细胞质细胞生物学

遗传信息的翻译是指以mRNA为模板，把核苷酸链上的三联遗传密码转换成蛋白质多肽链的氨基酸序列的过程，是基因表达的最终目的。,问题：基因表达的翻译过程在细胞的哪一部分进行？,细胞质（ cytoplasme ）,第五章,细胞质里面有些什么东西？,第一节 细胞质的组成,细胞器细胞质骨架细胞质内含物细胞质基质,细胞在演化过程中，随着内膜（membrane interne ）的出现，使细胞有了核和质的分界。,内膜是真核细胞有别于原核细胞的一个主要特征。,内膜构成很多细胞器,内膜的作用： 区域化（区室），增加反应表面积。,一、细胞器（ organites ）,第一节 细胞质的组成,微管、微丝、中间丝三种蛋白纤维构成的网络结构。,动态有序。,参与细胞很多重要的生命活动。,细胞骨架,微管参与细胞器的分布,微管,内质网,高尔基体,中心体,细胞核,细胞质骨架与细胞器密切关联,三、细胞质内含物（ inclusions cytoplasmiques ）,第一节 细胞质的组成,脂滴,蛋白结晶,细胞内外以及细胞内各结构间的交流、代谢的场所。,化学成分和物理特性,功能：,无统一定义,四、细胞质基质（cytoplasmic matrix）,第一节 细胞质的组成,细胞质各组成互相联系，成为一整体,细胞器细胞质骨架细胞质内含物细胞质基质,蛋白质与脂类的加工厂,内质网,蛋白质与脂类的包装厂,高尔基体,溶酶体,线粒体,细胞骨架,运送物质的高速公路,发“电”厂,废品回收厂,核糖体,蛋白质的生产厂,问题：基因表达的翻译过程在细胞的哪一部分进行？,答案：翻译(蛋白质合成)过程在细胞质中的核糖体上进行。,真核细胞的转录产物需输出到细胞质中,真核细胞mRNA的输出（通过核孔复合体）,第二节 核糖体（ribosome）蛋白质合成的场所,一、核糖体的结构和成分,电镜结构：大、小亚基,一定Mg+浓度下聚合和解聚。,Mg+=110mmol/L,Mg+1mmol/L,第二节 核糖体（ribosome）,核糖体亚基的立体结构,分子组成和结构：rRNA和蛋白质,种类： 原核生物（70S） 真核生物的线粒体、叶绿体（70S） 真核生物（80S）,问题：蛋白质合成（翻译）需要哪些成分参与？,蛋白质的生物合成发生在核糖体上，三种成熟的RNA分子从细胞核进入细胞质后在此各自发挥重要作用。mRNA ： 编码蛋白质rRNA ： 形成核糖体的骨架并参与蛋白质的合成(核酶)tRNA ： 作为mRNA与氨基酸之间的连接物,遗传密码（ codes gntiques ） DNA或mRNA上每三个相邻核苷酸（碱基序列）编码(代表)多肽链中的一个氨基酸,此三联体称为密码子。,共有64个密码子，代表20种氨基酸、翻译起始信号、翻译终止信号。,Khorana,Holley,Nirenberg,三位科学家因破译遗传密码获得1968年诺贝尔奖,起始密码AUG,终止密码UAA、UAG、UGA,简并性（同义密码）,遗传密码是连续和有方向的,遗传密码在各种生物中是一样的,遗传密码的特点：,HbS的珠蛋白链的第6位密码子发生了碱基颠换,遗传密码决定蛋白质，蛋白质决定细胞，细胞决定人体。,镰型红细胞性贫血症的红细胞,正常红细胞,tRNA密码的解译和氨基酸的转运,tRNA如何解译mRNA上的遗传密码子？,丙氨酰-tRNA 3 CGI 5 mRNA 5 GCU 3mRNA 5 GCC 3mRNA 5 GCA 3,Anti-codon,密码子和反密码子的配对有时并不十分严格的,反应的催化【核酶】 （ribozyme）,决定核糖体的形状,决定tRNA在mRNA的定位,rRNA核糖体中的关键分子,核糖体小亚基中rRNA的分子结构,二、核糖体与蛋白质的合成(翻译),翻译,第二节 核糖体（ribosome）,核糖体为mRNA和tRNA提供了结合位点,mRNA结合位点tRNA结合位点（P位，A位，E位）催化位点其他蛋白因子结合位点,大亚基,起始,小亚基与起始氨酰tRNA 结合,与mRNA结合识别起始密码,大亚基与mRNA结合形成70s起始复合物,进位,转肽,移位,延长,进位,转肽:由核酶催化,核糖体移动,释放因子结合到终止密码子上,酯键水解多肽链释放,多肽链合成装置解离,终止,翻译,238,多核糖体,核糖体在细胞内的存在形式,膜结合（固着）核糖体,游离核糖体,两者在结构、功能上无差异,蛋白质产物有差异。,第三节 内质网（ Rticulum Endoplasmique ）,多寡与该细胞的功能有关,一、内质网的形态特征与类型,糙面内质网（ rticulum rugueux ）,光面内质网（ rticulum lisse ）,第三节 内质网,二、糙面内质网的功能,1. 与蛋白质的合成有关,2. 蛋白质糖基化,3. 蛋白质的正确折叠和装配,4. 膜脂合成,第三节 内质网,多核糖体,细胞内两部分核糖体的关系,细胞质基质中核糖体亚基库,游离核糖体,膜结合核糖体,1. 与蛋白质的合成有关,合成的蛋白质进入内质网腔或定位于内质网膜上,内质网与蛋白质合成,问题：那些进入内质网的蛋白质会有什么样的命运？,胞外,胞内,3.寡聚糖: 形成糖蛋白和糖脂。,由不同种类单糖聚合而成,4.糖胺聚糖:形成蛋白聚糖。,由重复的二糖单位聚合而成,将在第二篇第五章、第八章作详细讨论,生物大分子：多糖 polysaccharides,蛋白质多肽链的氨基酸残基加上糖链称为蛋白质糖基化，糖基化包括糖链的结合以及对糖链结合后的修饰。根据糖链不同分为糖蛋白和蛋白聚糖，糖蛋白的糖基化在内质网开始，高尔基体中完成；蛋白聚糖的糖基化都在高尔基体中进行。,糙面内质网中进行初步修饰：核心糖基化,糖基化是把整个寡聚糖链转移到多肽链上，寡聚糖在细胞质基质面形成，随后翻转到内质网腔面。,N-连接,(天冬酰胺的-NH2),O-连接,(苏氨酸、丝氨酸、赖氨酸的-OH),寡聚糖与多肽链连接的形式：,2、糖蛋白的核心糖基化（glycosylation des protines）,糙面内质网中蛋白质糖基化,寡聚糖转移酶催化,细胞质基质,内质网腔,多肽链合成后必须经过正确折叠和装配才能成为有功能的蛋白质。,3.蛋白质的正确折叠和装配,未正确折叠和装配的蛋白质被送到细胞质基质降解。,细胞质基质,内质网腔,帮助多肽链正确折叠和装配，本身不参与最终产物的形成伴侣蛋白（protines-chaperons），又称分子伴侣。,蛋白二硫键异构酶催化多肽链间 形成二硫键而产生折叠,钙联蛋白帮助蛋白质正确折叠,未折叠多肽链,正常折叠多肽链,不正常折叠多肽链,钙联蛋白,问题：那些进入内质网的蛋白质会有什么样的命运？,答案：进入内质网的蛋白质还要进行糖基化、折叠和装配。,合成细胞膜和细胞内膜中的膜脂，包括磷脂和胆固醇。,4.膜脂合成,磷脂酰胆碱的合成过程,脂肪酰辅酶A,3-p-甘油,甘油二酯,磷脂酰胆碱,内质网腔,细胞基质,磷脂酸,返回,内质网膜,细胞外,细胞内,膜脂的不对称分布（细胞膜、细胞内膜）,磷脂转位子保证膜脂双层中磷脂分子数量的平衡和种类的不对称分布,磷脂转位子维持膜脂在脂双层之间的平衡和造成膜脂的不对称分布,磷脂的膜间转运,膜泡运输糙面内质网高尔基体，溶酶体，细胞膜。磷脂交换蛋白糙面内质网线粒体，过氧化物酶体.,磷脂交换蛋白,三、光面内质网的功能 1.类固醇激素的生成（睾丸间质细胞） 2.脂类代谢（肝细胞） 3.糖原代谢（肝细胞） 4.钙的储存和释放（骨骼肌细胞） 5.药物代谢与解毒（肝细胞）,第三节 内质网,问题：离开内质网的蛋白质和脂类去了哪里？,高尔基体是一种有极性的细胞器，蛋白质从内质网运入高尔基体的一面称顺面;蛋白质在高尔基体中经过加工修饰形成分泌泡离开的一面称反面。,第三节 高尔基体（Appareil de Golgi）,顺面管网结构(face cis ou face de formation）顺面膜囊（saccules cis）中间膜囊（citeme mdiane）反面膜囊（saccules trans）反面管网结构（face trans ou face de maturation）,反面,顺面,不同的区室具有不同的特征性细胞化学反应。,第三节 高尔基体,一、高尔基体的形态结构,二、高尔基体的功能,（一）加工和修饰糖蛋白的末端糖基化、蛋白聚糖的糖基化、糖脂的糖基化、糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸盐化、分泌蛋白前体的有限水解。,（二）分选作用将内质网蛋白、高尔基体蛋白、溶酶体蛋白、分泌蛋白、细胞表面蛋白根据它们的不同标志分拣选送到各自的位置。,第三节 高尔基体,高尔基体的加工和修饰作用在一系列膜囊中有序进行，每一层膜囊结构都有相应的酶，蛋白质在从顺面向反面移动过程中，在不同膜囊结构中依次经历各种修饰和加工。,高尔基体的功能区室 化,1.糖蛋白的末端糖基化：糖蛋白的寡聚糖链末端在高尔基体中加入。,糖基化过程具有空间和生化的程序,2. 蛋白聚糖的糖基化,3. 糖脂的糖基化,糖胺聚糖通过O-连接方式与蛋白质形成蛋白聚糖，此过程全都发生在高尔基体中。,全都发生在高尔基体中。,4. 糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸盐化,5. 分泌蛋白前体的有限水解,胰岛素原的有限水解,（二）、高尔基体的分选作用,高尔基体根据蛋白质所携有的特定分选信号，(特殊的氨基酸序列或糖链)以相应的受体与这些蛋白质结合，并将不同的蛋白质分装到各自的运输小泡中，分别运送至不同的目的地（想一下会是哪些目的地？）。,详细内容将在第十章介绍,1.回输到内质网的 内质网驻留蛋白,2.运送到溶酶体的蛋白质,3.运送到分泌颗粒的蛋白质,4.运送到细胞表面的蛋白质,5.驻留在高尔基体的蛋白质,问题：离开内质网的蛋白质和脂类去了哪里？,答案:内质网中经过初步加工的蛋白质和脂类运输到高尔基体中经过进一步加工和包装再分选到各处。,第四节 溶酶体（lysosome）,酸性水解酶,酶的特性:1.最适pH5.02.都是酸性水解酶3.酸性磷酸酶为标志酶,膜的特性:1.质子泵2.有转运蛋白3.膜蛋白高度糖基化,溶酶体的形成与胞吞密切相关,早期内体,晚期内体,溶酶体,高尔基体,溶酶体的类型1.异体吞噬泡（吞噬小体+溶酶体或晚期内体）2.自体吞噬泡（自噬小体+溶酶体或晚期内体）3.分泌自噬泡（分泌颗粒+溶酶体或晚期内体）4.残余体,自噬小体,吞噬小体,自体吞噬泡,异体吞噬泡,溶酶体的功能消化,（1）胞吞物质的消化 吞噬作用，吞饮作用,（3）细胞外物质的消化,（2）细胞自身物质的消化 自体吞噬，分泌吞噬,中性粒细胞的吞噬作用,溶酶体与细胞功能活动,消除异物（有吞噬功能的细胞）提供营养（消化大分子营养物质）更新细胞成分（废物利用）调节激素分泌（去除多余激素）,溶酶体与疾病,硅肺痛凤储积病,台-萨氏综合征神经元中同心圆状的溶酶体,I-细胞病(maladie cellulaire d inclusion ),溶酶体酶不能形成分选信号，从而不能进入溶酶体。,第五节 过氧化物酶体（ peroxysome ）,细胞内利用氧的细胞器，使细胞免除氧的毒害。,蛋白质来自游离核糖体，膜脂来自糙面内质网。新的过氧化物酶体由原来存在的过氧化物酶体分裂而来。,过氧化物酶体的功能,氧化酶、过氧化氢酶（标志酶）、过氧化物酶,1.对有毒物质的 解毒作用,2.对细胞氧张力的 调节作用,3.参与脂肪酸的分解,第七节 线粒体（ mitochondrie ）,线粒体是真核细胞进行氧化和能量转换的主要场所。,一、线粒体的形态特性,显微结构：线状，颗粒状；数量与细胞功能有关；常分布在细胞内能量需求多的地方。,亚显微结构：两层膜构成的膜囊结构,（一）、外膜(孔蛋白),（三）、内膜（通透性很低，蛋白含量很高，多种转运蛋白） 嵴 基粒,膜间腔（外腔）,（二）、,一、线粒体的形态特性,ATP酶复合体（F0F1复合体）,头部(F1因子)（ATP酶，ATP合成酶）,基片(F0因子)（质子通道）,基粒（ATP酶复合体）是线粒体的基本功能单位,F1因子,F0因子,线粒体内膜,线粒体内腔,(四)、内腔（基质腔）线粒体核糖体线粒体DNA（双链环状，可多个）基质颗粒（含钙等无机物）,线粒体的化学组成,蛋白质（65-70%），脂类，DNA，其它（辅酶、维生素、无机离子及RNA等）,约140种酶，组成许多酶系，位于不同部位（独特的标志酶）。,二、线粒体的功能*物质氧化与能量转换,细胞内的主要供能物质,糖类、蛋白质、脂类等,葡萄糖、氨基酸、脂肪酸,1. 无氧酵解(细胞质基质) 2.乙酰辅酶A的形成(线粒体基质) 3. 三羧酸循环(线粒体基质)4. 电子传递和氧化磷酸化(线粒体内膜),葡萄糖在细胞中转化为ATP的过程和位置,glucose,物质氧化所释放的可利用能量都以高能电子的形式表现，由NAD+和FAD+携带，经线粒体内膜上的电子传递链传递给氧。,电子传递链组分及反应序列示意图,电子通过电子传递链后使O2变成H2O，能量通过电子传递链释放，使H+(质子)从线粒体基质腔逆浓度地跨内膜运到膜间腔（质子泵），从而在内膜两侧形成了pH梯度和电压梯度电化学质子梯度。,电子传递链,质子动力势,在线粒体内膜(通透性低)两侧形成跨膜的电化学质子梯度，能量转化为质子动力势，驱动质子从浓度高的膜间腔向浓度低的基质腔移动。,return,ATP酶复合体催化ATP形成,ATP合成,F1-disco,膜间腔,基质腔,氧化磷酸化（ phosphorylation oxidative ）,将生物氧化所释放能量的转移过程与ADP的磷酸化过程结合起来，而将生物氧化释放的能量转移到ATP的高能磷酸键中，又称氧化磷酸化偶联。,三、线粒体与活性氧，线粒体与细胞凋亡（略）,线粒体有自己的DNA、遗传密码和核糖体。,四、线粒体是一种半自主性细胞器,大部分蛋白质来自细胞质中的游离核糖体，少数蛋白质由mtDNA编码，在线粒体的核糖体上合成。,线粒体的分裂,线粒体的起源,五、 线粒体与人类疾病和衰老,（一）线粒体病的特点： 1.多数由于线粒体DNA改变而引起。 2.具有母系遗传的特点。 3.多为神经、肌肉系统疾病。（二）线粒体与衰老：与mtDNA有关,本章小结,细胞质由细胞器、细胞内含物、细胞骨架、核糖体、中心体、细胞质基质等部分构成。其中，除细胞质基质外其余都为有形成分。细胞质基质为细胞提供了内环境，并和这些有形成分存在广泛的交流。,核糖体是细胞合成蛋白的场所，整个合成过程中mRNA作为模板；tRNA解译遗传密码，转运相应的氨基酸；rRNA为前两者提供结合的位点，并催化相关的反应。合成分起始、延长、终止三