细胞生物学:第6章细胞基质与细胞内膜系统.pptx
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1、第七章第七章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质与细胞内膜系统细胞外基质细胞外基质细胞膜细胞膜核核内膜内膜系统系统细胞质细胞质基质基质细细胞胞质质信号信号传导传导6.1 细胞质基质细胞质基质 主要成分:主要成分:中间代谢有关的数千种酶类、中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。细胞质骨架结构。概念概念:真核细胞质中,除去可分辨的细胞真核细胞质中,除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。器以外的胶状物质。3 细胞质基质的涵义 化学成分:水(游离水、结合水)和无机盐 有机物:中分子(代谢所需要的底物如氨基酸、单糖、核苷酸)大分子(蛋白质、多糖、核酸)状态:物质的组织高度有序细胞质基质的功能细胞质基质的
2、功能 完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等传递等 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命 降解变性和错误折叠的蛋白质降解变性和错误折叠的蛋白质 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠,形成正确的分子构象形成正确的分子构象内膜系统内膜系统概念:概念:是指内质网、
3、高尔基体、细胞核、是指内质网、高尔基体、细胞核、溶酶体、乙醛酸循环体、液泡溶酶体、乙醛酸循环体、液泡6类膜结合类膜结合细胞器。细胞器。这些膜是相互流动的,处于动态平衡,这些膜是相互流动的,处于动态平衡,功能上相互协调功能上相互协调内膜系统的内膜系统的动态特性动态特性6.2 内质网内质网 Endoplasmic Reticulum,ER形态形态 ER 由由封封闭闭的的膜膜系系统统及及其其形形成成的的腔腔构构成成的的相相互互沟沟通通的的网网状状结结构构。它它从从核核膜膜延延伸伸至至细细胞胞质质中中,靠靠近近细胞质内侧。细胞质内侧。ER的膜占细胞膜系统的的膜占细胞膜系统的一半一半 所包围的体积占细胞
4、总体积的所包围的体积占细胞总体积的10%内质网的化学组成内质网的化学组成主要为蛋白质、脂类。主要为蛋白质、脂类。内质网的标志酶是内质网的标志酶是葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶。细胞色素细胞色素P P450450在内质网膜中在内质网膜中最为丰富。最为丰富。内内质质网网的的形形态态结结构构内质网种类内质网种类根据是否附有核糖体:根据是否附有核糖体:糙面内质网糙面内质网(RER)光面内质网光面内质网(SER)合成分泌蛋白质合成分泌蛋白质 合成脂类合成脂类主要功能:主要功能:微粒体微粒体-细胞匀浆等人工过程,破碎的细胞匀浆等人工过程,破碎的内质网形成的近似球形的囊泡内质网形成的近似球形的囊泡内质网
5、的功能内质网的功能 蛋白质的合成蛋白质的合成 蛋白质运输蛋白质运输 蛋白质的修饰和加工蛋白质的修饰和加工 脂质的合成脂质的合成 蛋白质的合成蛋白质的合成粗面内质网上粗面内质网上,膜结合核糖体膜结合核糖体,合成合成分泌分泌蛋白蛋白、膜蛋白膜蛋白、细胞器中可溶性驻留蛋细胞器中可溶性驻留蛋白白。其它部位所需蛋白质都是由其它部位所需蛋白质都是由游离核糖体游离核糖体合成。合成。注意:注意:细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的,并都是起始于细胞质基质中。并都是起始于细胞质基质中。蛋白质的修饰和加工蛋白质的修饰和加工修饰:修饰:糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等糖基化、羟基化、
6、酰基化、二硫键形成等 糖基化糖基化:发生在发生在ER腔面腔面,是,是在在糖基转移酶糖基转移酶作用下作用下.N-linked glycosylation(Asn)O-linked glycosylation(Ser/Thr or Hylys/Hypro)酰基化发生在酰基化发生在ER的细胞质基质侧:软脂酸的细胞质基质侧:软脂酸Cys新生肽的折叠与组装:新生肽的折叠与组装:非还原性的内腔,易于二硫键形成;非还原性的内腔,易于二硫键形成;正正确确折折叠叠涉涉及及驻驻留留蛋蛋白白:二二硫硫键键异异构构酶酶(protein disulfide isomerase,PDI)切切断断二二硫硫键键,帮帮助助新新
7、合合成成的的蛋蛋白白重重新新形形成成二二硫硫键键并并处处于于正正确确折折叠叠的状态的状态 结结 合合 蛋蛋 白白(Binding protein,Bip,chaperone)识识别别错错误误折折叠叠的的蛋蛋白白或或未未装装配配好好的的蛋蛋白亚单位,并促进重新折叠与装配。白亚单位,并促进重新折叠与装配。脂质的合成(脂质的合成(光面内质网)光面内质网)ER合成细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇)合成细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇)磷脂合成酶是磷脂合成酶是ER膜整合蛋白,活性位点朝向膜整合蛋白,活性位点朝向cytosol;合成;合成后很快转向内质网腔面后很快转向内质网腔面(转位酶转位酶f
8、lippase)磷脂的转运磷脂的转运:出芽出芽(budding):ERGCGC、LyLy、PMPM 磷脂转换蛋白磷脂转换蛋白(phospholipid exchange proteins,PEP):磷脂):磷脂分子分子+PEP细胞质基质细胞质基质靶膜靶膜其它功能其它功能糖原分解与糖原分解与游离葡萄糖释放游离葡萄糖释放解毒作用解毒作用:光面内质网含有丰富的氧化酶光面内质网含有丰富的氧化酶系统系统(如细胞色素如细胞色素P P450450、NADHNADH细胞色素细胞色素C C还原酶等还原酶等)能使许多有害物质解毒能使许多有害物质解毒,转化为易于排出的物转化为易于排出的物质。质。CaCa2+2+离子
9、浓度的调节作用离子浓度的调节作用:CaCa2+2+储存库储存库,参与信号传导参与信号传导186.3 高尔基复合体高尔基复合体高高尔尔基基器器(Golgi apparatus)或或高高尔尔基基 复复 合合 体体(Golgi complex)意意 大大 利利 科科 学学 家家Camillo Golgi在在 1898年发现的。年发现的。19高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构20 高尔基体的结构和极性高尔基体的结构和极性形态形态结构结构:连续的整体膜结构。连续的整体膜结构。扁平囊泡扁平囊泡(sacuules)(sacuules)小囊泡小囊泡(vesicle)(vesicle)大囊泡大囊泡(vacuo
10、les)(vacuoles)21高高尔尔基基体体的的极极性性:高尔基内侧网络高尔基内侧网络 (cis-Golgi network,CGN)顺面、形成面顺面、形成面,面向核面向核中间膜囊中间膜囊 (medial cisternae)高尔基外侧网络高尔基外侧网络 (trans Golji network,TGN)外侧面、成熟面外侧面、成熟面化化学学组组成成:蛋白质和脂蛋白质和脂:高尔基复合体的标志酶是高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶糖基转移酶。22种标志细胞化学反应种标志细胞化学反应 嗜锇反应的高尔基体嗜锇反应的高尔基体ciscis面膜囊;面膜囊;焦焦磷磷酸酸硫硫胺胺素素酶酶(TPPTPP酶酶)细
11、细胞胞化化学学反反应应,显显示示transtrans面面1 12 2层膜囊;层膜囊;胞胞嘧嘧啶啶单单核核苷苷酸酸酶酶(CMPCMP酶酶)细细胞胞化化学学反反应应,显显示示靠近靠近transtrans面膜囊状和管状结构面膜囊状和管状结构 烟烟酰酰胺胺腺腺嘌嘌呤呤二二核核苷苷磷磷酸酸酶酶(NADPNADP酶酶)的的细细胞胞化化学反应,显示中间扁平囊学反应,显示中间扁平囊23 Regions of the Golgi apparatus 嗜锇反应嗜锇反应TTP酶反应酶反应CMP酶反应酶反应NADP酶反应酶反应24高尔基体的功能高尔基体的功能 蛋白质运输蛋白质运输 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 蛋白质
12、的水解蛋白质的水解25高尔基体的蛋白运输作用高尔基体的蛋白运输作用12326蛋白质运输蛋白质运输ERER到高尔基体内侧的运输到高尔基体内侧的运输ERER蛋白的逆向运输蛋白的逆向运输高尔基体内侧到高尔基体外侧运输以高尔基体内侧到高尔基体外侧运输以及向溶酶体和细胞膜的运输及向溶酶体和细胞膜的运输27 GC中蛋白质的糖基化中蛋白质的糖基化 O O-连接的糖基化连接的糖基化 将将糖糖链链转转移移到到多多肽肽链链的的丝丝氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸或或羟羟赖赖氨酸的羟基上,称为氨酸的羟基上,称为O-O-连接的糖基化。连接的糖基化。N N-连接的寡聚糖进一步加工:连接的寡聚糖进一步加工:内内质质网网上上:磷磷酸
13、酸多多萜萜醇醇上上的的糖糖基基转转移移到到多多肽肽的的天天冬酰胺(冬酰胺(AsnAsn)上)上 高高尔尔基基体体:加加工工,切切除除葡葡萄萄糖糖和和部部分分甘甘露露糖糖分分子子,添加特定的单糖,形成成熟的糖蛋白添加特定的单糖,形成成熟的糖蛋白28蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化生物学意义生物学意义 糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性;多羟基糖侧链影响蛋确构象和增加蛋白质的稳定性;多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选的蛋白质来说,糖基化并非作为蛋白
14、质的分选信号。的蛋白质来说,糖基化并非作为蛋白质的分选信号。进化上的意义:寡糖链具有一定的刚性,从而限制进化上的意义:寡糖链具有一定的刚性,从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白,这就可能使真了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白,这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被,同时又不象细核细胞的祖先具有一个保护性的外被,同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。胞壁那样限制细胞的形状与运动。29 蛋白质在高尔基体中酶解加工类型蛋白质在高尔基体中酶解加工类型无无生生物物活活性性的的蛋蛋白白原原(proproteinproprotein)高高尔尔基基体体切切除除N-N-端端或或两两端端的的序序列列成
15、成熟熟的的多多肽肽。如如胰胰岛岛素素、胰高血糖素及血清白蛋白等。胰高血糖素及血清白蛋白等。蛋蛋白白质质前前体体高高尔尔基基体体水水解解同同种种有有活活性性的的多多肽肽,如神经肽等。如神经肽等。含含有有不不同同信信号号序序列列的的蛋蛋白白质质前前体体高高尔尔基基体体加加工工成不同的产物。成不同的产物。同同一一种种蛋蛋白白质质前前体体不不同同细细胞胞、以以不不同同的的方方式式加加工工不同的多肽。不同的多肽。306.3 溶酶体溶酶体(lysosome)动物细胞内的一种细胞器。动物细胞内的一种细胞器。植物细胞中?植物细胞中?小球状小球状,外面由一层单位膜包被外面由一层单位膜包被是是一一种种异异质质性性
16、(heterogenous)(heterogenous)的的细细胞胞器器,呈呈小小球球状状。大大小小变变化化很很大大,直直径径一一般般0.250.250.8m0.8m,最大的可超过最大的可超过1m,1m,最小的直径只有最小的直径只有25-50nm25-50nm溶溶酶酶体体含含有有5050多多种种水水解解酶酶类类,在在细细胞胞内内起起消消化化和和保护作用保护作用当当细细胞胞被被损损伤伤时时,溶溶酶酶体体可可释释放放出出水水解解酶酶类类,使使细胞自溶细胞自溶溶酶体的发现溶酶体的发现31电电子子显显微微镜镜下下的的溶溶酶酶体体32溶酶体膜稳定性溶酶体膜稳定性溶酶体的膜上嵌有质子泵溶酶体的膜上嵌有质子
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