疏水性嵌入内质网膜内。,可使SRP信号肽新生肽链核糖体复合体连接到,ER膜上，使正在合成蛋白质核糖体停泊在ER上。,75/109,4.易位子（translocon）,由3-4个Sec61蛋白组成通道，直径2 nm。哺乳动物细,胞中有三种类型Sec61,即、和。,5.停顿转移序列（stop transfer sequence）,又称终止转移肽，与内质网膜亲协力很高，阻止肽链继,续进入网腔，成为跨膜蛋白。,76/109,分泌性蛋白在内质网上合成共翻译转运过程：,77/109,78/109,二、蛋白质分选基本路径与类型,（一）蛋白质分选两条基本路径：,1、共翻译转运Co-translation translocation,在细胞质基质中多肽链合成起始后，边合成边转入内质,网腔中，随即经高尔基体运至溶酶体、质膜、分泌到细胞外,（还包含内质网和高尔基体中蛋白质）。,2、翻译后转运Post-translation translocation：,在细胞质基质中完成多肽链合成（翻译），再转运至膜,结合细胞器（如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核,等）或细胞质基质特定部位。,79/109,（二）蛋白质转运类型,1、跨膜运输,（transmembrane transport）：,在细胞质基质中合成蛋白质转运到内质网、线粒体、质体和过氧化物酶体等细胞器；,2、膜泡运输,（vesicular transport,）：经过不一样类型转运小泡从糙面内质网合成部位转运至高尔基体，进而分选转运至细胞不一样部位；,3、选择性门控转运,（gated transport）：,经过核孔复合体选择性核输入和输出,4、细胞基质中蛋白转运。,80/109,三、膜泡运输,内膜系统之间物质传递常经过,膜泡运输,进行。,多数运输小泡在膜特定区域以出芽方式产生。表面具,有一个笼子状由蛋白质组成衣被（coat）。,衣被在运输小泡与靶细胞器膜融合之前解体。衣被含有,两个主要作用：选择性将特定蛋白聚集在一起，形成运,输小泡；如同模具一样决定运输小泡外部特征，相同性,质运输小泡之所以含有相同形状和体积。,81/109,有被小泡,在细胞内沿,微管,或,微,丝,运输。,与膜泡运输相关马达蛋白有3类，在这些马达蛋白,牵引下，可将膜泡运到特定区域。,动力蛋白（dynein），趋向微,管负端；,驱动蛋白（kinesin），趋向微,管正端；,肌球蛋白（myosin），趋向微,丝正极。,82/109,（一）,衣被类型,已知三类含有代表性衣被蛋白，即：笼形蛋白,（clathrin）、COPI和COPII，各介导不一样运输路径。,1、笼形蛋白（网格蛋白）有被小泡,笼形蛋白衣被小泡是最早发觉衣被小泡，介导高尔基体到,内体、溶酶体、植物液泡运输，以及质膜到内膜区隔膜,泡运输。,笼形蛋白分子由,3,个重链和,3,个轻链组成，形成一,个含有,3,个曲臂形状（,triskelion,）。许多笼形蛋白曲臂,部分交织在一起，形成一个含有,5,边形网孔笼子。,83/109,笼形蛋白衣被小泡,(电镜照片，分子模型，衣被模型),84/109,笼形蛋白衣被小泡形态,85/109,笼形蛋白形成衣被中还有衔接蛋白（adaptin），介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。当前最少发觉4种不一样类型衔接蛋白，可分别结合不一样类型受体，形成不一样性质转运小泡。,当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白动力素（,dynamin,）聚集成一圈围绕在芽颈部，将小泡柄部膜拉近（小于,1.5nm,），造成膜融合，动力素是一个,GTP,酶，调整小泡以出芽形式脱离膜速率。动力素能够召集其它可溶性蛋白在小泡颈部聚集，经过改变膜形状和膜脂组成，促使小跑颈部膜融合，形成衣被小泡。,当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体，属于,hsp70,家族一个分子伴侣充当衣被解体,ATP,酶。,86/109,笼形衣被小泡组成,87/109,Clathrin衣被小泡掐断过程,88/109,2、COP I有被小泡,负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网。起初发觉于高尔基体碎片，在含有ATP溶液中温育时，能形成非笼形蛋白包被小泡。,内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分本身蛋白质也不可防止被运输到了高尔基体。内质网经过两种机制维持蛋白质平衡：一是转运泡将应被保留驻留蛋白排斥在外，比如有些驻留蛋白参加形成大复合物，因而不能被包装在出芽形成转运泡中，结果被保留下来；二是经过对逃逸蛋白回收机制，使之返回它们正常驻留部位。,89/109,内质网正常驻留蛋白，不论在腔中还是在膜上，它们在,C,端含有一段回收信号序列（,retrieval signals,），假如它们被意外地逃逸进入转运泡从内质网运至高尔基体,cis,面，则,cis,面膜结合受体蛋白将识别并结合逃逸蛋白回收信号，形成,COPI,衣被小泡将它们返回内质网。内质网腔中蛋白，如蛋白二硫键异构酶和帮助折叠分子伴侣，均含有经典回收信号,Lys-Asp-Glu-Leu,（,KDEL,）。内质网膜蛋白（如,SRP,受体）在,C,端有一个不一样回收信号，通常是,Lys-Lys-X-X,（,KKXX,，,X,：任意氨基酸），一样可确保它们回收。,COP I,衣被小泡还能够介导高尔基体不一样区域间蛋白质运输。,90/109,COPI衣被小泡,91/109,3、,COP,有被小泡,介导从内质网到高尔基体物质运输。最早发觉于酵母,ER,在,ATP,存在细胞质液中温育时，,ER,膜上能形成类似于,COP I,衣被小泡，一些温度敏感型酵母，因为,COP II,衣被蛋白发生变异，在特定温度下会在内质网中积累蛋白质。,COP II,衣被由各种蛋白质组成，其中,Sar1GTP,酶与,Sec23/Sec24,复合体结合在一起，形成紧紧包围着膜一层衣被。真核生物,COP II,衣被蛋白亚单位含有一些横向同源物（,Paralog,），这些同源物可能介导不一样蛋白质转运，含有不一样调整机制。,92/109,COP II衣被小泡形成于内质网特殊部位，称为内质网出口（exit sites），这些部位没有核糖体，由交织在一起管道和囊泡组成网络结构。,由内质网到高尔基体蛋白转运中，大多数跨膜蛋白是直接结合在COP II衣被上，不过少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白经过受体与COP II衣被结合，这些受体在完成转运后，经过COP I衣被小泡返回内质网。,COP II衣被所识别分选信号位于跨膜蛋白胞质面结构域，形式多样。,93/109,内质网驻留蛋白回收示意图,94/109,（二）衣被形成,衣被是在一类叫作衣被召集,GTP,酶（,coat-recruitment GTPase,）作用下形成。衣被召集,GTP,酶通常为单体,GTP,酶（,monomeric GTPase,），也叫,G,蛋白，起分子开关作用，结合,GDP,形式没有活性，位于细胞质中，结合,GTP,而活化，转位至膜上，能与衣被蛋白结合，促进组装。,衣被召集,GTP,酶包含,Arf,蛋白和,Sar 1,蛋白，,Arf,参加高尔基体上笼形蛋白衣被与,COP I,衣被形成，,Sar 1,参加内质网上,COP II,衣被形成，二者作用方式大致相同。质膜上笼形蛋白衣被形成也与,GTP,酶相关，但其成份尚不明确。,95/109,衣被召集,GTP,酶大量存在于细胞质中，但处于结合,GDP,失活状态。当内质网上要形成,COPII,衣被小泡时，,Sar 1,释放,GDP,结合,GTP,而激活，激活,Sar 1,暴露出一条脂肪酸尾巴，插入内质网膜，然后开始召集衣被蛋白，以衣被蛋白为模型形成运输小泡。活化衣被召集,GTP,酶还能够激活磷脂酶,D,（,phospholipase D,），将一些磷脂水解，使形成衣被蛋白质牢靠地结合在膜上。,衣被召集,GTP,酶对衣被形成其动态调整作用，当多数衣被召集,GTP,酶处于结合,GTP,状态时，它催化衣被形成；反之当多数衣被召集,GTP,酶处于结合,GDP,状态时，它催化衣被解体。所以衣被形成过程是边形成便解体动态过程，只有在组装速率大于解体速率时，才能形成衣被小泡。,96/109,COPII衣被小泡组装,97/109,膜泡锚定与融合特异性是经过转运泡膜上蛋白和靶膜上蛋白相互作用取得,98/109,（三）膜泡运输定向机制,衣被小泡沿着细胞内微管被运输到靶细胞器，马达蛋白水解,ATP,提供运输动力。各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运输小泡表面标志蛋白能被靶膜上受体识别，其中包括识别过程两类关键性蛋白质是,SNAREs,（,soluble NSF attachment protein receptor,）和,Rabs,（,targeting GTPase,）。其中,SNARE,介导运输小泡特异性停泊和融合，,Rab,作用是使运输小泡靠近靶膜。,99/109,1、SNAREs,SNAREs作用是确保识别特异性和介导运输小泡与目标膜融合。动物细胞中已发觉20各种SNAREs，分别分布于特定膜上，位于运输小泡上叫作v-SNAREs，位于靶膜上叫作t-SNAREs。v-SNAREs和 t-SNAREs都含有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREs复合体（trans-SNAREs complexes），并经过这个结构将运输小泡膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。,在,SNAREs,接到新一轮运输小泡停泊之前，,SNAREs,必须以分离状态存在，,NSF,（,N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein,NSF,）催化,SNAREs,分离，它是一个类似分子伴娘,ATP,酶，能够利用,ATP,作为能量经过插入几个适配蛋白（,adaptor protein,）将,SNAREs,复合体螺旋缠绕分开,100/109,T 和 V SNAR,101/109,SNAR复合体,102/109,SNAR复合体解离,103/109,在神经细胞中,SNAREs,负责突触小泡停泊和融合，破伤风毒素和肉毒素等细菌分泌神经性毒素实际上是一类特殊蛋白酶，能够选择性地降解,SNAREs,，从而阻断神经传导,精卵融合、成肌细胞融合均包括,SNAREs,，另外病毒融合蛋白工作原理与,SNAREs,相同，介导病毒与宿主质膜融合。,104/109,病毒融合蛋白工作原理,105/109,2、,Rabs,Rab,也叫,targeting GTPase,，属于单体,GTP,酶，结构类似于,Ras,，已知,30,余种。不一样膜上含有不一样,Rab,，每一个细胞器最少含有一个以上,Rab,。,Rabs,作用是促进和调整运输小泡停泊和融合。与衣被召集,GTP,酶相同是，起分子开关作用，结合,GDP,失活，位于细胞质中，结合,GTP,激活，位于细胞膜、内膜和运输小泡膜上，调整,SNAREs,复合体形成。,Rabs,调整蛋白与其它,G,蛋白相同。,Rabs,还有许多效应因子（,effector,），其作用是帮助运输小泡聚集和靠近靶膜，触发,SNAREs,释放它抑制因子。许多运输小泡只有在包含了特定,Rabs,和,SNAREs,之后才能形成。,106/109,Rab作用,107/109,四、细胞结构体系组装,生物大分子装配方式：,自我装配,（self-assembly）：装配信,息存在于装配亚基本身；,帮助装配,（aided-assembly）：其装配除装配亚基外还需其它成份介入；,直接装配,（direct-assembly）：亚基直接装配到已形成结构上。,108/109,生物大分子装配生物学意义：,降低和校正蛋白质合成中出现错误；,降低所需遗传物质信息量；,经过装配与去装配更轻易调整与控制各种生物学过程。,109/109,