第六章 细胞质基质与内膜系统

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
• 在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体,同样可与 胞外的溶酶体酶结合,通过受体介导的内吞作用,将酶送 至前溶酶体中,M6P受体返回细胞质膜,反复使用
• 还存在不依赖于M6P的分选途径(如酸性磷酸酶、分泌溶 酶体的perforin和granzyme)
内质网,叠加色(黄)显示糙面内质网区
rER和sER的分离
(二)内质网的功能 1. 蛋白质的合成是糙面内
质网的主要功能
• 向细胞外分泌的蛋白质 • 膜的整合蛋白 • 细胞器中的可溶性驻留蛋白
2.光面内质网是脂质合成的重要场所
合成磷脂所需要的3 种酶活性部位都定位在内质网膜的细胞 质基质侧
Figure 12-57 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
3. 蛋白酶的水解和其他加工过程
• 无生物活性的蛋白原(proprotein)进入高尔基体后,切 除N 端或两端的序列形成成熟多肽。如胰岛素、胰高血糖 素及血清蛋白等
• 含有多个相同氨基酸序列的前体,在高尔基体中被水解形 成同种有活性的多肽,如神经肽等
• 同一种蛋白质前体在不同的细胞中可能以不同的方式加工, 产生不同种类多肽,增加了细胞信号分子的多样性
• 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解
1. 蛋白质的修饰
• 辅酶或辅基与酶的共价 结合
• 磷酸化与去磷酸化 • 蛋白质糖基化作用 • 甲基化修饰 • 酰基化
2. 控制蛋白质的寿命
N 端第一个氨基酸残基是决定蛋白质寿命的信号
若N 端的第一个氨基酸是Met(甲硫氨酸)、Ser(丝氨酸)、 Thr(苏氨酸)、Ala(丙氨酸)、 Val(缬氨酸)、Cys(半胱氨 酸)、Gly(甘氨酸)或Pro(脯氨酸),则蛋白质往往是稳定的。
泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径(ubiquitin-and proteasomemediated pathway)
2004 年诺贝尔化学奖
• 发现泛素调节的蛋白质降解
3. 降解变性和错误折叠的蛋白质
细胞质基质中的变 性蛋白质、错误折 叠的蛋白质、 含 有被氧化或其他非 正常修饰氨基酸的 蛋白质,不管其 N 端氨基酸残基是否 稳定,常常很快被 降解清除
5. 内质网的其他功能 • 肝细胞的解毒作用
细胞色素P-450
5. 内质网的其他功能 • 肌质网储存和释放Ca2+
5. 内质网的其他功能
• 内质网上糖原的合成与 分解
• 固醇类激素的合成
(三)内质网应激及其信号调控
• 在各种应激因素(错误折 叠或未折叠蛋白质在ER 腔内聚集、Ca2+ 平衡紊乱、 缺氧、异常糖基化和病毒 感染等)作用下,主要通 过3 条途径引发内质网应 激(ERS)反应,影响特 定基因表达。如果内质网 功 能持续紊乱,细胞将 最终启动凋亡程序
胰岛素原的加工
三、溶酶体
图 溶酶体的发现过程(酸性磷酸酶存在于膜结合小泡中) 左:造成膜泡破裂及酸性磷酸酶释放的条件
右:鼠肝线粒体分离组分置于低渗条件下检测的酸性磷酸酶活性曲线
(一)溶酶体的形态结构与类型
异质性细胞器 • 初级溶酶体 • 次级溶酶体 • 残质体
(一)溶酶体的形态结构与类型
• 溶酶体含有多种酸性水解酶类, 酶的最适pH 为5.0 左右
连成一个连续的网状膜系统,其内腔是通连的。 膜厚约5~6 nm。 内质网膜和外层核膜是连续的,内腔与两层核膜腔相通
连; 与质膜是不连续的。
(一)内质网的两种基本类型
• 糙面内质网(rER)
膜的外表面附有颗粒-----核糖体 (ribosome),为蛋白 质合成的主要部位。
• 光面内质网(sER)
(2)蛋白质糖基化类型
特征 合成部位 合成方式
N-连接 粗面内质网 来自同一个寡糖前体
O-连接 高尔基体 一个个单糖加上去
与之结合的氨 基酸残基
一个个单糖加上去
丝氨酸、苏氨酸、 羟赖氨酸、羟脯氨酸
最终长度
至少5个糖残基
第一个糖残基 N-乙酰葡萄糖胺
一般1~4个糖残基, 但ABO血型抗原较长
N-乙酰半乳糖胺等
膜脂的不对称性?
磷 脂转位蛋白或称转位酶(flippase)
内质网上合成的磷脂转运的三种可能方式
A. 通过膜泡转运脂质
B. 通过磷脂交换蛋白PEP 介导的脂质转运
C. 膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触
3. 蛋白质的修饰与加工
• 发生在内质网和高尔基体 的蛋白质糖基化
• 在内质网发生二硫键的形 成
• 蛋白质折叠和多亚基蛋白 的装配
• 细胞质基质很可能是一种高度 有序的体系关键在于细胞质骨 架纤维贯穿其中,起重要的组 织作用
大分子拥挤 (Macromolecular crowding)
The crowded state of the cytoplasm in (a) eukaryotic and (b) E. coli cells
M6P
磷酸葡萄糖苷酶 磷酸化识别信号:信号斑
高尔基体trans-膜囊和TGN膜(M6P受体)
溶酶体酶分选与局部浓缩
以出芽的方式转运到前溶酶体
溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化
GlcNAc-磷酸 转移酶识别溶 酶体酶信号斑
溶酶体酶从高尔基体TGN和细胞表面转运到溶酶体
溶酶体酶分选途径多样化
• 依赖于M6P 的分选途径的效率不高,部分溶酶体酶通过 运输小泡直接分泌到细胞外
• 在分泌腺细胞中,溶酶 体常常摄入分泌颗粒, 参与分泌过程的调节
• 程序性死亡后的细胞被 周围吞噬细胞溶酶体消 化清除
• 受精过程中的顶体反应
植物细胞液泡
细菌的哪部分结构 类似溶酶体?
(三)溶酶体的发生
溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰(rER)
高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化
N-乙酰葡萄糖胺 磷酸转移酶
第六章 细胞质基质与内膜系统
真核细胞内区室化
第一节 细胞质基质及其功能
一、细胞质基质的含义
• 在真核细胞的细胞质中,除去 可分辨的细胞器以外的胶状物 质,占据着细胞膜内、细胞核 外的细胞内空间,称细胞质基 质(cytoplasmic matrix)
• 生物化学家多称之为胞质溶胶 (cytosol)
二、细胞质基质的功能
• 完成各种中间代谢过程
– 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等
• 为某些蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所 • 与细胞质骨架相关的功能
– 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递; 细胞质基质结构体系的组织者
• 与细胞膜相关的功能
– 细胞质基质产生区室化;依靠细胞膜或细胞器膜上的泵 蛋白和离子通道维持细胞内外跨膜的离子梯度
• 酸性磷酸酶是常用的标志酶 • 溶酶体膜成分特殊
① 嵌有质子泵 ② 具有多种载体蛋白 ③ 膜蛋白高度糖基化 • 次级溶酶体分为自噬溶酶体和 异噬溶酶体
(二)溶酶体的功能
溶酶体的基本功 能是细胞内的消 化作用,一般可 概括成内吞作用、 吞噬作用和自噬 作用3 种途径
1. 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老 损伤和死 亡的细胞
高尔基体结构组织及膜囊间蛋白质转运的两种模型
A. 膜泡运输模型 B. 膜囊成熟模型
(二)高尔基体的功能
• 高尔基体是细胞内大分 子加工转运的枢纽
– 对内质网合成的蛋白质进 行加工、分类与包装,然 后定向转运
– 内质网合成的一部分脂质 向细胞质膜和溶酶体膜等 部位运输
– 高尔基体还是细胞内糖类 合成的工厂
4. 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠
热休克蛋白(heat shock protein, HSP):一类进化上高度 保守的蛋 白质家族,作为分子伴 侣(molecular chaperone) 发挥多种作用,协助细胞内蛋白质合成、分选、折叠与装配等
第二节 细胞内膜系统及其功能
一、内质网
由膜 (一个单位膜) 所形成的一些形状大小不同的小管、 小囊和扁囊(亦称膜层 (1amellae),或小池、潴泡 (cisternae)构成的。
Camillo Golgi
(一)高尔基体的形态结构与极性
高尔基体是一种有极性的细胞器
高尔基体的4种标志细胞化学反应
• 嗜锇反应(顺面膜囊) • 焦磷酸硫胺素酶(TPP 酶)反应(反面的1~2 层膜囊) • 胞嘧啶单核苷酸酶(CMP 酶)和酸性磷酸酶反应(反面膜
囊状和反面管 网结构) • 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶(NADP酶)反应(中间几层)
Hale Waihona Puke Baidu折叠蛋白质应答反应(UPR)
SREBP 的胆固醇敏感调控
ERS 反应引发的细胞凋亡
Nature , 2006, 443, 796-802
二、高尔基体
• 1898 年,意大利医生Camillo Golgi 用镀银法首次在神经细 胞内观察到一种网状结构, 命 名为内网器(internal reticular apparatus)。后来在很多细 胞中相继发现了类似的结构并 称之为高尔基体。直到20世纪 50 年代以后随着电子显微镜技 术的应用和超薄切片技术的发 展,才确证了高尔基体的存在
Aaron Ciechanover. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2005, 6, 79-87
2. 防御功能
• 防御功能是某些细胞特有 的功能,它可以识别并吞 噬入侵的病毒或细菌,在 溶酶体作用下将其杀死并 进一步降解
3. 其他重要的生理功能
• 作为细胞内的消化“器 官”为细胞提供营养
N -连接寡糖在高尔基体各膜囊区间的加工过程
N -连接寡糖的核心糖基是在内质网装配后转移到的高尔基体的;N -连接寡糖的 进一步加工修饰在高尔基体上完成
(3)蛋白聚糖在高尔基体中组装
由一个或 多个糖氨聚糖 (glycosaminoglycan) 结合到核心蛋白的丝氨酸Ser残基上,直接与 Ser羟基结合的不是N-乙酰半乳糖胺,而是木 糖(xylose)
膜的表面没有附着核糖体 颗粒,光面内质网常为分支管
状,是脂质合成的重要场所。
◆ 特殊类型的内质网 ● 微粒体 (microsome) ● 肌质网 (sarcoplasmic reticulum)
糙面内质网与光面内质网结构
A. 胰腺外分泌细胞中发达的糙面内质网,内质网膜及外核膜上附有核糖体 B. 黄体细胞有丰富的光面内质网 C. Cos-7 细胞经双重荧光染色显示的内质网的分布:绿色显示两种形式的
1. 高尔基体与细胞的分泌活动
• 高尔基体TGN区是蛋白质包装分选的关键枢纽, 至少有3 条分选途径
(1)溶酶体酶的包装与分选途径 甘露糖-6- 磷酸(M6P)标记
(2)可调节性分泌(regulated secretion)途径 特化类型的分泌细胞
(3)组成型分泌(constitutive secretion)途径 所有真核细胞,均可通过分泌泡连续分泌某些蛋白 质至细胞表面
• 在内质网、高尔基体和分 泌泡发生特异性的蛋白质 水解切割
蛋白质糖基化
N -连接糖基化与O -连接糖基化的比较
N -连接糖基化与之直接结合的糖是N -乙酰葡糖胺 O -连接糖基化与之直接结合的糖是N -乙酰半乳糖胺
N -连接与O -连接的寡糖比较
在内质网发生的蛋白质N-连接糖基化的加工,转移至 高尔基体后还会经过一系列复杂的修饰
糙面内质网中蛋白质N -连接糖基化过程
内质网腔二硫键形成
4. 新生多肽的折叠与组装
• 蛋白二硫键异构酶和 Bip 等蛋白质都具有4 肽驻留信号(KDEL 或 HDEL)以保证它们滞留 在内质网中,并维持很 高的浓度
内质网是蛋白质分泌转运途径中行使质量监控的重要场所
折 叠错误的多肽被送到细胞质中, 被 泛素(ubiquitin)结合,然后送 到 蛋白酶体(proteosome)中降解
• 蛋白质糖基化修饰利于高尔基体进行分选与包装,保证糖 蛋白从 rER 至高尔基体膜囊单向转移
• 细胞内一些负责糖链合成与加工的酶类均由管家基因编码; 细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链,直接介导细胞 间的双向通讯,或参与分化、发育等多种过程
• 多羟基糖侧链还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电 荷的性质
发生在高尔基体TGN 区的蛋白质分选途径
2. 蛋白质的糖基化及其修饰
• 蛋白质糖基化的生物学功能 • 蛋白质糖基化类型 • 蛋白聚糖在高尔基体中组装 • 植物细胞多糖的合成与分泌 • 糖脂的合成与加工
(1)蛋白质糖基化的生物学功能
• 糖基化的蛋白质其寡糖链具有促进蛋白质折叠和增强糖蛋 白稳定性的作用
相关文档
最新文档