细胞生物学-内质网

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❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢(葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解) ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ (Ca2+--ATP酶)
蛋白质的修饰和加工
❖ 在内质网进行蛋白质的N-糖苷键的加工 ❖ 羟基化、酰基化加工,和二硫键的形成 ❖ 寡糖链连接到蛋白质的天冬酰胺残基侧链
•附着核糖体合成的蛋白质边合成边转运到内质网 腔内(共转移)
蛋白合成和共转移
In the cell, polyribosomes can be found: A. In cytosol or B. Bound to ER membrane
Co-translational transport across ER membrane!
内质网的结构
解毒作用
❖ 细胞色素P450,NADPH-ctyC还原酶, ctyb5等,能催化各种化合物羟基化或单 加氧反应,使各种脂溶性的物质如药物、 毒物、类固醇等氧化,从而消除其作用 或毒性。且因为羟基化,使其极性增强, 易于排泄。
内质网的发生
❖ 自我组装 sER合成膜脂、rER合成膜蛋白
multi-pass membrane proteins
锚定序列
停止转移序列
或起始转移序列
疏 水 性
亲 水 性
rER合成的内在蛋白
信号序列 停止转移序列 锚定序列
停止转移序列
起始转移序列 停止转移序列
停止转移序列 锚定序列 停止转移序列
起始转移序列 停止转移序列
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成(外分泌蛋白、膜蛋白和 细胞器中的驻留蛋白)
细胞内的膜泡运输
❖ COPⅡ有被小泡: (Sar) 内质网 高尔基体CGN
❖ COPⅠ有被小泡:(ARF) 高尔基体CGN 内质网 (回收信号序列KDEL)
❖ 网格蛋白有被小泡:(ARF)
高尔基体TGN
细胞膜、胞内体、
溶酶体、液泡
高尔基体的功能
❖ 蛋白质的糖基化加工 形成O-连接的糖苷键, 进一步加工N-连接的糖苷键
N-linked的糖蛋白
(除去甘露糖,除去甘露糖和 添加N-乙酰葡萄糖,添加半乳 糖和唾液酸)
•新合成 O-linked的 糖蛋白 •酪氨酸和碳水化合 物被硫酸化修饰
rER内的糖蛋白在被运送到高尔基体前,切除了 寡糖链上的3个葡萄糖分子和1个甘露糖分子
Glycosylation in the Golgi apparatus
蛋白质修饰过程
结合蛋白
(Binding Protein)
蛋白二硫键异构酶
❖ 蛋白二硫键异构酶
切断错误的二硫键,正确连接二硫键
❖ 结合蛋白(binding protein, Bip) 识别不正确折叠或未装配好的蛋白亚单位, 并促使其重新折叠与装配,属热休克蛋白 Hsp70家族。
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成(外分泌蛋白、膜蛋白和细胞 器中的驻留蛋白)
组织化学染色显示高尔基器的区隔化
A. Unstained B. Stained for Cis-Golgi C. Stained for medial-Golgi D. Stained for Trans-Golgi
结果表明,高尔基器的 不同扁囊含有不同的酶
高尔基器的功能分区
•溶酶体蛋白质上的 寡糖链被磷酸化修 饰 •进一步修饰 来自内 质网的
泛素
蛋白酶体
分子伴侣
Transport from ER to Golgi
❖ 只有正确折叠的蛋白质可以离开 ER ❖ 错误折叠的蛋白质被分子伴侣(chaperones)结合而滞留
在ER lumen ❖ 最终错误折叠的蛋白质进入细胞质降解 ❖ 蛋白多聚体也需要装配后离开ER
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成 ❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢(葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解) ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ (Ca2+--ATP酶)
❖ ER内的糖基化修饰 ❖ 高尔基器内除去3个 ❖ 高尔基器内添加1
和加工,除去3个葡 甘露糖
个N-乙酰葡萄糖
萄糖1个甘露糖
Glycosylation in the Golgi apparatus
❖ 高尔基器内除去2 ❖ 高尔基器内添加3 个甘露糖 添加2 个半乳糖和3个唾 个N-乙酰葡萄糖 液酸
顺面膜囊(cis Golgi)或顺面网 状结构(CGN)
中间膜囊(medial Golgi)
反面膜囊(trans Golgi)和反面网 状结构(TGN)
高尔基器的荧光照片
Golgi is polarized in animal cells
Typical plant cell has hundreds of individual stacks dispersed throughout cell
内质网 高尔基体
溶酶体 过氧物酶体
内质网
endoplasmic reticulum (ER)
细胞质的组成
❖ 细胞质包括: 细胞质基质(cytoplasmic matrix)
小分子:水,无机盐 中分子:脂类、氨基酸、糖类、核苷酸 大分子:蛋白质(酶)、脂蛋白、RNA、
多糖
细胞器( ) 膜相细胞器和非膜相细胞器
易位子
Type I single pass proteins
停止转移序列
What’s the character of stop-transfer sequence?
Type II single pass proteins
锚定序列 或起始转移序列
What’s the character of signal-anchor sequence?
Glycosylation in the Golgi apparatus
Core region 核心区
Complex oligosaccharide
复杂的N-连接寡糖
高甘露糖N-连接寡糖
High mannose oligosaccharide
特征
N-连接
O-连接
合成部位
rER
Golgi body
内含物(储存物):糖原和色素
膜相细胞器
❖ 内质网 ❖ 高尔基器 ❖ 溶酶体 ❖ 过氧物酶体 ❖ 线粒体 ❖ 叶绿体 ❖ 细胞核
非膜相细胞器
❖ 核糖体 ❖ 细胞骨架
细胞质的功能
❖ 中间代谢反应:糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途 径
❖ 合成反应:糖原合成、蛋白质合成、脂肪酸合成 ❖ 细胞信号转导通路以及各种调控途径 ❖ 蛋白质的修饰、降解、更新及重新折叠 ❖ 维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输
❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢(葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解) ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ (Ca2+--ATP酶)
蛋白质的正确折叠
未折叠蛋白 未完全折 叠的蛋白
正确折叠的蛋白
糖基转移酶
糖苷酶
错误折叠的蛋白质如何降解?
❖ 约80%的蛋白质不正确折叠 ❖ 转运到细胞质后,先除去糖分子,经泛素修饰后降解
❖ 核糖体与内质网膜上的易位子(translocon)结 合,肽链又开始延伸
❖ SRP脱离信号肽和核糖体,返回细胞质基质重新 使用
❖ 信号肽被信号肽酶切除
信号序列
信号识别 颗粒
内质网内的可溶性 蛋白质合成
信号 识别 颗粒 受体
易位子
信号肽酶
可溶性蛋白质
信号肽识别颗粒
信号肽序列结合位点
翻译停止区
SRP受体 结合位点
transport hypothesis?
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成(外分泌蛋白、膜蛋白 和细胞器中的驻留蛋白)
❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢(葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解) ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ (Ca2+--ATP酶)
How does ER signal peptide direct
高尔基体
(Golgi body, Golgi apparatus)
顺面
反面
囊泡 高尔基器
高尔基器
高尔基体的结构
❖ 高尔基体是一种有极性的细胞器 扁囊堆呈弓形,周围有大小不等的囊泡 顺面(cis face, 形成面,凸面) (朝向细胞核和内质网) 反面(trans face, 成熟面,凹面) (朝向细胞膜) 大小囊泡
高尔基体的功能
❖ 蛋白质的糖基化加工 形成O-连接的糖苷键, 进一步加工N-连接的糖苷键
❖ 分泌活动和分选包装 ❖ 细胞内的膜泡运输 ❖ 溶酶体的发生 ❖ 合成和分泌多糖,并参与细胞壁的形成
为什么蛋白质要糖基化?
❖ 增强糖蛋白的稳定性,对蛋白酶的抗性 ❖ 影响蛋白质的水溶性和所带电荷的性质 ❖ 影响多肽的构象 ❖ 有利于高尔基体的分类和包装
磷脂的合成
脂质的转运
磷脂转运的两种形式:
出芽(高尔基体 )
磷脂转换蛋白(线粒体、叶绿体、 过氧物酶体)
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成(外分泌蛋白、膜蛋白和细胞 器中的驻留蛋白)
❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢(葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解) ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ (Ca2+--ATP酶)
来自百度文库
合成方式
来自一个寡糖前 一个一个单糖加


与之结合的氨基 天冬酰胺 酸残基
丝氨酸、苏氨酸、 羟脯氨酸、羟赖 氨酸
最终长度
至少5个糖残基 一般1~4个糖残 基
第一个糖残基 N-乙酰葡萄糖胺 N-乙酰半乳糖胺 等
高尔基体的功能
❖ 蛋白质的糖基化加工 形成O-连接的糖苷键, 进一步加工N-连接的糖苷键
❖ 分选包装和分泌活动 ❖ 细胞内的膜泡运输 ❖ 溶酶体的发生 ❖ 合成和分泌多糖,并参与细胞壁的形成
游离核糖体和附着核糖体
蛋白质在哪里合成?
•蛋白质首先在细胞质内的游离核糖体上合成 ( “free” cytosolic ribosomes)
•没有信号肽的蛋白质将成为细胞质蛋白质,它们是 酶或结构蛋白(例如细胞骨架)
•如果游离核糖体上合成的蛋白质氨基端为一段疏 水氨基酸组成的信号肽(signal peptide, signal sequence), 则信号肽引导该核糖体附着到内质网的表面
同位素 标记 实验
分泌泡的形成
内质网
高尔基器 分泌泡
分泌泡如何与细胞膜发生融合?
膜流
溶酶体
内吞泡
内质网
高尔基器
分泌泡
膜泡运输
出芽
融合
有被小泡
网格蛋白包被 的有被小泡
COP I包被的 有被小泡
COP II包被的 有被小泡
膜泡运输
三种类型的包被蛋白: COP II = 内质网到高尔基器 COP I = 高尔基器 到高尔基器 高尔基器到内质网 网格蛋白 = 高尔基器到分泌泡、 细胞膜、溶酶体、胞内体
的氨基基团上 ❖ 糖基化加工与蛋白质合成是同时进行的
蛋白质的糖基 化加工
寡糖链由14个糖分子构成: 2个N-乙酰葡萄糖胺, 9个甘露糖 3个葡萄糖分子构成
糖基转移酶
rER内的糖蛋白在被运送到高尔基体前,切除了 寡糖链上的3个葡萄糖分子和1个甘露糖分子
蛋白质二硫键的形成
蛋白二硫键异构酶
Protein disulfide isomerase
共转移的实验证据
•细胞与同位素标记的氨基 酸(aa*)孵育 匀浆细胞,获得粗面内质网 的小囊泡 (微粒体
microsomes) 密度梯度离心分离内质网 微粒体 在含有或没有去污剂的情 况下,用蛋白酶处理微粒体
•QUESTION: How does the data from this experiment support the co-translational
❖ 分选包装和分泌活动 ❖ 细胞内的膜泡运输 ❖ 溶酶体的发生 ❖ 合成和分泌多糖,并参与细胞壁的形成
粗面内质网 高尔基器顺面
高尔基器反面
受体回收
溶酶体
受体
6-磷酸甘露糖 N-寡糖链
溶酶体酶
溶酶体酶如何进入溶酶体?
the ribosome to the ER membrane?
❖ 当信号肽从核糖体中伸出,信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP)就结合到信号肽上,肽 链暂停延伸
❖ SRP的受体(停泊蛋白)是内质网膜上的内在蛋 白
❖ SRP与其受体结合,将核糖体带到内质网表面

内质网
内质网的结构
内质网的种类
❖ rER:扁囊 ❖ sER:小管、小囊 ❖ 微粒体(microsome)
何谓微粒体?
匀浆
离心
Microsomes are biochemical machines
❖ 可用于蛋白质合成 的功能性分析
❖ 研究脂类代谢
Electron micrograph of rough ER microsomes
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