第七章+真核细胞内膜系统、蛋白质分选与...

细胞质基质的功能
控制蛋白质的寿命 蛋白质的氨基酸序列中存在决定其寿命的信号。这种信号存 在于蛋白质N端的第一个氨基酸残基，若N端的第一个氨基 酸残基是Met，Ser，Thr，Ala，Val，Cys，Gly或Pro，则 蛋白质是稳定的，如是其他12种氨基酸之一，则是不稳定的。
蛋白质降解是依赖于泛素的降解途径。
• 内质网的形态结构
• 内质网的类型
• 内质网的功能 • 内质网与其他细胞器的关系 • 内质网与疾病
第二节 内质网 （endoplasmic reticulum,ER）
• 1945年Porter K.R和Claude A.D在电镜下观察组织培养 的小鼠成纤维细胞时发现。 • 40-60年代，形态学研究 • 70年代后，生理功能研究
主 要 过 程
核糖体与内质网膜结合，形成SRP-SRP受体-核糖体复合体 SRP脱离并参加再循环，核糖体翻译继续进行 信号肽被切除，成熟的蛋白质落入内质网腔 核糖体在一种脱落因子作用下被分解
内质网的功能
2.粗面内质网蛋白质的修饰与加工
包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成
蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖
内质网的功能
1.粗面内质网与蛋白质的合成
向细胞外分泌的蛋白质：如抗体，激素
膜的整合蛋白：如细胞膜，内质网及高尔基体膜上的蛋白。
构成细胞器的可溶性驻留蛋白：如溶酶体酶。 需要进行修饰的蛋白质：如糖蛋白。
目前普遍用★信号假说来解释分泌蛋白质的合成过程。
信号假说----------1975年----------Bloble提出 蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分： • 信号肽（signal peptide） • 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP） • SRP受体（SPR receptor）
内质网的形态结构与类型
一、形态
1. 扁平囊排列：
2. 小泡状排列
3. 小管状排列
内质网的形态
内质网(endoplasmic reticulum)模式图
内质网的结构
• 1、内质网膜： 厚约5-6nm . • 2、内质网腔： 由内质网膜围成的空腔。
内质网的类型
粗面内质网
粗面内质网（RER):①膜表面附着核糖体；②形态多为板层状排列的扁囊；③多 分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内。
动物和真菌细胞内。
第三节 高尔基复合体 Golgi complex
一、高尔基复合体的形态结构
二、高尔基复合体的化学组成
三、高尔基复合体的功能
四、高尔基复合体的来源
一、高尔基复合体的形态结构
一、高尔基复合体的形态结构
顺面高尔基网络 Cis-Glogi network,CGN
顺面扁囊 高尔基 复合体 中央扁囊 cisterna 反面高尔基网络 Trans-Glogi network,TGN 中间扁囊 反面扁囊
sequence）
2. 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由6种多肽组成， 结合一个7S RNA，属于一种RNP(ribonucleoprotein)。能与信号序列结合，
导致蛋白质合成暂停。
3. SRP受体（SPR receptor），内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP 特异结合。
• 与新生的\未折叠\错折叠或聚集的蛋白质结合
• 加速正确的肽链折叠和重折叠 • 促使某些变性蛋白的降解和清除
• 增强机体对多种应激原的耐受性
内膜系统：指位于细胞质内，在结构，功能乃至发生上有
一定联系的膜性结构的总称。
内质网 高尔基复合体
溶酶体
胞内体
内膜系统的基本结构
• 与细胞膜相同，区别在于膜脂组成及蛋白质种类不同且较薄。
• CGN：功能是分选站，以区分应输回内质网的蛋白质和应进 入高尔基体的蛋白质。 • 高尔基体主体部分由一系列大的扁平囊组成，这些扁平囊分成
顺面、中间和反面膜囊
• TGN：与顺面高尔基体囊膜一样， TGN也具有分选功能。蛋 白质在TGN被隔离成不同类型的小泡，面向质膜或细胞内不 同的目的地。
培养的上皮细胞中高尔基体的分布（高尔基体为红色，核为绿色）
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
• 溶酶体与过氧化物酶体 • 细胞内蛋白质的分选
第一节：细胞质基质 （cytoplasmic matrix or cytomatrix）
• 细胞质基质的涵义 • 细胞质基质的组成
• 细胞质基质的功能
• 细胞质基质与胞质溶胶
• 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)( Kyeong et al., 1998)。 • 功能:
• 分子伴侣:是细胞内一类能介导其它蛋白正确装配,其本身却不具最终装配 产物的组成成分。
HSP70是主要的伴侣蛋白之一，作用：
细胞质基质的功能
降解变性和错误折叠的蛋白质
细胞质基质中的变性蛋白，错误折叠的蛋白，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，也常常被很快清除。
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
这一功能主要依靠热休克蛋白来完成。
热休克蛋白（heat shock protein, HSP）
细胞质基质的涵义
基本概念：
用差速离心法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，存留在上清液中的主要是细胞
质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。
细胞质基质的组成
主要成分:
1.中间代谢有关的数千种酶类 2.细胞质骨架结构 主要特点： 细胞质基质是一个高度有序的体系；
各种膜之间的转化关系
内质网膜 核膜
高尔基体膜
细胞膜
第三节 高尔基复合体 Golgi complex
• 又名高尔基器（Golgi apparatus)或高尔基复合体
• 1898年意大利医生Golgi首次发现，将其命名为高尔基
体。20世纪50年代以后才正确认识它的存在和结构。
•
高尔基体不仅存在于动植物细胞中，而且也存在于原生
• ④胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)的细胞化学反应；常常可显 示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶 酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌产生的。
嗜锇反应
NADP酶反应 TPP酶反应 CMP酶反应
三、高尔基复合体的功能
• 1、参与细胞分泌活动
• 2、蛋白质的糖基化
• 3、将蛋白水解为活性物质
蛋白的过程。 糖基化的作用： ①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用； ②赋予蛋白质传导信号的功能；
③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。
N-连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内。
• 糖与蛋白质的连接方式
O-连接的寡糖蛋白：发生在高尔基复合体内。
N连接的糖基化：寡糖基转移到天冬酰胺残基上 O连接的糖基化：连接到丝氨酸、苏氨酸或胶原纤维的羟 赖氨酸或羟脯氨酸的羟基上的糖基化
• O-连接的糖基化
将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨 酸的羟基上，称为o-连接的糖基化
• N-连接寡聚糖的进一步加工
内质网上：磷酸多萜醇上的糖基转移到多肽的天 冬酰胺上 高尔基体：加工，切除葡萄糖和部分甘露糖分子， 添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白
高尔基体将蛋白水解为活性物质
• 无生物活性的蛋白原 高尔基体 切除N端或两端 的序列 成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及 血清白蛋白等 • 蛋白质前体 高尔基体 水解 同种有活性的多肽 如神经肽等 • 含有不同信号序列的蛋白质前体 高尔基体 加工 成不同的产物 • 同一种蛋白质前体 不同细胞以不同的方式加工 不同的多肽
二、高尔基复合体的化学组成
蛋白质 60% ；脂类 40%
集中在高尔基复合体中的酶，有硫氨素焦磷酸酶和若
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干糖基转移酶，也含有酸性磷酸酶和其它溶酶体的酶。
其中糖基转移酶是高尔基复合体最具特征的酶，他能把
低聚糖转移到蛋白质上形成糖蛋白。
高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应
• ①嗜锇反应；经锇酸浸染后，高尔基体的cis面膜囊被特 异地染色； • ②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)的细胞化学反应；可特异地显 示高尔基体的trans面的1～2层膜囊； • ③烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的细胞化学反应； 是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；
光面内质网
光面内质网（SER):①膜表面无核糖体附着；②形态多为分枝小管或小泡； ③多分布在一些特化的细胞中。 粗面内质网 核糖体 滑面内质网
微粒体：细胞匀浆等人工过程，破碎的内质 网形成的近似球形的囊泡
内质网的功能
• 1.粗面内质网与蛋白质的合成 • 2.粗面内质网蛋白质的修饰与加工 • 3.新生肽链的折叠、组装和运输 • 4.脂类的合成
核糖体
合成
囊泡 囊泡 细胞膜 高尔基体 内质网
内膜系统浮在胞质溶胶中，由立体网络支撑，溶胶中含有高浓
度蛋白质。 • 内膜系统的主要成员：
– 内质网：细胞内部封闭的腔管系统，存在囊、泡、池等形态；分为粗 面内质网和光面内质网。
– 高尔基复合体：由光面膜包围的扁平囊、腔、潴泡组成的小体堆积而
成。 – 溶酶体：胞饮泡、消化泡、分泌泡等。
第二节 内质网 （endoplasmic reticulum,ER）
真核细胞蛋白质降解主要有两种途径： • 溶酶体途径：主要降解经胞吞进入细胞的细胞外蛋白 • 非溶酶体途径：主要经细胞颗粒中的蛋白酶体降解泛素化的 细胞内蛋白。
泛素(ubiquitin ,Ub)
2004年诺贝尔化学奖授予科学家阿龙· 切哈诺沃、阿夫拉姆· 赫 什科和欧文· 罗斯，以表彰他们发现了泛素调节的蛋白质降解。
细胞膜 高尔基体
细胞外 高尔基体 内质网 核糖体
内质网
核糖体
内质网蛋白质驻留机制
内质网以类似于 “出芽”的形式形成囊 泡，小泡移动到高尔基 体，与高尔基体膜融合， 成为高尔基体的一部分。 高尔基体又以“出 芽”方式形成囊泡，移 动到细胞膜与细胞膜融 合，成为细胞膜的一部 分。
高尔基体中蛋白质的糖基化
• 停止转移序列（stop transfer sequence）
• 转位因子（translocator，translocon）
1.
信号肽（signal peptide），是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多 肽，位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，由于信号肽又是 引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer
4.
5.
停止转移序列（stop transfer sequence），与内质网膜的亲合力很高，
阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜Pr。 转位因子（translocator，translocon），由3-4个Sec61蛋白构成的通道，
每个Sec61由3条肽链组成。
分泌性蛋白的合成与转运
游离核糖体上信号肽的合成 SRP识别信号肽，信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成，翻译暂停
Protein glycosylation in RER
内质网的其他功能
1.解毒作用 2.与胆汁生成有关 3.钙离子浓度的调节 4.类固醇激素的合成 5.糖原的合成与分解
内质网与其它细胞器的关系
• 1、内质网与细胞膜的关系
• 2、内质网与核膜的关系
• 3、内质网与高尔基体的关系
• 4、内质网与线粒体的关系
• 4、进行膜的转化功能 • 5、参与形成溶酶体。 • 6、参与植物细胞壁的形成 • 7、高尔基复合体与精子形成的关系
分泌蛋白合成后是如何运输到细胞外 实验：
追踪定位方法——同位素标记法
研究过程
实验过程：
用３Ｈ标记亮氨酸注射给豚鼠的胰 腺细胞以合成蛋白质。然后每隔一 段时间进行检测和观察。
3分钟后在细胞内附 17分钟后，在细胞内 117分钟后，在细胞 着有核糖体的内质网 的高尔基体中出现放 膜内小泡及细胞外的 中出现放射性。 射性。 分泌物中出现放射性。
通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。
细胞质基质的功能
完成各种中间代谢过程 蛋白质的分选与运输
与细胞质骨架相关的功能
蛋白质的修饰
细胞质基质的功能
蛋白质的修饰
（1）辅基或辅基与酶的共价结合 （2）磷酸化与去磷酸化，调节很多蛋白质的生物活性 （3）糖基化。糖基化主要发生在内质网和高尔基体中 （4）对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰 （5）酰基化