细胞内膜系统

分子伴侣
二、细胞内膜系统 （endomembrane system）

细胞内膜系统概述
细胞内膜系统的研究方法
内膜系统的生物学意义
细胞内膜系统概述
细胞内膜系统定义 内膜系统的起源与意义 内膜系统使真核细胞区域化(compartmentalization) 内膜系统的特点
细胞内膜系统的研究方法
大分子物质：蛋白质（20-30%）、脂蛋白、多糖、RNA 糖原、脂滴: 储存物质 它呈复杂的胶体性质，可随环境条件的改变由 溶胶变为凝胶状态或者相反，这成为某些细胞运动方 式的动力。
在基质中合成的蛋白质命运不同：
a、具N端信号肽的（分泌蛋白）合成后→内质网 → 高尔基体→……等； b、N端具导肽的分别被转送到各种细胞器（线粒体、 叶绿体、微体、细胞核等）中； c、留在胞质中（驻留蛋白）或参与膜建成（膜蛋白）
概念：在不同阶段从不同角度有不同叫法，概念包括的内容也
随观察工具的发展有所变化和完善。反映出对细胞质基质的认识不 断深入。
最早的概念称透明质 ( hyaloplasm ) ，指细胞质中除线粒体、 质体等在光镜下所能看到的所有细胞器以外的部分，又称细胞液 （Cell sap）。 从生化角度讲，细胞液实际上是细胞质的可溶相，经过差速离
提供了大面积的结合位点；
将细胞内部区分为不同的功能区域：保证胞内各种生化反
应所需的独特的环境－－酶系统的隔离与连接；蛋白 质、糖、脂肪的合成、加工和包装；扩散屏障及膜电
位建立；离子梯度的维持；运输分泌物等。
真核细胞膜结合区室的主要功能
保证膜结构的更新和一致性 ：膜泡运输、膜流
放射自显影（Autoradiography）
1 体外环境应激：热、冷、有机物、重金属（砷、 镉等）、缺氧等。 2 体内病理生理应激：基因损伤、组织创伤、微生 物感染等。
细胞内膜系统是指:
细胞内在结构、功能及发生上相关的由
膜围绕形成的细胞器或细胞结构，如核被膜、内质网、高尔基体、 溶酶体、分泌泡等各种小泡。 叶绿体、线粒体不属于内膜系统
内膜系统的起源与意义
细胞质基质的涵义
基本概念：
用差速离心分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞
核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器
或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质 成分。生物化学家称之为胞质溶胶。
成分：中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构。 特点：细胞质基质是一个高度有序的体系；通过
弱键artmentalization
质膜
内膜
生物膜
原核细胞 – 质膜构成的单一区室 真核细胞 – 内膜 – 各种细胞器
内膜系统出现的意义：
内膜系统的特点：
独立性：膜封闭的区室
执行独特 的功能
协作性：动态性质（膜流）
Main topics
Ⅰ. 高等细胞区室化 Ⅱ. 内质网 the endoplasmic reticulum ER Ⅲ. 高尔基体 Golgi apparatus Ⅳ. 溶酶体 Lysosome Ⅴ. 过氧化物酶体 Peroxisome Ⅵ. 线粒体 Mitochondrion Ⅶ. 细胞内蛋白运输
3. 与之结合的 氨基酸残基 4 最终长度
5.第一个糖残基
Ser、Ther、HyPro、HyLys
一般1～4个糖残基， 但ABO血型抗原较长 N—乙酰半乳糖胺等
P178 表6-2
肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比 细胞组分
细胞质基质 细胞核 内质网 高尔基体 溶酶体 胞内体 过氧化物酶体 线粒体 细胞质基质
刺激后, Ca2+ 释放出来,参与肌肉收缩的调节。
The protein synthesis, degradation and modification.
cytosolic chaperones
Cells carefully monitor the amount of misfolded proteins. An accumulation of misfolded proteins in the cytosol triggers a heatshock response, which stimulates the transcription of genes encoding cytosolic chaperones that help to refold the proteins.
放射自显影（Autoradiography） 生化分析--差速离心分离与功能分析 （Biochemical analysis） 遗传突变分析（Genetic mutants）
蛋白质糖基化类型
糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：
O－连接 糖基化
与Ser、Thr和Hypro/Hylys的OH连接，连接的糖类 为半乳糖或N-乙酰半乳糖. 在高尔基体上进行O－连接的糖基化.
细胞器(区室) 胞质溶胶 细胞核 内质网 高尔基体 溶酶体 主要功能
代谢的主要场所；蛋白质合成部位 基因组存在场所，DNA和RNA的合成地 大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地 蛋白质和脂的修饰、分选和包装 细胞内的降解作用
内体
线粒体 叶绿体 过氧化物酶体
内吞物质的分选
通过氧化磷酸化合成ATP 进行光合作用 毒性分子的氧化
蛋白质的修饰
N－端甲基化：在其侧链的特定位点上进行 糖基化：N－乙酰葡萄糖胺 蛋白质的Ser残基
酰基化
磷酸化和去磷酸化：调节活性 辅酶和辅基的共价结合
化学组成
细胞质基质是细胞真正的内环境，其组成成分复杂。
主要含有与中间代谢有关的数千种酶类 。
小分子物质 ：水、无机离子、气体分子
中等大小分子 ：脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及衍生物
泛素降解途径(ubiquitin-dependent pathway)：
泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有蛋白质 降解和细胞周期调控等多种生物学功能。
热休克蛋白(heat shock protein ，Hsp)
能选择性的与畸形蛋白质结合形成聚合物，利用
水解ATP释放的能量使聚集的蛋白质溶解，并进一步 折叠成正确构象。 正常生长条件下即呈基础表达，所有细胞中，热 休克蛋白占总蛋白量的5%-10%。 在应激条件下，热休克蛋白表达明显增加，且可 发生移位。这些应激包括：
胰腺系统中胰泡细胞具有最发达的内膜系统, 主要功能是 合成消化酶类。这些酶类合成之后要从胰腺系统经由导管分泌到 小肠中行使功能。 这些酶是如何分泌出去的?
Jamws Jamieson 和George Palade使用放射自显影技术证明了蛋 白质分泌起始于内质网, 放射性同位素 小块胰腺组织 标记氨基酸 经高尔基体到达细胞外。 短暂培养 培养液
甲硫、丝、苏、丙、缬、半胱、甘/脯
Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly/Pro 其余 12 种氨基酸
识别 N 端不稳定的氨基酸信号并准确地将这种蛋白质降解是
依赖于泛素的降解途径。在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共 价结合到含有不稳定氨基酸残基的蛋白质的N端，然后由一种蛋白
酶体（26s的蛋白酶复合体）将蛋白质完全水解；
（cytoplasmic matrix or cytomatrix）

细胞内膜系统
（endomembrane system）
一、细胞质基质 （cytoplasmic matrix or cytomatrix）
细胞质基质是细胞的重要的结构成分， 其体积约占细胞质的一半 细胞质基质的涵义
细胞质基质的功能
心后，除去所有能分辨的细胞器和各种颗粒的上清液部分，故又有
胞质溶胶（Cytosol） 之称。
透明质（细胞液）
光镜下 可见结构以外的部分
→ 胞质溶胶
离心沉淀物以外部分
→细胞质基质
可分辩结构
以外的胶状物质
控制蛋白质寿命
蛋白质选择性降解
催化限速反应的酶类 癌基因产物 未及时运输的Pr
决定因子为存在于N端的第一个氨基酸，称信号氨基酸， 决定N端的 稳定 或 不稳定信号。
糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：
O－连接 糖基化 N－连接 糖基化
与Ser、Thr和Hypro/Hylys的OH连接，连接的 糖类为半乳糖或N-乙酰半乳糖. 在高尔基体上进行O－连接的糖基化. 与Asn的NH2连接，连接的糖类为核苷糖
在内质网上进行的为N-连接的糖基化
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真核细胞膜结合区室的主要功能
数
目
1 1 1 1 300 200 400 1700
体积比
54 6 12 3 1 1 1 22
细胞质
细胞器
有膜细胞器 无膜细胞器：核糖体、中心粒
肌质网 (sarcoplasmic reticulum) ： 心肌和骨骼肌
细胞中的一种特殊的内质网, 其功能是参与肌肉收缩活动。肌质
网膜上的 Ca2+ -ATP 酶将细胞基质中的 Ca2+ 泵入肌质网中储存起 来, 使肌质网Ca2+ 的浓度比胞质溶胶高出几千倍。受到神经冲动
①起源
从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷
和内共生。
从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原
有内膜系统的分裂，具有核外遗传的特性。
细菌中的DNA是同膜结合在一起的，通过质膜的内陷将DNA包裹 在一个膜结构中，并逐渐形成两层核膜。在古代的细菌中一些核糖体 也是附着在质膜上，随着质膜的内陷和核膜的形成，核糖体就结合在 核膜的外膜上逐渐进化形成内质网。这一模型较好地说明了为什么核 膜是双膜结构, 而且在外膜上有核糖体的存在。
第七章
真核细胞内膜系统、 蛋白质分选与膜泡运输
细胞质基质 内质网 高尔基体
第一节 细胞质基质 的涵义与功能
第二节 细胞内膜系统及其功能