細(xì)胞生物學(xué)第6章細(xì)胞基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)課件

第七章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞外基質(zhì)細(xì)胞膜核內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)信號(hào)傳導(dǎo)1§6.1細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)

主要成分：中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類(lèi)、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。概念：真核細(xì)胞質(zhì)中，除去可分辨的細(xì)胞器以外的膠狀物質(zhì)。

2細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義

化學(xué)成分：

水（游離水、結(jié)合水）和無(wú)機(jī)鹽

有機(jī)物：中分子(代謝所需要的底物如氨基酸、單糖、核苷酸）大分子（蛋白質(zhì)、多糖、核酸）

狀態(tài)：物質(zhì)的組織高度有序3內(nèi)膜系統(tǒng)概念：是指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、細(xì)胞核、溶酶體、乙醛酸循環(huán)體、液泡6類(lèi)膜結(jié)合細(xì)胞器。這些膜是相互流動(dòng)的，處于動(dòng)態(tài)平衡，功能上相互協(xié)調(diào)5內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性6§6.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

EndoplasmicReticulum,ER◆形態(tài)●ER由封閉的膜系統(tǒng)及其形成的腔構(gòu)成的相互溝通的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。它從核膜延伸至細(xì)胞質(zhì)中，靠近細(xì)胞質(zhì)內(nèi)側(cè)?！馝R的膜占細(xì)胞膜系統(tǒng)的一半●所包圍的體積占細(xì)胞總體積的10%7內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)9內(nèi)質(zhì)網(wǎng)種類(lèi)根據(jù)是否附有核糖體：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(RER)

光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(SER)

合成分泌蛋白質(zhì)合成脂類(lèi)主要功能：10微粒體----細(xì)胞勻漿等人工過(guò)程，破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡11◆蛋白質(zhì)的合成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,膜結(jié)合核糖體,合成分泌蛋白、膜蛋白、細(xì)胞器中可溶性駐留蛋白。其它部位所需蛋白質(zhì)都是由游離核糖體合成。注意：細(xì)胞中蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并都是起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。13◆蛋白質(zhì)的修飾和加工修飾：糖基化、羥基化、?；?、二硫鍵形成等

糖基化：發(fā)生在ER腔面，是在糖基轉(zhuǎn)移酶作用下.N-linkedglycosylation（Asn）O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）?；l(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)：軟脂酸→Cys14新生肽的折疊與組裝：非還原性的內(nèi)腔，易于二硫鍵形成；

正確折疊涉及駐留蛋白：二硫鍵異構(gòu)酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)

結(jié)合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）識(shí)別錯(cuò)誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進(jìn)重新折疊與裝配。15◆其它功能糖原分解與游離葡萄糖釋放解毒作用:光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有豐富的氧化酶系統(tǒng)(如細(xì)胞色素P450、NADH細(xì)胞色素C還原酶等)能使許多有害物質(zhì)解毒,轉(zhuǎn)化為易于排出的物質(zhì)。Ca2+離子濃度的調(diào)節(jié)作用:

Ca2+儲(chǔ)存庫(kù),參與信號(hào)傳導(dǎo)17§6.3高爾基復(fù)合體◆高爾基器(Golgiapparatus)或高爾基復(fù)合體(Golgicomplex)◆意大利科學(xué)家CamilloGolgi在1898年發(fā)現(xiàn)的。18高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)19高爾基體的極性:◆高爾基內(nèi)側(cè)網(wǎng)絡(luò)(cis-Golginetwork,CGN)順面、形成面,面向核◆中間膜囊(medialcisternae)◆高爾基外側(cè)網(wǎng)絡(luò)

(transGoljinetwork,TGN)

外側(cè)面、成熟面化學(xué)組成:◆蛋白質(zhì)和脂:◆高爾基復(fù)合體的標(biāo)志酶是糖基轉(zhuǎn)移酶。21４種標(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)◆

嗜鋨反應(yīng)的高爾基體cis面膜囊；◆

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示trans面1～2層膜囊；◆

胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示靠近trans面膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)◆

煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示中間扁平囊22

RegionsoftheGolgiapparatus

嗜鋨反應(yīng)TTP酶反應(yīng)CMP酶反應(yīng)NADP酶反應(yīng)23高爾基體的蛋白運(yùn)輸作用123交通警察！25蛋白質(zhì)運(yùn)輸◆ER到高爾基體內(nèi)側(cè)的運(yùn)輸◆ER蛋白的逆向運(yùn)輸◆高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾基體外側(cè)運(yùn)輸以及向溶酶體和細(xì)胞膜的運(yùn)輸26蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工類(lèi)型◆無(wú)生物活性的蛋白原（proprotein）高爾基體切除N-端或兩端的序列成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素及血清白蛋白等?！舻鞍踪|(zhì)前體高爾基體水解同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽等?！艉胁煌盘?hào)序列的蛋白質(zhì)前體高爾基體加工成不同的產(chǎn)物。◆同一種蛋白質(zhì)前體不同細(xì)胞、以不同的方式加工不同的多肽。29§6.3溶酶體(lysosome)◆動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器。植物細(xì)胞中？◆小球狀,外面由一層單位膜包被◆是一種異質(zhì)性(heterogenous)的細(xì)胞器,呈小球狀。大小變化很大，直徑一般0.25～0.8μm，最大的可超過(guò)1μm,最小的直徑只有25-50nm◆溶酶體含有50多種水解酶類(lèi),在細(xì)胞內(nèi)起消化和保護(hù)作用◆當(dāng)細(xì)胞被損傷時(shí),溶酶體可釋放出水解酶類(lèi),使細(xì)胞自溶溶酶體的發(fā)現(xiàn)30電子顯微鏡下的溶酶體31溶酶體膜穩(wěn)定性◆溶酶體的膜上嵌有質(zhì)子泵◆溶酶體的膜上具有多種載體蛋白用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)◆溶酶體的膜蛋白高度糖基化◆溶酶體的膜含有能促進(jìn)膜穩(wěn)定性的膽固醇32溶酶體的酶類(lèi)◆種類(lèi):

●Atypicallysosomecontainsapproximately50differenthydrolyticenzymes

●TheenzymesofalysosomeallhavetheiroptimalactivityatanacidpHandthusareacidhydrolases（酸性水解酶）,whichisapproximately4.6◆少量的溶酶體酶泄漏到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中并不會(huì)引起細(xì)胞損傷

?◆酸性磷酸酶是溶酶體的標(biāo)志酶33溶酶體及其酶類(lèi)核酸酶蛋白酶糖苷酶酯酶磷酸酶硫酸酶磷脂酶34溶酶體的類(lèi)型

◆初級(jí)溶酶體(primarylysosome)◆次級(jí)溶酶體(secondarylysosome)▲自噬性溶酶體(aotolysosome)▲異噬性溶酶體(heterolysosome)▲混合性溶酶體(ambilysosome)

具消化作用◆后溶酶體(postlysosome)35異體吞噬36圍殲線粒體ER自噬泡37溶酶體的功能

吞噬作用(Phagocytosis):外來(lái)物質(zhì)、衰老、死亡的細(xì)胞(清理、防御、營(yíng)養(yǎng)等)自噬作用(Autophagy)：細(xì)胞內(nèi)受損、衰老的細(xì)胞器、不需要的生物大分子（清理）溶酶體?。焊鞣N儲(chǔ)積癥（如臺(tái)薩氏病、糖原儲(chǔ)積癥）自溶作用(Autolysis)：細(xì)胞的自我毀滅溶酶體?。侯?lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎

其它的生理功能◆胚胎發(fā)育和形態(tài)建成◆

受精作用38溶酶體的生物發(fā)生◆甘露糖-6-磷酸途徑（M6P）◆非甘露糖-6-磷酸途徑:39

溶酶體的生物發(fā)生溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾（RER）高爾基體cis膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶高爾基體trans-膜囊和TGN膜（M6P受體）溶酶體酶分選與局部濃縮以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到前溶酶體磷酸葡萄糖苷酶磷酸化識(shí)別信號(hào)：信號(hào)斑40溶酶體酶的加工41溶酶體酶的特征◆溶酶體的酶上都有一個(gè)特殊的標(biāo)記∶6-磷酸甘露糖(mannose6-phosphate,M6P)。◆高爾基體外側(cè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)M6P的識(shí)別將溶酶體的酶分選出來(lái)?！暨@一標(biāo)記是溶酶體在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后通過(guò)糖基化和磷酸化添加上去的。42過(guò)氧化物酶體(peroxisom)又稱(chēng)微體(microbody)，是由單層膜圍繞的內(nèi)含一種或幾種氧化酶類(lèi)的異質(zhì)性細(xì)胞器。過(guò)氧化物酶體43鼠肝細(xì)胞超薄切片所顯示的過(guò)氧化物酶體（P）和其它細(xì)胞器如線粒體（M）等

（Albertetal.，1989）44過(guò)氧化物酶體的功能

◆動(dòng)物細(xì)胞中：

●參與脂肪酸的β氧化

●解毒作用：

◆植物細(xì)胞中：

●參與光呼吸作用。

●在萌發(fā)的種子中，參與葡萄糖異生作用。45§6.5細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝蛋白質(zhì)的定向運(yùn)輸、分選46ProteinSortingandExport

fromtheGolgiApparatus

◆分選的概念●廣義●狹義:▲內(nèi)膜系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)分選作用▲高爾基體外側(cè)網(wǎng)絡(luò)的分選作用◆分選作用主要是由信號(hào)序列和受體之間的相互作用決定的47

◆信號(hào)肽與蛋白質(zhì)運(yùn)輸48早期信號(hào)假說(shuō)(signalhypothesis)1975年，Blobel等正式提出了信號(hào)假說(shuō)49目前普遍承認(rèn):◆指導(dǎo)分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成,需要其它因子的協(xié)助:

●信號(hào)識(shí)別顆粒（signalrecognitionparticle，SRP）●信號(hào)識(shí)別顆粒的受體（又稱(chēng)停泊蛋白,dockingprotein，DP）等●過(guò)程:信號(hào)肽→信號(hào)識(shí)別顆粒→信號(hào)識(shí)別顆粒的受體→合成50Signalhypothesis51信號(hào)肽的特性◆指導(dǎo)分泌性蛋白在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成◆在蛋白質(zhì)上的位置:N-端突出的一段肽◆序列特征16-26個(gè)（15-35個(gè)）氨基酸殘基，其中含有4-12個(gè)疏水殘基52信號(hào)肽的一級(jí)序列.信號(hào)肽一級(jí)序列由疏水核心（h）、C端（c）和N端（n）三個(gè)區(qū)域構(gòu)成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信號(hào)肽為例，顯示出兩者的n區(qū)長(zhǎng)度明顯不同.53多個(gè)起始與終止跨膜信號(hào)54◆合成后蛋白的去向:●若信號(hào)肽序列被信號(hào)肽酶切除→完全進(jìn)入腔(共轉(zhuǎn)移)●若有停止轉(zhuǎn)移信號(hào)，能與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜有極強(qiáng)的親合力:膜蛋白

共轉(zhuǎn)移:肽鏈在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上邊合成邊轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中后轉(zhuǎn)移:蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后在某種信號(hào)指導(dǎo)下再轉(zhuǎn)移到線粒體、葉綠體、過(guò)氧化氫體等細(xì)胞器中的轉(zhuǎn)移方式.這類(lèi)信號(hào)序列稱(chēng)導(dǎo)肽.

需要ATP使多肽去折疊；需要一些蛋白質(zhì)（如熱休克蛋白Hsp70）幫助其正確地折疊成有功能的蛋白.55◆與生俱來(lái)的三種信號(hào)序列

●壽命信號(hào)

●加工信號(hào)

●定位信號(hào)

▲核定位信號(hào)（NLS）▲導(dǎo)肽▲信號(hào)肽信號(hào)序列的種類(lèi)56細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選途徑57ProteinSorting58

蛋白質(zhì)分選定位的四種機(jī)制

◆

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)◆門(mén)控運(yùn)輸（gatedtransport）●

通過(guò)核孔的運(yùn)輸（Transportthroughnuclearpore）◆跨膜運(yùn)輸（Acrossmembranetransport）◆膜泡運(yùn)輸（Vesicletranslocation）59膜泡運(yùn)輸(Vesicletranslocation）膜泡運(yùn)輸是蛋白運(yùn)輸?shù)囊环N特有的方式，普遍存在于真核細(xì)胞中。在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中不僅涉及蛋白本身的修飾、加工和組裝，還涉及到多種不同膜泡定向運(yùn)輸及其復(fù)雜的調(diào)控過(guò)程。60三種不同類(lèi)型的包被小泡網(wǎng)格蛋白有被小泡COPII有被小泡COPI有被小泡611.網(wǎng)格蛋白有被小泡負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運(yùn)輸。在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑中，也負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)胞內(nèi)體溶酶體

高爾基體TGN是網(wǎng)格蛋白有被小泡形成的發(fā)源地62在高爾基體