第五章细胞内膜系统与蛋白质分选

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(一)蛋白质合成
蛋白质都是在核糖体上合成的,但是有些蛋白质在合成开始不久后 便转在内质网上合成。包括:①向细胞外分泌的蛋白 ②跨膜蛋白 ③构成细胞器中的可溶性驻留蛋白
(二)蛋白质的修饰与加工
修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等 糖基化类型: N-连接的糖基化 :起始于内质网,完成于高尔基体 O-连接的糖基化:主要发生在高尔基体上
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图4-16 两类分选信号
二、蛋白质分选运输的途径与类型
1.蛋白质分选的两条基本途径 (1)翻译后转移:在细胞质基质中完成多肽链的
合成,再转运至细胞器(如线粒体、叶绿体、 微体、细胞核等)或细胞质基质的特定部位。 (2) 翻译共转移:在细胞质基质中多肽链的合成 起始后,边合成边转入内质网腔中,随后经高 尔基体运至溶酶体、质膜、分泌到细胞外。
• 动力素是一种GTP酶,它将小泡柄部的膜尽可能地 拉近,调节小泡以出芽形式脱离膜。
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图4-18 笼形衣被小泡的组成
网格蛋白分子由3个重链和3个轻链组成,形成一个具有3个曲臂的 形状。许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起,形成一个具有5边形 网孔的笼子。
202图0/94/2-619 网格蛋白的结构,A电镜照片,B分子模型 ,C衣被模型
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图4-8 胰岛素分子的加工成熟
第三节 溶酶体与过氧化物酶体
一、溶酶体的结构 二、溶酶体的功能 三、溶酶体的发生 四、溶酶体与疾病 五、过氧化物酶体
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一、溶酶体的结构类型
溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细 胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。 • 溶酶体膜的特征:
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2.蛋白质分选的运输类型
蛋白质的分选运输类型主要有三类: (1)门控运输 (2)跨膜运输 (3)膜泡运输 (4)细胞质基质中的蛋白质运输
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图4-17 膜结合细胞器的运输类型
三、胞内膜泡运输
• 细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递常常 通过膜泡运输方式进行。
• 高尔基体分布于内质网与细胞膜之间。 • 高尔基体是有极性的细胞器:
靠近细胞核的一面,扁囊弯曲成凸面称为形成面或顺面; 靠近细胞膜的一面呈凹面称为成熟面或反面
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二、高尔基体的功能区隔
• 高尔基体顺面膜囊或网络结构(CGN):是高尔基 体的入口区域,接受由内质网合成的物质并分类后 转入中间膜囊。
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以出芽的方式转运到前溶酶体
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图4-11 溶酶体的发生过程
四、溶酶体与疾病
1.矽肺 :二氧化硅(矽尘)引起的肺组织纤维化 2.贮积症 :是由遗传缺陷引起的,导致溶酶体的
酶发生变异。 3.类风湿性关节炎
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图4-12 台-萨氏综合征神经元中同心圆状的溶酶体
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一、内质网的形态与组成
• 内质网是由封闭的膜系统及其围成的腔构成 互相沟通的网状结构 。
• 类型: 粗面型内质网(RER):呈扁平囊状,排列 整齐,膜围成的空间称为ER腔,膜外有核糖 体附着。 光面型内质网(SER):呈分支管状或小泡 状,无核糖体附着。
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二、ER的功能
一、信号假说与蛋白质分选信号 二、蛋白质分选运输的途径与类型 三、胞内膜泡运输
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一、信号假说与蛋白质分选信号
1.信号假说
• G.Blobel et al:Signal hypothesis,1975。获1999 年Nobel prize(M&P).
• 核心内容:分泌性蛋白质在N端具有信号肽,指导 它到内质网膜上合成。
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图4-16 跨膜蛋白的形成机制
2.蛋白质分选信号
• 细胞类至少存在两类蛋白质分选的信号 • ①信号序列:存在于蛋白质一级结构上的线性序列
,通常15-60个氨基酸残基,有些信号序列在完成 蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除 。 • ②信号斑:存在于完成折叠的蛋白质中,构成信号 斑的信号序列之间可以不相邻,折叠在一起构成蛋 白质分选的信号。
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图4-20 Clathrin衣被小泡的掐断过程
(二)COPⅡ衣被小泡
• 相关运输途径:介导从内质网到高尔基体的物 质运输。
• 结构:COPⅡ衣被由5蛋白质亚基构成 Sec23/Sec24复合体,Sec 13/31复合体,Sec16 。
• COP II衣被小泡形成于内质网的特殊部位, 称为内质网出口 。
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卵磷脂在内质网膜上合成过程的示意图
膜 脂 的 转 运
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第二节 高尔基体
一、高尔基体的形态与组成 二、高尔基体的功能区隔 三、高尔基体的主要功能
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一、高尔基体的形态与组成
• 高尔基体是由数个扁平囊泡堆在一起形成高尔基体的主体结 构。扁囊周围又有大小不等的囊泡结构。
• O-连接的糖基化在高尔基体中进行,通常第一个连接上去 的糖单元是N-乙酰半乳糖,连接的部位为Ser、Thr和Hyp 的OH基团,然后逐次将糖基转移到上去形成寡糖链 。
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N-连接的蛋白质糖基化
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图4-6 N-连接的蛋白质糖基化
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参与细胞分泌活动
(三)新生肽链的折叠与装配 (四)ER的其它功能
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图4-2 内质网蛋白质的合成
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内质网中的糖基化
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ER的其它功能
• 合成膜脂 • 合成甾体类激素 • 形成一些特殊结构 • 支撑作用
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图4-2 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
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图4-10 溶酶体的防御作用
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
磷酸葡萄糖苷酶
M6P 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
• 大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式 产生的。已知三种不同的衣被小泡:网格蛋白、 COPII和 COPI ,分别介导不同的运输途径。
• 膜泡运输的定向机制
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(一)网格蛋白衣被小泡
• 负责蛋白质从高尔基体TGN质膜、胞内体、溶酶 体和植物液泡运输。
• 高尔基体的反面是网格蛋白衣被小泡形成的场所。 其结构包括两部分: 1、由网格蛋白构成的外层网络 2 、由接合素蛋白构成的内壳
• 引导蛋白质进入过氧化物酶体的信号序列是Ser-Lys-Leu-COO-。
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图4-14 过氧化物酶体发生过程的示意图
第四节 蛋白质分选的基本原理
蛋白质是由核糖体合成的,合成之后必须准确无误地 运送到细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋白形成 了一个明确的地址签,细胞通过对蛋白质地址签的识别 进行运送,这就是蛋白质的分选。
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(三)COPI衣被小泡
• 相关运输途径: COPI衣被小泡负责回收、转运 内质网逃逸蛋白返回内质网 。
• 结构:COPI衣被由多种蛋白亚基 (COPαββ’γδεζ)组成,装配与去装配有赖于 ARF(装配反应因子)。
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(三)COPI衣被小泡
• 回收蛋白质的两种机制: 一是转运泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外, 防止出芽转运。 二是通过对逃逸蛋白的回收机制,使之返回 正常驻留的部位 。
负责对细胞合成的蛋白质进行加工,分类,并运 出其过程是ER上合成蛋白质→进入ER腔→以出 芽形成囊泡→进入CGN→在medial Gdgi中加工 →在TGN形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出
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图4-7 高尔基体参与细胞的分泌活动
蛋白或两端的序列 成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素等。
五、过氧化物酶体
过氧化物酶体又称微体是由单层膜围绕的 内含一种或几种氧化酶类的细胞器。标志酶为 过氧化氢酶。 • 过氧化物酶体的形态结构 • 过氧化物酶体的功能 • 过氧化物酶体的发生
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过氧化物酶体的形态结构
• 过氧化物酶体是一种异质性的细胞器,在不同生物及 不同发育阶段有所不同。直径约0.2~1.5um,通常为0.5um ,呈圆形,椭圆形或哑呤形不等。
• 残体又称后溶酶体:已失去酶活性,仅留未消化的残渣
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图4-9 动物细胞溶酶体系统示意图
二、溶酶体的功能
溶酶体的主要作用消化作用,是细胞内的消化器官 。
1.对细胞进行新陈代谢 2.细胞内消化 3.防御作用 4.参与分泌过程的调节 5.自溶作用 6.形成精子的顶体
第五章 细胞内膜系统与蛋白质分选
第一节 内质网 第二节 高尔基体 第三节 溶酶体与过氧化物酶体 第四节 蛋白质分选的基本原理
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细胞内膜系统指在结构,功能或发生上 相关的由膜围绕的细胞器或细胞结构。
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图4-1 细胞内主要的胞质膜
第一节 内质网
一、内质网的形态与组成 二、内质网的功能
三、高尔基体的功能
高尔基体的主要功能将内质网合成的蛋白质进行加工 、
分类、与包装,然后分门别类地送到细胞特定的部位 或分泌到细胞外。 1、蛋白质的糖基化 2、参与细胞分泌活动 3、进行膜的转化功能 4、将蛋白水解为活性物质 5、其他功能
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蛋白质的糖基化
• N-连接的糖链合成起始于内质网,完成于高尔基体。在内 质网形成的糖蛋白具有相似的糖链,由Cis面进入高尔基 体后,在各膜囊之间转运过程中,发生了一系列加工和修 饰,原来糖链中的甘露糖被切除,又被多种糖基转移酶依 次加上了不同类型的糖分子,形成了结构各异的寡糖链。
嵌有质子泵,形成和维持溶酶体中酸性的内环境; 具有多种载体蛋白,用于水解的产物向外转运; 膜蛋白高度糖基化,利于防止自身膜蛋白的降解。 • 溶酶体的类型
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溶酶体类型
• 初级溶酶体(Ply):内含物均一,无明显颗粒,是高 尔基体分泌形成的,含有多种水解酶。标志酶是酸性磷 酸酶。
• 次级溶酶体(Sly):正在进行或完成消化作用的溶酶 体,内含水解酶和相应的底物,分为两种: 自噬溶酶体:作用底物为内源性 异噬溶酶体:作用的底物来自外源
• 过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似,但过氧化物 酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构,可作为电镜下识 别的主要特征。
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图4-13 鼠肝细胞超薄切片的过氧化物酶体(P)和其它 2020/9/26细胞器如线粒体(M)等
过氧化物酶体的功能
• 动物细胞(肝细胞或肾细胞)中过氧化物酶体可氧化分解 血液中的有毒成分,起到解毒作用。过氧化物酶体中常含 有两种酶: 依赖于黄素(FAD)的氧化酶,作用是将底物氧化形成 。 过氧化氢酶,作用是将H2O2分解,形成水和氧气。
• 高尔基体中间膜囊(medial Gdgi):多数糖基修饰 ,糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生 此处。
• 高尔基体反面膜囊与网络结构(TGN):由反面一 侧的囊泡和网管组成,是高尔基体的出口区域,功 能是参与蛋白质的分类与包装,最后输出。
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图4-5 高尔基体的三个功能区域
• 这一过程涉及: 信号识别颗粒(SRP); 信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白,DP); ER膜上的易位子
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图4-15 分泌性蛋白在内质网上合成的过程
• 引导肽链穿过内质网膜的信号肽称为开始转移序列; • 肽链中还有一些序列和ER膜有较强亲和力而结合在脂双层
中,不再转入内质网腔中,称为停止转移序列。
• 过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能 。
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过氧化物酶体的发生
• 过氧化物酶体来源于已存在过氧化物酶体的分 裂,子代的过氧化物酶体还需要进一步装配形 成成熟的细胞器。
• 组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码, 在细胞质基质中合成,在信号肽的引导下转运 到过氧化物酶体中。
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