细胞生物学细胞内膜系统新.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第七章 细胞内膜系统,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞生物学细胞内膜系统新,Membranes divide the cytoplasm of eukaryotic cells into distinct partments、,Three categories in eukaryotic cells:,(1)the cytosol、,(2)the endomembrane system:ER,Golgi plex,Lys、,secretory vesicles、,(3)mitochondria,chloroplasts,peroxisomes,and the nucleus、,Membrane-bound structures(organelles)are found in all eukaryotic cells、,真 核 细 胞 内 得 区 室,第一节 细胞质基质,一、细胞质基质得概念,主要就是指细胞质内除去可分辨得细胞器和内含物以外得、较为均质半透明得胶状物质。细胞内得液态基质,胞质溶胶P171,二、细胞质基质得组织形式,水:大部分为,结合水,小部分游离存在,作为溶剂。,蛋白质:直接或间接与细胞骨架或生物膜结合,并,不就是以溶解状态存在,。蛋白质之间或与其她大分子之间可相互作用,形成多酶复合体,定位在细胞质基质得特定部位。,mRNA得区域性分布,第一节 细胞质基质,细胞质基质就是一个复杂但高度有序得处于动态平衡得结构体系。,结构体系维持得条件:细胞骨架体系、高浓度得蛋白质、特定得离子环境。,三、细胞质基质得结构特征,第一节 细胞质基质,四、细胞质基质得涵义,见P172,第一节 细胞质基质,五、细胞质基质得功能,完成各种中间代谢过程,与细胞质骨架相关得功能,蛋白质得修饰、蛋白质选择性得降解、,帮助变性或错误折叠得蛋白质重新折叠成正确得分子构象,第一节 细胞质基质,第二节 细胞内膜系统,细胞内膜系统就是指在结构、功能以及发生上相互关联、由膜包被得细胞器或细胞结构,主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,一、细胞内膜系统内质网,1、与内质网相关得几个概念,动质:,最早期对内质网得描述。,内质网:,电镜下位于细胞内质得网状结构。,微粒体:,细胞匀浆超速离心过程得人工产物。,第二节 细胞内膜系统,动 质,1897年,Ganier在光学显微镜下发现,细胞中存在一个嗜碱性条形和丝状结构得特化区,且经常处于变化中、这种结构得变化与细胞得活动状态和动物得生理状态有关,。Ganier将这种经常处于变化中得结构称为动质(ergastoplasm)。,嗜碱性丝状结构就是内质网结合核糖体正在合成蛋白质得形态反映。,第二节 细胞内膜系统,内质网,1945年,K、R、Porter等在培养得细胞中初次观察到细胞内质部分得网状结构,并建议命名为内质网。以后发现其不仅仅存在于内质部位。,第二节 细胞内膜系统,微粒体(microsome),微粒体不就是细胞内得一种固有结构,而就是细胞匀浆和差速离心过程中,由破碎得内质网形成得近似球形得囊泡结构,包含内质网膜与核糖体两种基本成分。,微粒体仍具有内质网得基本特征;粗面微粒体仍保留RER所具备得功能,第二节 细胞内膜系统,2、内质网得形态结构,透射电镜结构:平行得双层膜状,两层膜间得间距不等,或者就是小管泡状。,扫描电镜下得三维结构:扁平囊状、泡状或管网状。,内质网为一连续得系统。,完整细胞内得内质网在细胞核周围形成了网状得三维结构,在细胞质内铺展成树枝状,形成了复杂得网络。,第二节 细胞内膜系统,内质网膜约占细胞总膜面积得一半,就是真核细胞中最多得膜。内质网就是单层膜构成得封闭得网状管道系统。,ER,膜中含大约,60%,得蛋白和,40%,得脂类,脂类主要成分为磷脂,磷脂酰胆碱含量较高,鞘磷脂含量较少,没有或很少含胆固醇。,ER,约有,30,多种膜结合蛋白,另有,30,多种位于内质网腔,这些蛋白得分布具有异质性,如:葡萄糖,-6-,磷酸酶,普遍存在于内质网,被认为就是标志酶,核糖体结合糖蛋白(,ribophorin,)只分布在,RER,P450,酶系只分布在,SER,。,第二节 细胞内膜系统,3、内质网得基本类型,两种基本类型:rER和sER,rER:多为扁囊状。,sER:多为分支管网状,形成立体结构。,第二节 细胞内膜系统,4、内质网得功能,ER,就是细胞内蛋白质与脂类合成得基地,几乎全部脂类和多种重要蛋白都就是在内质网合成得。,1、糙面内质网得主要功能:蛋白质得合成,2、光面内质网就是脂质合成得重要场所,3、蛋白质得修饰加工,4、新生肽得折叠与装配,5、其她功能:合成固醇类激素、解毒、参与糖原代谢、储存Ca,+,等。,第二节 细胞内膜系统,1、蛋白质合成功能,分泌性得蛋白质,膜整合蛋白,内膜系统细胞器内可溶性驻留蛋白,第二节 细胞内膜系统,大多数膜质在内质网合成,两类例外:,鞘磷脂和糖脂(开始于 ER中;在 Golgi中完成);,(2)叶绿体和线粒体特有得某些脂类物质由自身合成、,膜脂得转运:,出芽转运:ERGC、Ly、PM,磷脂转运蛋白(PEP)转运:ERother organelles(including Mit and Chl),2、脂质得合成,第二节 细胞内膜系统,3、新生肽链得加工修饰:rER中得糖基化P188,糖基化得第一步就是将一个14糖得核心寡聚糖添加到新形成多肽链得天冬氨酸上,其氨基酸得特征序列就是Asn-XSer/Thr(X代表任何一种氨基酸),由于糖就是同天冬酰胺得自由NH,2,连接,所以将这种糖基化称为N-连接得糖基化,在ER中主要发生N连接得糖基化,所有N连接得寡糖链都有一个共同得14个糖残基得前体(NAc2Man9Glc3),所有成熟得N连接得寡糖链都有共同内核NAG2Man3,第二节 细胞内膜系统,4、新生肽得折叠与装配,内质蛋白(endoplasmin)、钙网蛋白(calreticulin)、免疫球蛋白重链结合蛋白Bip,蛋白质二硫化物异构酶PDI等。,网质蛋白参与了蛋白质得折叠和Ca+得贮存,另外对维持内质网得结构与功能也具有重要作用,第二节 细胞内膜系统,二、细胞内膜系统高尔基体,1、高尔基体得形态结构,形态不一、大小多变得囊泡体系,第二节 细胞内膜系统,2、高尔基体就是一种极性细胞器,2、1 结构上得极性:,恒定得位置和方向,靠近细胞核得一面称为顺面或称形成面;,高尔基体中间膜囊;,靠近细胞质膜得一面称为反面或成熟面。,2、2 功能上得极性,Cis Golgi:接受来自内质网得物质,进行分类和初步修饰,medial Golgi:蛋白质得糖基化修饰、糖脂合成、多糖合成等,trans Golgi and TGN:蛋白质得分类、包装,蛋白质得进一步修饰加工,最后输出高尔基体,第二节 细胞内膜系统,3、高尔基体得主要功能,3、1 参与细胞得分泌活动,蛋白质分类加工包装定向转运,对蛋白质得分类,依据蛋白质上得信号肽或信号斑。,脉冲标记、放射自显影技术,第二节 细胞内膜系统,例:溶酶体酶M6P标记得形成及分类包装,第二节 细胞内膜系统,溶酶体酶ER中N-连接得糖基化,Golgi 体顺面,磷酸转移酶识别信号斑,M6P,被Golgi 体反面M6P受体,I细胞病:N-已酰葡萄糖胺磷酸转移酶基因缺损,不能合成M6P,例:内质网驻留蛋白得识别,-Lys(or His)-Asp-Glu-Leu-COO,-,(KDEL或HDEL信号序列)内质网驻留蛋白得信号序列,高尔基体顺面膜上具有KDEL得受体。,第二节 细胞内膜系统,3、2 蛋白质得糖基化修饰,第二节 细胞内膜系统,对来自内质网N-连接得糖链进一步修饰加工,高甘露糖N-连接寡糖链,复杂得N-连接寡糖链,O-连接得糖基化主要在高尔基体中进行,O-linked:与丝氨酸或苏氨酸或羟脯氨酸得羟基氧原子相连,多种酶催化,所有N连接得寡糖链都有一个共同得14个糖残基得前体(NAc2Man9Glc3),所有成熟得N连接得寡糖链都有共同内核NAG2Man3,第二节 细胞内膜系统,糖基化修饰得特点和意义P187,特点:没有模板,多种酶催化,意义,作为蛋白质分选得标志,帮助蛋白质正确折叠,增加蛋白质得稳定性,作为细胞保护性外被,调节细胞得信号传递,第二节 细胞内膜系统,3、3 蛋白质得水解和其她加工,三、细胞内膜系统溶酶体,溶酶体:动物细胞中,单层膜围绕,内含多种酸 性水解酶得囊泡状细胞器。主要进行细胞内得消化作用。,植物细胞中得类似功能结构:圆球体以及植物中央液泡,第二节 细胞内膜系统,1、溶酶体得基本特征,1、1 溶酶体就是一种异质性得细胞器,Primary lysosomes:初级溶酶体,Second lysosomes:次级溶酶体,heterophagic:异噬性溶酶体,autophagic:自噬性溶酶体,Residual body:残余体,第二节 细胞内膜系统,第二节 细胞内膜系统,1、2 溶酶体得酶,溶酶体内含有50多种酶类,这些酶得最适pH值就是5、0,故均为,酸性水解酶,溶酶体酶得共同特征,即她们得寡糖链都有,磷酸化甘露糖残基(M6P),。,酸性磷酸酶,就是溶酶体常用得标志酶,1、3 溶酶体膜,膜蛋白高度糖基化,防止自身膜蛋白得降解,溶酶体膜中嵌有质子泵,维持溶酶体内部得酸性环境,膜上具有多种载体蛋白,用于水解产物得转运,溶酶体膜含较高得胆固醇,促进膜结构得稳定,第二节 细胞内膜系统,2、溶酶体得功能,基本功能:具有消化作用,维持细胞得正常代谢活动,防御微生物感染。,1、清除衰老损伤、死亡得细胞和衰老得细胞器、无用得生物大分子。,2、防御功能:,3、其她:提供营养、参与分泌、参与细胞得凋亡过程、受精过程中精子得顶体。,第二节 细胞内膜系统,矽肺:溶酶体膜得稳定性降低,I细胞病:不能形成溶酶体,台-萨氏病:缺少氨基己糖酯酶A,3、与溶酶体有关得疾病,第二节 细胞内膜系统,表1、神经鞘脂贮积病,疾病,缺失酶类,主要贮积底物,后果,GM1,神经节苷脂贮积症,GM1,-,半乳糖苷酶,神经节苷脂,GM1,智力迟钝，肝脏肥大，骨骼受累，,2,岁前死亡,泰萨二氏病,己糖胺酶,A,神经节苷脂,GM2,智力迟钝，失明，,3,岁前死亡,法布莱氏病,-,半乳糖苷酶,A,三己糖神经酰胺,皮疹，肾功能丧失，下肢疼痛,山霍夫氏病,己糖胺酶,A,和,B,神经节苷脂,GM2,和红细胞糖苷酯,与泰萨氏疾病症状相似，但发展更快,高歇氏病,葡糖脑苷酯酶,葡糖脑苷脂,肝脏和脾脏肿大，长骨腐蚀，只在婴儿期发生智力迟钝,尼,-,皮二氏病,鞘磷脂水解酶,鞘磷脂,肝脏和脾脏肿大，智力迟钝,Farbers,脂肪肉芽肿病,神经酰胺水解酶,神经酰胺,疼痛性与退行性的关节变形，皮肤瘤，几年内死亡,Krabbes,病,半乳糖脑苷酯酶,半乳糖脑苷脂,髓磷脂缺失，智力迟钝，,2,岁前死亡,脑硫脂沉积,芳基硫酸酯酶,脑硫脂,智力迟钝，前十年死亡,第二节 细胞内膜系统,4、溶酶体得M6P发生途径,第二节 细胞内膜系统,溶酶体酶由rER合成,并经糖基化修饰,CGN，并在此发生甘露糖残基的磷酸化，形成M6P,TGN，与M6P受体结合，形成分泌泡，与,胞内体,融合,在酸性环境中，与受体分离，并去磷酸化，成为成熟的溶酶体酶。,四、过氧化物酶体,过氧化物酶体又称微体(microbody):就是由单层膜围绕得、内含一种或几种氧化酶类得细胞器。,第二节 细胞内膜系统,第二节 细胞内膜系统,1、过氧化物酶体与溶酶体得区别,2、过氧化物酶体得功能,动物细胞(肝细胞或肾细胞)中过氧化物酶体可氧化分解血液中得有毒成分,起到解毒作用。,分解过氧化氢保护细胞,氧化甲醇、乙醇等。,过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。,在植物细胞中参与光呼吸反应;,在种子萌发过程中,过氧化物酶体降解储存得脂肪酸,乙酰辅酶A,琥珀酸,葡萄糖。,第二节 细胞内膜系统,3、过氧化物酶体得发生,第二节 细胞内膜系统,细胞内蛋白质合成转运到正确部位得过程称为蛋白质得分选或定向转运。,一、,蛋白质合成得机器和合成部位,二、,蛋白质分选得途径及转运方式,三、蛋白质得分选机制,四、,膜泡运输,第三节 蛋白质得分选,合成部位,定向转运,一、蛋白质得合成部位,蛋白质合成得机器就是核糖体,游离核糖体,在细胞质基质中;,膜结合核糖体,在粗面内质网上。,第三节 蛋白质得分选,第三节 蛋白质得分选,二、蛋白质分选得途径及转运方式(P203),细胞质基质中游离核糖体开始蛋白质得合成,细胞质基质中完成合成,核糖体转移到内质网上与其结合,完成合成,线粒体 叶绿体,过氧化物酶体,细胞核,细胞质基质,内膜系统细胞器,分泌到细胞外,跨膜蛋白,翻译后转运途径,共翻译转运途径,跨膜转运,门控转运,膜泡运输,骨架系统,三、蛋白质得分选机制(P200),1、信号假说,分泌性蛋白N端具有一段信号肽序列,指导分泌性蛋白质到内质网膜上合成,蛋白质边合成边进入内质网腔,在蛋白质合成结束之前信号肽被切除,。,第三节 蛋白质得分选,2、N端信号肽,位于分泌性蛋白质N端得一段序列,一般为,16,26,个氨基酸残基,在蛋白质合成中将核糖体引导到内质网,进入内质网后通常被切除,。没有严格得专一性。,N-末端含有1个或多个带正电荷得氨基酸,其后就是612个连续得疏水残基,第三节 蛋白质得分选,3、分泌性蛋白质转移到内质网上合成得过程,3、1 指导分泌性蛋白质转移到内质网上合成得主要因子,蛋白质N端得信号肽决定因素,信号识别颗粒,停泊蛋白信号识别颗粒受体,易位子,第三节 蛋白质得分选,SRP就是一种核糖核蛋白复合体,SRP上有三个功能部位:信号肽识别结合位点(P54)、翻译暂停结构域(P9/P14)、SRP受体蛋白结合位点(P68/P72)。,第三节 蛋白质得分选,Signal recognition particle:One 300 nt RNA+6 proteins,停泊蛋白信号识别颗粒受体,SRP在内质网膜上得受体蛋白,能够与结合有信号序列得SRP结合,使正在合成蛋白质得核糖体停靠到内质网上来。SRP受体蛋白除了同SRP结合将核糖体引导到内质网,同时,她得亚基与SRP一起催化GTP水解释放能量,帮助信号肽转位。,第三节 蛋白质得分选,易位子,核糖体结合受体,有信号肽得结合位点,与信号肽结合后可以发生构象变化,使内质网膜上得通道打开,肽链进入。,第三节 蛋白质得分选,知识巩固练习,在一无RER小泡得非细胞蛋白合成体系中,有一种分泌性蛋白质得mRNA、游离核糖体、蛋白质合成原料、酶、信号识别颗粒等,请问会出现下列哪种结果:,1、合成带有信号肽得多肽链,2、合成没有信号肽得多肽链,3、不能合成多肽链,如果在合成体系中再加入微粒体又会出现什么结果？,如果合成体系中没有SRP,会就是什么结果,第三节 蛋白质得分选,(P201表格),在rER上合成得蛋白质,边合成边进入内质网腔,这种转移方式称为共转移。,有些蛋白质完全进入内质网腔;有些结合在膜上,不完全进入内质网腔,成为跨膜蛋白。,完全进入内质网腔得蛋白包括:分泌蛋白、细胞器驻留蛋白,第三节 蛋白质得分选,4、内质网跨膜蛋白得形成,开始转移序列,N末端信号肽,内含信号序列,停止转移序列,第三节 蛋白质得分选,4、1 跨膜蛋白形成需要得信号,4、2 一次跨膜和多次跨膜蛋白得形成,一次跨膜蛋白得形成:,有一个N末端信号肽,一个停止转移序列,只有一个内含开始转移信号序列,多次跨膜蛋白得形成:,多个起始跨膜信号与多个停止转移信号,第三节 蛋白质得分选,第三节 蛋白质得分选,4、3 跨膜方向得决定,小结蛋白质到内质网合成得机制,N端信号肽引导分泌性蛋白质到内质网合成,内含信号序列与停止转移序列决定内质网跨膜蛋白形成,指导蛋白质进入膜得方向和在膜上得位置。,第三节 蛋白质得分选,5、蛋白质定向转运机制,信号指导蛋白质转移,信号肽、内含信号序列、停止转移序列,导肽,核定位信号(NLS),KDEL信号序列,M6P,第三节 蛋白质得分选,