细胞质和细胞器PPT学习教案

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1、会计学1第十三章 线粒体mitochondrion第一节 线粒体的结构第1页/共249页一、线粒体的形态、大小、数量及分布第2页/共249页光镜下线粒体的形态an TEM image of mitochondrion 第3页/共249页二、线粒体的亚微结构第4页/共249页线粒体的亚微结构(from De Witt,1977)线粒体立体结构模式图第5页/共249页第十三章 线粒体mitochondrion第二节 线粒体的化学组成及酶定位第6页/共249页一、线粒体的化学组成第7页/共249页CoQ、FMN、FAD、NAD其他DNA、RNA、核糖体水、无机盐无机物蛋白质脂质 = 41内膜蛋白质脂

2、质 = 11外膜蛋白质脂质外膜内膜 = 31磷脂比值心磷脂;胆固醇(1/6);内膜卵磷脂;脑磷脂;磷脂酰肌醇;胆固醇(5/6);外膜脂质(25%30%)酶(部分);镶嵌蛋白;不溶性酶(基质);外周蛋白;可溶性蛋白质(65%70%)第8页/共249页Flavin mononucleotide & Flavin adenine dinucleotideFMNFAD第9页/共249页NAD(nicotinamide adenine dinucleotide), NADP NAD+:R=H NADP+:R=-PO3H2第10页/共249页细胞色素a(a3、b、c、c1):含血红素铁，通过Fe3+/Fe

3、2+变化传递电子，其中a、a3含有铜原子。第11页/共249页铁硫蛋白：分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe3+/Fe2+互变进行电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型。第12页/共249页辅酶Q：脂溶性小分子醌类化合物，有3种形式，即：氧化型醌Q，还原型氢醌QH2和自由基半醌QH。 FMNH2FMN第13页/共249页二、线粒体中酶的定位分布第14页/共249页部位酶的名称部 位酶 的 名 称外膜单胺氧化酶NADH-细胞色素c还原酶（对鱼藤酮不敏感）犬尿酸羟化酶酰基辅酶A合成酶膜间隙腺苷酸激酶二磷酸激酶核苷酸激酶内膜细胞色素b，c，c1，a，a3氧化酶ATP合成酶系琥珀酸脱

4、氢酶-羟丁酸和-羟丙酸脱氢酶肉毒碱酰基转移酶丙酮酸氧化酶NADH脱氢酶（对鱼藤酮敏感）基质柠檬酸合成酶、苹果酸脱氢酶延胡索酸酶、异柠檬酸脱氢酶顺乌头酸酶、谷氨酸脱氢酶脂肪酸氧化酶系、天冬氨酸转氨酶、蛋白质和核酸合成酶系、丙酮酸脱氢酶复合物第15页/共249页第十三章 线粒体mitochondrion第三节 线粒体的功能第16页/共249页糖、脂肪、蛋白质细胞质膜糖酵解缺氧发酵乳酸胞质溶胶丙酮酸氧存在丙酮酸乙酰CoA电子传递链 TCA循环NADHNAD+NAD+NADHNAD+ATPATPATP二氧化碳和水无氧呼吸和有氧氧化示意图第17页/共249页Mitochondrial function乙

5、酰辅酶A丙酮酸脂肪酸基质第18页/共249页一、细胞氧化及其基本过程第19页/共249页线粒体中主要代谢反应简略图第20页/共249页Citric Acid/TCA/KrebsCycleAcctyl-CoA柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酸琥珀酰 CoA草酰乙酸延胡索酸苹果酸第21页/共249页 Hans Adolf KrebsBorn：25 August 1900, Hildesheim, GermanyDied: 22 November 1981, Oxford, United KingdomAffiliation at the time of the award: Sheffield Uni

6、versity, Sheffield, United Kingdom第22页/共249页The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 to him:“for his discovery of the citric acid cycle”第23页/共249页二、呼吸链第24页/共249页 Cytc Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 1/2O2+2H+ H2O 胞液侧 基质侧 线粒体内膜 e-e-e-e-e-Electron Transport Chain第25页/共249页二、呼吸链(一).复合物INADH-CoQ 还原酶第26页/共

7、249页 复合物INADH-CoQ还原酶： 组成：42条肽链，分子质量：850kDa；呈L型；二聚体(单体：一个FMN，6个以上Fe-S)； 作用：催化NADH的2个电子至CoQ，同时由M(matrix)侧转移4个质子至C(cytosol)侧； 电子传递：NADH FMN Fe-S CoQ NADH + CoQ + 4H+M NAD+ + CoQH2 + 4H+CNAD(nicotinamide adenine dinucleotide), NADP NAD+:R=H NADP+:R=-PO3H2第27页/共249页二、呼吸链(二).复合物琥珀酸-CoQ还原酶第28页/共249页 复合物琥珀酸

8、-CoQ还原酶： 组成：由4条不同肽链构成的跨膜蛋白质，分子质量：140kDa；单体：一个FAD，2个Fe-S; 1个cyt b； 作用：催化琥珀酸的低能电子至CoQ，不转移质子； 电子传递：琥珀酸 FAD Fe-S CoQ 琥珀酸 + CoQ 延胡索酸 + CoQH2第29页/共249页二、呼吸链(三).复合物CoQ-细胞色素c还原酶第30页/共249页 复合物CoQ-细胞色素c还原酶： 组成：11条肽链，分子质量：250kDa；二聚体(单体：cyt b566，cyt b562，cyt c1，Fe-S)； 作用：催化电子从CoQ传给细胞色素c，每转移1对电子转移4个H至C侧； 2还原态cyt

9、 c1 + CoQH2 + 4H+M 2氧化态cyt c1 + CoQ + 4H+C第31页/共249页 ubiquinone(氧化型醌Q)ubiquinol(还原型氢醌QH2)自由基半醌QHe2H+2e2H+e第32页/共249页电子通过复合物途径的Q循环第33页/共249页Q cycle第34页/共249页二、呼吸链(四).复合物细胞色素c氧化酶第35页/共249页 复合物细胞色素c氧化酶： 组成：13条肽链，分子质量：160kDa；二聚体(单体：cyt a，cyt a3，2Cu)； 作用：将从细胞色素c接受的电子传给氧，每转移一对电子，在M侧消耗2个质子，同时转移2个质子至C侧； cyt

10、 c CuA hema a a3 CuB O2 2还原态cyt c + 4H+M + O2 2氧化态cyt c + 2H+C + H2O第36页/共249页molecular basis of oxidation:electron transport chain第37页/共249页三、电子传递偶联的氧化磷酸化第38页/共249页 电子载体的种类： 黄素蛋白(FMN或FAD)； 细胞色素； 泛醌(UQ)或辅酶Q(CoQ); 铁硫蛋白; 铜原子;第39页/共249页 NADH可以产生3分子ATP；FAD则可以产生2分子ATP。ADP+PiATP呼吸链的组分、排列及氧化磷酸化的耦联部位FMN-Fe-

11、S ICytb-Fe-S-Cyc1 Cyta a3 IVNADHCoQCytc2H+H2O1/2O2ADP+PiATPADP+PiATPFAD-Fe-S 琥珀酸第40页/共249页E0=-0.32VE0=+0.82V氧化还原电位值低高电子载体排列顺序FADFe-S IICyt b-Fe-S-Cyt c1 IIICyt a a3 IV琥珀酸O2 /H2OFMNFe-S ICoQCyt cNADH第41页/共249页电子传递链中几种电子载体的氧化还原电位及其形成的自由能；红色箭头示质子跨膜为形成ATP的部位。第42页/共249页 生物氧化产生ATP的统计: 动物细胞80%的ATP来源于线粒体；一个

12、葡萄糖分子经过细胞呼吸全过程产生多少ATP？ C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 38ADP + 38Pi 36(38)ATP 第43页/共249页 糖酵解：底物水平磷酸化产生4ATP(细胞质)己糖分子活化消耗2ATP(细胞质)；产生2NADH，经电子传递产生4或6ATP；(线粒体)净积累： 6或8ATP 丙酮酸氧化脱羧：产生2NADH(线粒体)，生成： 6ATP 三羧酸循环：底物水平的磷酸化产生(线粒体)： 2ATP 产生6NADH2(线粒体)，生成： 18ATP 产生2FADH2(线粒体)，生成： 4ATP 总计生成： 36或38ATP 第44页/共249页 糖酵解：底物水

13、平的磷酸化产生4个ATP，己糖活化消耗2个ATP，脱氢反应产生2个NADH2，经电子传递链生成4或6个ATP，净产生6或8个ATP; Krebs循环：底物水平的磷酸化产生2个ATP，脱氢反应产生8个NADH2和2个FADH2，8个NADH2经电子传递链生成24个ATP，2个FADH2经电子传递链生成4个ATP，净产生30个ATP。第45页/共249页 关于物质出入线粒体的穿梭机制: 苹果酸穿梭系统：通过苹果酸-天门冬氨酸穿梭(malate-aspartate shuttle)进入线粒体，然后将线粒体中NAD+还原成DADH2； 磷酸甘油穿梭系统：通过甘油-磷酸穿梭(glycerol-phosp

14、hate shuttle)，将电子传递给线粒体的FAD，使其还原形成FADH2；第46页/共249页苹果酸草酰乙酸苹果酸天门冬氨酸谷氨酸天门冬氨酸谷氨酸苹果酸脱氢酶-酮戊二酸-酮戊二酸草酰乙酸天门冬氨酸转氨酶天门冬氨酸转氨酶苹果酸脱氢酶苹果酸- -酮戊二酸载体谷氨酸-天门冬氨酸载体膜间腔基质苹果酸-天门冬氨酸穿梭antiportantiport第47页/共249页磷酸甘油穿梭细胞质甘油-3-磷酸脱氢酶线粒体甘油-3-磷酸 脱氢酶胞质溶胶基质甘油-3-磷酸二羟丙酮磷酸甘油-3-磷酸二羟丙酮磷酸膜间隙第48页/共249页四、氧化磷酸化的偶联机制(一).化学渗透假说的主要论点第49页/共249页 1

15、961年，Michell(英)化学渗透假说(chemi-osmotic coupling hypothesis)，他认为： H+不能自由通过线粒体的内膜； 电子沿呼吸链传递时，形成跨内膜的电化学质子梯度(electrochemical proton gradient)，所释放的能量将质子从内膜基质侧(M侧)泵至膜间隙(C侧)，形成质子动力势； 在质子梯度的驱动下，H+穿过内膜上的ATP合成酶流回至基质，其能量促使ATP合成酶催化合成ATP，完成氧化磷酸化过程，实现能量的转换;第50页/共249页 F0 F1 Cyt c Q NADH+H+ NAD+ 延胡索酸 琥珀酸 H+ 1/2O2+2H+

16、H2O ADP+Pi ATP H+ H+ H+ 胞液侧 基质侧 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - 化学渗透假说详细示意图第51页/共249页ATP合酶丙酮酸膜间腔在电子传递过程中, 伴随着质子从线粒体内膜的里层向外层转移, 形成跨膜的氢离子梯度，这种势能驱动了氧化磷酸化反应(提供了动力),合成了ATP。NADHO2: 3ATP/2e;FADH2O2 :2ATP/2e;第52页/共249页 Peter D. MitchellBorn: 29 September 1920, Mitcham, United KingdomDied: 10 April 199

17、2, Bodmin, United KingdomAffiliation at the time of the award: Glynn Research Laboratories, Bodmin, United Kingdom第53页/共249页The Nobel Prize in chemistry 1978 to him：“for his contribution to the understanding of biological energy transfer through the formulation of the chemiosmotic theory”第54页/共249页四

18、、氧化磷酸化的偶联机制(二).化学渗透假说的特点See：P112第55页/共249页 质子转移与质子动力势的形成： H+的跨内膜转移，在内膜两侧形成质子浓度差(pH); H+的跨内膜转移，在内膜两侧形成电位差(); 和 pH合称为电化学梯度(electro-chemical gradient)，以质子动力势(proton motive force, p)来表示。三者关系如下： pH p=-2.3RTFpH=pH梯度， =电位梯度，T=绝对温度，R=气体常数，F为法拉第(Faraday)常数，当温度为25时P的值为220mV左右。电子传递链外膜内膜ATP合酶基质质子转移质子动力势(proton

19、motive force)膜间隙基质间隙线粒体内膜膜电位H+浓度梯度线粒体内膜膜间隙基质间隙第56页/共249页五、线粒体质子泵ATP 合成酶(一).线粒体ATP合成酶的形态结构第57页/共249页ATP偶联因子1(coupling factor, F1)的负染电镜照片电镜照片立体结构模型纵剖面及横剖面第58页/共249页ATP合成酶形态结构示意图第59页/共249页五、线粒体质子泵ATP 合成酶(二).线粒体ATP合成酶的分子结构第60页/共249页F1: 9 subunits in the ratio 3：3：1：1：1ATP合酶的分子结构F0 : 1a：2b：12c第61页/共249页五

20、、线粒体质子泵ATP 合成酶(三).线粒体ATP合成酶的工作机制第62页/共249页 线粒体ATP合成酶的工作机制: 1979年，Boyer提出结合变化机制(binding change mechanism)，他认为： 质子梯度的作用并不是用于形成ATP，而是使ATP从酶分子上解脱出来； F1的3个亚基催化位点，分别有3种不同的分子构象，从而使它们对核苷酸具有不同亲和性； 质子跨膜通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，带动亚基旋转，亚基端部高度不对称，引起亚基3个催化位点构象的周期性变化(L、T、O)，L T O不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP；复合体转变成O型则会释放ATP;第63页/

21、共249页F1头部,顶面观松散亚单位结合ADP+Pi能量输入改变构象经缩合形成新的ATP；原有的ATP被释放；L亚单位用于结合由一个亚单位旋转头部重新开始循环ATP合成的旋转催化模型第64页/共249页五、线粒体质子泵ATP 合成酶(四).线粒体ATP合成酶的工作机制的证据第65页/共249页吉田(Massasuke Yoshida)等抗生素蛋白镍复合物His残基ATPADP+Pi第66页/共249页 Paul D. BoyerBorn: 31 July 1918, Provo, UT, USAAffiliation at the time of the award: University o

22、f California, Los Angeles, CA, USA第67页/共249页 John E. WalkerBorn: 7 January 1941, Halifax, United KingdomAffiliation at the time of the award: MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, United Kingdom第68页/共249页The Nobel Prize in chemistry 1997 one half to them： “for their elucidation of the enzy

23、matic mechanism underlying the synthesis of adenosine triphosphate(ATP)”第69页/共249页 Jens C. SkouBorn: 8 October 1918, Lemvig, DenmarkAffiliation at the time of the award: Aarhus University, Aarhus, Denmark第70页/共249页The Nobel Prize in Chemistry 1997 one half to him： “for the first discovery of an ion-

24、transporting enzyme，Na+，K+-ATPase” 第71页/共249页第十三章 线粒体mitochondrion第四节 线粒体的半自主性第72页/共249页一、mtDNA第73页/共249页人类mtDNA基因组结构示意图Human mtDNA(16,569bp)第74页/共249页有些基因之间无间隔,有的基因甚至有重叠;基因突变率高,且缺乏修复能力;部分mtDNA的密码子与核内DNA的通用密码子不同;无内含子;人类mtDNA的特点母系遗传;22个：tRNA基因; 2个：rRNA基因13个：与氧化磷酸化有关基因;人mtDNA基因 (37个结构基因)16,569bp构成闭合环状

25、;人mtDNA构成第75页/共249页1个CoQ-Cyt b基因(复合体)7个NADH-CoQ还原酶复合体基因(复合体)2个ATPase基因(A6、A8)3个COX基因(、)22个tRNA基因2个rRNA基因13个有基因产物24个无基因产物37个基因(16,569bp)第76页/共249页 Human mt DNA: 16,569 bp： 2 rRNAs； 22 tRNAs； 13 polypeptides7 subunits：NADH reductase；1 subunits：Cyt b-c1 complex；3 subunits：Cyt oxidase；2 subunits：ATP syn

26、thase；第77页/共249页8种tRNA基因1种多肽链基因14种tRNA基因2个rRNA基因(12S、16SrRNA)基因12种多肽链基因L链(9个基因)H链(28个基因)37个基因(16,569bp)第78页/共249页二、mtDNA的功能第79页/共249页一般生物与线粒体遗传密码比较一般生物与线粒体遗传密码比较含含 义义一般生物一般生物线粒体线粒体UGAUGA终止信号终止信号( (各种生物各种生物) )色氨酸色氨酸CUACUA亮氨酸亮氨酸( (酵母酵母) )苏氨酸苏氨酸AGAAGA精氨酸精氨酸( (果蝇果蝇) )丝氨酸丝氨酸AGA(G)AGA(G)精氨酸精氨酸( (哺乳哺乳) )终止

27、信号终止信号AUAAUA异亮氨酸异亮氨酸( (哺乳哺乳) )蛋氨酸蛋氨酸第80页/共249页酵母几种主要线粒体酶复合物的生物合成酵母几种主要线粒体酶复合物的生物合成酶复合物酶复合物亚亚 基基 数数 目目 总总数数 细胞质核糖细胞质核糖 体合成数目体合成数目 线粒体核糖线粒体核糖 体合成数目体合成数目 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶 7 74 43 3细胞色素细胞色素b-cb-c1 1复合酶复合酶 7 76 61 1ATPATP酶酶( (寡酶素敏感寡酶素敏感) ) 9 95 54 4核糖体大亚基核糖体大亚基 303030300 0核糖体小亚基核糖体小亚基222221211 1第81页/共249页线

28、粒体DNA复制酶复制中的线粒体DNA线粒体外膜线粒体内膜线粒体DNARNA转录线粒体RNA聚合酶氨基酸转录线粒体中合成的蛋白质三羧酸循环的可溶性蛋白质线粒体氨酰tRNA合成酶线粒体核糖体蛋白质膜上的酶复合体细胞质中合成的蛋白质氨酰tRNA组成线粒体各部分蛋白质，绝大多数都是由核DNA编码并在细胞质核糖体上合成后再运送到线粒体各自的功能位点上。第82页/共249页三、线粒体蛋白质的运送第83页/共249页 (一).线粒体蛋白质跨膜转运的特点: 后翻译转移； 导肽指导转运；导肽的特征: 线粒体前体蛋白质N端的一段信号序列称为导肽；导肽由大约2080个氨基酸构成； 含大量碱性氨基酸及其羟基氨基酸(丝

29、)； 不含酸性氨基酸； 形成一个两性螺旋，带正电荷和不带电荷的疏水氨基酸残基分别位于螺旋的两侧； 前体蛋白质在跨膜转运前后，需分子伴侣的参与完成解折叠(unfolding)和重折叠(refolding);第84页/共249页mitochondrial protein import第85页/共249页 (二). 转运涉及转位因子等多种蛋白: TOM(translocase of outer membrane)复合体：负责通过外膜； TIM(translocase of inner membrane)复合体：TIM23负责将蛋白质转运到基质，或安装在内膜上；TIM22负责将某些转运器蛋白质插入内膜

30、； OXA复合体：负责将线粒体合成的蛋白质和某些进入基质的蛋白质插到内膜上; (三).内外膜间的接触点: 线粒体内、外膜之间存在着接触点，导肽牵引蛋白质前体运送时，可通过内外膜的接触点，一步进入基质;第86页/共249页preprotein with presequencepreprotein with internal signalsMitochondrial processing peptidaseMature carrier proteinMature matrix proteinmatrixChaperone systermmitochondrial protein import ma

31、chinerycytosol第87页/共249页分子伴侣在胞质溶胶中与多肽结合转运序列结合到线粒体的受体上细胞质分子伴侣随着ATP的水解而发生多肽转运线粒体分子伴侣结合并释放转运多肽,伴随释放ATP水解多肽折叠,也许有另一个线粒体分子伴侣的帮助多肽翻译后转入线粒体内的模型细胞质Hsp70转运序列第88页/共249页Contact Sites of Mitochondria第89页/共249页第十三章 线粒体mitochondrion第五节 线粒体的生物发生第90页/共249页一、线粒体的增殖第91页/共249页线粒体的分裂增殖第92页/共249页FtsZ ring structures aro

32、und the division site of a chloroplast and mitochondrion第93页/共249页二、线粒体的起源第94页/共249页第十三章 线粒体mitochondrion第六节 线粒体与医学第95页/共249页第十四章 核糖体ribosome第96页/共249页 1930s年，Claude在暗视野显微镜下发现；称之为微体(microsome)； 1955年，Palade在电镜下观察腺细胞时也发现，并称其为Palade particle； 1958年，Roberts命名为ribosome； 核糖体为非膜性的细胞器。第97页/共249页 George E.

33、Palade Born: 19 November 1912, Iasi, RomaniaDied: 7 October 2008, Del Mar, CA, USAAffiliation at the time of the award: Yale University, School of Medicine, New Haven, CT, USA第98页/共249页Albert ClaudeBorn: 24 August 1898, Longlier, BelgiumDied: 22 May 1983, Brussels, BelgiumAffiliation at the time of

34、the award: Universit Catholique de Louvain, Louvain, Belgium第99页/共249页Christian de Duve Born: 2 October 1917, Thames Ditton, United KingdomAffiliation at the time of the award: Rockefeller University, New York, NY, USA, Universit Catholique de Louvain, Louvain, Belgium第100页/共249页The Nobel Prize in P

35、hysiology or Medicine 1974 to them: “for their discoveries concerning the structural and functional organization of the cell”第101页/共249页第十四章 核糖体ribosome第一节 核糖体的形态结构与存在形式第102页/共249页一、形态结构第103页/共249页 非膜性细胞器; 电镜：高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒；真核细胞核糖体的外形及其剖面第104页/共249页60S原核生物大亚基小亚基柄中心突嵴平台头部裂沟基部50S30SmRNA40SmRNAtRNA多

36、肽中央管真核生物第105页/共249页 Venkatraman RamakrishnanBorn: 1952, Chidambaram, Tamil Nadu, IndiaAffiliation at the time of the award: MRC Labo-ratory of Molecular Biology, Cambridge, United KingdomField: Biochemistry, structural chemistry第106页/共249页 Thomas A. SteitzBorn: 23 August 1940, Milwaukee, WI, USAAffi

37、liation at the time of the award: Yale University, New Haven, CT, USA, Howard Hughes Medical InstituteField: Biochemistry, structural chemistry第107页/共249页 Ada E. YonathBorn: 22 June 1939, Jerusalem, IsraelAffiliation at the time of the award: Weizmann Institute of Science, Rehovot, IsraelField: Bioc

38、hemistry, structural chemistry第108页/共249页The Nobel Prize in Chemistry 2009 to them:“for studies of the structure and function of the ribosome”第109页/共249页第110页/共249页二、存在形式第111页/共249页+Mg+110mmol/L- Mg+1mmol/L单体 80S60S40S+Mg+10mmol/L二聚体 120S多聚核糖体 Mg+存在类型单核糖体多聚核糖体游离(附着)核糖体第112页/共249页第十四章 核糖体ribosome第二节

39、核糖体的基本类型与化学成分第113页/共249页一、核糖体的基本类型第114页/共249页根据来源的生物类群不同:原核生物核糖体真核生物核糖体细胞器核糖体细胞质核糖体叶绿体核糖体线粒体核糖体第115页/共249页二、核糖体的化学成分第116页/共249页70S核糖体50S30S80S核糖体60S40S23S RNA16S RNA28S RNA5.8S RNA5S RNA18S RNA34种蛋白质21种蛋白质49种蛋白质33种蛋白质 5S RNA 第117页/共249页第118页/共249页 rRNA的主要作用： 具有肽酰转移酶的活性； 为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)； 为多种

40、蛋白质合成因子提供结合位点; 在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合； 核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(proof reading)、无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等都与rRNA有关;第119页/共249页 r蛋白质的主要功能： 对rRNA折叠成有功能的三维结构是十分重要的； 在蛋白质合成中, 某些r蛋白可能对核糖体的构象 起“微调”作用； 在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中, 核糖体蛋白与rRNA共同行使功能;第120页/共249页第十四章 核糖体ribosome第三节 核糖体的生物发生与自组装第121页/共249页 组装场所：核仁(

41、真核细胞)； rRNA是高度保守的，有些序列是完全一致的。尽管不同种的rRNA一级结构可能有所不同，但它们都折叠成相似的二级结构；第122页/共249页核糖体小亚单位rRNA的二级结构 (a) E.coli 16S rRNA；(红色为高度保守区)(b) 酵母菌18S rRNA，它们都具有类似的40个臂环结构;第123页/共249页E. Coli(a).核糖体小亚单位中的部分r蛋白与rRNA的结合位点 (b).及其在小亚单位上的部位;第124页/共249页核糖体的自我装配过程 第125页/共249页第十四章 核糖体ribosome第四节 核糖体的功能第126页/共249页一、核糖体的功能位点第1

42、27页/共249页 与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点： 与mRNA的结合位点； 氨酰基位点（A位点）与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点； 肽酰基位点（P位点）与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点； E位点（exit site）肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点; 肽酰基转移酶位点（EF-Tu/EF-G）A位点转移到P位点的转移酶的结合位点;第128页/共249页EF-Tu/EF-G site第129页/共249页二、蛋白质合成的基本过程(一).多聚核糖体第130页/共249页第131页/共249页60S40SmRNA80S ribosomepeptide chain53第132页/共2

43、49页第133页/共249页二、蛋白质合成的基本过程(二).蛋白质合成的基本过程第134页/共249页IF230S-mRNA-50S-fMet-tRNAf5,3,A U G小亚基小亚基5,3,A U GIF3IF3IF3 -mRNA-30S 三元复合物IF2 -30S-mRNA-fMet-tRNAfIF2IF3U A CfMet大亚基小亚基5,3,A U GU A CfMetIF2IF2大亚基小亚基5,3,A U GU A CfMetA位IF3 -mRNA-30S三元复合物IF3IF2 -30S-mRNA-fMet-tRNAf大亚基IF2 GTP小亚基IF3U A CfMetIF2IF3小亚基

44、5,3,A U GA位U A CfMet大亚基GTPGDP+Pi 1. 起始第135页/共249页P位A位C G G丙EF-T GTPU A CfMetC G G丙fMetU A C肽基转移酶 形成肽键A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,EF-G 易位酶G因子GTPGDP+PiA G A丝C G GP位A位C G G丙3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位A位fMetC G G丙A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,P位A位A C U U A G3,A U

45、 G G C C U C U G G A A C G 5,P位A位A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,fMet丙A G A丝 2. 肽链的延长第136页/共249页P位A位RF释放因子U G A丝fMet丙甘苏A C U U A G3,A U G G C C U C U G G A A C G 5,RFU G A30S50SRF3. 肽链合成的终止与释放第137页/共249页二、蛋白质合成的基本过程(三).合成蛋白质的类型第138页/共249页 结构蛋白：由游离核糖体合成，多分布细胞基质中。某些结构蛋白（膜镶嵌蛋白、溶酶体酶蛋白等）是由附着

46、核糖体合成的； 外输蛋白（分泌蛋白）：由附着核糖体合成，大多从细胞分泌出去；第139页/共249页第十四章 核糖体ribosome第五节 核糖体与医学第140页/共249页第十五章 细胞骨架cytoskeleton第141页/共249页细胞骨架（cytoskeleton）：是指位于细胞内的、由蛋白质纤维组成的网架系统。是真核细胞所特有的非膜性细胞器。狭义的：指细胞质骨架微管中间纤维微丝广义的：细胞膜骨架细胞外基质细胞核骨架细胞质骨架第142页/共249页第143页/共249页核微管微丝中间纤维微丝：分布于质膜的内侧；微管：分布于核周围，呈放射状；中间纤维：分布于整个细胞中；第144页/共249

47、页Microtubules in green, actin in red and DNA in blueMicrotubules in red and DNA in blue第145页/共249页红色：高尔基复合体; 蓝色：微丝; 黄色：细胞核第146页/共249页黄色：高尔基复合体; 红色：微丝; 蓝色：细胞核第147页/共249页第十五章 细胞骨架cytoskeleton第一节 微管第148页/共249页一、微管的一般形态结构及组成第149页/共249页微管的形态结构：中空的圆柱状结构。从横切面上看：它是由13根原纤维纵向围绕而成。5-9nm12345678910111213微管横断面 第

48、150页/共249页微管的化学组成：微管蛋白(55KDa 450aa)微管蛋白(55KDa 455aa)异二聚体GTP与GDP结合位点。秋水仙素、长春花碱结合位点。微管蛋白Mg2+与Ca2+结合位点。微管蛋白(55KDa 455aa)： 以-微管蛋白环状复合物(-tubulin ring complex, -TuRC)的形式存在于微管组织中心； 第151页/共249页SeamGTP binding site (nonexchangeable site)taxotene 紫杉醇GDP binding site (exchangeable site)-Tubulin-Tubulin第152页/共2

49、49页 微管蛋白微管蛋白异二聚体聚合首尾相连原纤维微管（13）12345678910111213微管横断面 微管的组装过程第153页/共249页二、微管的组装(一).微管组装的条件和影响因素第154页/共249页第155页/共249页二、微管的组装(二).微管蛋白合成与微管组装的体内调控第156页/共249页二、微管的组装(三).微管的组装过程第157页/共249页微管组装过程与踏车行为的模式图(a)原纤维组装(c)微管延伸(b)侧面层组装第158页/共249页 1972年，Richard Weisenberg从小鼠分离微管蛋白体外组装: +- 踏 车 微管的体外组装:第159页/共249页微

50、管组装和去组装：踏车现象第160页/共249页 微管组织中心(MTOC)：微管在生理状态或实验处理解聚后重新装配的发生处称为微管组织中心（microtubule organizing center, MTOC）。 间期细胞MTOC 中心体（动态微管）； 分裂细胞MTOC 有丝分裂纺锤体极（动态微管）； 鞭毛纤毛细胞MTOC 基体(永久性结构);第161页/共249页从中心粒的成核位点生长中的微管成核位点(-微管蛋白环)成对的中心粒the centrosome is the major MTOC of animal cellsMT are nucleated by a protein compl

51、ex containing-tubulin第162页/共249页三、微管相关蛋白(一).微管相关蛋白的主要 类型第163页/共249页 微管微管蛋白类型I MAPs微管结合蛋白(微管相关蛋白) (MAPs)微管聚合 蛋白(Tua)MAP1AMAP1B类型II MAPsMAP2MAP41.碱性的微管结合结构域2.酸性的突出结构域作用：1.抵抗解聚、稳定微管、在体外加速微管蛋白聚合。2.调节微管与其他细胞成分的相互关系。 第164页/共249页NH2第165页/共249页三、微管相关蛋白(二).微管相关蛋白的主要 功能第166页/共249页 微管相关蛋白的主要功能： 对微管组装的调节控制作用； 对

52、细胞骨架结构的建立、稳定和增强作用; 参与胞内物质的轨道定向转运过程; 参与和介导细胞的信号转导;第167页/共249页四、微管的存在形式第168页/共249页12345678910111213单管 AB二联管 ABC三联管SEM MicrotubulesEM Microtubules第169页/共249页五、微管的主要功能第170页/共249页 构成细胞的网架支架，维持细胞的形态，固定和支持细胞器的位置； 参与细胞的收缩与变形运动，是纤毛和鞭毛等细胞运动器官的主体结构成分； 参与细胞器的位移和细胞有丝分裂过程中染色体的定向移动； 参与细胞内大分子颗粒物质及囊泡的定向转送运输； 参与细胞内的信

53、号转导。细胞器的定位深绿：微管浅兰：内质网黄色：高尔基体上：内质网抗体染色下：微管抗体染色上：高尔基抗体染色下：微管抗体染色分离的二联管常态的鞭毛鞭毛和纤毛的运动机制动力蛋白引起微管滑动 动力蛋白引起微管弯曲连接蛋白质弯曲马达蛋白介导的纺锤体的行为染色体动粒极微管的交错重叠第171页/共249页第172页/共249页引擎（马达）蛋白（Motor proteins）肌球蛋白(myosins)家族：以肌动蛋白纤维作为运行轨道;驱动蛋白(kinesins)家族:动力蛋白(dyneins)家族:以微管作为运行轨道;运动方向：（-）（+）运动方向：（+）（-）第173页/共249页第174页/共249页

54、第175页/共249页高尔基体膜泡胞质驱动蛋白胞质动力蛋白纺锤体驱动蛋白(KRPs)线粒体溶酶体溶酶体细胞中微管介导的物质运输第176页/共249页第177页/共249页530KDa 胞质动力蛋白重链Cytoplasmic dynein heavy chainArp1, ActinArp1, 肌动蛋白Ankyrin锚蛋白Spectrin 血影蛋白55KDa 中间轻链胞质动力蛋白结构示意图p150Gluedp135Glued74kDa Intermediate chain74KDa 中间链加帽蛋白Capping proteinP50 Dynamitinp62第178页/共249页六、微管与细胞病

55、理第179页/共249页第十五章 细胞骨架cytoskeleton第二节 微丝第180页/共249页一、微丝的主要组成及结构(一).微丝的基本结构成分第181页/共249页 微丝（microfilament）：是一类由蛋白纤维组成的实心纤维细丝。长短不一。在细胞中可成束、成网或纤维状分散分布；Nucleus and Filamentous Actin第182页/共249页光镜下平滑肌细胞：兰色：细胞核，红色：肌动蛋白纤维第183页/共249页红色：线粒体; 蓝色：微丝; 黄色：细胞核第184页/共249页黄色：高尔基复合体; 蓝色：微丝; 红色：细胞核第185页/共249页纤维状肌动蛋白(fi

56、brous actin, F-actin)，为肌动蛋白聚合体; -肌动蛋白(肌细胞)；肌动蛋白球状肌动蛋白(globular actin, G-actin)，为肌动蛋白单体；单体呈哑铃形；成份：类型-肌动蛋白-肌动蛋白肌细胞和非肌细胞；根据等电点的不同：第186页/共249页一、微丝的主要组成及结构(二).微丝的结构及组装第187页/共249页G-actinF-actin+- 踏 车ATP Ca+ 低Na+ K+微丝的组装：G-actin F-actin 微丝四聚体Mg2+ 高Na+ K+ATP, Arp第188页/共249页肌动蛋白的踏车行为第189页/共249页Treadmilling o

57、f microfilament踏车行为：单体可同时在(+)端添加，在(-)端分离。第190页/共249页二、微丝结合蛋白及微丝特异性药物(一).与肌肉收缩系统直接相关的几种微丝结合蛋白第191页/共249页各类微丝结合蛋白 Monomer-sequestering单体隔离单体Cross-linking 交联Monomer polymerizing 单体聚合单体核化Memrbrane-binding 膜结合Bunding 成束Depolymerizing 解聚Filament-severing 纤维切断End-blocking(Capping) 封端(加帽)第192页/共249页肌纤维(肌节)T

58、EM照片第193页/共249页1.原肌球蛋白（tropomyosin, Tm）原肌球蛋白肌球蛋白丝肌球蛋白分子肌动蛋白丝肌钙蛋白肌球蛋白头部单体第194页/共249页 .肌球蛋白(myosin)：、和型；型型参与细胞骨架与细胞膜的相互作用；型：参与肌丝的滑动； .肌钙蛋白(troponin, Tn)：Tn-C：与Ca2+特异性地结合；Tn-T：与原肌球蛋白高度亲合；Tn-I：抑制肌球蛋白ATP的活性，调节肌肉的收缩；myosin和myosin的功能膜泡myosin myosinmyosinmyosin第195页/共249页肌钙蛋白复合体Ca2+结合部位肌动蛋白原肌球蛋白肌球蛋白结合部位被阻断；

59、肌肉不能收缩肌球蛋白结合部位肌球蛋白结合部位暴露；肌肉能够收缩钙离子加入第196页/共249页二、微丝结合蛋白及微丝特异性药物(二).与微丝的组装和功能调节密切的其他微丝结合蛋白P132 表15-1第197页/共249页二、微丝结合蛋白及微丝特异性药物(三).微丝特异性药物第198页/共249页 影响微丝聚合与解聚的特异性药物与离子： 细胞松弛素：特异性的破坏微丝组装（对肌纤维不起作用？）：同微丝的正端结合，并引起F-肌动蛋白解聚，阻断亚基的进一步聚合； 鬼笔环肽：稳定微丝、促进微丝聚合；抑制了微丝的解体，因而破坏了微丝聚合和解聚的动态平衡； 在含ATP和Ca2+、低浓度的单价离子(Na+、K

60、+等）溶液中微丝趋向解聚，形成G-actin;在含Mg2+和高浓度的Na+、K+离子溶液中微丝趋向聚合（G-actin F-actin）;第199页/共249页三、微丝的主要功能第200页/共249页组成细胞骨架，维持细胞形态;细胞皮层：微丝结合蛋白交联成的三维凝胶样网络。细丝蛋白二聚体第201页/共249页应力纤维，其结构与骨骼肌细胞中的肌原纤维相似第202页/共249页核心肌动蛋白丝(通过绒毛蛋白、毛缘蛋白交联)微丝(细根)质膜-微丝连接角蛋白中间丝血影蛋白连接纤维微绒毛(microvillus):肠上皮细胞的指状突起，用以增加肠上皮细胞表面积，以利于营养的快速吸收。第203页/共249页

61、交联蛋白(绒毛蛋白、毛缘蛋白)微绒毛微丝束质膜端网侧臂蛋白(型肌球蛋白、钙调蛋白)质膜微丝正极无定型的致密染色区第204页/共249页端网肌动蛋白丝束微绒毛血影交联质膜中间丝小肠上皮细胞的冰冻蚀刻电镜照片,示质膜顶端下方的端网第205页/共249页锚定蛋白血影蛋白带4.1原肌球蛋白肌动蛋白带3血型糖蛋白 A血影蛋白红细胞质膜内侧的骨架结构第206页/共249页第207页/共249页胞质分裂：收缩环由大量反向平行排列的微丝组成，其收缩机制是肌动蛋白和肌球蛋白相对滑动。肌动蛋白和肌球蛋白纤维收缩环卵裂沟第208页/共249页第十五章 细胞骨架cytoskeleton第三节 中间纤维第209页/共2

62、49页 中间纤维(intermediate filament)： 10nm丝：8-10nm； 中间(等)纤维：大小介于粗肌丝和细肌丝之间(或微管与微丝之间)； IF结构稳定：既不受秋水仙素也不受细胞松弛素B影响，并且也没有极性;IF in red and Golji complex in yellow第210页/共249页一、中间纤维的类型第211页/共249页 角蛋白、结蛋白、波形纤维蛋白、胶质原纤维酸性蛋白、神经纤丝蛋白： 具有组织特异性，不同类型细胞含不同IF； 通常一种细胞含有一种IF，少数含2种以上; 肿瘤细胞转移后仍保留源细胞的IF; 角蛋白(keratin)： 表皮细胞特有，分和

63、两类，型存在于细胞中，型构成头发、指甲； 单体分为：酸性角蛋白(I型)、中性或碱性角蛋白(型)。通过两者的异二聚体形成角蛋白纤维；第212页/共249页角蛋白(Keratin)Keratin filaments of epithelial cells are tightly anchored to the plasma membranes at desmosomes and hemidesmosomes.角蛋白纤维中间纤维桥粒斑蛋白整联蛋白致密斑块斑块钙黏着蛋白网蛋白第213页/共249页中间纤维参与粘着连接中的桥粒连接和半桥粒连接钙黏着蛋白锚定于胞质斑块上的角蛋白丝附着蛋白构成的胞质斑块连接

64、两个细胞的桥粒角蛋白丝第214页/共249页 结蛋白(desmin)：又称骨骼蛋白(skeletin),存在于肌肉细胞中，主要功能是使肌纤维连在一起； 波形纤维蛋白(vimentin)：存在于间充质细胞及中胚层来源的细胞中； 胶质原纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein)：存在于星形神经胶质细胞和许旺细胞,起支撑作用； 神经纤丝蛋白(neurofilament protein)：是由三种分子量不同的多肽组成的异聚体，功能是提供弹性使神经纤维易于伸展和防止断裂；波形蛋白第215页/共249页第216页/共249页中等纤维的类型和分布中等纤维的类型和分布类类型

65、型名名 称称分子量分子量( (kDakDa) )多肽数多肽数组织分布组织分布I I酸性角蛋白酸性角蛋白40-5740-57 1515上皮细胞上皮细胞碱性角蛋白碱性角蛋白 53-6753-67 1515上皮细胞上皮细胞结蛋白结蛋白 53 53 1 1肌细胞肌细胞胶质纤维酸性蛋白胶质纤维酸性蛋白 50 50 1 1胶质细胞和星形细胞胶质细胞和星形细胞波形蛋白波形蛋白57 57 1 1间充质细胞间充质细胞外周蛋白外周蛋白 57 57 1 1神经元神经元神经纤维蛋白神经纤维蛋白 62-11062-1103 3成熟的外周和中枢神经元成熟的外周和中枢神经元InternexinInternexin66661

66、 1发育中的中枢神经系统发育中的中枢神经系统V V核纤层蛋白核纤层蛋白A.B.C A.B.C 66-7066-703 3真核细胞真核细胞巢蛋白巢蛋白( (nestinnestin) )2402401 1中枢神经系统干细胞中枢神经系统干细胞第217页/共249页二、中间纤维的分子结构与组装(一).中间纤维蛋白的分子结构第218页/共249页中等纤维的基本组成单位中等纤维单体中等纤维单体共同结构域-螺旋杆状区非螺旋区：310个氨基酸残基(I-IV型和VI型IF)或356个氨基酸残基(V型IF)组成。头部(N-端)尾部(C-端)头部（N-端）N-端C-端L1连接区L12连接区L2连接区 10 16-17 81A -螺旋1B -螺旋2A-螺旋2B -螺旋35 101 19 121 COOH COOHNH2NH2尾部（C-端）杆状区第219页/共249页二、中间纤维的分子结构与组装(二).中间纤维的组装第220页/共249页中等纤维的组装：单体二聚体超螺旋COOH单体NH2COOHCOOH二聚体NH2NH2COOHCOOHNH2NH2四聚体NH2NH2COOHCOOH四聚体原丝八聚体中等纤维原丝