第六章 细胞基质与内膜系统1.ppt

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,*,*,*,第六章 细胞基质与内膜系统,第一节 细胞质基质,第二节 内质网,第三节 高尔基复合体,第四节 溶酶体,第五节 过氧化物体,第六节 蛋白质分选与膜泡运输,本章学习的目的,1,、了解真核细胞区室化,(,compartmentation,),2,、掌握内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化酶体的结构和功能及相互关系,3,、蛋白质合成后的修饰途径及部位,4,、蛋白质分选的类型,5,、膜泡运输的途径及机制,第一节 细胞质基质,(,cytosol,),1.,溶胶,:,除去可辩识细胞器后的胶态物,2.,组成,:,各种酶,胞质骨架,3.,胶体是蛋白质同水分子形成的水合物,4.,高度有序,5.,细胞质基质的基本功能,1),中间代谢的场所,。糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成,2),为细胞器提供所需,离子环境,3),为细胞器行使功能提供底物。,4),细胞质骨架：提供,锚定位点,，各种组分区域化,.,5),参与蛋白质修饰、选择性降解等,第二节 内质网,Porter,等,1945,年观察小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具网状结构，称内质网,endoplasmic reticulum,，,ER.,ER,常和质膜及核膜相连，并与高尔基体关系密切，并常伴有许多线粒体。,一、,ER,的形态,ER,膜是细胞中最多的膜，占总膜面积一半。,ER,是内膜封闭成的网状管道系统，具多型性。,膜围成的,ER,腔是连通的。,分糙面型内质网,(RER),和光面型内质网,(SER),。,RER,呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着,SER,呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。,RER,功能是,合成各种蛋白,，分泌旺盛细胞中较多，未分化细胞和肿瘤细胞中较少。,SER,是,脂类合成,场所，细胞都有。常为出芽位点，将合成,proteins,和,lipids,运到高尔基体,SER,是,ER,管道网络的一部分,肌质网,(,sacroplasmic,reticulum),肌细胞中特化,SER,。膜上的,Ca,2+,-ATP,酶将胞质中的,Ca,2+,泵入腔中储存，使肌质网中,Ca,2+,浓度比胞质中高出千倍。受神经冲动的刺激时，,Ca,2+,释放入胞质中，引起肌肉收缩。,二、,ER,的组成,ER,膜含约,60%,蛋白和,40%,脂类，脂中磷脂酰胆碱含量高，鞘磷脂含量低，胆固醇少。,ER,约有,30,多种膜结合蛋白，,30,多种位于内质网腔。标志酶是,葡糖,-6-,磷酸酶。,核糖体结合糖蛋白只分布在,RER.,P450,酶系只分布在,SER,。,RER,膜上有易位子,(,translocon,),，直径约,8.5nm,，有,2nm,通道，与新合成多肽转运有关。,细胞匀浆时，由破碎,ER,形成的近球型的囊泡结构,称为微粒体,(microsome,),，含,ER,膜与核糖体。研究中将其与,ER,等同对待。,三、,ER,的功能,合成蛋白质和脂类,。分泌蛋白和跨膜蛋白都在,ER,合成。,合成的脂类除满足自身需要，还供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。,(,一,)SER,的功能,SER,具许多功能，如糖原分解，类固醇激素合成，脂肪合成与转运，肝细胞解毒，肌肉收缩等。,1,、糖原分解释放游离的葡萄糖,ER,中，,G-6-Pase,能催化,G-6-P,水解生成葡萄糖和磷酸。,肝细胞功能之一是维持血液,Glu,的衡定：肝细胞,SER,表面附有糖原颗粒，肌体需,Glu,时，糖原被转化为,G-1-P,，变为,G-6-,磷酸。膜对磷酸化糖不通透，,G-6-P,去磷酸化后才穿过质膜，进入血液。,2,、类固醇激素的合成,分泌类固醇激素的肾上腺细胞、黄体细胞等都有丰富,SER,。,SER,上分布有合成胆固醇和转化胆固醇为激素的全套酶系,，合成胆固醇，并将其氧化、还原、水解成各种类固醇激素。,3,、脂的合成与转运,SER,是脂类合成主要场所。,甘油三酯,是由,SER,合成并贮存,ER,腔中。,细胞膜所需的膜脂全都在,SER,合成，,SER,上有合成磷脂所需的酶。,SER,合成的磷脂由胞质面转向,ER,腔面，转位由,ER,膜中翻转酶帮助完成。,SER,合成磷脂向其它膜结构转运的,2,种方式：,1.,通过水溶性载体蛋白,-,磷脂交换蛋白,(PEP),，在膜结构间转移磷脂：,PEP,与磷脂结合形成水溶性复合物进入,cytosol,，扩散遇上其它膜后，,PEP,释放磷脂，将它插在膜上。,2.,以出芽方式将磷脂转运到高尔基体、溶酶体和细胞膜。,4,、解毒作用,SER,独特功能是对农药、污染物、毒素等有毒物进行,解毒,。反应在肝细胞,SER,进行，故称肝细胞的解毒作用。,Cyt,P450,是肝细胞,SER,的膜蛋白，属单加氧酶，或羟化酶。它催化,O,2,中的,1,个氧原子加到不溶于水的废物上使之羟化，溶于水并被转出细胞；另一氧原子被,NADH,还原成水。,5,、钙离子的调节作用,肌细胞有发达的肌质网,是肌细胞钙库,含钙结合蛋白,1,个钙结合蛋白结合,30,个左右,Ca,2+,。,细胞受刺激时，肌质网中,Ca,2+,释放进入胞质，参与信号传递；信号消除时，,Ca,2+,又被肌质网上的,Ca,2+,-ATPase,泵回腔中。,多数真核细胞中，,ER,是主要,Ca,2+,库之一。且,ER,膜上有三磷酸肌醇,(IP,3,),的受体。,（二）,RER,的功能,-,蛋白质转运,蛋白质都在核糖体合成，但都起始于,cytosol,，有些在合成不久转到,ER,合成，这些蛋白主要有：,分泌蛋白、如激素；,跨膜蛋白，并决定膜蛋白在膜中排列方式,;,需严格分开的酶，如溶酶体的水解酶；,需进行修饰的蛋白，如糖蛋白。有些核糖体在合成蛋白质时一直保持游离状态,主要合成可溶性胞浆蛋白,膜外周蛋白和锚定蛋白,过氧化物酶体蛋白,核蛋白等,.,在,ER,核糖体上合成的蛋白质与在游离核糖体上合成的蛋白质的种类和去向不同,为什么会有这种不同,?,或为什么有些核糖体要附着在,ER,上合成蛋白质,?,是什么原因决定了核糖体在合成蛋白质时是游离还是附着到,ER,？,1.,膜结合核糖体合成的蛋白质能跨,ER,膜进入,ER,腔,60s,，,Redman,用,RER,小泡研究膜结合核糖体合成的蛋白质是否会进入,RER,腔。,将,RER,小泡置加放射性标记,aa,的蛋白质合成体系中短暂温育，再加嘌呤毒素，蛋白质合成提前终止,从核糖体上释放不完全多肽,收集,RER,小泡，去垢剂破坏,分析表明，,RER,小泡中释放的多肽含放射性标记,证明新合成的多肽能跨过,ER,膜进入,ER,腔,2.,信号序列的提出,是什么原因指导这些多肽跨过,ER,膜的呢？,1971,年美国,Blobel,等提出了两点推测：,1,）分泌蛋白的,N,端含一段特别的信号序列可将多肽和核糖体引导到,ER,膜上；,2,）多肽通过,ER,膜上的转运蛋白进入,ER,腔，并在合成的同时转移。,3.,信号序列存在的实验证据,72,年，,Milstein,等用无细胞系统合成,IgG,轻链时，获得了信号序列存在的直接证据。,在无细胞体系,中用编码,IgG,轻链的,mRNA指导合成多肽，,合成的多肽比成熟的,IgG,在,N,端多出一段肽链,，有,20,个,aa,，推测，这段肽具信号作用，使,IgG,透过,ER,并继而分泌到细胞外。,Blobel,等用微粒体和无细胞体系进行大量研究，证实了信号序列的存在。,(1),在无细胞体系中加与不加,RER,小泡，蛋白质合成的产物不同：,将分泌蛋白的,mRNA,在无细胞体系中翻译时，如,不加,RER,小泡,，获得的翻译,产物的长度比,从细胞中分泌出的蛋白质,长,。如在这种无细胞体系中,添加,RER,小泡,，翻译产物与从细胞中分泌出来的蛋白质,长度相同,。因此推测,信号序列在引导蛋白质进入内质网后被切除了,。,(2),蛋白水解酶实验证明多肽在合成的同时就开始向,ER,转运：,在分泌蛋白进行体外翻译的无细胞体系中,(,含有,RER,小泡,),加蛋白水解酶，不能使新合成多肽水解。如同时加入去垢剂，则能将蛋白质水解，,说明新生肽链是边合成边运输的。,4.,信号序列的一般特征及信号假说,Blobel,还发现信号序列具,共同特性,：,一般为,15-35,个,aa,残基，,N,端含有,1,或多个带正电荷的,aa,，其后是,6-12,个连续的疏水,aa,；,这些信号序列在蛋白质合成时将核糖体引导到,ER,，进入,ER,后被切除。,1975,年，,Blobel,正式提出信号假说,信号假说的要点：,1),蛋白的合成起始于胞质中游离核糖体,2)N,端信号序列露出核糖体后，靠自由碰撞与,ER,接触，,N,端信号序列的疏水性插入,ER,膜中；,3),蛋白质继续合成，以絆环形式穿过,ER,膜,4),如果是分泌蛋白，除信号序列被信号肽酶切除外，全部进入,ER,腔；若是膜蛋白，则由一个或多个停止转移信号将蛋白质锚定在,ER,膜上。,Blobel,提出的信号假说，揭示了细胞中不同蛋白质在合成后如何找到自己的工作岗位，发现了蛋白质与生俱来的,“,地址标签,”,。,该发现开辟了一个全新的医学、细胞生物学和分子生物学研究领域，为此获得,1999,年诺贝尔医学,/,生理学奖。,5.,新蛋白复合物发现对信号假说补充,81,年，,Blobel,等发现在,核糖体与,ER,结合过程需几种蛋白质复合物的参与,。,该发现明确了信号序列同核糖体结合的细节,第,1,个复合物是信号识别颗粒,(signal recognition particle,，,SRP),。是,1,种核糖核蛋白复合体，沉降系数,11S,，含,6,条不同肽链和一个,7SRNA,SRP,有,3,个功能部位：翻译暂停结构域，信号识别结合位点，,SRP,受体蛋白结合位点。,SRP,能识别游离核糖体上合成的信号肽，并结合，暂时中止新生肽的合成；同时,SRP,与,ER,上的停靠蛋白,(docking protein,，,DP),结合，使核糖体附着到,ER,膜，并进行新生肽的转移。,SRP对没有信号序列的蛋白质不起作用。,6.,蛋白质的共翻译转运机制,:,信号假说,经补充的信号假说更合理，核心内容：,核糖体同,ER,的结合受制于,mRNA,中特定密码序列,(,可翻译成信号肽,),，具这种密码序列的新生肽才能同核糖体一起附着到,ER,膜特定部位。,信号序列有两个基本的作用：,1.,与,SRP,的识别和结合,引导核糖体与,ER,的结合,2.,通过信号序列的疏水性,引导新生肽跨膜转运,7.,蛋白质共翻译转运的机理,RER,上合成的蛋白质有,2,类,:,A,、分泌蛋白在,ER,合成后对信号肽的切除，可释放到,ER,腔，成可溶性蛋白，再进行下游运输。,B,、膜蛋白的共翻译转运较复杂，先要靠疏水区滞留在,ER,膜上；同时膜蛋白分单次和多次跨膜，还有定向。,膜蛋白的转运同样可以用信号假说进行解释。,(1),起始转移信号,蛋白质,N,端的信号序列除作信号被,SRP,识别，还具起始穿膜转移作用。,在蛋白质共翻译转移过程中，信号序列的,N,端始终是朝,ER,外侧，插入转运通道后与通道内的信号序列结合位点,(,受体,),结合，其后的肽序列是以伴环的形式通过运输通道。,N,端的起始转移序列是可切除的。,(2),内部信号序列,不位于,N,端，但具信号序列作用。,可作蛋白质共翻译转运信号被,SRP,识别，同时也是起始转移信号，可插入转运通道，与通道中受体结合，引导多肽序列转运。,内部转移信号是不可切除的，同时又是疏水的，所以它是膜蛋白的一部分。,(3),终止转移肽与单次跨膜蛋白,跨膜蛋白的形成除与内部信号序列有关外，也与终止转移信号相关,终止转运信号位于新生肽中，是一段使肽链终止转移的信号序列。可使蛋白锚定在膜中。,单次跨膜蛋白在结构上只有一个终止转移序列，没有内部转移信号，但是在,N,端有一个信号序列作为起始转移信号。,(4),二次跨膜蛋白与多次跨膜蛋白,二次跨膜就是在蛋白质中有两个跨膜的疏水区，含,1,个内部信号序列和,1,个终止转移信号。,多次跨膜蛋白有多个跨膜的疏水区，含多个起始跨膜信号序列与多个终止转移信号。,概括,起来,:,新生肽是否含终止转移信号决定了新生肽是成为可溶性蛋白还是膜蛋白。,N,端信号序列和内部信号序列都可作起始转移信号,N,端信号序列可切除,内部信号序列不可切除,跨膜蛋白的跨膜次数是由内部信号序列和终止转移信号序列的数目决定的,信号序列都是疏水,aa,区,可视多肽链中疏水,aa,区的数目和位置推测其跨膜情况,蛋白质转入内质网上合成的要素及具体过程的总结,(1),要素,:,至少涉及,4,种成分：,信号肽,:,引导新合成肽链转移到,ER,上一段多肽,也是引导肽链进入,ER,腔序列,又称起始转移序列,信号识别颗粒,(SRP),:,与信号序列结合,导致蛋白质合成暂停,.,SRP,受体,:ER,膜整合蛋白,与,SRP,特异结合,使核糖体泊定在,ER,上,.,终止转移序列,:,肽链上一段特殊序列,与,ER,亲合力高,阻止肽链释放到,ER,腔,使其成跨膜蛋白。,(2),具体过程,游离核糖体开始合成蛋白质信号肽与,SRP,结合肽链延伸终止,SRP,与,ER,上的受体结合,SRP,脱离信号肽肽链在,ER,上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入,ER,腔信号肽切除肽链延伸至终止翻译体系解散。,这种肽链边合成边向,ER,腔转移的方式，称为,cotranslation,(,共翻译转运,),。,蛋白质转移到内质网上合成的过程,8.,Bip,蛋白在,ER,蛋白质转移和装配中的作用,进入,ER,腔中蛋白很快与,Bip,蛋白结合。,Bip,是,IgG,重链结合简称，是一类分子伴侣，属,Hsp70,家族,Bip,同进入,ER,蛋白的疏水,aa,结合，防止肽链不正确折叠和聚合，然后,Bip,同,ATP,结合，并通过,ATP,的水解释放出结合的多肽。释放的多肽很快折叠，或同别的亚基组装成完整的蛋白质。,正确折叠和装配的蛋白不会同,Bip,再结合，但如折叠或装配不正确，,Bip,马上同其结合。,9.,蛋白质在,ER,中的修饰,新生肽进入,ER,腔后除要正确折叠外，还要进行各种修饰后才运送到其它部位。,这些修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是,糖基化,，几乎所有,ER,上合成的蛋白质最终被糖基化。,1),蛋白质糖基化,(,glycosylation,),有,2,种：,(1),N-,糖基化,:,主要在,ER,进行,.,糖为,N-,乙酰葡糖胺，糖供体为核苷糖，如,GDP-,甘露糖。糖分子先被糖基转移酶转到膜中的磷酸长醇，再被寡糖转移酶转到肽链特定序列,(,Asn-X-Ser/Thr)Asn,上,(2),O-,糖基化,:,糖为半乳糖或,N-,乙酰半乳糖胺,与,Ser,、,Thr,和,Hyp,的,OH,连接,.,O-,连接糖基化在高尔基体进行,.,N-,连接的糖基化,2,）羟基化：在合成胶原蛋白时，,Pro,和,Lys,都需羟基化。,3,）形成脂锚定蛋白：新合成的蛋白质除成为跨膜蛋白或可溶性蛋白外，有的还通过酰基化同,ER,上的糖脂结合，将自己锚在,ER,膜上。,第三节,:,高尔基复合体,(,Golgi,complex),又称高尔基体,(,Golgi,body,Golgi,apparatus),，,1898,年,Golgi,用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到，定名为高尔基体,真核细胞中普遍存在。大多数共翻译转运的蛋白质进入,ER,后都要通过膜运输机制转运到其它部位，第一站就是高尔基体,培养的上皮细胞中高尔基体的分布（高尔基体为红色，核为绿色）,一、高尔基体的形态结构和极性,1.,形态结构,由数个,扁平囊泡,堆在一起。扁平囊泡呈弓形或半球形。主要包括,3,种结构组分：,扁平膜囊堆,:,高尔基体主体部分,48,个扁平囊平行排列,单层膜构成,中间为囊腔,周缘呈泡状。,液泡,:,又称分泌泡或成熟泡,扁平膜囊扩大末端,与物质的成熟运输有关。,小泡,:,扁平膜囊周围有许多小泡，多集中在形成面，是来自,ER,的分泌泡。,2.,高尔基体的极性,高尔基体不同的膜囊具不同功能。分,3,个区隔,:,靠近细胞核的一面,是管状囊泡形成的网络结构，称为形成面、,顺面,或内侧面,(,cis,face),。其网络结构称为,高尔基体内侧网络,(,cis,Golgi,network,CGN,),中间膜囊,：由扁平膜囊和管道构成,对着质膜的一面称成熟面、,反面,或外侧面,(trans face).,外侧面也是一个网络，称,外侧网络,(,TGN,),高尔基体的三个功能区域,高尔基体各部分的名称,高尔基复合体的极性,(polarity),3.,各区隔的功能,内侧面网络,(CGN),：为高尔基体的,入口区,，是初级分选站，接受由,ER,合成的物质，并分类后转入中间膜囊。,中间膜囊,：是,糖基修饰,、,糖脂形成,及,糖合成,部位,外面网络,(TGN),：是高尔基体的,出口区,，蛋白质分选信号在此被特异性受体接受，进行分类、集中，形成不同分泌小泡，最后输出,可用细胞化学研究不同区隔的结构和功能：,高尔基体的,cis,面膜囊具嗜锇性；,高尔基体,trans,面的膜囊能被焦磷酸硫胺素酶,(TPP,酶,),的细胞化学反应显示；,高尔基体中间膜囊能被烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶,(NADP,酶,),的细胞化学反应显示,高尔基体的三个不同功能分区,:,高尔基体顺面具很强的嗜锇性,;,而进行蛋白质糖基化的甘露糖甙酶主要位于高尔基体的中间膜囊,;,而核苷二磷酸的酶主要位于高尔基的反面,4.,高尔基体的化学组成,高尔基体膜含,60%,蛋白和,40%,脂类，具一些和,ER,共同的蛋白成分。膜脂中的磷脂含量介于,ER,和质膜之间。,高尔基体的膜上含丰富的酶类，主要包括：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,.,标志性酶是,糖基转移酶,5.,数量和分布,只存在于真核生物,.,各种细胞中含高尔基体数量不等,平均,20,个,低等真核生物中有的仅,1-2,个,有的多达上万个,分泌旺盛的细胞中高尔基体很多,而肌肉细胞和淋巴细胞中则较少见,二、高尔基体主要功能,将,ER,合成的蛋白质进行加工、分类与包装,分门别类地送到细胞特定部位或分泌到细胞外。,1.,蛋白质的糖基化,:N-,连接的糖链合成始于,ER,，完成于高尔基体。,许多糖蛋白还具,O-,连接的糖链。,O-,连接的糖基化在高尔基体中进行。,高尔基体可将多个氨基聚糖链通过木糖连接在核心蛋白丝氨酸残基上，形成蛋白聚糖。,N,连接的糖基化开始于,RER,而后在高尔基体中进行不同的修饰,2,、参与细胞分泌活动,负责对,ER,合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程可概括为：RER,上合成蛋白质进入,ER,腔以出芽形成囊泡进入,CGN,在,medial,cisternae,中加工在,TGN,形成囊泡囊泡与质膜融合、排出。,运输过程还有另外一种假说：潴泡成熟假说,高尔基体与细胞分泌,组成型分泌,调节型分泌：受细胞外信号调节,高尔基体对蛋白质的分类，是由蛋白质上的信号肽与受体间的相互作用而决定。,KDEL(Lys-Asp-Glu-Leu-coo,-),序列是,ER,滞留信号，高尔基体将把其押回,ER,。,其它不同部位的蛋白都具不同的滞留信号，分选包装到不同的运输小泡。,没有特别信号的将进入非特异的分泌小泡,3.,进行膜的转化,：高尔基体膜的厚度和化学组成都介于,ER和质膜间，因此高尔基体在进行着膜转化的功能,.,4.,将蛋白水解为活性物质,:,有些分泌蛋白在,ER,合成后是蛋白原，送到高尔基体后被水解，形成成熟的分泌蛋白。如胰岛素合成,5,、,参与形成溶酶体,。,6,、,参与植物细胞壁的形成,。,7,、,合成,植物细胞壁中的,纤维素和果胶质,。,第四节,:,溶酶体,(,lysosome,),1955,年,de,Duve,首次用电镜观察到了溶酶体。,一、溶酶体的形态,溶酶体是,动物细胞,的膜性细胞器，由单层膜包被，含多种酸性水解酶，主要进行,细胞内消化,是一种动态结构，同类型细胞中形态大小不同，同一细胞不同发育阶段也不同,植物细胞中也有类似溶酶体的细胞器如圆球体，糊粉粒和中央大液泡等,二、溶酶体的结构类型,具异质性，不同来源的溶酶体在形态、大小及内含的水解酶种类都不同，标志酶为酸性磷酸酶,(acid,phosphatase,),。,依完成生理功能的不同阶段可分：,初级溶酶体,(primary,lysosome,),；,次级溶酶体,(secondary,lysosome,),；,残体,(residual body),。,Primary,lysosomes,：初级溶酶体；,Second,lysosomes,：次级溶酶体,heterophagic,：异噬性；,autophagic,：自噬性；,Residual body,：残体,对溶酶体的标志酶酸性磷酸酶定位显示,:,大的膜细胞器含有浓密的铅沉淀，是溶酶体,;,两小的可能是来自于高尔基体的含酸性水解酶的小泡。,1,、初级溶酶体,(primary,lysosome,),呈球形，直径,0.20.5um,，内含物均一，无明显颗粒，由高尔基体分泌形成。,含多种酸性水解酶，但没活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有活性。,水解酶包括：蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，约,60,余种，均属酸性水解酶，最适,pH,值约为,5,。,溶酶体膜与其它生物膜有明显的不同：,膜有质子泵，将,H+,泵入溶酶体，形成和维持酸性内环境。,膜蛋白高度糖基化，防止自身膜蛋白被降解。,初级溶酶体,溶酶体和内体中的低,pH,值,:,用一种对,pH,敏感的荧光探针标记蛋白质,然后让这种蛋白质通过细胞内吞,可以用以探测溶酶体和内体中,pH,值,.,不同的颜色反映了不同的,pH,值。,在溶酶体中,(,红色,),的,pH,值约为,5,；,而内体中,(,兰色和绿色,)pH,从,5.5,到,6.5,。,2,、次级溶酶体,(secondary,lysosome,),是初级溶酶体与吞噬泡融合后形成的消化泡，是正在进行消化的溶酶体，内含水解酶和相应底物,根据底物来源的不同，又可分为,2,种类型,:,异噬溶酶体,(,phagolysosome,):,消化的物质是经吞噬或胞饮所摄入的细胞外物质,自噬溶酶体,(,autophagolysosome,):,消化的物质来细胞内蜕变、破损的细胞器或局部细胞质。,次级溶酶体,3,、残体,又称后溶酶体,(post-,lysosome,),已失去酶活性，仅留未消化的残渣。,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。,肝细胞中的脂褐质,三、溶酶体的功能,主要进行细胞内消化，与细胞防御及自溶有关,异体吞噬,及防御作用：通过溶酶体的作用，保护细胞免受细菌与病毒的浸染，多细胞动物具专门的吞噬细胞。,自体吞噬,:,是溶酶体对细胞自身结构的吞噬降解,清除无用的生物大分子，受损及衰老细胞器等，也为细胞器的构建提供原料,自溶作用,(autolysis),：是细胞的自我毁灭，即溶酶体将酶释放出来将细胞自身全部降解,其它一些功能,:,细胞凋亡,：注定要消除的细胞出芽形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化。,为细胞提供营养物,:,内吞并降解,LDL,获得胆固醇,参与分泌调节,:,如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。,形成精子顶体,：顶体释放出溶酶体酶，溶解卵子的外被及滤泡细胞,产生通道,使精子进入卵细胞,溶酶体的功能,四、溶酶体的发生,初级溶酶体是在高尔基体的,trans,面以出芽方式形成，其形成过程,:,RER,上合成溶酶体蛋白,ER,腔糖基化修饰高尔基体,Cis,面膜囊,N-,乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑将,N-,乙酰葡糖胺磷酸转移在,12,个甘露糖残基上在中间膜囊切去,N-,乙酰葡糖胺形成,M6P,配体与,trans,膜囊上,M6P,受体结合选择性地包装成初级溶酶体。,Biogenesis of,Lysosomes,M6P,途径,:,溶酶体酶运输主要途径,溶酶体酶前体从,RER,运到高尔基体顺面，在那里甘露糖残基被磷酸化。,在,TGN,磷酸化的酶结合到,M6P,受体,受体指导酶进入网格蛋白有被小泡。,网格蛋白解离成无被小泡，与初级内体融合。,低,pH,下，酶从,M6P,受体上解离，脱磷酸化。,受体再循环回到高尔基体,酶进入运输泡，运输泡由次级内体出芽形成，和溶酶体融合,五、内体（,endosome,）,细胞内一种膜结合细胞器，有初级内体,(early,endosome,),和次级内体,(late,endosome,),主要特征是酸性、但不含溶酶体酶,初级内体是由内吞形成的含内吞物的膜结合细胞器，是指状或小泡状的网络结构集合体,次级内体呈酸性，具分拣作用，能分选结合物的受体，让受体再循环到质膜或高尔基体,六、溶酶体与疾病,1.,矽肺,(silicosis):,石末沉着病，磨工病,SiO,2,尘粒吸入肺泡被巨噬细胞吞噬，含矽尘的吞噬体与溶酶体融合。吞噬的,SiO,2,不能消化，且表面形成硅酸，硅酸的羧基与溶酶体膜脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞破坏，矽尘释出，又被其它巨噬细胞吞噬，如此反复。,受损或破坏的巨噬细胞释放,“,致纤维化因子,”,，激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化，弹性降低，呼吸功能下降,2.,各类贮积症,(storage disease):,由遗传缺陷引起，溶酶体酶发生变异，功能丧失，底物在溶酶体中贮积，影响细胞功能，常见的贮积症有：,(1),台,-,萨氏综合症,(,Tay,-Sachs,diesease,),：又称黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺氨基已糖酯酶,A,导致神经节苷脂,GM2,积累，影响细胞功能。,患者表现为渐进性失明、痴呆和瘫痪，,26,岁死亡。主要出现在犹太人群中。,台,-,萨氏综合征神经元中同心圆状的溶酶体,(2)II,型糖原累积病,(,Pompe,病,),：常染色体缺陷遗传病,.,溶酶体缺,-1,4-,葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体积累，使心肝舌肿大和骨骼肌无力。,患者多为小孩,两周岁前死亡,(3),Gaucher,病,:,脑苷脂沉积病,巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏,-,葡萄糖苷酶造成。葡萄糖脑苷脂沉积在溶酶体,巨噬细胞变成,Gaucher,细胞,患者肝脾淋巴肿大，中枢神经发生退行性变化，常在,1,岁内死亡。,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,Farber,s,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,Krabbe,s,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,神经鞘脂贮,积病,(4),细胞内含物病,(inclusion-cell disease,，,I-cell disease),：严重的贮积症，,N-,乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起，导致高尔基体中加工的溶酶体酶不能形成,M6P,分选信号，酶被运出胞外。,病人成纤维细胞溶酶体中没水解酶，使底物在溶酶体中大量贮积，形成,“,包涵体,(inclusion),”,。,病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具,M6P,之外的途径。,3.,肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌酶，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬，最终引起肺组织钙化和纤维化,4.,类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。,第五节 过氧化物酶体,(,peroxisome,),一、形态结构,过氧化物酶体又称微体,(,microbody,),，由,Rhodin,(1954),首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。,具异质性，在不同生物及不同发育阶段不同。直径约,0.21.5um,，由单层膜围绕而成。,普遍存在于真核细胞，肝、肾细胞尤丰富,共同特点是含,1,至多种依赖于黄素,(,flavin,),的氧化酶和过氧化氢酶，已发现,40,多种氧化酶，以尿酸氧化酶,(,urate,oxidase,),含量高，有些种类形成酶结晶构成的核心。,标志酶为,过氧化氢酶,，作用是将,H,2,O,2,水解,过氧化物酶体与溶酶体不同，不是来源于,ER,和高尔基体。,人肝细胞过氧化物酶体,(Ps,，没有尿酸氧化酶结晶,),烟草叶肉细胞的过氧化物酶体,(,中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心,),二、过氧化物酶体的功能,1.,防止细胞产生,H,2,O,2,，对细胞起保护作用,各类氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。,RH,2,+O,2,R+H,2,O,2,氢的过氧化物有毒，过氧化物酶体可通过两种方式消除细胞中的过氧化氢,(1),过氧化氢酶可利用,H,2,O,2,，将其它底物,(,如醛、醇、酚,),氧化,.,反应为,:RH,2,+H2,O,2,R+2H,2,O,(2),过氧化氢酶亦直接使过氧化氢还原成水：,2H,2,O,2,2H,2,O+O,2,2.,使毒性物质失活,过氧化氢酶可利用,H,2,O,2,氧化各种底物，如酚、甲酸、甲醛、乙醇等，使有毒物变成无毒物,这种作用对于肝、肾细胞尤为重要。人饮入的乙醇一半是以这种方式被氧化成乙醛。,3.,对氧的调节作用,细胞中的氧主要由,2,种细胞器消耗：线粒体和过氧化物酶体。低氧时，线粒体利用氧的能力比过氧化物酶体强；高氧时，过氧化物酶体的氧化反应占主导地位，使细胞免受高浓度氧的毒害,4.,脂肪酸的氧化,动物中过氧化物酶体参与了脂肪酸,氧化，动物组织,25-50%,脂肪酸由过氧化物酶体氧化，其它由线粒体氧化。,5.,含氮物质的代谢,尿酸是核苷酸和某些蛋白质降解代谢的产物，尿酸氧化酶可氧化去除这种代谢废物,在植物中过氧化物酶体主要作用有：,参与光呼吸,，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢,;,种子萌发时，进行,脂肪,-,氧化,，产生乙酰辅酶,A,，经乙醛酸循环，产生乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体,(,glyoxysome,),。,三、过氧化物酶体的生物发生,从,系统发生角度,看，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，大气中的氧含量逐渐提高，而氧对早期的生物具毒害作用，过氧化物酶体的功能是消除细胞内的氧，并产生细胞所需要的某些代谢物。,过氧化物酶体中黄素蛋白、氧化酶和过氧化氢酶间可形成简单的呼吸链，但没能量转换功能。线粒体产生后取代了过氧化物酶体的这种功能，且电子传递与,ATP,合成相偶联,从,个体发生角度,看，过氧化物酶体来源于已存在过氧化物酶体的分裂。,过氧化物酶体中所有的酶都由核基因编码，在,cytosol,中合成，由信号肽,(-Ser-,Lys-Leu-COO,-),引导，进入过氧化物酶体。,Zellweger,综合症是与过氧化物酶体有关的遗传病，也叫脑肝肾综合症，患者过氧化物酶体中，酶蛋白输入有关的蛋白变异，过氧化物酶体是,“,空的,”,。脑、肝、肾异常，出生,3-6,月死亡,第六节,:,蛋白质分选与膜泡运输,哺乳动物细胞中可检出的蛋白质达,1-2,万种，除少数在线粒体和叶绿体合成外，绝大多数都在核糖体合成，然后通过特定机制转运到细胞特定部位。该过程称,蛋白质定向运输,(protein targeting),或,分选,(protein sorting).,一、蛋白质分选的基本途径与类型,蛋白质分选有,2,种途径：,在,cytosol,中完成多肽链合成，转运到,cytosol,特定部位和一些细胞器：细胞核、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体,蛋白质在,RER,合成，经高尔基体运至溶酶体、细胞质膜或细胞外，,ER,和高尔基体自身的蛋白成分也由这条途径完成,依蛋白类型和运输方式，又将蛋白质分选分为,4,种类型：,1.,蛋白质跨膜转运：,cytosol,中合成的蛋白质转运到,ER,线粒体,质体和过氧化物酶体,.,2.,膜泡运输：通过运输小泡进行运输,3.,选择性门控转运：指,cytosol,中合成的蛋白通过核孔复合体选择性地进出细胞核,4.,cytosol,中蛋白质转运,蛋白质分选途径,二、蛋白质分选信号,细胞内至少有两类蛋白质分选信号：,1.,信号序列,：蛋白质一级结构中的线性序列,.,2.,信号斑,(,signal patch),：蛋白质折叠时，不相邻信号序列折叠在一起构成信号斑,了解较少,信号序列决定特定蛋白的转运方向：输入,ER,的蛋白质,N,端有一段信号序列；由高尔基体返回,ER,的蛋白质，,C,端的,KDEL,序列。,两类分选信号,一些典型的分选信号,功能,信号序列,输入细胞核,-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-,输出细胞核,-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-,输入线粒体,+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-,输入质体,+H,3,N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu-,Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu,-,Gln-Gly,-,输入过氧化物酶体,-Ser-,Lys-Leu-COO,-,输入内质网,H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-,Glu-Val-Phe-Gln,-,返回内质网,-,Lys-Asp-Glu-Leu-COO,-,（,KDEL,）,由质膜到内体,Tyr,-X-X-,三、膜泡运输,细胞必须具精密而有效的机制，确保,RER,合成的各种蛋白，在高尔基体,TGN,通过形成不同的转运泡被分选转运，各就各位，发挥其功能。,膜泡运输是蛋白质运输的一种特有方式，普遍存在于真核细胞，除蛋白质加工修饰外，还涉及各种不同膜泡定向运输及复杂的调控过程,运输小泡是在膜的特定区域以,出芽,方式产生。表面有一个由蛋白质构成的衣被,(coat),。,衣被有,2,个主要作用：,选择性地将特定蛋白聚在一起，形成运输小泡,如同模具一样决定运输小泡的外部特征，使相同性质的运输小泡具相同的形状和体积。,(,一,),有被小泡及其类型,细胞分泌和内吞过程，膜上形成的小泡常由不同蛋白质包被，称有被小泡,(coated vesicles),，已发现有,3,种类型的有被小泡具物质运输作用。,1.,网格蛋白有被小泡,(,calthrin,-coated vesicles),：从高尔基体,TGN,出芽形成的选择性分泌小泡，包括溶酶体酶运输小泡及细胞质膜由受体介导的内吞泡，都是由网格蛋白参与形成，这些小泡表面都包裹着一层聚合的网格蛋白,第二种类型是,COP,被膜小泡,，它是介导非选择性运输的一种小泡。这种小泡参与从,ER,到高尔基体内侧网络，从高尔基体内侧网络到中间膜囊、从中间膜囊到高尔基体,TGN,网络的运输。这种小泡表面