生物化学37241ppt课件

第二节 酶的细胞生物学 一、酶在亚细胞器中的定位 细胞内不同功能的酶往往被互相分隔 (compartmentalization)，定位于不同的亚细胞 器中，而参与同一代谢通路的酶又组成酶系而常 常定位于同一亚细胞结构中。但某些物质的代谢 也可在两个或更多的亚细胞器中顺序进行。 如糖酵解和糖异生酶系主要在胞液中，而丙 酮酸的有氧氧化则在线粒体中进行。脂肪酸 在胞液中激活成脂酰CoA后也进入线粒体 氧化；而脂肪酸的合成则由线粒体提供的乙 酰CoA在胞液中进行。 类脂质如胆固醇和磷脂的代谢酶类很多定 位于光面内质网。氨基酸分解代谢和相互转变 一般在胞液，而鸟氨酸循环则起始于线粒体而 主要在胞液中完成尿素的合成。但由氨基酸合 成蛋白质必须在要核糖体的粗面内质网上进行 。 与ATP合成偶联的生物氧化酶系存在 于线粒体中，而与生理解毒相关的氧化 、还原、结合等过程则在内质网上进行 。DNA的复制和转录部分定位于细胞核， 但线粒体也有少量活力。 此外，参与糖复合物（糖脂、糖蛋白中聚 糖）合成的糖链加工酶除少数在内质网外 ，主要存在于高尔基体，负责细胞内消化 的各种蛋白酶和酯酶则主要集中在溶酶体 ，而和H2O2生成分解有关的超氧化物歧化酶 、过氧化物酶、过氧化氢酶则定位于过氧 化体。（图、标志酶） 二、酶在细胞内的分拣和投送 各种不同功能的酶在细胞内互相分离 ，各得其所，对物质代谢在细胞内有条不 紊地进行有十分重要的意义，然而，酶蛋 白是几乎集中在粗面内质网上合成。 这些合成后的酶蛋白是怎样被分拣 (sorting)和投送(trafficking)到各种 亚细胞器中去的问题就成为近代细胞生 物学和酶学互相结合研究的前沿课题。 已有大量的实验提示，酶蛋白分拣、投 送的信号主要存在于酶蛋白的结构中， 因此这一酶的细胞生物学问题实际上也 是酶的结构和功能的关系问题。 （一）酶分子的氨基酸序列在酶蛋 白分拣中的作用 分泌性蛋白质都在其N端有一长短不等的 信号肽，约10余个至30余个氨基酸残基。不同 蛋白质信号肽的同源性很少，但都富有疏水性 AA残基，并在N端有碱性氨基酸，这段在核糖 体上首先合成的信号肽能在信号颗粒（SRP） 信号肽识别体(Mcb1703)参与下， 插入由脂类组成的内质网膜中，膜上还 可能有信号肽的受体参与这一过程，并使核 糖体-mRNA复合物贴近内质网膜。 随着肽链的延长，新生肽链不断地插入内 质网膜，使之形成一线性通道，使整个新 生肽链进入内质网腔，此时完成历史使命 的信号肽被内质网膜上的蛋白水解酶切割 下来，切去信号肽的酶蛋白则随着内质网 膜形成形成微泡， 向高尔基体移动并通过融入高尔基体等过 程进入高尔基体，再通过高尔基体形成的 分泌小泡或颗粒与细胞膜融合后借胞吐作 用(exocytosis) 分泌至胞外(Mcb0502) (Mcb2401n) 。 实验证明，如用蛋白质工程法使某一分泌性 蛋白（包括酶）的信号肽序列缺失或突变， 可使该蛋白的分泌受阻。 有时信号肽不一定在内质网膜腔内被切 除，而保留信号肽的酶蛋白可继续穿越内质 网腔而进入其他亚细胞结构，如高尔基体或 细胞膜。 定位于细胞膜上蛋白质的转运一般也需要信 号肽，并在信号肽的C端有一段不被切除的 序列，一般为跨膜序列，对蛋白质定位于膜 上起重要作用。 糖基化对一些膜蛋白的转运也是必需的， 因缺乏糖基化的蛋白可因肽链折叠失常、 空间构象改变或亚基不能聚合等原因而聚 积在内质网中，并和一种免疫球蛋白重链 结合蛋白(Bip)结合而被降解。 此外