细胞质基质与细胞内膜系统ppt课件

胞内区室及转运 细胞质膜系统与研究方法 概念： 膜结合细胞器统指细胞质中所有具有膜结 构的细胞器。 细胞质膜系统指细胞内那些在生物发生上 与质膜相关的细胞器，不包括线粒体、叶 绿体和过氧化物酶体。 内膜系统内质网、高尔基体、细胞核、溶 酶体和液泡，它们的膜相互流动、处于动 态平衡，在功能上相互协同。 真核细胞中含有一套基本的被膜细胞器 内膜系统的动态性质 内膜系统的动态网络： 一、生化合成途径 二、分泌途径（包括组成型和调节型） 三、内吞途径 膜结合细胞器的进化及其意义 进化途径（假说）： 一、内共生途径 （线粒体和叶绿体） 二、细胞质膜内陷分化途径 意义： 一、形成特定的功能区域和微环境 二、通过小泡介导的膜流动性保证了膜结构的 更新，及蛋白运输中的安全性 三、提高了重要分子的浓度，提高了反应效率 内膜系统与蛋白质分选 蛋白质定位的时空概念： 时合成的蛋白质何时转运？ 先合成再分选 一边合成一边分选 空合成的蛋白质在分选过程中所要逾越的空间障 碍？ 核孔运输 跨膜运输 小泡运输 信号序列引导蛋白质的正确运输 通常为1560个AA，位于新生肽的N端。通过基因工 程的方法证明，信号序列对引导的蛋白质没有特 异性，但对不同的膜结合器有特异性。 蛋白质通过核孔进入核内 GTP水解供能的主动运输 以充分折叠的构象转运蛋白 剪接不完全的信使RNA不能从核内输出 核定位信号 充水通道允许小分子水溶性物质自由进出 蛋白质伸展进入线粒体和叶绿体 内膜系统的研究方法 离心分离技术 1974年诺贝尔奖：claude发明用于细胞器分 离的差速离心技术；palade用这一技术研 究了内质网和高尔基体；de duve用该技术 发现了溶酶体和过氧化物酶体 将不同内膜细胞器破碎后形成的球形膜泡分 离，并进行体外生物活性测定 放射自显影技术（同位素追踪技术） 小块胰腺组织放在加有放射性同位素标记氨 基酸的培养液中，3min后，组织固定，切 片，发现放射性出现在内质网中。或继续 置于非同位素培养基中追踪17min，放射性 标记出现在高尔基体和部分分泌泡中，追 踪117min，标记物主要出现在分泌泡中。 突变技术 内质网 l约占细胞膜系统的一半左右，是一个连续的网膜系 统 l根据内质网上是否附有核糖体，分为两类：糙面内 质网（RER)和光面内质网（SER)。外表面称胞质溶 胶面，内表面称潴泡面。 l酶类：以细胞色素P450含量最丰富，达到10。 标志酶是葡萄糖6磷酸酶 l两类特殊的内质网： 微粒体由破碎的内质网自我融合而成的近似球 状的膜囊泡状结构 肌质网存于心肌和骨骼肌中，参与肌肉收缩。 钙离子储存库 SER的功能 糖原分解释放游离葡萄糖 肝细胞 受cAMP水平控制 糖原葡萄糖1磷酸葡萄糖6磷酸葡萄糖 类固醇激素的合成 脂的合成和转运 磷脂交换蛋白（pep） 解毒作用 肝细胞 使有毒物质由脂溶性转变成水溶性而被排出体外 P450参与的有毒物质的羟基化：被氧化的物质与P450结 合P450中的铁原子被NADPH还原氧同P450结合底物 结合一个氧原子被氧化，另一个氧用于形成水 钙离子的调节作用 （肌质网） RER的功能 蛋白质合成 信号假说 1975年，Blobel等提出：分泌蛋白的合成始于细胞 质中的游离核糖体；合成的N端信号序列露出核糖 体后，靠自由碰撞与内质网膜接触，然后靠N端信 号序列的疏水性插入内质网的膜；蛋白质继续合 成，并以袢环形式穿过内质网的膜；最后形成分 泌蛋白或膜蛋白 获得1999年诺贝尔医学生理学奖 补充：信号序列是通过与SRP的识别和结合，引导核 糖体与内质网结合 分泌蛋白：在内质网上合成后，通过对信号切除， 即可释放到内质网的腔中成为可溶性蛋白质，进 行下游途径的运输 跨膜蛋白：终止转移序列（疏水） Bip蛋白 重链结合蛋白的简称。分子伴侣，属Hsp70家 族。 作用：1 同进入内质网的未折叠蛋白的疏水 氨基酸结合，防止多肽链的错误折叠或聚 合。而后与ATP结合，通过其水解释放能量 ，正确折叠蛋白质。 2 防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或 断裂（通过基因工程，使Bip蛋白的基因突 变为温度敏感型） 蛋白质在内质网中的修饰 N-糖基化 作用：使蛋白质能够抵挡消化酶的作用；赋予蛋白质传 导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化后才能正确折 叠 过程：糖分子先被糖基转移酶转移到膜上的多萜醇分子 上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链 特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬胺酸残基 上。 羟基化：新生肽的脯氨酸和赖氨酸进行羟基化，形成 羟脯氨酸和羟赖氨酸。只发生在少数蛋白。合成胶原 形成脂锚定蛋白：信号肽切割后，羧基端立即与已存 在于ER膜上的糖基磷脂酰肌醇（GPI)共价结合，形成 脂锚定蛋白。 高尔基体 构成：扁平膜囊、液泡（分泌泡）、小泡 功能区室：1形成面（内侧面）初级分选 站，负责对从ER转运来的蛋白质进行鉴别 。2 中间潴泡糖基修饰、糖脂形成、多 糖合成 3 成熟面（外侧面）蛋白质分选 ，最后口岸 标志酶：糖基转移酶 三、主要功能 1、参与细胞分泌活动 RER上合成蛋白质进入ER腔COPII运输泡进入 CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成运输泡 运输与质膜融合、排出。 高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信 号肽或信号斑。 2、蛋白质的糖基化 O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核 苷糖。 3、进行膜的转化功能 内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后，经过 修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。 4、将蛋白水解为活性物质 如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质， 如胰岛素（C端）；或将含有多个相同氨基序列的 前体水解为有活性的多肽，如神经肽。 5、参与形成溶酶体。 6、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质 溶酶体 一、结构 溶酶体（lysosome）为C. de Duve与B. Novikoff 1955年首次发现。 是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状 细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。 具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可 能有很大的不同。酸性磷酸酶是标志酶。 膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白 降解 二、功能 1. 细胞内消化：如高等动物内吞低密脂蛋白获得胆 固醇，单细胞真核生物利用溶酶体的消化食物。 2. 自体吞噬：清除无用的生物大分子，衰老细胞、 细胞器、个体发育中多余的细胞。许多生物大分 子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体 的平均寿命约10天左右。 3. 防御作用：如巨噬细胞杀死病原体。 4. 参与分泌过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成 有活性的甲状腺素。 5. 形成精子的顶体。 三、溶酶体的发生 初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式 形成，形成过程： 内质网上核糖体合成溶酶体蛋白进入内质网腔 进行N-连接的糖基化修饰进入高尔基体cis面膜 囊磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑将 乙酰葡糖胺磷酸转移在12个甘露糖残基上在 中间膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配体与 trans膜囊上的受体结合通过clathrin衣被包装 成初级溶酶体。 四、溶酶体与疾病 1. 矽肺：二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬 细内吞噬，导致吞噬细胞溶酶体破裂，水解酶释 放，细胞崩解，矽尘释出，后又被其他巨噬细内 吞噬，如此反复进行。激活成纤维细胞，导致胶 原纤维沉积，肺组织纤维化。 2. 肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素, 也无荚膜 和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗溶 酶体的杀伤作用,使结核杆菌在肺泡内大量生长繁 殖, 导致巨噬细胞裂解,释放出的结核杆菌再被吞 噬而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。 3. 类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂。 小泡转运 运输小泡的形成机制？ 不同类型的运输小泡如何与不同的特定靶位点膜 结合？ 运输小泡的膜和靶细胞结构的膜的融合机制？ 小泡出芽由一种蛋白质外被的装配所驱动 研究最清楚的是称为“披有网格蛋白的小泡” SNARE决定小泡停靠的特定地点 运输小泡融合 细胞分泌与内吞作用 胞吐：细胞分泌 组成型（运输小泡）和调节型（分泌泡）分泌 调节型分泌的两个特点：1 小泡的形成具有选择 性