细胞生物学(翟中和)细胞质基质与内膜系统

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1、第七章 细胞质基质与内膜系统细胞内区室化（cprtmenalzaion)是真核细胞构造和功能的基本特性之一。与原核细胞物不同，真核细胞具有复杂的内膜系统,把细胞质辨别成不同的功能区隔。细胞内被膜辨别为3类构造：细胞质基质内膜系统(重要涉及内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等)其他膜相细胞器(如线粒体，叶绿体,过氧化物酶体，细胞核)第一节细胞质基质及其功能细胞质基质:真核细胞的细胞质中,除去可辨别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。一、细胞质基质的含义细胞质基质是一种高度有序的、有精细区域化的、 动态的凝胶构造体系。(不是简朴、均一的溶液)二、细胞质

2、基质的功能. 进行多种生化代谢活动(糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等）2. 为部分蛋白质合成和脂肪酸合成提供场合3.和细胞骨架一起，辅助完毕物质的运送、细胞的运动、维持细胞形态4. 维持细胞器的实体完整性，供应细胞器行使功能所需要的底物,提供细胞生命活动所需要的离子环境5. 修饰或降解蛋白质（1）蛋白质的修饰与辅酶或辅基的结合、磷酸化和去磷酸化、糖基化、甲基化、酰基化等(2)控制蛋白质的寿命真核细胞的细胞质基质中,有一种辨认并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制：泛素化和蛋白酶体介导的蛋白质降解途径。共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体辨认和降解,这是细胞内短寿命蛋白和错误折叠或异常蛋白降解的普遍途

3、径，泛素相称于蛋白质被摧毁的标签。(3)降解变性和错误折叠的蛋白质变性和错误折叠的蛋白质的降解作用,也许波及对畸形蛋白质所暴露出的氨基酸疏水基团的辨认，并由此启动对蛋白质N端第1个氨基酸残基的作用,成果形成了端不稳定信号,被依赖于泛素的蛋白酶体途径彻底降解。(NOTE:另一条途径是溶酶体消化清除。）（)协助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成对的的分子构象重要靠热休克蛋白(h shock pote， H)来完毕。在正常细胞中，HS选择性地与畸形蛋白质结合形成聚合物，运用水解TP释放的能量使汇集的蛋白质溶解，并进一步折叠成对的构象的蛋白质。第二节 细胞内膜系统及其功能细胞内膜系统（广义)：指在构

4、造，功能乃至发生上有关的细胞内膜形成的细胞构造，涉及核被膜、内质网、高尔基体及其形成的溶酶体和分泌泡等，以及其他细胞器如线粒体，质体和过氧化物酶体等膜包围的细胞器（膜性细胞器）。细胞内膜系统(狭义):由单层膜包被的细胞器或细胞构造，她们在构造,功能乃至发生上是互相关联的动态整体。重要涉及内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。内膜系统形成了一种胞内网络构造，其功能重要在于两个方面:一、扩大膜的总面积,为酶提供附着的支架,如脂肪代谢、氧化磷酸化有关的酶都结合在细胞膜上。二、将细胞内部辨别为不同的功能区域，保证多种生化反映所需的独特的环境。一、内质网内质网是一种动态构造，具有高度的多型性。微粒

5、体是细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡构造,涉及内质网膜与核糖体种基本组分。生物化学家称之为微粒体(microsoe）。(一）内质网的两种基本类型根据构造与功能,内质网可分为种基本类型:糙面内质网(oghenplamreicuum,RR）和光面内质网(moth endoplasmic eticuum,ER)。细胞不含纯正的RE或ER,它们分别是ER持续构造的一部分。1 糙面内质网(roug edoplasc riculu,RR）RE呈扁平囊状，排列整洁,膜外有核糖体附着。分泌性蛋白和多种膜蛋白合成的基地。膜上有蛋白复合体移位子(transocn），中心形成直径约2nm

6、的“通道”，与新合成的多肽转移有关。2. 光面内质网(smoheoplasmic riculum,ER）SER呈分支管状或小泡状,无核糖体附着。是脂质合成的重要场合。肌肉细胞中的肌质网是一种特化的SER,称为肌质网，可贮存Ca2+，与肌肉收缩有关。3. 内质网的化学构成R膜中含大概60%的蛋白和40%的脂类。R约有30多种膜结合蛋白,另有0多种位于内质网腔,这些蛋白的分布具有异质性,如:葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于内质网,被觉得是标志酶；核糖体结合糖蛋白(ribohon）只分布在E;40酶系只分布在ER。(二）内质网的功能1.蛋白质的合成是糙面内质网的重要功能蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起

7、始于细胞质基质游离的核糖体。有些蛋白质在合成开始不久后便转移到内质网上继续合成,多肽链边延伸边穿过内质网膜进入内质网腔中。这些蛋白质重要有:()向细胞外分泌的蛋白质如消化酶、抗体、激素；（2)整合膜蛋白在内质网合成时方向性就已拟定,在后续转运过程中，其拓扑学特性始终保持不变。(3)细胞器中的可溶性驻留蛋白如溶酶体和液泡中的酸性水解酶，内质网、高尔基体和胞内体中可溶性驻留蛋白。(4）需要进行修饰的蛋白如糖蛋白。2. 光面内质网是脂质合成的重要场合大多数膜脂是完全在SE中合成的。蛋白质的修饰与加工涉及糖基化、羟基化（Pr和y）、酰基化(发生在内质网胞质侧，一般是软脂酸共价结合在跨膜蛋白的Cys残基

8、上)、二硫键形成等。其中最重要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最后被糖基化。糖基化的概念:蛋白质糖基化是指在蛋白质合成的同步或合成后,在酶催化下将寡糖链连接在肽链特定的糖基化位点,形成糖蛋白。糖基化的类型：分为种,O-连接的糖基化和N-连接的糖基化.新生多肽的折叠与组装内质网是蛋白质分泌转运途径中行使质量监控的重要场合。不能对的折叠的畸形肽链或未组装成寡聚体的蛋白质亚基,一般都不能进入高尔基体，被辨认后通过Sec61p复合体从内质网腔转至细胞质基质,进而通过泛素依赖性蛋白酶体途径降解。内质网膜腔面上附着有蛋白二硫键异构酶（roti disulfie isomerase, P)，可以切断

9、二硫键,协助新合成的蛋白质重新形成二硫键并产生对的折叠的构象。内质网上合成的蛋白质的折叠和组装还需要分子伴侣Bp(ing rein, 属于hsp70家族的AP酶）的协助,需要消耗能量。蛋白二硫键异构酶和i等内质网驻留蛋白都具有4肽驻留信号KDE(Ly-sp-GuLu)或HDEL（isAsp-GuLeu)，以保证她们驻留于内质网中,并维持很高的浓度。分子伴侣:协助其他蛋白质对的折叠、组装和易位转运的一类蛋白质,自身并不成为最后产物的成员。5 内质网的其他功能(1）解毒作用（2) 特化为肌质网,储存C2和调节细胞2+浓度(）固醇类激素的合成(4）调节血糖浓度（5）支撑作用二、高尔基体（高尔基器、高

10、尔基复合体）（一）高尔基体的形态构造与极性1. 高尔基体的形态构造高尔基体由数个扁平膜囊整洁堆叠成主体构造,周边有许多大小不等的囊泡构造。高尔基体至少由互相联系的个部分构成持续的整体构造：高尔基体顺面膜囊或顺面网状构造(ciolgi netor,CN)、高尔基体中间膜囊、高尔基体背面膜囊、背面高尔基网状构造(tans Golgi netk，TN)。2.高尔基体的极性 高尔基体是一种有高度极性的细胞器。(二）高尔基体的功能高尔基体的重要功能将内质网合成的蛋白质进行加工、分类(分选）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；内质网合成的脂质一部分也通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部

11、位运送。此外,高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂。 高尔基体参与细胞的分泌活动高尔基体负责对在内质网合成的蛋白质进行加工，分类（选）并运出。高尔基体对蛋白质的分类（分选），根据的是蛋白质自身所具有的信号序列或信号斑。2. 蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质糖基化的作用（目前对其生物学意义理解还不够完善和进一步): 糖基化的蛋白质其寡糖链具有增进蛋白质对的折叠和增强蛋白稳定性的作用;糖基化修饰使不同蛋白质携带不同的标志，以利于在高尔基体进行分选与包装,同步保证糖蛋白从糙面内质网至高尔基体膜囊单向转移;(如溶酶体酶的6P标记)细胞表面、细胞外基质密集存在的寡糖链,可通过与另一种细胞表面的凝集素之间发生特异

12、性互相作用,直接介导细胞间的双向通讯,或参与分化、发育等多种过程;多羟基糖侧链作为分子标志之一,也许参机体细胞间辨认,以及宿主细胞与病原微生物之间的辨认。寡糖链形成保护性的细胞外被，限制其她大分子接近细胞表面的膜蛋白,同步又不像细胞壁那样限制细胞的形状与运动。(这一点也许糖基化的进化意义)3.蛋白酶的水解和其她加工过程高尔基体中蛋白酶解加工方式可归纳为3种类型： (）将没有生物活性的蛋白原(proprotein)N端或两端的序列切除形成成熟多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清蛋白等。(2)将具有多种相似氨基序列的前体水解为同种有活性的多肽。如神经肽。(3）将具有不同信号序列的蛋白前体分子加工成不同

13、的产物。三、溶酶体溶酶体是单层膜环绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器;溶酶体具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都也许随不同生理功能阶段有很大的不同;常用的标志酶为酸性磷酸酶。溶酶体的重要功能是进行细胞内的消化作用。（一）溶酶体的形态构造与类型、初级溶酶体溶酶体膜虽然与质膜厚度相近,但成分不同，重要区别是:膜有质子泵，将H泵入溶酶体，使其PH值减少。(V型质子泵)有多种载体蛋白，用于水解产物向外转运。膜蛋白高度糖基化,也许有助于避免自身膜蛋白降解。2、次级溶酶体初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡（胞饮泡或吞噬泡）融合形成的进行消化作用的复合体,是正在进行或完毕消化作用的溶酶体，内含水解酶

14、和相应的底物。3、残质体又称后溶酶体(postlyme),已失去酶活性，仅留未消化的残渣，故名。（二）溶酶体的功能溶酶体的基本功能是细胞内的消化作用，是细胞内的消化器官。消化作用可概括成3种途径：内吞作用、吞噬作用、自噬作用。1. 清除细胞中无用的生物大分子,衰老的细胞器、衰老损伤和死亡的细胞。. 防御功能如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。3作为细胞内的消化“器官”,为细胞提供营养.在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄人分泌颗粒,参与分泌过程的调节如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。5参与细胞凋亡如蝌蚪尾巴的退化。6.形成精子的顶体(三）溶酶体的发生初级溶酶体是在高尔基体的tr

15、n面以出芽的形式形成的。溶酶体酶以多种分选途径进入溶酶体。理解比较清晰的溶酶体分选途径是M6P途径。M6P途径：内质网上核糖体合成溶酶体蛋白进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰进入高尔基体Cis面膜囊-乙酰葡糖胺磷酸转移酶辨认溶酶体水解酶的信号斑将N乙酰葡糖胺磷酸转移在2个甘露糖残基上在中间膜囊磷酸葡糖苷酶切去N乙酰葡糖胺形成6标志与tras膜囊上的M6P受体结合（或通过构成型分泌途径转运到细胞表面或分泌到细胞外与质膜M6P受体结合）选择性地包装成网格蛋白/AP包被膜泡脱被转运泡/内吞泡与晚期胞内体融合,酶去磷酸化和与受体解离，受体返回TG或质膜循环运用形成初级溶酶体。图77新合成的可溶性溶酶

16、体酶从高尔基体TGN和细胞表面转运到溶酶体的示意图1. 具有MP标记的溶酶体酶与膜受体结合在GN出芽，形成网格蛋白/AP包被膜泡。. 包被复合物解聚,形成脱包被转运膜泡。3 转运膜泡与晚期胞内体（前溶酶体)融合。4 磷酸化的酶去磷酸化,与受体解离(与胞内体呈酸性有关,pH6.0左右）,形成溶酶体;a和4a表达包被蛋白和受体可循环运用。5. 某些受体可转运到细胞表面,磷酸化的溶酶体酶偶尔也会通过构成型分泌途径转运到细胞表面或分泌到细胞外。. 分泌的酶通过受体介导的内吞作用被回收。O：溶酶体几乎存在于所有动物细胞。植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器圆球体、糊粉粒、中央液泡。四、过氧化物酶体（p

17、eoxis)又称微体(microbody）。是一种具有异质性的细胞器，在不同生物及不同发育阶段有所不同。由单层膜环绕而成。内含1至多种依赖黄素（FAD）的氧化酶和过氧化氢酶(标志酶)。已发现0多种氧化酶，如L氨基酸氧化酶，氨基酸氧化酶等等,其中尿酸氧化酶(rat oxdase)的含量极高,以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心。(一)过氧化物酶体与溶酶体的区别（二）过氧化物酶体的功能在动物中:过氧化物酶体参与脂肪酸的氧化（另一细胞器是线粒体）过氧化物酶体还具有解毒作用由于过氧化氢酶能运用H2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精/4是在过氧化物酶体中氧化为乙醛。在植物中：参与光呼吸作用，将光合伙用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢；在萌发的种子中,进行脂肪的-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环,因波及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体（gyoxysoe）。