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1、第七章 真核细胞内膜系统， 蛋白质分选 与膜泡运输,第一节 细胞质基质的涵义与功能 第二节 细胞内膜系统及其功能 内质网 高尔基复合体 溶酶体与过氧化物酶体 第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,本章内容提要,细胞内的区室化 (compartmentation),三类结构： 1. 细胞质基质(cytoplasmic matrix) 2. 细胞内膜系统(endomembrane system) 3. 其他由膜包被的细胞器(如线粒体，叶绿体，过氧化物酶体和细胞核),Relative volumes occupied by the major intracellular compartments i
2、n Liver Cell,细胞质基质(cytomatrix, cytosol) 细胞液、透明质、胞质溶胶、基质,1、涵义：在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的胶状 物质。 （蛋白2030）,2、功能： 许多代谢过程的场所（糖酵解、糖原合成）； 与细胞骨架的选择性结合（细胞内功能的区域化）； 蛋白质修饰（糖基化、去/磷酸化、酰基化、甲基化、共价结合）； 控制蛋白质的寿命（由N端第一个氨基酸决定稳定性，泛素水解）； 降解变性和错误折叠的蛋白质； 帮助变性和错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象。,细胞质基质的涵义与功能,细胞质基质(cytomatrix, cytosol) 细胞液、透明质、胞质
3、溶胶、基质,1、涵义：在细胞质中，除去可辨认细胞器以外的胶状 物质。 （蛋白2030）,2、功能： 许多代谢过程的场所（糖酵解、糖原合成）； 与细胞骨架的选择性结合（细胞内功能的区域化）； 蛋白质修饰（糖基化、去/磷酸化、酰基化、甲基化、共价结合）； 控制蛋白质的寿命（由N端第一个氨基酸决定稳定性，泛素水解）； 降解变性和错误折叠的蛋白质； 帮助变性和错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象。,细胞质基质的涵义与功能,容易降解的蛋白质的特征： 决定蛋白质寿命的信号是N端第一个氨基酸残基。 若N-端的第一个氨基酸为Met，Thr，Ser，Val，Gly，Pro，Ala，Cys，则稳定； 除此
4、之外的12种氨基酸，则是不稳定的。,真核细胞中，蛋白质降解途径有两条： 一是不依赖于ATP的溶酶体途径； 二是依赖ATP的泛素途径降解短寿命蛋白。,依赖泛素化降解蛋白质途径，在20世纪70年80年代由美国、以色列三位科学家提出，2004年这三位科学家获得诺贝尔化学奖。,Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose,The Nobel Prize in Chemistry 2004,for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation,Ciechanover, A., Hod, Y., an
5、d Hershko, A. (1978). A heat-stable polypeptide component of an ATP-dependent proteolytic system from reticulocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 81, 11001105. Hershko, A., Ciechanover, A., and Rose, I. A. (1979) Resolution of the ATP-dependent proteolytic system from reticulocytes: a component th
6、at interacts with ATP. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 76, 31073110,Ubiquitin,76 amino acids 7 Lysines: K6, K11, K27, K29, K33, K48,K63,E1,E2,E1,E2,E3,Ubiquitin-Proteasome Pathway,Substrate,Substrate,26S Proteasome,S,Ub,Ub,Ub,S,Ub,Ub,Ub,Ub,Ub,Ub,Ub,Ub,E3 determines the specificity of protein degrada
7、tion,E1: 1 E2: 20 E3: 400,Classes of E3 ligases,RING family Ubiquitin Ligases contain a RING (Really Interesting New Gene) finger domain in which Cys b, 通过水溶性载体蛋白磷脂转换蛋白(phospholipid exhange protein, PEP)在膜之间转移磷脂。从磷脂合成部位转移到线粒体或过氧化物酶体膜上。,内质网的功能,在内质网的腔面，寡糖链连接在插入膜内的磷酸多萜醇上，当与糖基化有关的氨基酸残基出现后，通过膜上的糖基转移酶，将寡糖
8、基由磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上。,糙面内质网腔内的N-连接的糖基化,蛋白质的修饰加工： 进入内质网腔的蛋白质发生的主要化学修饰作用有：糖基化、羟基化、酰基化、 二硫键形成。 糖基化是内质网中最常见的蛋白修饰。,内质网的功能,N-连接的糖基化： 糖: N-乙酰葡萄糖胺 氨基酸：天冬酰胺 发生部位：内质网(rER) O-连接的糖基化： 糖：N-乙酰半乳糖胺 氨基酸：丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸 发生部位：高尔基体（主要） 细胞质基质中只发现少数几种简单的糖基化。,蛋白质的糖基化,新生多肽的折叠与装配: 主动机制,1、蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomer
9、ase, PDI)：切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态。 2、结合蛋白(binding protein, Bip)：能识别不正确 的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装。 3、四肽信号：滞留在内质网中的蛋白质的信号(-Lys-Asp-Glu-Leu-COO, KDEL或HDEL)。 如 蛋白二硫键异构酶 和 结合蛋白(Bip)都有四肽信号保证它们滞留在内质网中，并维持很高的浓度。,内质网的功能,新生多肽的折叠与装配,折叠错误、畸形肽链、未装配等,胞质,通过Sec61p复合体离开内质网腔,被蛋白酶体降解,内质网的功能,内质网的其他功能,1）合成脂蛋白（外输性）：肝细
10、胞中的sER 2）解毒功能 ：肝细胞中的sER 如：细胞色素P450家族酶系（又称加单氧酶系、羟化酶系） 由一些氧化还原酶构成，是电子传递系统，但不与 ATP合成相藕连。 不溶于水的废物、代谢产物 由细胞色素P450家族酶系 羟基化而完全溶于水，并由尿液排出。 3）合成固醇类激素：睾丸间质细胞的sER 4）储存Ca2+：肌细胞中的sER 5）为细胞质基质中的Pr、酶提供附着点 6）储存、运输物质，能量与信息传递，细胞的支持和运动 等作用。,内质网的功能,高尔基复合体(Golgi apparatus),一、形态结构： 1，一般由48个扁平膜囊堆叠成，中间窄，周缘呈泡状。 2，有极性：形成面(fo
11、rming face)或顺面(cis face) 成熟面(mature face)或反面(trans face) 顺面膜囊；中间膜囊；反面膜囊；囊泡,细胞内膜系统：高尔基复合体,高尔基体的三个功能区域,顺面膜囊(forming face, cis Golgi)和顺面管网状结构(cis Golgi network, CGN): 接受内质网新合成的物质，分类后转入中间膜囊，小部分返回内质网 (驻留蛋白)。CGN区域其它活性：丝氨酸O-连接的糖基化，跨膜蛋白胞质一侧结构域的酰基化。 中间膜囊(medial Golgi): 多数糖基化修饰，膜脂的形成，多糖合成。 反面膜囊(trans Golgi)和反
12、面管网状结构(trans Golgi network, TGN): 管网状，连接囊泡。参与蛋白质的分类与包装，最后输出。囊泡运输 。,高尔基体与内质网,高尔基体的功能,高尔基体的主要功能: 是将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。 1、参与细胞分泌活动; 2、蛋白质的糖基化及其修饰; 3、进行膜的转化功能; 4、将蛋白水解为活性物质; 5、参与形成溶酶体; 6、参与植物细胞壁的形成,合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质。,负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是: rER上合成蛋白质进入ER腔COPII运输泡 进入顺面在media
13、l Golgi中加工在反面形成运输泡/囊泡囊泡运输，囊泡与质膜融合、排出。 高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。 分选：每一类蛋白质都有特异的标识（溶酶体中的酶带有M6P, 甘露糖- 6-磷酸）。 高尔基体对各种蛋白自身所携带的分选信号的识别，进而对其分类，包装与运送的机制，目前还不很清楚。,高尔基体的功能:参与细胞分泌活动,高尔基体的功能:参与细胞分泌活动,高尔基体的功能:蛋白质的糖基化及其修饰,在内质网和高尔基体中发生的蛋白质的糖基化主要有两种： N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）: N-连接的糖链合成起始于内质网，完成于高尔基体。发生在
14、天冬酰胺(Asn)残基上。通常第一个连接上去的糖单元是N-乙酰葡糖胺。 O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）: O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行。发生在丝氨酸(Ser), 苏氨酸(Thr), 羟赖氨酸或羟脯氨酸残基上。通常第一个连接上去的糖单元是N-乙酰半乳糖胺。其过程尚不完全了解 许多糖蛋白同时具有N-连接的糖链和O-连接的糖链。 内质网和高尔基体中与糖基化和寡糖加工有关的酶都是整合膜蛋白。它们固定在细胞的不同间隔中。,复杂的N-连接寡糖在内质网和高尔基体中的加工过程,N-连接寡糖的核心糖基是在内质网组装的， N-连接寡糖的进一步修饰在Golgi体中完成。,蛋
15、白质的糖基化的功能和生物学意义,蛋白质糖基化的作用： 糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，以利于高尔基体的分类和包装； 有助于蛋白质在成熟过程中折叠成正确的构象，增加蛋白质的稳定性； 寡糖链具有一定刚性，限制了其他大分子接近细胞表面的膜蛋白，使蛋白质能够抵抗消化酶的作用； 赋予蛋白质传导信号的功能。,3、进行膜的转化功能。 高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。 4、将蛋白水解为活性物质。 如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物
16、质（胰岛素C端）或将含有多个相同氨基酸序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。 5、参与形成溶酶体。 6、参与植物细胞壁的形成,合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质。,高尔基体的功能,Lysosomes and Diseases,Autolysis: A break or leak in the membrane of lys releases digestive enzymes into the cell which damages the surrounding tissues (Silicosis).,背上开始脱皮 核心速读 昭通市水富县向家坝镇有3个偏僻的村寨，多年来，当地村民一直过着平静的生活。但最近两年，其中两个村寨却不再平静。原来，当地有50多名从安徽省滁州市凤阳县官沟乡一砂石厂打工返乡的男子，共同患上了一种“怪病”。在没有任何征兆的情况下，仅两年多的时间，三个村相继死了12名青壮年男子。由于无钱医治，目前村里还有30多个男子得了这种病。,表1. 神经鞘脂贮积病, Lysos
