細(xì)胞分子生物學(xué)

1、1細(xì)胞分子生物學(xué)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成部位和去向2蛋白質(zhì)合成部位-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)簡(jiǎn)介 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum, ER）是真核細(xì)胞重要的細(xì)胞器。它由封閉的膜系統(tǒng)及其圍成的腔形成相互溝通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通常占細(xì)胞膜系統(tǒng)的一半左右，體積約占細(xì)胞總體積的10%以上。在不同類型的細(xì)胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的數(shù)量，類型與形態(tài)差異很大。同一細(xì)胞在不同發(fā)育階段和不同的生理狀態(tài)下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和功能也發(fā)生明顯變化。在細(xì)胞周期的各個(gè)階段，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的變化是極其復(fù)雜的。細(xì)胞分裂時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)要經(jīng)歷解體和重建的過程。3蛋白質(zhì)合成部位-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)簡(jiǎn)介由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的存在，大大增加了細(xì)胞內(nèi)膜的表面積，為多種酶特別是多酶體系提供了大

2、面積的結(jié)合位點(diǎn)。同時(shí)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的完整封閉體系，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的物質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的物質(zhì)分隔開來，更有利于它們的加工和運(yùn)輸。4內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 ER主要功能是合成蛋白質(zhì)和脂類，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂類除滿足自身需要外，還提供給高爾基體、溶酶體、內(nèi)體、質(zhì)膜、線粒體、葉綠體等膜性細(xì)胞結(jié)構(gòu)。 ER膜中含大約60%的蛋白和40%的脂類，脂類主要成分為磷脂，磷脂酰膽堿含量較高，鞘磷脂含量較少，沒有或很少含膽固醇。ER約有30多種膜結(jié)合蛋白，另有30多種位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，這些蛋白的分布具有異質(zhì)性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，被認(rèn)為是標(biāo)志酶，核糖體結(jié)合糖蛋白（riboph

3、orin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。 5內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分類 根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分為兩種基本類型： 一.糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) （rough endoplasmic reticulum, rER） 二.光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) （smooth endoplasmic reticulum, sER） 6糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)多呈扁囊狀，排列較為整齊，因在其膜表面分布著大量的核糖體而命名。它是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體共同形成的復(fù)合機(jī)能結(jié)構(gòu)，其主要功能是合成分泌性的蛋白和多種膜蛋白。因此在分泌細(xì)胞（如胰腺腺泡細(xì)胞）和分泌抗體的漿細(xì)胞中，糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，而在一些未分化的細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞中則較為稀少。 糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)

4、網(wǎng)7圖為內(nèi)質(zhì)網(wǎng),其中的顆粒狀物質(zhì)為核糖體8光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 表面沒有核糖體結(jié)合的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)常為分支管狀，形成較為復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂質(zhì)合成的重要場(chǎng)所，細(xì)胞中幾乎不含有純的光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，它們只是作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)這一連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)所占的區(qū)域通常較小，往往作為出芽的位點(diǎn)，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)或脂質(zhì)轉(zhuǎn)移到高爾基體內(nèi)。 9rER的形態(tài)（右圖）sER的形態(tài)（左圖）10信號(hào)肽指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成 C. Milstein（1972）發(fā)現(xiàn)從骨髓瘤細(xì)胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到細(xì)胞外的N端多出一段。G. Blobel和D. Sabatini等根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，提出了

5、信號(hào)假說（Signal hypothesis），認(rèn)為蛋白質(zhì)上的信號(hào)肽，指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。Blobel因此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。11蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及的成分 信號(hào)肽（signal peptide），是引導(dǎo)新合成肽鏈轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一段多肽，位于新合成肽鏈的N端，一般1630個(gè)氨基酸殘基，含有6-15個(gè)帶正電荷的非極性氨基酸，由于信號(hào)肽又是引導(dǎo)肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的一段序列，又稱開始轉(zhuǎn)移序列（start transfer sequence）。 信號(hào)識(shí)別顆粒（signal recognition particle，SRP），由6種結(jié)構(gòu)不同的多肽組成，結(jié)合一個(gè)7S RNA，分

6、子量325KD，屬于一種核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP與信號(hào)序列結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成暫停。12蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及的成分 SRP受體（SPR receptor），是膜的整合蛋白，為異二聚體蛋白，存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，可與SRP特異結(jié)合。 停止轉(zhuǎn)移序列（stop transfer sequence），肽鏈上的一段特殊序列，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高，能阻止肽鏈繼續(xù)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，使其成為跨膜蛋白質(zhì)。 轉(zhuǎn)位因子（translocator），由3-4個(gè)Sec61蛋白復(fù)合體構(gòu)成的一個(gè)類似炸面圈的結(jié)構(gòu)，每個(gè)Sec61蛋白由三條肽鏈組成。 13蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程 信號(hào)肽與SRP結(jié)

7、合肽鏈延伸終止SRP與受體結(jié)合SRP脫離信號(hào)肽肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時(shí)信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號(hào)肽切除肽鏈延伸至終止翻譯體系解散。這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，稱為co-translation。14蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的過蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的過程程 15一些信號(hào)肽序列 蛋白質(zhì)信號(hào)序列 Preproalbumin: Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser- Gly-Ser-Ala-Phe-SerArg Pre-IgG light chain: Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gl

8、n-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly- Thr-Arg-CysAsp Prelysozyme: Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-GlyLys 16 包括糖基化、羥基化、?；⒍蜴I形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化的作用是： 使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號(hào)的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行的為N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖(nucleotide

9、 sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移到膜上的磷酸長(zhǎng)醇（dolichol phosphate）分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)到新合成肽鏈特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺殘基上.蛋白質(zhì)的修飾與加工蛋白質(zhì)的修飾與加工17 糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：1. O-連接的糖基化（O-linked glycosylation）：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進(jìn)行O-連接的糖基化。2. N-連接的糖基化（N-linked glycosylatio

10、n）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺蛋白質(zhì)的糖基化蛋白質(zhì)的糖基化18N-連接的糖基化 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 200219 合成膜脂：大多數(shù)膜只是完全在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成的，例外的情況包括：鞘磷脂是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上開始合成的，但完成于高爾基體；某些線粒體和葉綠體獨(dú)有的膜脂是駐留在這些細(xì)胞器中的酶催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑運(yùn)輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，溶酶體和質(zhì)膜上，或借磷脂轉(zhuǎn)移蛋白（phospholipid transfer protein，PTP）形成水溶性復(fù)合物，轉(zhuǎn)至其他膜上。 甾體類激素的合成：在生殖腺和腎上腺的內(nèi)分泌細(xì)胞中

11、，SER、線粒體，可能還有高爾基體上的一些酶共同參與甾體類激素的合成. 調(diào)節(jié)血糖濃度：使葡糖6-磷酸水解為磷酸和葡萄糖，釋放糖至血液中。細(xì)胞中的糖元可被酶轉(zhuǎn)化為葡糖1-磷酸，再轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸?-磷酸，但由于膜對(duì)磷酸化的糖是高度不通透的，葡糖6-磷酸只有在去磷酸化以后才能通過質(zhì)膜，進(jìn)入血液。 ER的其它功能的其它功能20 形成一些特殊結(jié)構(gòu)：如肌細(xì)胞中的SER特化成的肌質(zhì)網(wǎng)可儲(chǔ)存鈣離子，作為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)物質(zhì)。 支撐作用：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的膜，形成了一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供機(jī)械支撐作用，并成為細(xì)胞質(zhì)中酶附著的支架。 解毒作用：SER中的P450酶系屬于單加氧酶（monooxygenase），又稱為多功能氧化

12、酶 (mixed function oxidase)、羥化酶(hydroxylase)，因其還原態(tài)的吸收峰在450nm處，故名。主要分布在SER中，但也存在于質(zhì)膜、線粒體、高爾基體、過氧化物酶體、核膜等細(xì)胞器的膜中，具有解毒作用，通?？蓪⒅苄杂卸疚镔|(zhì)，代謝為水溶性物質(zhì)，使有毒物質(zhì)排出體外。有時(shí)也會(huì)將致癌物代謝為活性致癌物。P450種類繁多，但都是與其他輔助成分組成一個(gè)呼吸鏈來實(shí)現(xiàn)其功能，呼吸鏈中的P450還原酶實(shí)際就是一種黃素蛋白。P450催化O2分子中的一個(gè)原子加到底物分子上使之羥化，另一個(gè)氧原子被NADH或NADPH提供的氫還原生成水，在此氧化過程中無高能磷酸化合物生成。ER的其他功能的

13、其他功能21蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 的的 去去 向向 細(xì)胞中的蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并都是起始于細(xì)胞基質(zhì)之中有些蛋白質(zhì)剛起始合成不久便轉(zhuǎn)移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，繼續(xù)進(jìn)行蛋白質(zhì)合成在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，多肽鏈一邊延伸一邊穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，以這種方式合成的蛋白質(zhì)主要包括：221.向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì)向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì) 向細(xì)胞外分泌的蛋白，如胰腺細(xì)胞分泌的酶，漿細(xì)胞分泌的抗體，小腸杯狀細(xì)胞分泌的粘蛋白，內(nèi)分泌腺分泌多肽類激素以及胞外基質(zhì)成分等這類蛋白質(zhì)長(zhǎng)以分泌泡的形式通過細(xì)胞的胞吐輸送到細(xì)胞外，而且這種蛋白運(yùn)輸?shù)姆绞揭怖诜置谶^程的調(diào)控23 細(xì)胞膜上的膜蛋白及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體和溶酶體膜上的膜蛋白等具有

14、方向性，其方向性在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成就已確定，在以后的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，其拓?fù)鋵W(xué)特征始終保持不變2.2.膜膜 的的 整整 合合 蛋蛋 白白24 有些駐留蛋白需要與其他細(xì)胞組分嚴(yán)格隔離，如溶酶體與植物液泡中的酸性水解酶類；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體和胞內(nèi)體（endosome）中固有的蛋白以及其他有重要生物活性的蛋白，在合成后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，便于與其他細(xì)胞組分進(jìn)一步區(qū)分，也有利于對(duì)他們的加工與活化3.構(gòu)成細(xì)胞器中可溶性駐留蛋白25Thank you for your attention & concern!2627高爾基復(fù)合體示意圖高爾基復(fù)合體示意圖28一些信號(hào)肽序列 蛋白質(zhì)信號(hào)序列 Preproalbumin:

15、Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser- Gly-Ser-Ala-Phe-SerArg Pre-IgG light chain: Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly- Thr-Arg-CysAsp Prelysozyme: Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-GlyLys 29 包括糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形

16、成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化的作用是： 使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號(hào)的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行的為N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移到膜上的磷酸長(zhǎng)醇（dolichol phosphate）分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)到新合成肽鏈特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺殘基上.蛋白質(zhì)的修飾與加工蛋白質(zhì)的修飾與加工30 糖基一般連接在4種氨基酸上，

17、分為2種：1. O-連接的糖基化（O-linked glycosylation）：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進(jìn)行O-連接的糖基化。2. N-連接的糖基化（N-linked glycosylation）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺蛋白質(zhì)的糖基化蛋白質(zhì)的糖基化31N-連接的糖基化 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 200232 合成膜脂：大多數(shù)膜只是完全在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成的，例外的情況包括：鞘磷脂是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上開始合成的，但完成于高爾基體；某些線粒體和葉綠體獨(dú)有的膜脂是駐留在這些

18、細(xì)胞器中的酶催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑運(yùn)輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，溶酶體和質(zhì)膜上，或借磷脂轉(zhuǎn)移蛋白（phospholipid transfer protein，PTP）形成水溶性復(fù)合物，轉(zhuǎn)至其他膜上。 甾體類激素的合成：在生殖腺和腎上腺的內(nèi)分泌細(xì)胞中，SER、線粒體，可能還有高爾基體上的一些酶共同參與甾體類激素的合成. 調(diào)節(jié)血糖濃度：使葡糖6-磷酸水解為磷酸和葡萄糖，釋放糖至血液中。細(xì)胞中的糖元可被酶轉(zhuǎn)化為葡糖1-磷酸，再轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸?-磷酸，但由于膜對(duì)磷酸化的糖是高度不通透的，葡糖6-磷酸只有在去磷酸化以后才能通過質(zhì)膜，進(jìn)入血液。 ER的其它功能的其它功能33 形成一些特殊結(jié)構(gòu)：如肌細(xì)胞中

19、的SER特化成的肌質(zhì)網(wǎng)可儲(chǔ)存鈣離子，作為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)物質(zhì)。 支撐作用：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的膜，形成了一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供機(jī)械支撐作用，并成為細(xì)胞質(zhì)中酶附著的支架。 解毒作用：SER中的P450酶系屬于單加氧酶（monooxygenase），又稱為多功能氧化酶 (mixed function oxidase)、羥化酶(hydroxylase)，因其還原態(tài)的吸收峰在450nm處，故名。主要分布在SER中，但也存在于質(zhì)膜、線粒體、高爾基體、過氧化物酶體、核膜等細(xì)胞器的膜中，具有解毒作用，通?？蓪⒅苄杂卸疚镔|(zhì)，代謝為水溶性物質(zhì)，使有毒物質(zhì)排出體外。有時(shí)也會(huì)將致癌物代謝為活性致癌物。P450種類繁多，但都是與其他輔助成分組成一個(gè)呼吸鏈來實(shí)現(xiàn)其功能，呼吸鏈中的P450還原酶實(shí)際就是一種黃素蛋白。P450催化O2分