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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,主要内容: 第一节 细胞质基质的涵义与功能 一、细胞质基质的涵义 二、细胞质基质的功能 第二节 细胞内膜系统与功能 一、内质网的形态结构与功能 二、高尔基复合体形态结构与功能 三、溶酶体与过氧化物酶体形态结构与功能 第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,第一节 细胞质基质,概念:细胞质细胞质基质（胞质溶胶）功能:1) 为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离子环境。2）许多代谢过程是在细胞基质中完成 3) 与细胞质骨架功能相关,参与维持细胞形态，做为细胞器 和酶的附着点，并与细胞运动、物质运输和信号转导有关。4) 参与蛋白质的修饰与选择性
2、降解等,泛素依赖的蛋白降解途径,概念 P175,第二节 细胞内膜系统及其功能,内质网,Porter等1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名endoplasmic reticulum，ER。,一、形态与组成,约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。 分为RER和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。 细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。,RER,SER,（二）、内质网的功能 1、蛋白质合成 (p178),在内质网上合成的蛋白质: 分泌蛋白；一些膜的整合蛋白；一些细胞器中
3、的蛋白；需要修饰的蛋白。,2、光面内质网是脂质合成的重要场所,3-磷酸甘油,脂酰辅酶A,酰基转移酶,磷酸酶,内质网膜 脂类双层,胆碱磷酸转移酶,磷脂酸,二酰甘油,磷脂酰胆碱,3 蛋白质的修饰与加工,包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，几乎所有内质网上合成的蛋白最终都被糖基化。,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。 O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。,内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。 糖分子
4、首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇分子上，装配成寡糖链。 再被寡糖转移酶转到Asn-X-Ser或Asn-X-Thr的Asn上。,N-乙酰葡糖胺,磷酸多萜醇,糖基转移酶,与天冬酰胺残基的NH2连接,甘露糖,葡萄糖,Protein glycosylation in RER,4、新生多肽的折叠与装配,Bip：内质网中的一类结合蛋白,PDI: 蛋白二硫键异构酶,5. 内质网的其它作用,1）解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。 2）参与甾体类激素的合成。 3）储存钙离子，作为胞内信号物质，如肌质网。 4）提供酶附着的位点和机械支撑作用。,二、高尔基体,烟草根尖细胞高尔基体的电镜照片,形态与组成,由扁
5、平囊泡堆积而成，有极性。通常48个(某些藻类较多)扁平囊在一起，构成Golgi stack。 分布于ER与细胞膜间，呈弓形或半球形。 凸出的一面对着ER称为顺面（cis face），凹进的一面对着质膜称为反面（trans face）。,高尔基体不同区域的细胞化学反应： 嗜锇反应：cis面膜囊被特异地染色； TPP酶：trans面的膜囊； NADP酶：显示中间的膜囊； CMP酶：靠近trans面的囊状和管状结构。,功能区隔,cis Golgi network，CGN是入口区域。 medial Golgi，多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成发生于此处。 trans Golgi ne
6、twork，TGN是出口区域，参与蛋白质的分类与包装，最后输出。,高尔基体的膜囊结构及其排列示意图,1、,2、,3、,（二）、高尔基体的功能,1、高尔基体与细胞的分泌活动,KDEL信号,粗面内质网,KDEL受体,运输小泡,顺面高尔基体,到反面高尔基体,不含KDEL信号的分泌蛋白,2、蛋白质的糖基化及其修饰 N-连接糖基化的修饰,哺乳动物高尔基体中进行的N-连接糖基化修饰过程,3、蛋白酶的水解和其他加工过程：,胰岛素分子的加工成熟和运输,三、溶酶体 （ lysosome）的形态结构与功能,(一)溶酶体的形态结构与类型 1、形态结构,酸性水解酶：核酸酶蛋白酶糖苷酶脂肪酶磷酸酶硫酸酯酶磷脂酶,2、溶
7、酶体膜的特点,胞质溶胶,3、植物溶酶体：圆球体；液泡,2、溶酶体的三种类型,溶酶体的类型及在细胞消化过程中的作用,二、溶酶体的功能,1、防御功能-吞噬作用(phagocytosis) ：病毒、细菌、衰老的细胞,2、清除作用-自噬作用(autophagy) ：衰老的细胞器、细胞饥饿状态下,3、自溶作用(autolysis) 细胞的自我毁灭 细胞受损伤 多细胞生物的某些发育阶段4、细胞外消化作用：精子的顶体,顶 体 反 应,（三）、溶酶体的发生,溶酶体酶的特征,N-寡聚糖,甘露糖-6-磷酸,溶酶体水解酶,1、酶蛋白的M6P标记（高尔基体顺面膜囊）,溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸转移酶相互作用,信号斑(s
8、ignal patch) P196 ：是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面, 这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。,溶酶体酶蛋白甘露糖残基磷酸化的生化反应,高尔基体中间膜囊,2、溶酶体酶的M6P分选途径(p196),溶酶体酶的甘露糖6-磷酸分选途径,溶酶体生物发生总过程,3、溶酶体酶的M6P分选途径的发现 遗传病：贮积病，高尔基体内缺少N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合,型糖原贮积症(glycogen storage disease type )是最早发现的贮积症。由于常染色体上的一个隐性基因突变，造成了溶酶体缺乏葡萄糖
9、苷酶，缺少了这种酶的溶酶体不能把肝细胞中或肌细胞中过剩的糖原进行水解而大量积累在溶酶体内，造成溶酶体超载。此病多发于婴儿，表现为肌肉无力，心脏增大，心力衰竭, 通常于两周内死亡。,（四）、溶酶体与疾病 1、矽肺 :职业病，又称磨工病，SiO2， 2、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 。,（五）过氧化物酶体(peroxisome) 与溶酶体,鼠肝细胞的过氧化物酶体的电子显微镜照片,尿酸氧 化酶,一、二者的区别,过氧化物酶体的功能 1、过氧化物酶体所含酶类：主要是氧化酶、过氧化氢酶2、功能 使毒性物质失活： 脂肪酸的氧化：25%-50%3、乙醛酸循环体,过氧化物酶
10、体的发生（p199),第三节 细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,一、信号假说与蛋白质分选信号 1.概念: 2.分选信号: 信号序列（signal sequence）信号区(斑) （signal patch）,一些典型的分选信号,信号序列,信号斑,信号假说（signal hypothesis ） ： 信号肽（signal peptide） ：信号识别颗粒（ signal recognition particle SRP）： 停泊蛋白：内质网膜上 易位子:内质网膜上,SRP受体,SRP蛋白和信号序列结合，使翻译暂停,结合了SRP蛋白的核糖体被吸附在内质网膜的SRP受体上,内质网膜,新合成多肽链上的信号
11、序列,易位子,内质网膜上的SRP受体,翻译继续进行；蛋白质转运开始,结合了SRP蛋白的核糖体附着在内质网膜的SRP受体上,SRP和SRP受体蛋白从核糖体上脱落,内质网膜,无活性 易位子,有活性 易位子,信号肽酶切除信号序列，将成熟蛋白质释放到内质网腔室中,信号肽酶,共转移,开始转移序列 停止转移序列,跨膜蛋白,停止转移序列,起始转移序列,疏水的停止转 移序列结合位点,疏水的起始转 移序列结合位点,信号肽酶,转位蛋白,成熟的内质网膜跨膜蛋白质,多次跨膜蛋白具有多个起始转移序列和多个停止转移序列,二、蛋白质分选的基本途径 与类型 1.两条途径: 2.四种类型:,膜泡运输,4,三、膜泡运输,细胞的分
12、泌与内吞作用,1、运输小泡的类型,三种类型运输小泡,COP（coat protein）衣被小泡 介导从内质网到高尔基体顺面膜囊的物质运输 COP II衣被小泡形成与内质网的特殊部位，称为内质网出口（exit sites），这些部位没有核糖体,COP衣被小泡的形成过程,COP I（coat protein I）衣被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped roteins）返回内质网。COP I衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。COP I衣被小泡形成过程,COP被膜小泡形成的过程,形成衣被小泡,网格蛋白衣被小泡（clathrin ）,小泡形成过程,网格蛋白（clathrin）衣被小泡被掐断,动力蛋白,分泌小泡,高尔基体,细胞质膜,内质网,潴泡,早期内体,2、不同类型转运泡负责不同的转运路线,3、膜泡运输的定向机制 SNAREs假说,3、转运囊泡与靶膜的融合,转运囊泡通过SNAREs (soluble NSF attachment protein receptor)蛋白识别“目的地”并与靶膜融合,停靠,融合,区室 A,区室 B,细胞结构体系的组装,
