003 细胞质和细胞器 1

第三篇细胞质和细胞器第三篇细胞质和细胞器•细胞质基质•内膜系统•线粒体•核糖体•细胞骨架第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix基本概念:细胞质（cytoplasm）：细胞膜以内、细胞核以外的整个区域，以及存在于其中的一切构造。细胞质基质（cytoplasmicmatrix）：除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞膜等细胞器及其各种有形成分后的可溶性成分；又称为透明质（hyaloplasm）、细胞液（cellsap）或细胞溶液（cytosol）。细胞器（organelle）：为光镜和电镜下能分辨出的、具有一定形态特点、执行特定功能的有形结构。第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix第一节细胞质基质的化学组成及其某些物理特性细胞质基质的化学成分:小分子类(如：H2O、无机离子、可溶性气体);中分子类(如：糖、脂类、氨基酸、核苷酸等)；大分子类(如：蛋白质、多糖、RNA);主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix第三节细胞质基质的功能细胞质基质的功能:完成各种中间代谢过程;蛋白质的分选与运输；与细胞质骨架相关的功能;蛋白质折叠或重新折叠；蛋白质的修饰、选择性的降解。第十二章内膜系统endomembranesystem内体和分泌泡核膜过氧化物酶体溶酶体高尔基复合体内质网内膜系统(endomembranesystem)/细胞内膜(intracellularmembrane)/细胞质膜(cytoplasmicmembrane)内膜系统：指位于细胞质内，在结构、功能乃至发生上有一定联系的膜相结构的总称。内膜系统是真核细胞所特有的结构。细胞膜(cellmembrane)/质膜(plasmamembrane)/原生质膜(protoplasmmembrane)生物膜(biomembrane)第十二章内膜系统endomembranesystem第一节内质网1945年，KR.Porter、A.Claude和EF.Fullam等，---电子显微镜---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endoplasmicreticulum，ER;存在于所有的真核细胞（除原核细胞和成熟的红细胞外）；•AlbertClaude•Born:24August1898,Longlier,Belgium•Died:22May1983,Brussels,Belgium•Affiliationatthetimeoftheaward:UniversitéCatholiquedeLouvain,Louvain,BelgiumTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1974tothem:“fortheirdiscoveriesconcerningthestructuralandfunctionalorganizationofthecell”一、内质网的形态结构和类型细胞膜核膜外层内质网细胞膜外内小管内质网小泡扁囊状核膜内质网是由一层单位膜围成的形状大小不同的管状，泡状，扁囊状结构，相互连接形成一个连续的网状膜系统；内质网的内腔相互连通；内质网的类型:粗面内质网（roughER,RER）：膜表面附着核糖体；多为板层状排列的扁囊；网腔内含低电子或中等电子密度的物质；多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内;滑面内质网（smoothER,SER）：膜表面无核糖体附着；形态上多为分枝小管或小泡；多分布在一些特化的细胞中。特殊类型的内质网:微粒体：非生理性结构；由破碎的内质网自我融合而成；仍然保持内质网的基本特征。肌质网：存在于心肌和骨骼肌细胞中；内质网、细胞核与高尔基复合体的立体结构透射电镜下的RER透射电镜下的roughER扫描电镜下的roughER扫描电镜下的roughERroughandsmoothERsmoothER抗肝肾微粒体(LKM)抗体显示微粒体二、内质网的化学组成和酶类内质网的化学组成:内质网膜含60%的蛋白和40%的脂类，脂类中PC（磷脂酰胆碱）含量较高，SM（鞘磷脂）含量较少，没有或很少含胆固醇；约30多种膜结合蛋白，另有30多种位于ER网腔；葡萄糖-6-磷酸酶是ER标志酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，p450酶系只分布在SER。See：P92三、内质网的功能(一).糙面内质网的功能1.参与蛋白质的合成:粗面内质网合成的蛋白质类型:分泌蛋白；整合膜蛋白；内膜系统中各种细胞器内的驻留蛋白（可溶性蛋白，需要隔离或修饰）；蛋白质的合成和转移：G.Blobel&D.Sabatini（1975）提出信号假说（signalhypothesis），认为蛋白质N端的信号肽/顺序（signalpeptide/sequence），引导蛋白质转移至内质网上合成;•GünterBlobel•Born:21May1936,Waltersdorf(nowNiegoslawice),Germany(nowPoland)•Affiliationatthetimeoftheaward:RockefellerUniversity,NewYork,NY,USA,HowardHughesMedicalInstituteTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1999tothem:“forthediscoverythatproteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransportandlocalizationinthecell”分泌性蛋白质转移到内质网合成所涉及的成分:1).信号肽：位于N端，约15～60个氨基酸，含有6～15个带正电荷的非极性氨基酸，又称为开始转移序列(starttransfersequence);一级结构序列由疏水核心(h)、C端(c)和N端(n)三个区域构成;2).信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP)：由6种多肽和1个7SRNA组成，属RNP。与信号序列结合，导致多肽链合成暂停。SRP的功能部位：翻译暂停结构域(P9/P14)、信号肽识别结合位点(P54)、SRP受体蛋白结合位点(P68/P72)；3).SRP受体/停靠蛋白（SRPreceptor/dockingprotein,DP）：ER膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合，将其引导至内质网膜上的通道蛋白移位子（translocon）上。4).停止转移序列（stoptransfersequence）:与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白;5).转位因子：由3-4个Sec61蛋白构成的通道,每个Sec61由3条肽链组成；信号肽一级序列：由疏水核心(h)、C端(c)和N端(n)三个区域构成。以血清白蛋白和HIV-1型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例，显示出两者的n区长度明显不同。P54上结合信号肽的甲硫氨酸残基与核糖体相互作用蛋白质易位所需的P54：信号肽识别结合位点SRP受体蛋白结合位点翻译暂停结构域信号识别颗粒的结构粗面内质网膜上的SRP受体蛋白新生肽链上的信号肽SRP-核糖体复合体与内质网膜上的SRP受体结合核糖体受体蛋白转运器SRP与信号肽的结合使翻译暂停细胞质内质网腔继续翻译并开始穿过内质网膜SRP释放并再循环仅在中间含有起始转移序列的多肽既在末端含有起始转移序列，又在中间含有停止转移序列的多肽跨膜蛋白质插入ER膜的共转移示意图蛋白质转入内质网合成的过程:胞质游离核糖体合成信号肽信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体结合SRP脱离肽链进入内质网信号肽切除肽链延伸至终止；肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为共翻译转移/转运（co-translationaltransloca-tion）;内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒(SRP)核糖体结合蛋白tRNAAP核糖体mRNA信号肽A信号假说2.蛋白质的折叠组装:正确折叠涉及驻留蛋白：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/分子伴侣（Bindingprotein，Bip／molecularchaperone）：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；热休克蛋白（heatshock/stressprotein,HSP）主要有HSP70和HSP90家族;３.蛋白质的糖基化修饰:蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。N－连接的寡糖蛋白（Asn）：发生在内质网腔内，连接葡萄糖；O－连接的寡糖蛋白（丝氨酸，Ser/苏氨酸，Thr/羟赖氨酸，Hylys/羟脯氨酸，Hypro）：发生在高尔基复合体内。连接半乳糖；酰基化：发生在ER的细胞质基质侧;L-天门冬酰胺(L-Asparagine,Asn)分子式：NH2COCH2CH(NH2)COOH多萜醇（dolichol）天门冬酰胺葡萄糖甘露糖N-乙酰葡萄糖胺growingpolypeptidechainlipid-linkedcligosaccharide多萜醇ppＮＮ甘甘甘甘甘葡葡葡甘甘多萜醇ppＮＮ甘甘甘甘甘Ａsn多萜醇ppRER腔RER膜多萜醇pp多萜醇ＮN-乙酰葡萄糖胺甘甘露醇葡葡萄糖糖基转移酶4.粗面内质网与蛋白质的运输:5.粗面内质网与膜脂的合成：磷脂和胆固醇等膜脂；三、内质网的功能(二).光面内质网的功能1.脂类的合成与转运:合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）；鞘磷脂和糖脂（ER开始Golgicomplex完成）；磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向胞质；磷脂的转运:transportbybudding：ERGC/Ly/PM;transportbyphospholipidexchange/transferproteins（PEP）：ERotherorganelles（includingMit、PsandChl）；磷脂酰胆碱胆碱磷脂转移酶磷脂酸酶乙酰转移酶胞质溶胶ER脂双层内质网腔辅酶A二脂酰甘油磷脂酸cholinecholineATPCTPP翻转酶CDP-胆碱CDP-cholineglycerol3-phosphate甘油-3-磷酸fattyacylCoA脂肪酰辅酶ACMP磷脂酰胆碱合成过程细胞质酰基转移酶磷脂酸卵磷脂翻转酶（a）.通过小泡运输将内质网上合成的脂转运到其他内膜系统的膜上包括细胞核膜;（b）.通过磷脂转运蛋白将内质网上合成的脂转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的膜中。2.类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）:3.肝的解毒作用（detoxification）：Systemofoxygenases---cytochromep450family；4.糖原的合成与分解：肝细胞葡萄糖的释放（G-6-PG+P）5.储存调节Ca2+浓度：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中；第十二章内膜系统endomembranesystem第二节高尔基复合体1898年，CamilloGolgi，在猫和猫头鹰的神经细胞内观察到了一种清晰的网状结构，命名为内网器（internalreticulumapparatus）；后来为纪念他的这一发现，命名为高尔基器/体（Golgiapparatus/body），现称为高尔基复合体（GolgiComplex）。•CamilloGolgi•Born:7July1843,Corteno,Italy•Died:21January1926,Pavia,Italy•Affiliationatthetimeoftheaward:PaviaUniversity,Pavia,Italy•SantiagoRamónyCajal•Born:1May1852,PetilladeAragó,Spain•Died:17October1934，Ma