细胞生物学作业2

第一回作业1、总结蛋白质质量控制方式及其调控途径。

答：1）、蛋白质的修饰与加工。

包括四种：发生在内质网和高尔基体的蛋白质糖基化、在内质网发生的二硫键的形成、蛋白质折叠和多亚基蛋白的装备、在内质网高尔基体和分泌泡发生的特异性蛋白质水解切割。

调控途径以糖基化为例：细胞游离核糖体合成蛋白质——（转运）———内质网膜上——（肽链继续延伸并进入）——内质网腔——（酶催化寡糖链）——肽链的糖基化位点形成糖蛋白——（糖基转移酶）——靶蛋白三氨基酸残基序列的天冬酰胺残基（N-连接的糖基化）——膜上糖激酶——肽链糖基化位点的天冬酰胺残基——（内质网特异性糖苷酶）——高苷——进入高尔基体修饰。

2）、依赖泛素的蛋白质降解（降解错误折叠或不稳定蛋白质机制）泛素活化酶（E1）形成酰基-腺苷酸中介勿使泛素分子C端激活（需要ATP），活化的泛素分子与泛素结合酶（E2)的半胱氨酸残基结合，泛素连接酶（E3）催化E2结合的泛素羰基和靶蛋白赖氨酸侧链的氨基酸之间形成异肽键，形成具有寡聚泛素链的泛素化靶蛋白。

泛素化标签呗蛋白酶体帽识别，利用A TP水解提供的能量驱动泛素分子的切除和靶蛋白解折叠，去折叠的的蛋白质转移至蛋白酶体核心腔被水解。

3)、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（主要靠热休克蛋白）细胞溶胶中错误蛋白的累积诱发细胞热休克反应，激活编码胞质溶胶中分子伴侣蛋白等基因的转录，热休克蛋白选择性的与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用A TP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，进一步折叠成正确构象的蛋白质。

4）、依赖溶酶体的降解途径溶酶体对水解底物似乎没有选择性，暂不需要的大分子和衰老的细胞器选择性地进入自噬泡，溶酶体识别并与之结合，溶酶体内的各种水解酶发挥作用。

答：(1)蛋白质质量控制的方式：确保错误折叠的蛋白质不能离开内质网。

(2)细胞对蛋白质采取质量控制的调控途径主要分两步：①内质网（endoplasmic reticulum，ER）对蛋白质的质量控制，即新生多肽的正确折叠与组装。

包括：a．分子伴侣：结合蛋白（binding protein，Bip，Hsp的一种）等钙连接蛋白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。

b．蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI）：可切断错误形成的二硫键，重新形成二硫键并产生正确折叠的构象。

c．葡糖基转移酶：识别未折叠或错误折叠的蛋白并添加1个葡萄糖至低聚糖末端。

②内质网相关性蛋白水解机制（ER-associated protein degradation，ERAD），泛素-蛋白酶体通路(ubiquitin-proteasome pathway，UPP)是其中的中间环节，这是细胞内监测并清除未正确处理蛋白质的质量控制系统。

泛素-蛋白酶体负责对细胞内突变、受损和异常折叠蛋白的清除和降解，它能高特异性地使靶蛋白被泛素化并降解,在细胞内发挥重要的蛋白质质量控制作用。

2、概述蛋白质分选的途径、类型及其细胞分子基础。

答：核基因编码的蛋白质分选大体上可分两条途径：（1）后翻译转运途径（2）共翻译转运途径；根据蛋白质分选的转运方式或机制不同，可将蛋白质转运分为四类：（1）蛋白质跨膜转运（2）膜泡运输（3）选择性的门控转运（4)细胞质基质中蛋白质的转运。

细胞分子基础：细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两方面，其一是蛋白质中包含特殊的信号序列，其二是细胞器上具有特定的信号识别装置（分选受体）。

门控通道转运：蛋白通过核孔复合体运输，蛋白存在核定位信号。

跨膜运输：内质网蛋白依赖信号肽，通过膜上的易位子蛋白跨膜，需要通过分子伴侣协助。

膜泡运输：依赖不同类型的转运膜泡。

胞质蛋白转运：与细胞骨架（微丝、微管）密切相关。

答：蛋白质分选（protein sorting）：核基因编码的蛋白质在细胞质基质中的核糖体上开始合成，然后转运至细胞的特定部位，并装配成结构与功能的复合体，参与细胞生命活动。

(1)蛋白质分选大体分两条途径：①翻译后转运途径：完全在细胞质基质合成的蛋白，转运至膜围绕的细胞器，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体及细胞核，或者成为细胞质基质的可溶性驻留蛋白和骨架蛋白。

②共翻译转运途径：合成起始后转移至糙面内质网（RER），合成的蛋白质经高尔基体运至溶酶体、细胞质膜或分泌到细胞外。

内质网与高尔基体本身的蛋白质分选也是通过这一途径完成的。

(2)蛋白质转运的四种基本类型及其细胞分子基础：①蛋白质的跨膜转运：在细胞质基质中合成的蛋白质转运到内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等细胞器。

蛋白以非折叠态跨膜。

细胞分子基础：内质网蛋白依赖信号肽、信号识别颗粒（SRP），线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等依赖导肽。

该运输还需要分子伴侣及膜上的易位子蛋白等参与。

②膜泡运输：蛋白由不同类型转运小泡从其RER合成部位转运至高尔基体，进而分选运至细胞的不同部位。

细胞分子基础：网格蛋白、COPII包被蛋白、COPI包被蛋白等。

③选择性的门控转运：细胞质基质中合成的蛋白质通过核孔复合体到核内或相反。

细胞分子基础：蛋白存在核定位信号（NLS）。

④细胞质基质中蛋白质的转运第二回作业归纳总结细胞受体类型、特点及重要的细胞信号转导途径。

答：一、细胞受体类型（一）细胞表面受体1．离子通道型受体多为神经递质受体,受体分子构成离子通道。

受体与信号分子结合后变构，导致通道开放或关闭。

引起迅速短暂的效应。

2．G蛋白偶联受体含有7个疏水肽段形成的跨膜α-螺旋区和相似的三维结构, N端在细胞外侧，C端在细胞质胞质侧。

每个跨膜α-螺旋由22-24个氨基酸残基组成，其中螺旋5和6之间的胞内环状结构域（C3）对于受体与G蛋白之间的相互作用具有重要的作用。

3.酶联受体一类是受体胞内结构与具有潜在酶活性，如生长激素受体、干扰素受体等。

当受体与配体结合后，可偶联并激活下游不同的非受体型TPK，传递调节信号。

另一类是受体本身不具酶活性，而是受体胞内段与酶相联系，这类受体包括生长因子受体、胰岛素受体等。

与相应配体结合后，受体二聚化或多聚化，表现酪氨酸蛋白激酶活性，催化受体自身和底物Tyr 磷酸化，有催化型受体之称。

（二）胞内受体位于细胞质或核基质中，主要识别和结合小的脂溶性信号分子。

结合信号分子后，受体表现为反式作用因子，可结合DNA顺式作用元件，活化基因转录及表达。

包括类固醇激素受体、甲状腺激素受体等。

胞内受体都是单链蛋白，有4个结构区：①高度可变区②DNA 结合区③激素结合区④绞链区。

二、细胞信号转导的主要途径1．G蛋白介导的信号转导途径G蛋白可与鸟嘌呤核苷酸可逆性结合。

由x和γ亚基组成的异三聚体在膜受体与效应器之间起中介作用。

小G蛋白只具有G蛋白亚基的功能，参与细胞内信号转导。

信息分子与受体结合后，激活不同G蛋白，有以下几种途经：（1）腺苷酸环化酶途径通过激活G蛋白不同亚型，增加或抑制腺苷酸环化酶（AC）活性，调节细胞内cAMP浓度。

cAMP可激活蛋白激酶A（PKA），引起多种靶蛋白磷酸化，调节细胞功能。

（2）磷脂酶途径激活细胞膜上磷脂酶C(PLC)，催化质膜磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）水解，生成三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DG）。

IP3促进肌浆网或内质网储存的Ca2+释放。

Ca2+可作为第二信使启动多种细胞反应。

Ca2+与钙调蛋白结合，激活Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶或磷酸酯酶，产生多种生物学效应。

DG与Ca2+能协调活化蛋白激酶C（PKC）。

2．受体酪氨酸蛋白激酶(RTPK)信号转导途径受体酪氨酸蛋白激酶超家族的共同特征是受体本身具有酪氨酸蛋白激酶（TPK）的活性，配体主要为生长因子。

RTPK途径与细胞增殖肥大和肿瘤的发生关系密切。

配体与受体胞外区结合后，受体发生二聚化后自身具备(TPK)活性并催化胞内区酪氨酸残基自身磷酸化。

RTPK 的下游信号转导通过多种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的级联激活：（1）激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），（2）激活蛋白激酶C（PKC），（3）激活磷脂酰肌醇3激酶（PI3K），从而引发相应的生物学效应。

3．非受体酪氨酸蛋白激酶途径此途径的共同特征是受体本身不具有TPK活性，配体主要是激素和细胞因子。

其调节机制差别很大。

如配体与受体结合使受体二聚化后，可通过G蛋白介导激活PLC-β或与胞浆内磷酸化的TPK结合激活PLC-γ，进而引发细胞信号转导级联反应。

4．受体鸟苷酸环化酶信号转导途径一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）可激活鸟苷酸环化酶（GC），增加cGMP生成，cGMP 激活蛋白激酶G（PKG），磷酸化靶蛋白发挥生物学作用。

5．核受体信号转导途径细胞内受体分布于胞浆或核内，本质上都是配体调控的转录因子，均在核内启动信号转导并影响基因转录，统称核受体。

核受体按其结构和功能分为类固醇激素受体家族和甲状腺素受体家族。

类固醇激素受体（雌激素受体除外）位于胞浆，与热休克蛋白（HSP）结合存在，处于非活化状态。

配体与受体的结合使HSP与受体解离，暴露DNA结合区。

激活的受体二聚化并移入核内，与DNA上的激素反应元件（HRE）相结合或其他转录因子相互作用，增强或抑制基因的转录。

甲状腺素类受体位于核内，不与HSP结合，配体与受体结合后，激活受体并以HRE调节基因转录。

总之，细胞信息传递途径包括配体受体和转导分子。

配体主要包括激素细胞因子和生长因子等。

受体包括膜受体和胞内受体。

转导分子包括小分子转导体和大分子转导蛋白及蛋白激酶。

膜受体包括七个跨膜α螺旋受体和单个跨膜α螺旋受体，前一种膜受体介导的信息途径包括PK A途径, PKC途径, Ca离子和钙调蛋白依赖性蛋白激酶途径和PKG途径，第二信使分子如cAMP DG IP3 Ca cGMP等参与这些途径的信息传递。

后一种膜受体介导TPK —Ras—MAPK途径和JAK STAT途径等。

胞内受体的配体是类固醇激素、维生素D3、甲状腺素和维甲酸等，胞内受体属于可诱导性的转录因子，与配体结合后产生转录因子活性而促进转录。

通过细胞信息途径把细胞外信息分子的信号传递到细胞内或细胞核，产生许多生物学效应如离子通道的开放或关闭和离子浓度的改变酶活性的改变和物质代谢的变化基因表达的改变和对细胞生长、发育、分化和增值的影响等。