细胞生物学翟中和编__细胞质基质与内膜系统

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1、会计学1细胞生物学翟中和编细胞生物学翟中和编_细胞质基质与内细胞质基质与内膜系统膜系统23真核细胞内膜系统各成分之间的关系真核细胞内膜系统各成分之间的关系溶酶体溶酶体质膜质膜各内膜之间可通过出芽和融合而相互交流各内膜之间可通过出芽和融合而相互交流, , 但线粒体和叶绿体不参与此类交流但线粒体和叶绿体不参与此类交流4内膜系统内膜系统内质网内质网(endoplasmic reticulum)高尔基复合体高尔基复合体(Golgi complex)溶酶体溶酶体(lysosomes)(胞内体、分泌泡胞内体、分泌泡)intracellular compartmentsNuclear-ERGolgiERly

2、sosome细胞内的房室化细胞内的房室化 The Endomembrane System is Complex.45细细 胞胞 组组 分分 数数 目目 体体 积积 比比细胞质基质细胞质基质细胞核细胞核内质网内质网高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体胞内体胞内体过氧化物酶体过氧化物酶体线粒体线粒体 1 1 1 1 1 1 1 1 300 300 200 200 400 400 1700 1700 54 54 6 6 12 12 3 3 1 1 1 1 1 1 22 22 细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。积约占细胞质的一半。 6一、细胞质基质

3、的化学组成一、细胞质基质的化学组成7大分子拥挤大分子拥挤 (Macromolecular crowding)The crowded state of the cytoplasm in (a) eukaryotic and (b) E. coli cells8二、细胞质基质的属性二、细胞质基质的属性 细胞质基质细胞质基质pH7.2，细胞外组织液，细胞外组织液pH7.4。这一中。这一中性内环境是细胞质基质内各种酶发挥活性的最佳酸度。性内环境是细胞质基质内各种酶发挥活性的最佳酸度。（一）酸度稳定（一）酸度稳定（二）结构有序（二）结构有序 细胞质基质中含有细胞骨架，各种大分子均有其细胞质基质中含有细胞

4、骨架，各种大分子均有其精密定位，使各种代谢途径之间相互协调、高效而有序精密定位，使各种代谢途径之间相互协调、高效而有序地进行，以完成各种复杂的生命活动。地进行，以完成各种复杂的生命活动。 9含有许多种酶，许多代谢反应都是在细胞质基质中进行的。含有许多种酶，许多代谢反应都是在细胞质基质中进行的。例如：糖酵解、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢例如：糖酵解、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢反应必需的微环境；反应必需的微环境；反应所需前体物；反应所需前体物；合成细胞结构、完成生命活动的大分子前体物合成细胞结构、完成生命活动的大分子前体物细胞质基质细胞质基质三、细胞质基质的功能三、细胞质基质的功能（一）维持代谢反应

5、进行（一）维持代谢反应进行10缓冲缓冲pH值，使酸度保持在值，使酸度保持在pH7.2 ： 为各种中间代谢反应的进行提供了适宜为各种中间代谢反应的进行提供了适宜的微环境的微环境离子环境：使某些离子保持适当的浓度离子环境：使某些离子保持适当的浓度 维持细胞器等的正常结构维持细胞器等的正常结构（二）维持细胞内环境（二）维持细胞内环境(pH(pH、离子环境、离子环境) )的稳定性的稳定性11各种信号转导途径的各种信号转导途径的级联反应大都在细胞级联反应大都在细胞质基质中进行质基质中进行 （三）维持细胞内信号转导通路（三）维持细胞内信号转导通路12细胞质基质蛋白细胞质基质蛋白、细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白和

6、和核蛋白核蛋白等都等都是在细胞质基质中的游离核糖体上合成的。是在细胞质基质中的游离核糖体上合成的。这些修饰对维持和调节蛋白质的生物活性、进而使细胞这些修饰对维持和调节蛋白质的生物活性、进而使细胞能完成其各种生命活动等都具有非常重要的作用能完成其各种生命活动等都具有非常重要的作用蛋白质修饰蛋白质修饰辅酶和辅基的共价结合辅酶和辅基的共价结合糖基化糖基化酰基化酰基化磷酸化、去磷酸化磷酸化、去磷酸化N-端甲基化端甲基化（四）蛋白质的合成与修饰（四）蛋白质的合成与修饰131、蛋白质寿命控制、蛋白质寿命控制N-N-端的第一个氨基酸残基：端的第一个氨基酸残基：（五）蛋白质的选择性降解（五）蛋白质的选择性降解

7、142、蛋白质的选择性降解、蛋白质的选择性降解 带有带有“不稳定氨基酸信号不稳定氨基酸信号”的蛋白：的蛋白： 催化限速反应的一些重要酶类催化限速反应的一些重要酶类 细胞癌基因细胞癌基因(如如fos和和myc)等的产物等的产物 没有被及时运出的其它部位的蛋白质没有被及时运出的其它部位的蛋白质 错误折叠的不正常蛋白质错误折叠的不正常蛋白质 变性的不正常蛋白质变性的不正常蛋白质 带有带有“稳定氨基酸信号稳定氨基酸信号”的不正常蛋白：的不正常蛋白：15重新折叠成正确的分子构象重新折叠成正确的分子构象错误折叠的不正常蛋白质错误折叠的不正常蛋白质;变性的不正常蛋白质变性的不正常蛋白质分子伴侣分子伴侣 带有

8、带有“稳定氨基酸信号稳定氨基酸信号” 不正常蛋白的选择性降解方式不正常蛋白的选择性降解方式: :16泛素依赖性蛋白降解途径泛素依赖性蛋白降解途径 (ubiquitin-dependent path of protein degradation)3、蛋白质选择性降解的途径、蛋白质选择性降解的途径(Avram Hershko and Irwin Rose, et al., 1980)细胞对不需要的蛋白质通过标记泛素标签来细胞对不需要的蛋白质通过标记泛素标签来进行选择性降解，蛋白质一旦被标记了泛素标签进行选择性降解，蛋白质一旦被标记了泛素标签，就会很快在蛋白酶体中被降解。，就会很快在蛋白酶体中被降解

9、。171、泛素激活酶、泛素激活酶(E1)的激活：的激活：此反应是通过添加泛素此反应是通过添加泛素分子发生的，需要分子发生的，需要ATP；2、泛素分子转移：、泛素分子转移：泛素分子加接到泛素分子加接到泛素结合酶泛素结合酶(E2)的半胱氨酸残基上；的半胱氨酸残基上；3、加接泛素标签：、加接泛素标签：由由泛素连接酶泛素连接酶(ubiquitin ligase)(E3)催化，在催化，在E2结合的泛素分子与靶蛋白结合的泛素分子与靶蛋白(要降解要降解)的赖氨酸残基间形成肽键。的赖氨酸残基间形成肽键。泛素化要经过泛素化要经过3步：步：此三步反应可反复多次，每次加接上一个泛素分子此三步反应可反复多次，每次加接

10、上一个泛素分子. 18泛泛素素化化蛋蛋白白质质被被蛋蛋白白酶酶体体降降解解过过程程19蛋白酶体的结构蛋白酶体的结构形态形态(A) 根据计算机处根据计算机处理显示出的蛋白酶理显示出的蛋白酶体图像，呈圆筒状体图像，呈圆筒状，两端各盖有一帽，两端各盖有一帽状结构。状结构。(B) 蛋白酶体纵剖蛋白酶体纵剖面示意图，中央为面示意图，中央为圆筒腔。圆筒腔。(自自B.Alberts等，等，2004) 真核细胞中大多数蛋白质的降解是一种大的细胞质基真核细胞中大多数蛋白质的降解是一种大的细胞质基质蛋白质水解复合物质蛋白质水解复合物蛋白酶体蛋白酶体(proteasome)来执行。来执行。多泛素链可被蛋白酶体多泛素

11、链可被蛋白酶体帽帽识别，将带有多泛素链的蛋白质送入蛋白酶体圆筒腔识别，将带有多泛素链的蛋白质送入蛋白酶体圆筒腔中降解。蛋白质被切割成许多小的肽片段中降解。蛋白质被切割成许多小的肽片段(78个残基个残基)，而泛素分子保持完整。，而泛素分子保持完整。20Aaron Ciechanover等三位科学家由于发现了细胞等三位科学家由于发现了细胞摧毁有害蛋白质的机理（即泛素调节的蛋白质降解摧毁有害蛋白质的机理（即泛素调节的蛋白质降解），）， 而荣获而荣获20042004年诺贝尔化学奖！年诺贝尔化学奖！Irwin Rose Aaron Ciechanover Avram Hershko21信号转导信号转导胞

12、内物质运输胞内物质运输细胞的运动细胞的运动结构的组织者结构的组织者细胞的形态细胞的形态细胞分裂细胞分裂( (六六) ) 细胞形态与运动、胞内物质运输及大分子定位细胞形态与运动、胞内物质运输及大分子定位22A.胰腺外分泌细胞中发达的糙面内质网，内质网膜及外核膜上附有核糖体B.黄体细胞有丰富的光面内质网C. Cos-7 细胞经双重荧光染色显示的内质网的分布：绿色显示两种形式的内质网，叠加色（黄）显示糙面内质网区23核核膜膜外外层层一、内质网的形态结构一、内质网的形态结构内质网内质网 ER是由一层单位膜是由一层单位膜围成的形状大小不同的围成的形状大小不同的小管，小泡，扁囊状结小管，小泡，扁囊状结构，

13、相互连接形成一个构，相互连接形成一个连续的网状膜系统。连续的网状膜系统。小管小管小泡小泡扁囊状扁囊状细胞膜细胞膜核膜核膜内内质质网网细细胞胞膜膜内质网的内腔相互连通。内质网的内腔相互连通。2324二、内质网的化学组成二、内质网的化学组成 微粒体微粒体(microsome)：为用蔗糖密度梯度为用蔗糖密度梯度离心方法，从细胞匀浆中分离出的内质网碎离心方法，从细胞匀浆中分离出的内质网碎片，含有内质网膜和核糖体两种成分。片，含有内质网膜和核糖体两种成分。 含有脂类含有脂类(糖脂、胆固醇糖脂、胆固醇)、RNA、蛋白质及丰蛋白质及丰富的酶等。富的酶等。 胞质面与腔面的酶的分布不同。胞质面与腔面的酶的分布不

14、同。242525匀浆 Isolation of a microsomal fraction by differential centrifugation26三、内质网的类型三、内质网的类型( Types of ER )核糖体核糖体粗面内质网粗面内质网滑面内质网滑面内质网 There are two basic kinds of ER :Rough/granular endoplasmic reticulum (RER，粗面粗面/颗粒内颗粒内质网质网) - has ribosomes attached.Smooth/agranular endoplasmic reticulum (SER，滑滑/

15、光面光面/ 无无颗粒内质网颗粒内质网) - no ribosomes.2627四、内质网的功能四、内质网的功能( Function of ER) 内质网功能：使细胞质区域化，为物质代谢提内质网功能：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布提高代谢效率；为蛋白质，脂类和糖类的重要合成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用。成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用。 RER：蛋白质的合成、折叠与转运，蛋白质的蛋白质的合成、折叠与转运，蛋白质的糖基化。糖基化。 SER：小分子物质

16、小分子物质(脂类脂类)的合成与代谢、储存和的合成与代谢、储存和调节钙离子浓度以及细胞的解毒作用等。调节钙离子浓度以及细胞的解毒作用等。27281.蛋白质的合成蛋白质的合成1975年年Bloble提出提出信号假说信号假说(signal hypothesis )信号肽的合成信号肽的合成 信号识别颗粒信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成核糖体复合体形成核糖体与内质网膜结合核糖体与内质网膜结合多肽链进入内质网腔多肽链进入内质网腔主要过程主要过程2929内质网腔内质网腔细胞质细胞质SRP受体受体信号识别颗粒 (SRP)tRNAA P核糖体核糖体mRNA信号肽信号肽A303031The 1999 No

17、bel Prize in Physiology or MedicineGnter Blobel32 ER膜上有一种称为易位子(translocon)的蛋白复合体，直径8.5nm，中心有一个直径2nm的通道，其功能与新生成的多肽进入ER有关。(哺动细胞的translocon的主要成分是与蛋白分泌相关的一种多肽Sec61P等组成的复合物)。3233RER合成的蛋白质包括合成的蛋白质包括 1. 分泌性蛋白质，如基质蛋白、酶、抗体、肽分泌性蛋白质，如基质蛋白、酶、抗体、肽类激素和细胞因子等。类激素和细胞因子等。 2. 膜整合蛋白，如膜受体、膜抗原等。膜整合蛋白，如膜受体、膜抗原等。 3. 构成细胞器中

18、的可溶性驻留蛋白。构成细胞器中的可溶性驻留蛋白。34 2 . 蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工 1）蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化(glycosylation):单糖或寡单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程. N-连接的糖基化连接的糖基化: N-连接的寡糖与天冬酰胺残连接的寡糖与天冬酰胺残基侧链上的基侧链上的-NH2相连形成糖蛋白相连形成糖蛋白. 内质网腔中完成内质网腔中完成 O-连接的糖基化连接的糖基化: O-连接的寡糖与蛋白质的丝连接的寡糖与蛋白质的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基侧链上的氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基侧链上的-OH连接形成连接形成糖蛋白糖蛋白

19、. 高尔基复合体中进行高尔基复合体中进行 35Protein glycosylation多萜多萜分子分子3536酰基化酰基化 发生在内质网的胞质侧发生在内质网的胞质侧 软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上 高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似 的酰基化的酰基化另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等 373.新生肽链的折叠与装配新生肽链的折叠与装配分子伴侣分子伴侣是一类在细胞内帮助其它蛋白质多肽链进行正确折叠、组是一类在细胞内帮助其它蛋白质多肽链进行正确折叠、

20、组装、转运及降解的蛋白质分子，其中大部分属于装、转运及降解的蛋白质分子，其中大部分属于热激蛋白热激蛋白(heat shock protein，hsp)家族。家族。371 1、蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶切断二硫键，帮助其重新形成切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态二硫键，并处于正确的状态2 2、结合蛋白（结合蛋白（BipBip）能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装单位，并促进其重新折叠与组装3 3、4 4肽信号肽信号滞留在内质网中的蛋白质的信号（滞留在内质网中的蛋白质的信号（- -Lys-Asp-Glu-Leu-

21、COOLys-Asp-Glu-Leu-COO）如如 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 结合蛋白结合蛋白（BipBip）38 4.粗面内质网与蛋白质的运输粗面内质网与蛋白质的运输 出芽方式将合成的蛋白质包裹成膜性转运小泡，以囊出芽方式将合成的蛋白质包裹成膜性转运小泡，以囊泡形式转运，避免泡形式转运，避免RER合成的蛋白质与细胞质基质混合。合成的蛋白质与细胞质基质混合。395. 5. 脂类的合成脂类的合成39SERSER含有许多含有许多与脂类合成有关的酶与脂类合成有关的酶几乎所有脂类几乎所有脂类( (包括磷脂和胆固醇包括磷脂和胆固醇) )都是在都是在SER中合成的。中合成的。酰基转移酶酰基转移酶磷

22、酸酶磷酸酶胆碱磷酸转移酶胆碱磷酸转移酶等等合成的最主要的磷脂为合成的最主要的磷脂为磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱。40酰基转酰基转移酶移酶磷脂酸磷脂酸SER胞质侧胞质侧磷酸酶磷酸酶二酰基甘油二酰基甘油(DG)胆碱磷酸胆碱磷酸转移酶转移酶卵磷脂卵磷脂SER腔面腔面 由酰基转移酶将胞质中的脂肪酸和磷由酰基转移酶将胞质中的脂肪酸和磷酸甘油缩合成磷脂酸酸甘油缩合成磷脂酸(留在脂双层中留在脂双层中)。在磷。在磷脂酸酶作用下，磷脂酸和磷酸甘油组成脂酸酶作用下，磷脂酸和磷酸甘油组成DG;最后最后,再在转磷酸胆碱酶催化下由再在转磷酸胆碱酶催化下由DG和和CDP-胆碱合成卵磷脂。翻转酶胆碱合成卵磷脂。翻转酶(flippa

23、se)。4041A. 通过膜泡转运脂质通过膜泡转运脂质 B. 通过通过PEP 介导的脂质转运介导的脂质转运C. 膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触内质网上合成的磷脂转运的三种可能方式内质网上合成的磷脂转运的三种可能方式42清除清除脂溶性废物脂溶性废物、代谢产生的有害物质代谢产生的有害物质和和外源性外源性有害物质有害物质使使外源性有害物质外源性有害物质(如药物如药物)失活的作用失活的作用SER中含有一些中含有一些酶酶：可与外源性物质结合可与外源性物质结合 使其氧化使其氧化 失活失活 ! !6.解毒作用解毒作用 43细胞色素细胞色素P-450是含血红素蛋白的氧化酶，具有是含血

24、红素蛋白的氧化酶，具有解毒作用解毒作用服用大量药物服用大量药物与解毒有关的酶活性大量增加与解毒有关的酶活性大量增加SER增生增生细胞色素细胞色素P450使脂溶性物质羟使脂溶性物质羟化解毒示意图化解毒示意图 ，它可使脂溶性外来异物和细胞内有害代它可使脂溶性外来异物和细胞内有害代谢产物发生羟基化谢产物发生羟基化 ，变为水溶性物质排出细胞，并，变为水溶性物质排出细胞，并随尿液排至体外。随尿液排至体外。44内质网内质网内质蛋白内质蛋白钙网蛋白钙网蛋白Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+C

25、a2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+钙泵钙泵Ca2+储备库储备库Ca2+信号反应信号反应内质网内质网线粒体线粒体10-210-745一、高尔基复合体的形态一、高尔基复合体的形态结构结构光镜：网状结构光镜：网状结构电电镜镜扁平囊扁平囊/中间高尔基网中间高尔基网(包括顺面、中间和反包括顺面、中间和反面扁囊面扁囊)/高尔基堆高尔基堆成熟面成熟面(mature face)小囊泡小囊泡/顺面高尔顺面高尔基网基网/形成面形成面/凸面凸面大囊泡大囊泡/反面高尔基反面高尔基网网/成熟面成熟面/凹面凹面形成面形成面(forming face)45 高尔基复合体高尔基复合

26、体46 高尔基体的形态结构与极性高尔基体的形态结构与极性高尔基体是一种有极性的细胞器高尔基体是一种有极性的细胞器47二、高尔基复合体二、高尔基复合体(Gc)的化学组成的化学组成 酶酶硫胺素焦磷酸酶硫胺素焦磷酸酶糖基转移酶糖基转移酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶磷脂酶磷脂酶溶酶体酶溶酶体酶甘露糖转移酶甘露糖转移酶N-N-乙酰半乳糖转移酶乙酰半乳糖转移酶N-N-乙酰葡萄糖胺转移酶乙酰葡萄糖胺转移酶岩藻糖转移酶岩藻糖转移酶半乳糖转移酶半乳糖转移酶唾液酸转移酶唾液酸转移酶 糖基转移酶糖基转移酶甘露糖甘露糖和和N-N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖的糖基化酶的糖基化酶N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺的糖基化酶的糖基化酶唾液

27、酸唾液酸、半乳糖半乳糖和和岩藻糖岩藻糖的糖基化酶的糖基化酶脂类糖基化：脂类糖基化：磺基磺基- -糖基转移酶糖基转移酶形成面形成面：中中 间间 ：成熟面成熟面：糖基转移酶分布糖基转移酶分布481 GC1 GC膜的动态平衡：膜的动态平衡：RER RER 小泡小泡 扁平膜囊扁平膜囊 液泡液泡 细胞膜细胞膜2 2 发生和分化角度：扁平膜囊是内质网膜和细胞发生和分化角度：扁平膜囊是内质网膜和细胞质膜的中间分化阶段质膜的中间分化阶段形成面膜厚约形成面膜厚约6nm6nm，近似于内质网膜，近似于内质网膜成熟面膜厚约成熟面膜厚约8nm8nm，与细胞质膜相似，与细胞质膜相似3 3 化学组成：高尔基复合体介于二者之

28、间化学组成：高尔基复合体介于二者之间蛋白质含量：内质网蛋白质含量：内质网 高尔基复合体高尔基复合体 质膜质膜神经鞘磷脂和胆固醇比例逐渐升高，磷脂酰胆碱神经鞘磷脂和胆固醇比例逐渐升高，磷脂酰胆碱比例则逐渐降低，其它磷脂比例比较恒定。比例则逐渐降低，其它磷脂比例比较恒定。ERER、 GCGC、细胞膜三者之间的联系、细胞膜三者之间的联系49三、高尔基复合体功能三、高尔基复合体功能（一）高尔基复合体与（一）高尔基复合体与细胞的分泌活动细胞的分泌活动3H标记亮氨酸标记亮氨酸3分钟分钟17分钟分钟117分钟分钟 高尔基复合体在高尔基复合体在细胞分泌活动中起着细胞分泌活动中起着重要的运输作用；在重要的运输作

29、用；在分泌颗粒的形成过程分泌颗粒的形成过程中起着浓缩、修饰、中起着浓缩、修饰、加工等作用。加工等作用。4950发生在高尔基体发生在高尔基体TGN 区的蛋白质分选途径区的蛋白质分选途径51（二）高尔基复合体对蛋白质的修饰加工（二）高尔基复合体对蛋白质的修饰加工 参与糖蛋白的合成和修饰参与糖蛋白的合成和修饰 N-连接寡糖链：在连接寡糖链：在rER腔内合成腔内合成 O- O-连接寡糖链：在高尔基体内合成连接寡糖链：在高尔基体内合成糖蛋白糖蛋白高尔基复合体对糖蛋白的合成和高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性。修饰过程具有严格的顺序性。5152N-连接与连接与O-连接的寡糖比较连接的寡糖

30、比较 52特特 征征 N-连接连接 O-连接连接合成部位合成部位粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体合成方式合成方式来自同一个寡糖前体来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去一个个单糖加上去与之结合的氨与之结合的氨基酸残基基酸残基天冬酰胺天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸羟赖氨酸、羟脯氨酸最终长度最终长度 至少至少5个糖残基个糖残基一般一般14个糖残基，个糖残基，但但ABO血型抗原较长血型抗原较长第一个糖残基第一个糖残基N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等53糖基化的功能糖基化的功能(1)协助蛋白质的折叠和转运协助蛋白质的折叠和转运 (2) 维持膜的不

31、对称性维持膜的不对称性(3) 保护蛋白免受蛋白酶的降解保护蛋白免受蛋白酶的降解 (4) 作为蛋白的分选信号作为蛋白的分选信号(5) 作为细胞表面受体参与细胞间识别作为细胞表面受体参与细胞间识别 54高尔基复合体对蛋白质的加工高尔基复合体对蛋白质的加工直接酶解切除直接酶解切除如胰岛素和血清蛋白等如胰岛素和血清蛋白等酶解加工酶解加工如神经肽等如神经肽等不同的加工方式不同的加工方式如一些信息分子等如一些信息分子等加工方式加工方式神经肽原神经肽原神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽5556D DA AB BC CA A B B C CB B C C D DA A C C D D

32、A A B B D D不同的加工方式不同的加工方式57（三）高尔基复合体对蛋白质的分拣运输（三）高尔基复合体对蛋白质的分拣运输蛋白质合成蛋白质合成溶酶体寡聚糖磷酸化溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖切除甘露糖加加N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖加半乳糖加唾液酸；分拣加唾液酸；分拣溶酶体溶酶体顺面管网顺面管网中层囊中层囊反面囊反面囊反面管网反面管网大泡（分泌颗粒）大泡（分泌颗粒）rERrER高尔基复合体高尔基复合体顺面囊顺面囊高尔基堆高尔基堆 RER合成的蛋白质在Gc加工中，被加上不同的分选信号（磷酸、半乳糖、唾液酸等），被反面Gc膜上的专一受体识别、浓缩、分选后，形成不同运输小泡运到细胞不同

33、部位。58（四）高尔基复合体与溶酶体的形成（四）高尔基复合体与溶酶体的形成溶酶体的酶是由rER上的核糖体合成rER腔内运输小泡 高尔基复合体（加工修饰） 溶酶体的酶内含有甘露糖-6-磷酸，高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异与其结合，诱导溶酶体酶聚集并“出芽”离开高尔基复合体形成溶酶体。 溶酶体酶的分选：M6P反面膜囊M6P受体。 在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。5859一、溶酶体的形态结构与酶一、溶酶体的形态结构与酶 溶酶体是由一层溶酶体是由一层单位膜包围，内含多单位膜包围，内含多种酸性水解酶的泡状种酸性水解酶的泡状结构。结构。0.25-0.5m圆圆

34、形、卵圆形小体。主形、卵圆形小体。主要功能是进行细胞内要功能是进行细胞内消化。消化。异质性异质性。 溶酶体溶酶体60溶酶体的酶溶酶体的酶 溶酶体含有溶酶体含有60多种水解酶，这些水解酶多为酸多种水解酶，这些水解酶多为酸性水解酶，性水解酶，最适最适pH值值5酶酶蛋白酶（肽酶）蛋白酶（肽酶）核酸酶核酸酶磷酸酶磷酸酶糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂、糖链的酶）糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂、糖链的酶）酯酯 酶酶硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）6161二、溶酶体膜的特性二、溶酶体膜的特性溶酶体膜溶酶体膜质子泵：保持溶酶体基质内的酸性环境。质子泵：保持溶酶体基质内的酸性环境。多种载体蛋白：运输

35、消化水解的产物。多种载体蛋白：运输消化水解的产物。膜蛋白高度糖基化：防止膜自身被水解消化。膜蛋白高度糖基化：防止膜自身被水解消化。6262三、溶酶体的分类三、溶酶体的分类 初级溶酶体初级溶酶体(primary lysosome)：只含酶，不含底物。只含酶，不含底物。次级溶酶体次级溶酶体(secondary lysosome)：吞噬性溶酶体吞噬性溶酶体(phago-)初级溶酶体初级溶酶体+底物底物次级溶酶体次级溶酶体异噬溶酶体异噬溶酶体(phagolysosome) ：初级溶酶体初级溶酶体+外源物：外源物：异噬过程异噬过程自噬性溶酶体自噬性溶酶体(autophagolysosome)：初级溶酶体

36、初级溶酶体+内内源性物质源性物质(自噬体自噬体)：自噬作用：自噬作用残余体残余体(residual body)：初级溶酶体消化后后溶酶体初级溶酶体消化后后溶酶体636464四、溶酶体的功能四、溶酶体的功能异噬作用异噬作用：营养；防御作用：营养；防御作用自噬作用自噬作用：新陈代谢的方式；机体和：新陈代谢的方式；机体和细胞的自我保护细胞的自我保护自溶作用自溶作用：细胞死亡；器官发生：细胞死亡；器官发生细胞外消化作用细胞外消化作用：受精过程：受精过程植物细胞的液泡含有多种水解酶，具植物细胞的液泡含有多种水解酶，具有与动物细胞溶酶体类似的功能。有与动物细胞溶酶体类似的功能。6565清除无用的生物大分子

37、、衰老损伤的细胞清除无用的生物大分子、衰老损伤的细胞(器器) 很多生物大分子的半衰期只有几个小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左右；红细胞120天（衰老红细胞特征，每天清除1011个），这些任务主要由溶酶体和蛋白酶体共同完成。“清道夫”或“细胞内消化器官” 细胞受损后，细胞崩溃(内含溶酶体)，使周围组织溶解液化，而成脓液。清除发育和成体中凋亡的细胞。6666Autophagy6767溶酶体与脏器的形成与退化溶酶体与脏器的形成与退化 两栖类发育中蝌蚪尾巴的消化，哺乳动物断奶后乳腺退行性变化等，都涉及某些特定细胞程序性死亡及周围活细胞对其的清除，这都与溶酶体相关。6868溶酶体参与受精过

38、程溶酶体参与受精过程 透明质酸酶使精子穿过卵丘的细胞层； 放射冠穿透酶使精子冲破放射冠抵达透明带； 而顶体素使精子突破透明带抵达卵黄膜； 最后在一种尚不清楚的酶的作用下使精子入卵（产生抑制顶体素物质，封闭透明带，使其他精子不易进入卵）。6969溶酶体参与激素的合成与分泌等溶酶体参与激素的合成与分泌等70内吞体内吞体五、溶酶体的形成五、溶酶体的形成rER顺面管网顺面管网反面管网反面管网高尔基复合体高尔基复合体 溶酶体水解酶前体溶酶体水解酶前体加入磷酸基团加入磷酸基团M-6-P溶酶体酶溶酶体酶前溶酶体前溶酶体ATPADP+PiH+去除磷酸去除磷酸pH=6成熟溶酶体成熟溶酶体M-6-P(甘露糖甘露糖

39、-6-磷酸是一种分选信号磷酸是一种分选信号)7171溶酶体酶的合成及溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（连接的糖基化修饰（RER） 高尔基体高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体高尔基体trans-膜囊和膜囊和TGN膜（膜（M6P受体）受体）溶酶体酶分选与局部浓缩溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑磷酸化识别信号：信号斑发生途径发生途径 72721954年年Rhodin,电镜小鼠肾小管上皮细胞微体电镜小鼠肾小

40、管上皮细胞微体(microbody)(一一)过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)的形态结构的形态结构 电镜：由一层单位膜包电镜：由一层单位膜包围、高电子密度、圆形或卵围、高电子密度、圆形或卵圆形的细胞器，含有一种或圆形的细胞器，含有一种或几种氧化酶。几种氧化酶。 有些细胞的过氧化物酶体内有些细胞的过氧化物酶体内含有晶状结构含有晶状结构,称类核体称类核体(nucleoid)或类晶体。（尿酸氧化酶）或类晶体。（尿酸氧化酶）过氧化物酶体过氧化物酶体7373(二二)过氧化物酶体所含的酶过氧化物酶体所含的酶酶酶氧化酶：氧化酶：50%，特征：氧化底物的同时将氧还原，特征：氧化底物的同时将氧还原

41、成过氧化氢。成过氧化氢。如尿酸氧化酶，D/L-氨基酸氧化酶等。饮进的酒精几乎半数是在peroxisome中氧化成乙醛的。过氧化氢酶：过氧化氢酶：40%, 作用：对氧化酶作用底物后形成作用：对氧化酶作用底物后形成的过氧化氢还原成水。的过氧化氢还原成水。过氧化物酶：只有少数几种细胞过氧化物酶：只有少数几种细胞(如血细胞如血细胞)中含有中含有此酶此酶,将过氧化氢还原成水。将过氧化氢还原成水。 此外此外,还含有柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶等还含有柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶等.7474(三三)过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能2H2O2过氧化氢酶过氧化氢酶2H2O +O2防止防止H2O2在细胞内堆积，起

42、保护细胞的作用。在细胞内堆积，起保护细胞的作用。功功 能能对有毒物质的解毒作用：对有毒物质的解毒作用： RH2+H2O2 R+ 2H2O 对细胞氧张力的调节作用：对细胞氧张力的调节作用： RH2+O2R+ H2O2对氧化型辅酶对氧化型辅酶I(NAD+)的再生作用的再生作用参与核酸、脂肪和糖的代谢参与核酸、脂肪和糖的代谢 植物细胞中的光呼吸反应和乙醛酸循环体(glyoxysome) 。7575(四四)过氧化物酶体的起源过氧化物酶体的起源起起 源源传统：内质网芽生而来。传统：内质网芽生而来。与溶酶体相似：内质网与溶酶体相似：内质网小泡小泡高尔基复合体高尔基复合体分泌泡分泌泡过氧化物酶体过氧化物酶体

43、近年来：过氧化物酶体的形成不同于溶酶体，其酶近年来：过氧化物酶体的形成不同于溶酶体，其酶和蛋白质是由胞质中的游离核糖体合成输送而来，和蛋白质是由胞质中的游离核糖体合成输送而来，而膜的形成与而膜的形成与rER有关。实验证明有一短序列指导胞有关。实验证明有一短序列指导胞液中合成的蛋白质输入到过氧化物酶体。推测在过液中合成的蛋白质输入到过氧化物酶体。推测在过氧化物酶体膜胞液面有识别该信号的受体蛋白，通氧化物酶体膜胞液面有识别该信号的受体蛋白，通过受体蛋白识别输入蛋白质上的信号而被输入。过受体蛋白识别输入蛋白质上的信号而被输入。76过氧化酶体与初级溶酶体比较过氧化酶体与初级溶酶体比较77本章小结本章小

44、结细胞质基质是一个高度有序且又不断变化的动态结构体系细胞质基质是一个高度有序且又不断变化的动态结构体系细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联，由膜包被的细胞器或细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联，由膜包被的细胞器或细胞结构细胞结构内质网是细胞内蛋白质与膜脂合成的基地内质网是细胞内蛋白质与膜脂合成的基地高尔基体有极性，在蛋白质的加工、分选、包装与转运以及在细胞内的高尔基体有极性，在蛋白质的加工、分选、包装与转运以及在细胞内的“膜膜流流”中起重要作用中起重要作用溶酶体含有多种酸性水解酶，进行细胞内消化溶酶体含有多种酸性水解酶，进行细胞内消化78蛋白酶体的结构蛋白酶体的结构形态形

45、态(A) 根据计算机处根据计算机处理显示出的蛋白酶理显示出的蛋白酶体图像，呈圆筒状体图像，呈圆筒状，两端各盖有一帽，两端各盖有一帽状结构。状结构。(B) 蛋白酶体纵剖蛋白酶体纵剖面示意图，中央为面示意图，中央为圆筒腔。圆筒腔。(自自B.Alberts等，等，2004) 真核细胞中大多数蛋白质的降解是一种大的细胞质基真核细胞中大多数蛋白质的降解是一种大的细胞质基质蛋白质水解复合物质蛋白质水解复合物蛋白酶体蛋白酶体(proteasome)来执行。来执行。多泛素链可被蛋白酶体多泛素链可被蛋白酶体帽帽识别，将带有多泛素链的蛋白质送入蛋白酶体圆筒腔识别，将带有多泛素链的蛋白质送入蛋白酶体圆筒腔中降解。蛋

46、白质被切割成许多小的肽片段中降解。蛋白质被切割成许多小的肽片段(78个残基个残基)，而泛素分子保持完整。，而泛素分子保持完整。79核核膜膜外外层层一、内质网的形态结构一、内质网的形态结构内质网内质网 ER是由一层单位膜是由一层单位膜围成的形状大小不同的围成的形状大小不同的小管，小泡，扁囊状结小管，小泡，扁囊状结构，相互连接形成一个构，相互连接形成一个连续的网状膜系统。连续的网状膜系统。小管小管小泡小泡扁囊状扁囊状细胞膜细胞膜核膜核膜内内质质网网细细胞胞膜膜内质网的内腔相互连通。内质网的内腔相互连通。7980四、内质网的功能四、内质网的功能( Function of ER) 内质网功能：使细胞质

47、区域化，为物质代谢提内质网功能：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布提高代谢效率；为蛋白质，脂类和糖类的重要合成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用。成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用。 RER：蛋白质的合成、折叠与转运，蛋白质的蛋白质的合成、折叠与转运，蛋白质的糖基化。糖基化。 SER：小分子物质小分子物质(脂类脂类)的合成与代谢、储存和的合成与代谢、储存和调节钙离子浓度以及细胞的解毒作用等。调节钙离子浓度以及细胞的解毒作用等。8081 ER膜上有一种称为易位

48、子(translocon)的蛋白复合体，直径8.5nm，中心有一个直径2nm的通道，其功能与新生成的多肽进入ER有关。(哺动细胞的translocon的主要成分是与蛋白分泌相关的一种多肽Sec61P等组成的复合物)。8182酰基化酰基化 发生在内质网的胞质侧发生在内质网的胞质侧 软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上 高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似 的酰基化的酰基化另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等 8384（三）高尔基复合体对蛋白质的分拣运输（三）高尔基复合体对蛋白质的分拣运输蛋白质合成蛋白质合成溶酶体寡聚糖磷酸化溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖切除甘露糖加加N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖加半乳糖加唾液酸；分拣加唾液酸；分拣溶酶体溶酶体顺面管网顺面管网中层囊中层囊反面囊反面囊反面管网反面管网大泡（分泌颗粒）大泡（分泌颗粒）rERrER高尔基复合体高尔基复合体顺面囊顺面囊高尔基堆高尔基堆 RER合成的蛋白质在Gc加工中，被加上不同的分选信号（磷酸、半乳糖、唾液酸等），被反面Gc膜上的专一受体识别、浓缩、分选后，形成不同运输小泡运到细胞不同部位。85过氧化酶体与初级溶酶体比较过氧化酶体与初级溶酶体比较