内膜系统

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信号序列具有一些共同的特性:长度一般为15~35个氨基酸残基,N-末端含有1 个或多个带正电荷的氨基酸,其后是6~12个连续的疏水残基;在蛋白质合成中将核 糖体引导到内质网,进入内质网后通常被切除。
b.信号识别颗粒 (signal recognition partical,SRP)
胞质内一核糖核酸蛋白质复合体,由6个多肽 亚单位和1个RNA分子组成,有三个功能部位:
(信号肽酶)
信号假说(二) 请你设计离体实验证明信号肽、SRP和SRP受体的功能。
易位子的中央孔与核糖体大亚基的 中央通道对齐,供多肽链穿入。
GTP在蛋白质转运中的作用
SRP和SRP受体都是G蛋白,它们不仅将合成蛋白质的核 糖体引导到内质网,而且通过GTP-GDP的交换,将内质网膜中 的易位子通道打开,让信号序列与之结合。GTP 水解作为信号 序列转运的能量来源。
(一)RER的功能
参与蛋白质的合成 蛋白质的折叠 蛋白质的糖基化修饰 蛋白质的运输 膜脂的合成
1.参与蛋白质的合成
(1)RER合成的蛋白质类型
①分泌蛋白(细胞外基质蛋白、消化酶、 抗体、肽类激素如胰岛素和神经毒素、细 胞因子等) ②膜整合蛋白 ③细胞器驻留蛋白(驻留在内质网、高尔 基复合体、溶酶体的蛋白质)
在新合成的蛋白质的N末端有一段由信号密 码翻译出的15-35个疏水氨基酸序列,该序列 具有引导多肽链在合成过程中转移到内质网膜 上并完成蛋白质合成的功能。
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999
"for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell"
蛋白质的修饰与加工
包括糖基化;甲基化;羟基化;酰 基化;二硫键形成;磷酸化与去磷酸 化;辅酶或辅基与酶的共价结合;亚 基的聚合;等等。
2.蛋白质的折叠
与蛋白质折叠相关的分子: ■谷胱甘肽 ■蛋白二硫键异构酶(PDI) ■分子伴侣(molecular chaperon)
(1)蛋白二硫键形成
PDI:在肽链中催化错配二硫键断裂并形成正 确二硫键连接,最终使蛋白质形成热力学最稳 定的天然构象。
内质网膜整合蛋白,具GTPase活性,能与 SRP-核糖体复合物结合,并把它们引导至内质网 膜上被称为易位子的通道蛋白处。
d.易(移)位子(translocon):通道直径2nm左右, 所以蛋白质以线性方式跨膜。
e.信号肽水解酶 (signal peptidase)
②新生多肽链合成并转移至内质网腔的主要 过程:
其它的蛋白质是在细胞质基质中游离 核糖体上合成的。
主要包括:细胞质基质中的驻留蛋白; 质膜外周蛋白(位于质膜的胞质面);核输 入蛋白;核基因编码的线粒体及叶绿体蛋 白;部分过氧化物酶体蛋白。
膜结合(附着)核糖体
游离核糖体
这些新生蛋白质是如何被转运到指定地点?其间它们如何 穿过脂双层膜?膜蛋白又是通过什么机制而留在膜上?
Günter Blobel
USA
Rockefeller University New York, NY, USA; Howard Hughes Medical Institute b. 1936 (in Waltersdorf/Silesia, Germany)
信号肽的一级结构
(10-15个,α-螺旋,疏 水核心)
是细胞一类保守蛋白质,能识别肽链的非天然构象, 通过与疏水肽段结合和释放作用(消耗ATP),消除蛋 白质不正确的折叠,促进各功能域和整体蛋白质的正 确折叠。大多成员属于热激蛋白或热休克蛋白(HSP) 家族,如HSP70、HSP90 。
Hsp70:结合尚未离开核糖体的 新生肽链或正在穿膜的肽链,防 止肽链疏水段错误聚集,有利于 肽链的正确折叠。
滑面内质网
(Smooth ER,SER) 膜胞质面无核糖体附着;形态多为分枝的小管 或小泡。
超薄和扫描电镜观察的内质网
(a) 粗面内质网 (b)光面内质网 上半部是超薄电镜照片,下半部是扫描电镜照片。
出芽
SER的形态
特殊类型的内质网——
微粒体(microcome):在细胞匀浆和差速 离心过程中分离得到的由破碎的内质网自 我融合形成的近似球形的膜囊泡结构。在 体外实验中,具有蛋白质合成、蛋白质糖 基化和脂类合成等内质网的基本功能。
脂类的合成和转运:在光面内质网上含有合成脂肪、磷
脂、胆固醇和将胆固醇转化为类固醇激素即甾体激素(皮质醇、 性激素)的全套酶系。这些脂类常会与RER来源的蛋白质结合 形成脂蛋白,再由高尔基复合体分泌出去。
肝的解毒作用 参与糖原代谢:如肝细胞中葡萄糖的释放(G-6PG) 储存及释放Ca2+:肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将胞质中的
(3)膜蛋白的合成
★起始转移序列(start-transfer signal)
N端信号肽 内信号肽(internal singnal peptide):位于多肽链 内的一段疏水区段,具有与N端信号肽同样的功能, 只是不能被信号肽酶切除,从而成为膜蛋白的α-螺旋 跨膜结构。
★终止转移序列(stop-transfer sequence)
乙酰转移酶
磷酸酶
在内质网膜上合成磷脂酰胆碱
翻转酶
RER通过出芽形成运输小泡运送
蛋白质时,膜脂也随之运送到高尔
运输小泡 基体,并通过高尔基体形成分泌小
出芽
泡将膜脂运送到细胞质膜。
磷脂转移蛋白
线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等细胞 器膜中的脂就是靠这种方式运送的。
示磷脂的两种转运方式
(二)SER的功能(自学)
蛋白质合成后的靶向输送 新合成的蛋白质备有特殊的“地址标签”,即信 号序列或拓扑信号,它们将蛋白质导向细胞的正确位 置并可使蛋白质越过细胞器的膜。
(2)蛋白质转移到内质网的移位机制
——信号假说(G.Blobel et al,1975) ① 蛋白质移位的必需组分 a.信号肽(signal peptide)
a.胞质游离核糖体合成信号肽 b.SRP与信号肽结合,肽链延伸暂时终止 c.SRP-核糖体复合体附着到内质网膜上 ,通过
SRP与受体的结合 d.SRP释放与易位子通道蛋白孔道打开 e.蛋白质协同翻译转运 f.信号肽酶切除信号肽 g.蛋白质合成结束
核糖体A位
(易位子)
信号假说(一)
信号肽以袢环形式 插进易位子通道
翻译暂停结构域 信号肽结合位点 SRP受体结合位点及GTPase活性
作用:识别信号肽和内质网膜中的SRP受体, 并使核糖体蛋白质合成暂停。
(信号肽结合位点)
(SRP受体结合位点及GTPase活性) (翻译暂停区域)
信号识别颗粒(SRP)的组成
c.信号识别颗粒受体(SRP receptor) 或停泊蛋白 (docking protein)
胞质膜进入血。
光面内质网在糖原分解中的作用
四、内质网与医学(自学)
(一)病理条件下内质网的异常改变
肿胀、脱粒、内质网腔内包含物异常等
(二)内质网与阿尔茨海默病 (Alzheimer’s disease,AD)
4.蛋白质的运输
转运小泡
核 糖 体 → RER→→ 高 尔 基 复 合 体 →
分泌泡→靶部位或胞吐出胞
转运 小泡
5.膜脂的合成
合成细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇) 两种例外:鞘磷脂和糖脂(ER开始→高尔基复合体完成);
线粒体/叶绿体某些单一脂类是在它们自己的膜上合成的。 磷脂合成酶:ER膜整合蛋白,活性位点朝向胞质面。 翻转酶(flippase)与膜脂转位 膜脂的转运:膜泡运输、磷脂转移蛋白
第一节 内质网 (endoplasmic reticulum,ER)
一、ER的形态结构和类型
(一)形态结构
电镜下,由一层单位膜围成的小管、小泡 和扁囊状结构,相互连接形成一个连续的内腔 相通的三维网状膜系统。外连细胞膜,内连外 层核膜。
小管 小泡 扁囊
核膜 细胞膜
(二)内质网的类型
粗面内质网
(Rough ER,RER) 膜的胞质面附着有核糖体;形态多为板层状排 列的扁囊。
一段由特定氨基酸序列组成的疏水区段,在由 信号肽导引的肽链转移过程中,当停止转移肽进入移 位子并与其相互作用时,移位子即由活性状态转换为 钝化状态而终止肽链的转移,也成为膜蛋白的α-螺旋 跨膜序列。
跨膜蛋白有多种插入内质网膜的方式,决定了它们转 移到细胞器膜上以及质膜上后膜蛋白分布的不对称性。
内含信号序列首 先作为信号序列与 SRP一起将核糖体 附着到内质网,然 后作为起始转移信 号与蛋白质转运通 道结合引导新生肽 的转移。在与转运 通道结合过程中, 始终保持具有较多 正电荷氨基酸的一 端朝向胞质溶胶一 侧,由于它不能被 切除,所以合成的 是膜蛋白。
单次跨膜蛋白的形成(一)
ER-信号肽与终止转移序列共同作用, 完成单次跨膜蛋白合成。
单次跨膜蛋白的形成(二)
二次跨膜蛋白的形成
内含信号序列形成一个跨膜区,停止转移序列也形成一个跨膜区, 二者相加就成为二次跨膜蛋白。
多次跨膜蛋白的形成
移位子不仅在与膜垂直的方向上存在一个随时可以开关的通道,在另一个方向上, 即在脂双层内部也存在一个随时可以开关的通道.膜蛋白上的信号肽打开移位子上的 第一个通道之后,肽链以去折叠构象跨膜,直到肽链上的终止转移序列被移位子识 别,使移位子的第二个通道打开,正处于通道中的那部分肽链不再跨膜,而是横向 转移到脂双层中。转移结束后,移位子的两个通道同时关闭。
肌质网(sarcoplasmic reticulum):在心 肌和骨骼肌细胞中由光面内质网特化形成, 其功能是参与肌肉收缩活动。
光面微粒体 糙面微粒体
二、化学组成
▲主要含蛋白质(60-70%)、脂类(30-40%) ▲标志酶——葡萄糖-6磷酸酶
三、内质网的功能概述
使细胞质区域化,为物质代谢提供特定的内环境; 扩大膜的表面积,有利于酶的分布提高代谢效率; 为蛋白质、脂类和糖类的重要合成基地;解毒作用; 参与物质运输、物质交换;对细胞起机械支持作用。
3.蛋白质的糖基化修饰
在糖基转移酶的催化下,单糖或寡聚糖与蛋白 质的氨基酸残基共价连接而形成糖蛋白的过程。
糖与蛋白质的连接方式—— N-连接的寡糖蛋白:连接部位在蛋白质的天冬酰 胺残基(Asn)的NH2上,发生在RER腔面。 O-连接的寡糖蛋白:发生在高尔基复合体腔面。
糖基磷脂 酰肌醇
寡糖分子先以 焦磷酸链与多 萜醇连接活化
C下a,2+相泵应入的其钙囊通腔道中被;打同开时,又C存a在2+ I释P3放受到体胞钙浆通。道,在IP3作用
在肝细胞中,糖原裂解 释放葡萄糖-1-磷酸,然后再 转变成葡萄糖-6-磷酸,由于 磷酸化的葡萄糖不能通过细 胞质膜,光面内质网上的葡 萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6磷酸(G-6P)水解为葡萄糖和 磷酸后,葡萄糖就可穿过细
内膜系统 (endomembrane system)
内膜系统概述
细胞内在结构、功能、发生上相联系的膜性细 胞结构的总称。最大特点是动态性质。
包括核被膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体、 过氧化物酶体、液泡、(胞)内体、各种转运小 泡等。
真核细胞特有的结构。
Contents
内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化物酶体
谷胱甘肽:为链内二硫键形成起着重要作用。
肽链内二硫键形成机制
CH2-SH
2G-SH G-SH
CH2-SH + G-s-s-G
CH2-S-S-G CH2-SH
G-SH:还原性谷胱甘肽 G-S-S-G:氧化性谷胱甘肽
G-SH CH2-S
CH2-S
一级结构是蛋白质空间构象和特异生 物学功能的基础。
(2)分子伴侣
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