细胞质基质与细胞内膜系统(3).ppt

第七章第七章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质与细胞内膜系统细胞外基质细胞外基质细胞膜细胞膜核核内膜内膜系统系统细胞质基质细胞质基质细细胞胞质质信号信号传导传导1可编辑版7.17.1细胞质基质的涵义与功能细胞质基质的涵义与功能 主要成分：主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构细胞质骨架结构等等。概念：概念：真核细胞质中，除去可分辨的细胞真核细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。器以外的胶状物质。2可编辑版 细细胞胞质质基基质质是是一一个个高高度度有有序序的的体体系系；通通过过弱弱键键而而相相互互作作用处于动态平衡的结构体系。用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质组分的主要特点：3可编辑版7.2 7.2 内膜系统内膜系统概念：概念：是指真核细胞中由膜围成的，在结构、功能乃至发生上是指真核细胞中由膜围成的，在结构、功能乃至发生上有密切关系的细胞器或细胞结构。主要包括有密切关系的细胞器或细胞结构。主要包括细胞核、内质网、细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体等高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体等。这些膜是相互流动的，处于动态平衡，功能上相互协调，内膜这些膜是相互流动的，处于动态平衡，功能上相互协调，内膜系统使细胞质基质区域化。系统使细胞质基质区域化。4可编辑版7.2.1 内质网内质网 Endoplasmic Reticulum,ER形态形态 ER ER 存存在在于于真真核核细细胞胞中中，由由单单位位膜膜围围成成的的小小管管、小小泡泡或扁囊连接而成的连续的网状膜系统。或扁囊连接而成的连续的网状膜系统。5可编辑版内质网种类内质网种类根据是否附有核糖体：根据是否附有核糖体：糙面内质网糙面内质网(RER)光面内质网光面内质网(SER)合成分泌蛋白质合成分泌蛋白质 合成脂类合成脂类主要功主要功能：能：一般在蛋白质合成旺盛的细胞，一般在蛋白质合成旺盛的细胞，RERRER较多；较多；参与脂肪代谢的细胞，多为参与脂肪代谢的细胞，多为SERSER；6可编辑版1.1.蛋白质的合成蛋白质的合成 粗面内质网上合成粗面内质网上合成分泌蛋白分泌蛋白、膜蛋白膜蛋白、细细胞器中可溶性驻留蛋白胞器中可溶性驻留蛋白。其它部位所需蛋白质都是由其它部位所需蛋白质都是由游离核糖体游离核糖体合成。合成。注意：注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是并都是起始于细胞质基质中。起始于细胞质基质中。内质网的功能内质网的功能7可编辑版8内膜系统的内膜系统的动态特性动态特性8可编辑版2.2.蛋白质的修饰和加工蛋白质的修饰和加工修饰：修饰：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等 糖基化糖基化：发生在发生在ERER腔面腔面，是，是在在糖基转移酶糖基转移酶作用下作用下.N-linked glycosylation（Asn）9可编辑版 新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装非还原性的内腔，易于二硫键形成；非还原性的内腔，易于二硫键形成；p二二硫硫键键异异构构酶酶（proteindisulfide isomerase，PDI）切切断断二二硫硫键键，帮帮助助新新合合成成的的蛋蛋白白重重新新形形成成二二硫硫键键并并处处于于正正确确折折叠叠的状态的状态；p结结合合蛋蛋白白（Binding protein，Bip，chaperone）属属于于热热休休克蛋白克蛋白Hsp70家族成员家族成员。10可编辑版3.3.脂质的合成（脂质的合成（光面内质网）光面内质网）ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）磷脂的转运方式:p 出芽(budding)：ERGC、Ly、PM p 可溶性的载体蛋白（phospholipid exchange proteins,PEP）：磷脂分子+PEP细胞质基质靶膜11可编辑版7.2.2 高尔基复合体高尔基复合体高高尔尔基基为为意意大大利利科科 学学 家家 Camillo Golgi在在 1898年年发现的。发现的。12可编辑版高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构高尔基体（高尔基体（Golgi body）是内膜系统的一部分，由许多）是内膜系统的一部分，由许多扁囊、扁囊、小泡、大泡小泡、大泡组成，也称高尔基器（组成，也称高尔基器（Golgi apparatus）或高尔基）或高尔基复合体（复合体（Golgi complex）13可编辑版高高尔尔基基复复合合体体的的结结构构:高尔基顺面网状结构：高尔基顺面网状结构：(ciscis-Golgi network,-Golgi network,CGN)CGN)顺面、形成面顺面、形成面,面向核面向核中间膜囊中间膜囊 (medial cisternae)(medial cisternae)高尔基反面网状结构高尔基反面网状结构 (transtrans Golji Golji network,TGN)network,TGN)外侧面、成熟面外侧面、成熟面化化学学组组成成:蛋白质、多糖和脂蛋白质、多糖和脂高尔基复合体的标志酶是高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶糖基转移酶。14可编辑版高尔基体是极性细胞器 p 排列有方向性：顺面排列有方向性：顺面(cis face)或称输入面靠近细胞核；或称输入面靠近细胞核；反面反面(trans face)或称输出面靠近细胞膜。或称输出面靠近细胞膜。p 物质转运方向性：物质从一侧进入，另一侧输出物质转运方向性：物质从一侧进入，另一侧输出。p 生化极性：高尔基体各膜囊中酶及其它结构成分不同，生化极性：高尔基体各膜囊中酶及其它结构成分不同，功能也不相同。功能也不相同。15可编辑版嗜锇反应嗜锇反应TPP酶反应酶反应CMP酶反应酶反应NADP酶反应酶反应种标志细胞化学反应种标志细胞化学反应16可编辑版高尔基体的功能高尔基体的功能 蛋白质运输蛋白质运输 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 蛋白质的水解蛋白质的水解17可编辑版高尔基体的蛋白运输作用高尔基体的蛋白运输作用12318可编辑版ER驻留蛋白的运输驻留蛋白的运输驻留机制驻留机制内质网驻留信号内质网驻留信号(ER retention signal):Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即，即KDELKDEL信号序列信号序列KDELKDEL信号受体信号受体 高尔基体膜高尔基体膜:有识别该信有识别该信号的受体号的受体,形成小泡形成小泡,将逃逸的蛋将逃逸的蛋白送回；白送回；内质网膜内质网膜:有识别该信号的有识别该信号的受体受体,接收逃逸的蛋白；接收逃逸的蛋白；19可编辑版 GC中蛋白质的糖基化中蛋白质的糖基化 O O-连接的糖基化连接的糖基化 将将糖糖链链转转移移到到多多肽肽链链的的丝丝氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸或或羟羟赖赖氨氨酸酸的的-OH-OH上上，称称为为O-O-连接的糖基化。连接的糖基化。N N-连接的寡聚糖进一步加工：连接的寡聚糖进一步加工：内内质质网网上上：磷磷酸酸多多萜萜醇醇上上的的糖糖基基转转移移到到多多肽肽的的天天冬冬酰酰胺胺（AsnAsn）上；上；高高尔尔基基体体：加加工工，切切除除葡葡萄萄糖糖和和部部分分甘甘露露糖糖分分子子，添添加加特特定定的的单单糖，形成成熟的糖蛋白。糖，形成成熟的糖蛋白。20可编辑版7.2.3 溶酶体溶酶体(lysosome)动动 物物 细细 胞胞 内内 的的 一一 种种 细细 胞胞 器器。是是 一一 种种 异异 质质 性性(heterogenous)(heterogenous)的的细细胞胞器器,呈呈小小球球状状,外外面面由由一一层层单单位膜包被。大小形态各异。位膜包被。大小形态各异。植物细胞中？植物细胞中？溶酶体的发现溶酶体的发现21可编辑版电电子子显显微微镜镜下下的的溶溶酶酶体体22可编辑版溶酶体膜稳定性溶酶体膜稳定性溶酶体的膜上嵌有质子泵溶酶体的膜上嵌有质子泵，将质子泵入溶酶体，使，将质子泵入溶酶体，使H H值降低；值降低；溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运；溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运；溶酶体的膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白的降溶酶体的膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白的降解；解；溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇。溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇。23可编辑版溶酶体的酶类溶酶体的酶类 种类种类:A typical lysosome contains approximately 50 different hydrolytic enzymes The enzymes of a lysosome all have their optimal activity at an acid pH and thus are acid hydrolases（酸（酸性水解酶）性水解酶）,which is approximately 4.6 少少量量的的溶溶酶酶体体酶酶泄泄漏漏到到细细胞胞质质基基质质中中会会不不会会引引起起细细胞损伤胞损伤?酸性磷酸酶酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。是溶酶体的标志酶。24可编辑版溶溶酶酶体体及及其其酶酶类类核酸酶核酸酶蛋白酶蛋白酶糖苷酶糖苷酶酯酶酯酶磷酸酶磷酸酶硫酸酶硫酸酶磷脂酶磷脂酶25可编辑版溶酶体的类型溶酶体的类型 初级溶酶体初级溶酶体(primary lysosome)(primary lysosome)刚刚从反面刚刚从反面GCGC形成的小囊泡，仅含有多种酸性水解酶，但没有作用形成的小囊泡，仅含有多种酸性水解酶，但没有作用底物。底物。次级溶酶体次级溶酶体(secondary lysosome)(secondary lysosome)为正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物。为正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物。后溶酶体后溶酶体(post lysosome)(post lysosome)（残余体）（残余体）已失去酶活性，仅留未消化的物质已失去酶活性，仅留未消化的物质。根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段：26可编辑版 溶酶体的功能溶酶体的功能 吞噬作用吞噬作用(Phagocytosis):外来物质、衰老、死亡的细胞外来物质、衰老、死亡的细胞 自噬作用自噬作用(Autophagy)：细胞内受损、衰老的细胞器、不需要：细胞内受损、衰老的细胞器、不需要的生物大分子。的生物大分子。其它的生理功能其它的生理功能 胚胎发育和形态建成胚胎发育和形态建成 受精作用受精作用(fertilization)27可编辑版异异体体吞吞噬噬28可编辑版围歼线粒体围歼线粒体自噬泡自噬泡图片所示是衰老的线粒体被包裹在一个双层膜结构中。图片所示是衰老的线粒体被包裹在一个双层膜结构中。29可编辑版电镜照片所示是衰老的线粒体和过氧化物酶体被包裹在一电镜照片所示是衰老的线粒体和过氧化物酶体被包裹在一个双层膜结构中。个双层膜结构中。30可编辑版 溶酶体的生物发生溶酶体的生物发生甘露糖甘露糖-6-6-磷酸途径（磷酸途径（M6PM6P）非非甘露糖甘露糖-6-6-磷酸途径磷酸途径:31可编辑版 溶酶体的生物发生溶酶体的生物发生M6P溶酶体酶的合成及溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（连接的糖基化修饰（RER）高尔基体高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶酸转移酶高尔基体高尔基体trans-膜囊膜（膜囊膜（M6P受体）受体）溶酶体酶分选与局部浓缩溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运以出芽的方式转运N-乙酰乙酰葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶32可编辑版溶溶酶酶体体酶酶的的加加工工33可编辑版溶酶体酶的特征溶酶体酶的特征溶溶酶酶体体的的酶酶上上都都有有一一个个特特殊殊的的标标记记甘甘露露糖糖6-6-磷磷酸酸 (mannose 6-phosphate,M6P)。高高尔尔基基体体外外侧侧网网格格上上的的M6PM6P受受体体通通过过对对M6PM6P的的识识别别和和结结合合将将溶酶体的酶分选出来。溶酶体的酶分选出来。34可编辑版绝大多数蛋白质在细胞质基质中的核糖体上开始绝大多数蛋白质在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运至细胞的特定部位，也只有转运合成，然后转运至细胞的特定部位，也只有转运至正确的部位并装配成结构与功能的复合体，才至正确的部位并装配成结构与功能的复合体，才能参与细胞的生命活动。能参与细胞的生命活动。蛋白质的定向运输、分选蛋白质的定向运输、分选35可编辑版p翻译后转运途径翻译后转运途径 在细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕在细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的细胞器，如的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位质基质的特定部位；p共翻译转运途径共翻译转运途径 蛋白质合成起始后转移至粗面内质网，新生肽边合成边蛋白质合成起始后转移至粗面内质网，新生肽边合成边转入粗面内质网腔中，随后经高尔基体运至转入粗面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外分泌到细胞外。Protein Sorting and Export 36可编辑版1975年年，Blobel等正式提出了信号假说等正式提出了信号假说37可编辑版Signal hypothesis过程:信号肽信号识别颗粒信号识别颗粒的受体 合成合成暂停38可编辑版实验组别实验组别 含有编码信号含有编码信号 SRP DP 微粒体微粒体 序列的序列的mRNA 实验结果实验结果 1 +-产生含信号肽的完整多肽产生含信号肽的完整多肽 2 +-合成合成70100氨基酸残基氨基酸残基 后，后，肽链停止延伸肽链停止延伸 3 +-产生含信号肽的完整多肽产生含信号肽的完整多肽 4 +信号肽切除，多肽链进入信号肽切除，多肽链进入 微粒体中微粒体中*“+”和“-”分别代表反应混合物中存在（+）或不存在（-）该物质。在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与在非细胞系统中蛋白质的翻译过程与SRP、DP和微粒体的关系和微粒体的关系39可编辑版信号肽的特性信号肽的特性在蛋白质上的位置在蛋白质上的位置:N-N-端突出的一段肽端突出的一段肽序列特征序列特征 16-2616-26个个（15-3515-35个个）氨氨基基酸酸残残基基，其其中中含含有有4-124-12个疏水残基个疏水残基40可编辑版蛋白质分选信号（蛋白质分选信号（sorting signals）信号功能信号功能举举 例例蛋白进入蛋白进入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滞留在滞留在ER中中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体蛋白进入线粒体+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-进入细胞核进入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-进入过氧化进入过氧化 物酶体物酶体-Ser-Lys-Leu-41可编辑版 信号序列信号序列在蛋白质定位中的作用在蛋白质定位中的作用?42可编辑版细细胞胞内内蛋蛋白白质质的的分分选选途途径径43可编辑版 蛋白质分选定位的三种机制蛋白质分选定位的三种机制 细胞质基质中蛋白质的转运细胞质基质中蛋白质的转运门控运输门控运输（gated transport）通过核孔的运输通过核孔的运输（Transport through nuclear pore）跨膜运输跨膜运输 （Across membrane transport）膜泡运输膜泡运输 （Vesicle translocation）44可编辑版1、门控运输（gated transport）：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。2、跨膜运输（transmembrane transport）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号序列的引导下，通过线粒体上的转位因子，以解折叠的线性分子进入线粒体。45可编辑版 3 3 膜泡运输膜泡运输 (Vesicle translocation）膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。定向运输及其复杂的调控过程。46可编辑版三种不同类型的包被小泡三种不同类型的包被小泡p网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡pCOPII有被小泡有被小泡pCOPI有被小泡有被小泡47可编辑版 在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式三种不同的膜泡运输方式:1.网格蛋白包被小泡介导从高尔基体网格蛋白包被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞质膜和胞内体及溶酶体的运输；内体及溶酶体的运输；2.COPII包被小泡介导从内质网包被小泡介导从内质网高尔基体的运输；高尔基体的运输；3.COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体包被小泡负责将蛋白从高尔基体 内质网。内质网。在从内质网在从内质网高尔基体和高尔基体和/或从高尔基体的或从高尔基体的cis面面trans面的物质转运中也可能涉及到面的物质转运中也可能涉及到COPI包被小泡包被小泡 (物质沿内吞途径的转运未表示在图中物质沿内吞途径的转运未表示在图中)。48可编辑版本章内容到此结束，谢谢大家！1.1.细胞质基质的结构组成及其在细胞生命活动中细胞质基质的结构组成及其在细胞生命活动中的作用。的作用。2.2.蛋白质的分选途径。蛋白质的分选途径。49可编辑版