第8章2012细胞质基质与细胞内膜系统.

第八章真核细胞内膜系统与蛋白质分选细胞外基质细胞膜核内膜系统、其它膜包被细胞器细胞质基质细胞质信号传导第一节细胞质基质主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构（维持细胞形态、胞内物质运输）。概念：真核细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。细胞质骨架细胞质基质的功能完成各种中间代谢过程如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰降解变性和错误折叠的蛋白质帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象第二节内膜系统概念：是指内质网、高尔基体、溶酶体、液泡、胞内体、分泌胞等膜结合细胞器。这些膜是相互流动的，处于动态平衡，功能上相互协调（不包括线粒体，叶绿体，过氧化物酶体等其它膜包被的细胞器）广义的：指细胞内所有的膜结构体系。内膜系统的动态特性◆独立性◆协作性内膜系统的生物学意义◆形成了一些特定的功能区域和微环境(细胞内功能分化)●合理使用资源●集团化管理●提高工作效率◆动态性质●保证了膜结构的一致性●使细胞“青春常在”一、内质网EndoplasmicReticulum,ER◆形态●ER由封闭的膜系统及其形成的腔构成的相互沟通的网状结构。它从核膜延伸至细胞质中，靠近细胞质内侧。●ER的膜占细胞膜系统的一半●所包围的体积占细胞总体积的10%内质网的化学组成主要为蛋白质、脂类。◆内质网的标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。◆细胞色素P450在内质网膜中最为丰富。内质网的形态结构内质网种类根据是否附有核糖体：糙面内质网(RER)光面内质网(SER)合成分泌蛋白质合成脂类，Ca2+浓度调节主要功能：12微粒体Microsomes----细胞匀浆等人工过程，破碎的内质网形成的近似球形的囊泡内质网的功能◆蛋白质的合成◆蛋白质运输◆蛋白质的修饰和加工◆脂质的合成◆蛋白质的合成粗面内质网上,膜结合核糖体,合成分泌蛋白、膜蛋白、细胞器中可溶性驻留蛋白。其它部位所需蛋白质都是由游离核糖体合成。注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中。15核糖体循环◆信号肽与蛋白质运输17九九年诺贝尔医学奖得主-布洛贝尔◆蛋白质的修饰和加工修饰：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等糖基化：发生在ER腔面，是在糖基转移酶作用下.N-linkedglycosylation（Asn）O-linkedglycosylation（Ser/ThrorHylys/Hypro）酰基化发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸→Cys新生肽的折叠与组装：非还原性的内腔，易于二硫键形成；正确折叠涉及驻留蛋白：二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态结合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。◆脂质的合成（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）磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol；合成后很快转向内质网腔面(转位酶flippase)磷脂的转运:1、出芽(budding)：ER→GC、Ly、PM2、载体蛋白磷脂转换酶(phospholipidexchangeproteins,PEP）：磷脂分子+PEP→细胞质基质→靶膜◆其它功能糖原分解与游离葡萄糖释放解毒作用:光面内质网含有丰富的氧化酶系统(如细胞色素P450、NADH细胞色素C还原酶等)能使许多有害物质解毒,转化为易于排出的物质。Ca2+离子浓度的调节作用:Ca2+储存库,参与信号传导如肌细胞中异常发达的光面内质网（肌质网），储存，受刺激后，释放到胞浆中，肌肉收缩。◆内质网与基因表达的调控内质网蛋白质的合成、加工、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。影响内质网细胞核信号转导的三种因素：内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。折叠好的膜蛋白的超量积累。内质网膜上膜脂成份的变化——主要是固醇缺乏.不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达23二、高尔基复合体◆高尔基器(Golgiapparatus)或高尔基复合体(Golgicomplex)◆意大利科学家CamilloGolgi在1898年发现的。24高尔基体的形态结构25高尔基体的结构和极性形态结构:连续的整体膜结构。◆扁平囊泡(sacuules)◆小囊泡(vesicle)◆大囊泡(vacuoles)26高尔基体的极性:◆高尔基内侧网络(cis-Golginetwork,CGN)顺面、形成面,面向核◆中间膜囊(medialcisternae)◆高尔基外侧网络(transGoljinetwork,TGN)外侧面、成熟面化学组成:◆蛋白质和脂:◆高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶。27４种标志细胞化学反应◆嗜锇反应的高尔基体cis面膜囊；◆焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面1～2层膜囊；◆胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans面膜囊状和管状结构◆烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平囊28RegionsoftheGolgiapparatus嗜锇反应TTP酶反应CMP酶反应NADP酶反应29高尔基体的功能●蛋白质运输●蛋白质的修饰（糖基化）●蛋白质的水解●糖类合成30高尔基体的蛋白运输作用123331蛋白质运输◆ER到高尔基体内侧的运输◆ER蛋白的逆向运输◆高尔基体内侧到高尔基体外侧运输以及向溶酶体和细胞膜的运输32GC中蛋白质的糖基化◆O-连接的糖基化将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基上，称为O-连接的糖基化。◆N-连接的寡聚糖进一步加工：内质网上：磷酸多萜醇上的糖基转移到多肽的天冬酰胺（Asn）上高尔基体：加工，切除葡萄糖和部分甘露糖分子，添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白33蛋白质的糖基化生物学意义◆糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号。◆进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。34蛋白质在高尔基体中酶解加工类型◆无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除N-端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。◆蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽等。◆含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物。◆同一种蛋白质前体不同细胞、以不同的方式加工不同的多肽。35三、溶酶体(lysosome)◆动物细胞内的一种细胞器。植物细胞中？◆小球状,外面由一层单位膜包被◆是一种异质性(heterogenous)的细胞器,呈小球状。大小变化很大，直径一般0.25～0.8μm，最大的可超过1μm,最小的直径只有25-50nm◆溶酶体含有50多种水解酶类,在细胞内起消化和保护作用◆当细胞被损伤时,溶酶体可释放出水解酶类,使细胞自溶溶酶体的发现36电子显微镜下的溶酶体37溶酶体膜稳定性◆溶酶体的膜蛋白高度糖基化◆溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇◆溶酶体的膜上嵌有质子泵◆溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运38溶酶体的酶类◆种类:●Atypicallysosomecontainsapproximately50differenthydrolyticenzymes●TheenzymesofalysosomeallhavetheiroptimalactivityatanacidpHandthusareacidhydrolases（酸性水解酶）,whichisapproximately4.6◆少量的溶酶体酶泄漏到细胞质基质中并不会引起细胞损伤?◆酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶39溶酶体及其酶类核酸酶蛋白酶糖苷酶酯酶磷酸酶硫酸酶磷脂酶40溶酶体的类型◆初级溶酶体(primarylysosome)◆次级溶酶体(secondarylysosome)▲自噬性溶酶体(aotolysosome)▲异噬性溶酶体(heterolysosome)▲混合性溶酶体(ambilysosome)具消化作用◆后溶酶体(postlysosome)41溶酶体的功能吞噬作用(Phagocytosis):外来物质、衰老、死亡的细胞自噬作用(Autophagy)：细胞内受损、衰老的细胞器、不需要的生物大分子-自溶作用(Autolysis)：细胞的自我毁灭其它的生理功能◆胚胎发育和形态建成◆受精作用(fertilization)42异体吞噬43围歼线粒体ER自噬泡44溶酶体的生物发生◆甘露糖-6-磷酸途径（M6P）◆非甘露糖-6-磷酸途径:45溶酶体的生物发生溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（RER）高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑46溶酶体酶的加工溶酶体的生物发生47溶酶体酶的特征◆溶酶体的酶上都有一个特殊的标记∶6-磷酸甘露糖(mannose6-phosphate,M6P)。◆高尔基体外侧网络通过对M6P的识别将溶酶体的酶分选、浓缩。◆这一标记是溶酶体在粗面内质网合成后通过糖基化和磷酸化添加上去的。课堂测试•比较N-连接糖基化和O-连接糖基化的区别。•提问：•1、肌细胞中的内质网异常发达，被称为？•2、植物细胞中类似溶酶体的细胞器是？•3、真核细胞中，是合成脂类分子的细胞器?•被称为细胞内大分子运输交通枢纽的细胞器是?•作业：溶酶体是怎样发生的？它有哪些基本功能？49过氧化物酶体(peroxisom)又称微体(microbody)，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的异质性细胞器。四、过氧化氢体50鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P）和其它细胞器如线粒体（M）等（Albertetal.，1989）51过氧化物酶体与溶酶体的区别过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体52特征溶酶体微体形态大小多呈球形，直径0.2～0.5μm，无酶晶体球形，哺乳动物细胞中直径多在0.15～0.25μm，内常有酶的晶体酶种类酸性水解酶含有氧化酶类pH值5左右7左右是否需O2不需要需要功能细胞内的消化作用多种功能发生酶在粗面内质网合成经高尔基体出芽形成酶在细胞质基质中合成，经分裂与组装形成识别的标志酶酸性水解酶等过氧化氢酶微体与初级溶酶体的特征比较53过氧化物酶体的酶类◆氧化酶(oxidases)●约占过氧化物酶体酶总量的一半●各种氧化酶作用于不同的底物●将底物氧化形成过氧化氢。RH2+O2→R+H2O254◆过氧化氢酶(catalase)●是过氧化物酶体的标志酶●约占过氧化物酶体酶总量的40%●作用是将过氧化氢分解成水RH2+H2O2→R+2H2O55过氧化物酶体的功能动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。将底物氧化形成H2O2,再将H2O2分解，形成水和氧气过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应；乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。56过氧化物酶体的生物发生核基因组编码细胞质基质中合成信号序列：导肽C-端PTS1:Ser-Lys-Leu;N-端P