细胞的内膜系统与囊泡转运 讲课文档

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2. 滑面内质网参与糖原的代谢与血糖形成
(糖原降解产物的去磷酸化):
葡萄糖-6-磷酸酶(内质网标志性酶):
糖原
ER腔 葡萄糖-6-磷酸
葡萄糖-6-磷酸酶
葡萄糖
Pi
到一般循环
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3. 滑面内质网是细胞解毒的主要场所 含有丰富的氧化及电子传递酶系, 特点:短,催化反应的实质就是给底物加一个氧
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(3) 蛋白质的糖基化( glycosylation):
是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋 白的过程。
由附着型核糖体合成并经内质网转运的蛋白 质,其中大多数要被糖基化。
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1. N-连接的糖基化
糖与蛋白质 的连接方式
(N- linked glycosylation) :
信号识别颗粒受体(SRP-R):内质网膜上 转运体(易位蛋白):内质网膜上
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1)新生分泌性多肽链在胞质游离核糖体上起始合成 (信号肽的合成)
信号肽合成后立即被胞质SRP(6个多肽+1个7sRNA)识别结 合,形成信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体。SRP另外一端结合
发生在内质网腔和高尔基复合体内。
2. O-连接的糖基化
(O- linked glycosylation) :
发生在高尔基复合体内。
糖基转移酶是粗面内质网上的一种膜整合蛋白质
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多 萜 醇
p p
多萜醇 N N-乙酰葡萄糖胺 甘 甘露糖 葡 葡萄糖
rER膜
Asn




葡 葡 葡
1、与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系: 如细胞色素P450等。
2、与脂类代谢有关:脂肪酸CoA连接酶、 磷脂转位酶、转磷酸胆碱酶。
3、与碳水化合物代谢有关:葡萄糖-6-磷酸酶 (标志酶)
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(三)网质蛋白是普遍地存在于内质网网腔中的
一类蛋白质
特点:在多肽链的羧基端(C端)均含有KDEL(Lys-Asp-GluLeu)或HDEL(His-Asp-Glu-Leu)的4氨基酸序列驻留信号, 驻留信号可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而驻留于内 质网腔不被转运。
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分子伴侣的共同特点是在羧基端有Lys-Asp-Glu-Leu (赖-天冬-谷-亮)(KDEL序列)四氨基酸滞留信号 肽,能与内质网膜上相应受体结合而驻留于网腔不被 转运,又叫网质蛋白。
蛋白质的折叠组装和转运,而且能识别、滞留折 叠组装错误的蛋白质不被运输,因此被认为是细 胞内蛋白质质量监控的重要因子。
Endomembrane System
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(二)滑面内质网是作为胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器
1. 滑面内质网参与脂类的合成和转运:
➢脂肪(以脂(滑)蛋白(粗)的形式(LDL、VLDL)经GC分泌) ➢类固醇 ➢膜脂(除线粒体特有的两种磷脂外的几乎全部膜脂):
酰基转移酶、磷酸酶、胆碱磷酸转移酶、转位酶
Endomembrane System
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目前已知的网质蛋白:
免疫球蛋白重链结合蛋白
内质蛋白
钙网蛋白
钙连蛋白
蛋白质二硫键异构酶
Endomembrane System
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三.内质网的功能
➢使细胞质区域化,为物质代谢提供特定的内环境
➢扩大膜的表面积,有利于酶的分布提高代谢效率 ➢为蛋白质,脂类和糖类的重要合成基地 ➢参与物质运输,物质交换和解毒作用 ➢对细胞起机械支持作用
2、光面内质网(SER)呈表面光滑的管泡 样网状形态结构
膜表面无核糖体附着;
形态多为分枝小管或小泡;并与rER连通 多分布在一些特化的细胞中。 多功能细胞器
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(三)某些特殊组织细胞中存在内质网的衍生结构
于核糖体,翻译暂停。
2)与信号肽结合的SRP,识别结合内质网膜的SRP-R (停
靠蛋白) ,并介导核糖体附着于内质网膜的转运体易位蛋 白
3)在信号肽的引导下,多肽链通过大亚基的通道(由中央管和
转运体易位蛋白共同形成的)进入内质网腔,信号肽被信号肽酶 切除;肽链合成恢复继续延伸至终结。完成肽链合成的核糖体解 聚,并从内质网上解离下来。
细胞的内膜系统与囊泡转运
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一.内质网的形态结构与类型
(一)内质网是由一层单位膜围成的三维网 状膜系统
➢基本结构单位:小管、小泡、扁囊状结构, 彼此相互连通形成一个连续的膜性三维结构, 在结构功能上可与Gc、Ly密切相关。 ➢除哺乳类成熟的红细胞之外,内质网普遍存 在于各类细胞之中。
即在某些组织细胞中存在一些由内质网局部
分化、衍生来的异型结构,例如: 髓样体:视网膜色素上皮
孔环状片层体:生殖细胞、神经元、癌细胞
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二.内质网的化学组成
内质网占全部膜相结构50%左右,占细胞
总体积20%以上。 微粒体microsome:是用蔗糖密度梯度离心
方法,从细胞匀浆中分离出的内质网碎片(球囊 状封闭小泡),直径约100nm。
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扁囊状
小管 细胞膜 内质网
小泡
核膜
细胞膜
内质网
核膜外层
内质网的内腔相互连通
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在不同的组织细胞中,或同一种细胞的不同发育阶段及生 理功能状态下,内质网的形态结构、数量分布和发达程度 有很大差别。
A. 鼠肝细胞内质网形态结构模式图(层叠排列的扁平囊泡); B. 睾丸间质细胞中内质网形态现在四透页,总射共一百电三十一镜页。 图(分支网状小管小泡);
注释:热休克蛋白 Heat Shock Proteins (HSPs) ----(是细胞在一些应激条件,如热休克、从细菌到 哺乳动物中广泛存在一类热应急蛋白质。当有机体暴露于高温、葡萄糖饥饿或受到病原菌感染时, 高效表达的一组蛋白,来保护有机体自身。 )
按照蛋白的大小,热休克蛋白共分为五类,分别为HSP100,HSP90,HSP70,HSP60 以及小 分子热休克蛋白 (sHSPs)
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分子伴侣:这类蛋白能够参与多肽链转运、拆叠和装配,而本 身并不参与最终产物的形成
常见的内质网分子伴侣:
蛋白二硫键异构酶
重链结合蛋白(BiP)
钙网素(calreticulin)
葡萄糖调节蛋白94(glucose regulated protein94, GRP94)——又称内质蛋白,是标志性分子伴侣
同的。 常常有2个或2个以上的疏水性起始转移肽结构和停止转移肽
序列。
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3. 糙面内质网是蛋白质分选的起始部位
➢ 无内质网信号肽的蛋白质,在游离核糖体上完成蛋白合成。
游离核糖体
非定位分布的细胞质溶质驻留蛋白 定位性分布的胞质溶质蛋白(细胞器蛋白) 细胞核中的核蛋白 线粒体、质体等所需的核基因组编码蛋白
(羟化酶或者加单氧酶系)
4. 滑面内质网是肌细胞Ca2+的储存场所:肌质网
5. (肌质网腔中存在钙结合蛋白)
rER腔
N 甘 甘甘
p p N
多 萜 醇
多 萜
糖基转移酶 醇
p p







N-连接糖基化均开始于一个共同前体:N-乙酰葡萄糖胺+甘露糖+葡萄糖的14寡糖
并连接于新生肽链中特定三肽序列: Asn-X-Ser(或Thr)
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(4)蛋白质的胞内运输(都形成膜泡)
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微粒体是研究内质网结构功能的最 好(一)脂类和蛋白质是内质网的主要化学组成成分 (二)内质网含有以葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志性酶的诸多酶系
化学组成 1:2
脂类:30%-40%,其中卵磷脂最多,鞘磷脂较少
蛋白质:60-70%,含有30种以上的酶。
(1)信号肽假说 (1975年, G.Bloble, signal hypothesis).
要点:信号肽(signal peptide)是指导蛋白质多肽链 在粗面内质网上合成与穿膜转移的决定因素。
信号肽普遍存在于分泌蛋白N端,由一段由不同数 目、不同种类的疏水氨基酸组成。
核糖体与内质网的结合以及肽链穿越内质网膜, 还有赖于以下因子: 信号识别颗粒(SRP):胞质中
➢ 有内质网信号肽的蛋白质,进入内质网完成蛋白合成
并起始分选过程。
(信号肽可以视为蛋白质分选的初始信号)
(粗面内质网可以视为是蛋白质分选的初始部位,
高尔基复合体是蛋白质分选的终末场所)
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信号斑(signal patch)也是重要的蛋白质分选转运信号。
概念:新生蛋白质多肽链合成后折叠时,在其表面由特定氨 基酸序列形成的三维功能结构。
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细 胞质
脂酰基转移酶
两条脂肪酸链结合到甘油-3-磷酸
磷脂酸
磷酸酶 去磷酸化
双酰甘油
磷酸胆碱转移酶
卵磷脂 转位酶
(胞质面转向内质网腔面)
脂质由内质网向其他膜相结构转移有2种形式: 一、是以出芽小泡的形式运到高尔基体、溶酶体和质膜; 二、是以水溶性的磷脂转换蛋白为载体,与之结合成复合体进入胞 质,通过自由扩散到达缺少磷脂的线粒体和过氧化物酶体膜上。
停止转移信号
停止转移肽进入移位子并与其作用, 移位子转为钝化状态而终止肽链转
移,停止转移肽就形成单次跨膜ɑ-螺
旋结构,使肽链C-端滞留于细胞质侧。
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② 由内信号肽介导的内开始转移肽插入转移机制:
即位于多肽链中的信号肽序列(与N-端信号肽有同样 功能)
(2)多次跨膜蛋白质的转移插入要复杂得多,但是基本机制是相
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信号假说
mRNA
AP
A
核糖体
信号肽
信号识别颗粒 (SRP)
tRNA
SRP受体
细胞质
通道蛋白移位子
内质网腔
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(2)新生多肽链的折叠与装配
在内质网腔中有丰富的氧化型谷胱苷肽(GSSG),是 多肽链上半胱氨酸残基间二硫键形成的必要条件;
内质网中还有重链结合蛋白(BiP),属于热休克蛋白 70家族成员,能与折叠错误的多肽和尚未完成装配的蛋白 亚基识别、结合并予以滞留,促其重新装配折叠。
(二)内质网的基本类型
RER
核糖体 SER
粗面内质网(rough ER, RER, 又称颗粒内质网,GER) 光面内质网(smooth ER,SER, 又称无颗粒内质网,AER)
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1、粗面内质网的主要形态特征是表面有核糖体附着
形态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, 主要与外输性及膜蛋白合成有关。 在肿瘤细胞、未分化细胞中相对少见。
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(一)粗面内质网的主要功能是进行蛋白质的分 泌合成、 加工修饰、分拣及转运
附着型核糖体合成的蛋白质有: (1)外输性或分泌性蛋白质
(2)膜整合蛋白质
(3)构成细胞器中的可溶性驻留蛋白
(如溶酶体蛋白)
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1、信号肽指导分泌性蛋白在粗面内质网合成
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电镜下显示内质网(兰色),核糖体颗粒(绿色)
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电镜显示内质网结构
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电镜下显示核糖体(棕色颗粒)
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电镜下显示内质网腔和表面附着核糖体
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Endomembrane System
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信号斑与信号肽的区别:
①构成信号斑的氨基酸残基(或序列片段)往往相间排列存 在于蛋白质多肽链中,彼此相距较远;
②在完成蛋白质的分拣、转运引导作用后通常不被切除而得以保留; ③信号斑可识别某些以特异性糖残基为标志的酶蛋白,并指导它们 的定向转运。
多数:内质网腔糖基化→高尔基体→分泌颗粒→胞吐到胞外 少数:内质网→大浓缩泡→酶原颗粒→直接胞吐到胞外
(仅见于某些胰腺外分泌细胞)
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2、信号肽指导的穿膜驻留蛋白的插入转移机制
(1)单次穿膜蛋白插入转移的两种可能机制
① 新生肽链共翻译插入机制:
N-端起始转移信号肽
中间的停止转移肽:疏水区段,信号肽引导肽链转移时,
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