南师大细胞生物学 考研课件第7章 细胞内膜系统.ppt

内膜系统：指位于细胞质内，在结构、功能乃至发生上相关的膜围绕的细胞器或细胞结构的总称。它包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及液泡和其他各种小泡。内膜系统是真核细胞特有的结构。,第七章 细胞的内膜系统,起因 遗传信息的扩大 体积的增大 表面积与体积比值失调 物质代谢速度受限 对策:细胞内部结构区域化 途径：内共生途径 细胞质膜内陷途径。,内膜系统的进化,细胞核、内质网、线粒体的进化,中膜体,细胞质基质（cytoplasmic matrix or cytomatrix）是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半 。,肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比（引自Albert.1998）,第一节 细胞质基质,（一）细胞质基质的涵义, 基本概念： 用差速离心分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质成分。生物化学家称之为胞质溶胶。 成分：与代谢有关的酶类、细胞骨架结构。,Macromolecular crowding 大分子拥挤,The crowded state of the cytoplasm in (a) eukaryotic and (b) E. coli cells,（二）细胞质基质的功能,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。 与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、运动、胞内物质运输及能量传递等。 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰：磷酸化和去磷酸化、糖基化、N端甲基化和酰基化 控制蛋白质的寿命 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,一个哺乳动物细胞包含约1万种、100亿个蛋白质分子。 （1）蛋白质的修饰 （2）控制蛋白质的寿命 氨基酸N端残基是Met Ser Thr Ala Val Cys Gly Pro是稳定的 其他aa是降解信号 依赖于泛素的降解途径（ubiquitin-dependent pathway）,泛素蛋白酶体通路 Ubiquitin-proteosome pathway，UPP,The Nobel Prize in Chemistry 2004,It has long been clear how proteins are built up in the cell. But the opposite, how they are broken down, was long thought to be less exciting to study. This years Nobel Laureates, Aaron Ciechanover, Avram Hershko and Irwin Rose, went against the stream and, at the beginning of the 1980s, discovered one of the cells most important control mechanisms, controlled protein degradation.,Ubiquitin This is what the actual label looks like. It consists of a short polypeptide chain (76aa), a small protein that is so common in the cells of different organisms that it was early named ubiquitin, from the Latin ubique, everywhere. This protein is not broken down in the proteasome but can be used again and again.,The proteasome the cells waste disposer break down all proteins to 7-9-amino-acid-long peptides,The black spots indicate active, protein-degrading surfaces.,（一）细胞内膜系统概述,细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关 的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。 （内质网、高尔基体、溶酶体、运输泡及分泌泡等） 真核细胞的区域化（compartmentalization）： 由细胞骨架纤维组织的Cytomatrix形成 有序的动态结构； 细胞内的膜相结构细胞器（organelles）。,第二节 细胞内膜系统 （endomembrane system）,内质网 ER 高尔基体 Go 溶酶体 Ly 分泌泡 Va 转运泡 线粒体Mi和叶绿体 Chl由于起源不同，功能不同不算内膜系统,组成,细胞的内膜系统,（二）细胞内膜系统的研究方法,De Duve, A.Claude and G.Palade 1974 Nobel Prize 放射自显影（Autoradiography） 生化分析（Biochemical analysis）,The Cell and Its Organelles The compartments of the cell, the organelles, are so small that it was impossible to study their structure until the electron microscope became available in 1938. Albert Claude, Christian de Duve and George E. Palade were awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1974 for developing methods making it possible to take a closer look at the organelles and for discovering some of them.,胰腺腺泡蛋白质分泌的同位素追踪实验,第三节 内质网,K. R. Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名内质网（endoplasmic reticulum，ER）。,约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。 分为粗面型内质网（rough endoplasmic reticulum ，rER）和光面型内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）。 rER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。 sER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。 细胞不含纯粹的rER或sER，它们是ER连续结构的一部分。,Classification,Endoplasmic Reticulum,一、内质网的形态结构与类型,内质网：膜厚56nm；由一层单位膜围成的管状、泡状、扁囊状连接成网状； 内质网形态结构、分布状态、数量与细胞类型、生理状态及分化程度极为相关,特殊类型的内质网 微粒体(microsome) 肌质网(sarcoplasmicreticulum),微粒体：细胞匀浆和超速离心，特别是密度梯度离心过程中，由破碎的内质网等形成的近似球形的封闭小泡结构，它包括内质网膜与核糖体两种基本成分。,很好的研究材料,(一)粗面内质网(RER)：膜表面附着核糖体；形态多为板层状排列的扁囊；网腔内含低电子或中等电子密度的物质；多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内。,(二)滑面内质网(SER)：膜表面无核糖体附着；形态多为分枝小管或小泡；多分布在一些特化的细胞中。,内质网的类型,Separation of rER and sER,ER主要功能：合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。 ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。 ER约有30多种膜结合蛋白，另有30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，被认为是标志酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorin）只分布在rER，P450酶系只分布在sER。,Functions of rER,Synthesis of proteins B. Modification and processing of newly synthesized proteins C. Folding and assembly of newly synthesized proteins,A. Synthesis of proteins,蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白主要有： 1.向细胞外分泌的蛋白：如抗体、激素、细胞外基质蛋白； 2.膜的整合蛋白； 3.细胞器中可溶性驻留蛋白，如溶酶体的各种水解酶；,内膜系统的蛋白质分选,蛋白质分选定位的三种途径,Proteins synthesized on ribosomes of rER include: secretory proteins, integral membrane proteins, soluble proteins of organelles.,ER Pathways,Synthesis of proteins B. Modification and processing of newly synthesized proteins C. Folding and assembly of newly synthesized proteins,包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。 糖基化的作用： 使蛋白质能够抵抗消化酶的作用； 赋予蛋白质传导信号的功能； 某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。,The formation of disulfide bonds between the side chains of cysteine residues: protein disulfide isomerase（PDI） N-linked glycosylation Addition of glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchors,蛋白质在内质网中的加工与修饰,The formation of disulfide bonds,蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase)切断错配的二硫键，形成正确的二硫键,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。 N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与Asn残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。,N-linked glycosylation,O-linked glycosylation,Addition of GPI anchors,Membranes contain integral, peripheral, and lipid-anchored proteins:,Synthesis of proteins B. Modification and processing of newly synthesized proteins C. Folding and assembly of newly synthesized proteins,Protein folding in the ER Bip蛋白: Bip是一类分子伴侣（chaperone）结合蛋白的简称(binding protein) BiP is thought to bind to the unfolded polypeptide chain as it crosses the membrane and then mediates protein folding and the assembly of multisubunit proteins within the ER ER-驻留蛋白(ER-resident protein): protein disulfide isomerase; PDI; BiP,分子伴侣（molecular chaperone）