第七章_内质网与核糖体

第七章内质网和核糖体掌握内膜系统有关概念，熟悉内质网和核糖体的结构和功能。细胞：细胞膜、细胞质、细胞核细胞器：无膜包围：核糖体、中心粒有膜包围：线粒体、叶绿体内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、液泡等细胞质溶质细胞质基质(cytosol)细胞质溶质的成分•水、无机离子、大分子的单体等小分子•脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等中等分子•蛋白质、脂蛋白、多糖和RNA等大分子•糖原等一些处于贮存状态的重要化合物基本属性•酸度稳定•结构有序细胞质溶质的功能•中间代谢反应的进行•细胞的形态与运动、胞内物质运输以及各种大分子的定位•蛋白质的修饰与选择性降解•维持细胞内环境（pH、离子环境）的稳定性•维持细胞内信号转导通路内膜系统（endomembranesystem）核膜、内质网、高尔基复合体溶酶体、分泌泡膜分化（membranediffrentiation）腔面、细胞质（原生质）面内膜系统的动态特性一、内质网(endoplasmicreticulum，ER)1897年，Garnier光镜下发现胰腺(pancreas)、唾液腺(salivarygland)嗜碱性特化区动质（ergastoplasm）1945年，Porter电镜下观察发现小鼠成纤维细胞里管状囊、小囊构成网状结构内质区域内质网（一）形态结构•相互连通的膜性管腔道系统交织成网状•小管、小囊、扁囊单位膜5-6nm厚•生活周期、生理状态不同可发生变化•成熟细胞内质网8--10层平行扁囊•横纹肌肌质网贮积钙离子•同一类型细胞的内质网形态相似•间期细胞中常与微管走向一致•驱动蛋白（kinesin)•对外界因素敏感内质网与核膜的关系（二）分类粗糙型内质网（roughER)光滑型内质网(smoothER)（三）化学组成微粒体（microsome）真核细胞匀浆在差速离心过程中分离出的膜泡，由内膜系统中各组分的膜断片卷曲而成，其上往往结合有核糖体，也能进行蛋白质的合成。内质网膜•脂类1/3:磷脂、中性脂肪、磷脂酰肌醇等•蛋白质2/3:整合蛋白、边周蛋白分布不对称细胞色素P-450信号识别颗粒的受体（四）内质网的功能糙面内质网1．蛋白质的合成蛋白质运输2．合成蛋白质的修饰与加工•糖基化（N-linkedglycosylation）O-linkedglycosylation•Additionofglycosylphosphatidylinositol(GPI)anchors•二硫键的形成Theformationofdisulfidebondsbetweenthesidechainsofcysteineresidues:proteindisulfideisomerase糖蛋白与脂锚定蛋白N-linkedglycosylation糙面内质网新生蛋白质上加接N－连接14个糖基★ProteinFoldingandProcessingintheER◆ProteinfoldingintheER●Bip蛋白∶Bip是一类分子伴侣，是重链结合蛋白的简称(heavy-chainbindingprotein)●BiPisthoughttobindtotheunfoldedpolypeptidechainasitcrossesthemembraneandthenmediatesproteinfoldingandtheassemblyofmultisubunitproteinswithintheER3.膜的生成4.物质运输内质网中错误折叠的蛋白质被运往细胞质溶质降解光面内质网功能•1.合成脂类专一载脂蛋白--磷脂交换蛋白（phospholipidexchangeproteins)2.解毒作用(detoxification)3.糖原(glycogen)分解4.贮积钙离子肌质网(sarcoplasmicreticulum)特化的内质网二、核糖体（ribosome）核糖核蛋白体（一）形态结构和类型直径约25nm，有大小两个亚基组成与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点•与mRNA结合的位点•与新掺入的氨酰－tRNA的结合位点－氨酰基位点，又称A位点•与延伸中的肽酰－tRNA结合位点－肽酰基位点，又称P位点•肽酰转移后与即将释放的tRNA结合的位点－E位点•与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶(即延伸因子EF-G）的结合位点•肽酰转移酶的催化位点•在活细胞中，核糖体的亚基、核糖体的单体及多聚核糖体处于一个不断的解聚和组合的动态平衡之中，受镁离子的影响•多聚核糖体，细胞正进行蛋白质合成的标志•一般真核细胞细胞质中核糖体80S，原核细胞的70S，真核细胞线粒体中的为55S，植物细胞叶绿体中的近似70S类型★Mg2+浓度对大小亚基的聚合和解离的影响:◆70S核糖体在Mg2+的浓度小于1mm/L的溶液中易解离;◆当Mg2+浓度大于10mm/L,两个核糖体通常形成100S的二聚体。（二）化学组成•蛋白质40﹪带正电荷•rRNA60﹪磷酸基带负电荷占细胞总量RNA的80﹪真核细胞核糖体80S：60S40S蛋白质49种33种rRNA28S，5S，5.8S18S原核细胞核糖体70S：50S30S蛋白质34种21种rRNA23S，5S16S适当条件下，利用CsCl离心，可将核糖体亚单位中的rRNA与蛋白质分离。★各种来源的核糖体亚基组成来源完整核糖体核糖体亚基核糖体RNAs细胞质80S60S(大亚基)28S，5.8S,5S(真核生物)40S(小亚基)18S细胞质70S50S(大亚基)23S，5S(原核生物)30S(小亚基)16S线粒体55-60S45S(大亚基)16S(哺乳动物)35S(小亚基)12S线粒体75S53S(大亚基)21S(酵母)35S(小亚基)14S线粒体78S60S(大亚基)26S，5S(高等植物)45S(小亚基)18S叶绿体70S50S(大亚基)23S，5S30S(小亚基)16S★核糖体的化学组成不同种生物的前体rRNA生物pre-rRNA的沉降系数果蝇34S裂殖酵母37S烟草38S蛙40S鸡45S鼠45S人45S★前体rRNA的加工与修饰：◆将45S的前体rRNA加工成成熟的18S、5.8S和28SrRNA；◆甲基化修饰：甲基化的主要部位在核糖第二位羟基上。SynthesisandProcessingofthe5SrRNA◆Ineukaryotes,the5SrRNAmoleculesareencodedbyalargenumberofidenticalgenesthatareseparatefromtheotherrRNAgenesandarelocatedoutsidethenudeolus.◆The5SrRNAgenesaretranscribedbyRNApolymeraseIII.The5’endoftheprimarytranscriptisidenticalwiththatofthemature5SrRNA,butthe3’endusuallycontainsextranucleotidesthatareremovedduringprocessing.★原核生物rRNA基因◆原核与真核生物的rRNA基因在组织结构上的差异:●重复频率：如E.coli，只重复了7次；●细菌的16SrRNA、23SrRNA、5SrRNA基因组成一个转录单位，在染色体上的排列顺序是∶16S-23S-5S。★原核生物核糖体的装配◆小亚基的rRNA和蛋白质的装配关系:组成核糖体的蛋白质和rRNA在大小亚基中均有一定的空间排布。核糖体在组装过程中,某些蛋白质必须首先结合到rRNA上,其他蛋白才能组装上去即表现出先后层次。根据同rRNA结合的顺序,将核糖体蛋白分为两种:◆初级结合蛋白(primarybindingprotein)：这些蛋白质直接同rRNA结合,其中同16SrRNA结合的初级蛋白有14种:S3,S4,S17,S20,S6,S15,S8,S18,S9,S11,S12,S13,S7,S1。同5SrRNA结合的有11种。◆次级结合蛋白(secondarybindingprotein)这些蛋白质不直接同rRNA结合,而是同初级结合蛋白结合:S10,S16,S2,S6,S21,S14,S19。★真核生物核糖体装配模型◆80S前体颗粒形成●45SrRNA+5SrRNA+蛋白质●45SrRNA→41SrRNA◆大小亚基前体形成:●大:32SrRNA和5SrRNA●小:20S的前体rRNA◆小亚基成熟与运送:20SrRNA→18SrRNA◆大亚基成熟与运送：32SrRNA→28SrRNA+5.8SrRNA三.功能蛋白质合成mRNA与小亚基结合S-D序列起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)与小亚基结合核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成1.进位又称注册(registration)指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。2.成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。3.转位释放因子的功能•识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。•诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。嘌呤霉素作用抗菌素作用位点１．rRNA和r-蛋白质的功能rRNA的功能•具有肽基转移酶活性•为tRNA提供结合位点•为多种蛋白质合成因子提供结合位点•在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性的结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合•在核糖体亚单位联合中起作用•与抗菌素之间相互作用•蛋白质合成中校正阅读、无意义链或框架漂移的校正等都与rRNA有关r-蛋白质的功能•对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的•在蛋白质合成中，核糖体的空间构象发生一系列的变化，某些核糖体蛋白可能对核糖体的构象起“微调”作用•在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中，核糖体蛋白与rRNA共同行使功能细菌核糖体大亚单位蛋白质成分的定位细菌肽链合成第二步的肽键形成示意图2．多聚核糖体(polyribosome)及蛋白质的合成思考题•细胞质基质的功能有哪些？•何谓内膜系统、膜分化、多聚核糖体？•内质网的形态结构如何？可分为哪几类？有何功能？