细胞基质与细胞内膜系统PPT课件.ppt

1,第七章真核细胞内膜系统、蛋白质分选与膜泡运输细胞：生命活动的基本单位（真核细胞是以生物膜的进一步分化为基础,是细胞内部结构构件成许多更为精细的具有专门功能的结构单位）,2,细胞器:细胞中的功能性结构，(包括细胞核、内质网、高尔基体、溶酶体、核糖体、线粒体、叶绿体、细胞骨架，液泡、鞭毛等),细胞器,有界膜围绕的细胞器（细胞核，内质网、高尔基体、溶酶体等）,无界膜围绕的细胞器（细胞骨架、核糖体等）,3,内膜系统的进化,进化原因：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功能：扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架将细胞内部区分为不同的功能区域,7.1细胞质基质的涵义与功能,一：细胞质基质的涵义二：细胞质基质的功能,5,7.1.1细胞质基质的涵义,主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构、糖原和脂滴。（细胞质与胞质溶胶的区别）,概念：真核细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。,主要特点：高度有序，动态平衡,7.1.2细胞质基质的功能,1.完成各种中间代谢过程2.与细胞质骨架相关的功能3.蛋白质的分选与运输4.蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰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，形成正确的分子构象,7,7.2.1细胞内膜系统及其功能,一：内质网的结构与功能二：高尔基体的形态结构与功能三：溶酶体的结构与功能,8,7.2.1内质网的结构与功能,结构：由封闭的膜系统及其形成的腔构成的相互沟通的网状结构。它从核膜延伸至细胞质中，靠近细胞质内侧。（形态结构）成分：主要为蛋白质、脂类。内质网的标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。细胞色素P450在内质网膜中最为丰富。易位子(translocon)：真核细胞内质网上的一种蛋白复合体，直径约8.5nm，中心有一个直径为2nm的通道，与新合成的蛋白进入内质网有关。主要成分：sec61p出口：不正确折叠的蛋白从易位子处由内质网腔进入细胞质基质被降解解体与重建,一：内质网的两种基本类型,类型糙面内质网(RER)光面内质网(SER),合成分泌蛋白质合成脂类是否扁平囊状分支管状,主要功能：是否附有核糖体：形状：,微粒体-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,11,内质网与细胞内其它细胞器的关系1、与细胞膜相连：甚至有管道相通2、与外层核膜相接：内质网腔与核周隙相通3、与高尔基体在结构、功能与发生上关系密切4、rER与线粒体紧密相依：过去：供能最近：与脂质的相互交换及Ca2+释放的调节关系密切5、ER的分布与微管走向一致（核膜内质网高尔基体质膜）,二：内质网的功能,蛋白质的合成蛋白质的修饰和加工新生肽的折叠与装配脂质的合成其他功能,蛋白质的合成,1：合成分泌蛋白、2：膜蛋白、3：细胞器中可溶性驻留蛋白。,蛋白质的修饰和加工,1：糖基化（发生在ER腔面）2：酰基化（发生在ER的细胞质基质侧）3：羟基化4：二硫键的形成,15,新生多肽的折叠与装配,1、蛋白二硫键异构酶PDI切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态,2、结合蛋白（Bip）能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装,3、4肽信号滞留在内质网中的蛋白质的信号（-Lys-Asp-Glu-Leu-COO）如蛋白二硫键异构酶结合蛋白（Bip）,折叠错误、畸形肽链、未装配等,胞质,通过易位子Sec61p复合体,被蛋白酶体降解,脂质的合成（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）。磷脂合成酶是ER膜整合蛋白，活性位点朝向cytosol；磷脂合成后很快转向内质网腔面(转位酶flippase)磷脂的转运:出芽(budding)：ERGC、Ly、PM载体蛋白磷脂转换酶(phospholipidexchangeproteins,PEP）：磷脂分子+PEP细胞质基质（线粒体、叶绿体、过氧化物媒体）,其它功能,1:解毒作用:光面内质网含有丰富的氧化酶系统,如细胞色素P450、NADH细胞色素C还原酶等)能使许多有害物质解毒,转化为易于排出的物质。2:Ca2+离子浓度的调节作用:Ca2+储存库,参与信号传导（肌质网）3：维持血糖稳定,18,三：内质网与基因表达的调控,19,7.2.2高尔基体的形态结构与功能,一：高尔基体的发现二：高尔基体的形态结构三：高尔基体的功能四：高尔基体与细胞内的膜泡运输,20,一：高尔基复合体的发现,1898年，意大利医生Golgi用镀银法首次在猫头鹰神经细胞内观察到一种网状结构，命名为高尔基体。很多人认为高尔基体是由于固定和染色而产生的人工假像。50年代以后随着电子显微镜技术的应用和超薄切片技术的发展，才证实了高尔基体的存在。,21,二：高尔基体的形态结构,形态结构:由许多扁平的膜囊构成的以分泌为主要功能的细胞器,连续的整体膜结构（图示）。扁平囊泡(sacuules)小囊泡(vesicle)大囊泡(vacuoles)标志酶：糖基转移酶,22,高尔基内侧网络（CGN)顺面、形成面,面向核（接受内质网新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，小部分返回内质网）中间膜囊(medialcisternae)（糖基化）高尔基外侧网络（TGN）外侧面、成熟面（参与蛋白质的分类与包装，最后从高尔基体中输出）,高尔基体的超微结构,结构特点：极性（位置、方向、物质转运与生化极性，结构和功能）,23,种标志细胞化学反应,嗜锇反应：高尔基体cis面膜囊；（NADP酶）的细胞化学反应：显示中间扁平囊焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应：显示trans面12层膜囊；CMP酶）细胞化学反应：显示靠近trans面膜囊状和管状结构,24,三：高尔基体的功能,高尔基体与细胞的分泌活动运输蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质在高尔基体中酶解加工过程,25,高尔基体的蛋白运输作用机制,溶酶体所含酶类分选标志：糖基化标志分选（很少，M6P)以蛋白质本身序列信息作为分选信号,26,蛋白质运输类型,ER到高尔基体内侧的运输ER蛋白的逆向运输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,27,ER驻留蛋白的运输,驻留机制,内质网驻留信号(ERretentionsignal):Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即KDEL信号序列KDEL信号受体高尔基体膜:有识别该信号的受体,形成小泡,将逃逸的蛋白送回内质网膜:有识别该信号的受体,接收逃逸的蛋白,28,GC中蛋白质的糖基化及其修饰,29,蛋白质的糖基化生物学意义,糖基化的主要作用：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。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。,30,蛋白质在高尔基体中酶解加工类型,1：无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除N-端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。2：蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽等。3：含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体加工成不同的产物。4：同一种蛋白质前体不同细胞、以不同的方式加工不同的多肽。,31,6.4溶酶体与过氧化氢酶体,一：溶酶体概述二：溶酶体的结构类型三：溶酶体的功能四：溶酶体的发生五：溶酶体与过氧化氢酶体,32,7.3：溶酶体的形态结构与功能,溶酶体的发现动物细胞内的一种细胞器。植物细胞中？小球状,外面由一层单位膜包被是一种异质性(heterogenous)的细胞器,呈小球状。大小变化很大，直径一般0.250.8m，最大的可超过1m,最小的直径只有25-50nm溶酶体含有50多种水解酶类,在细胞内起消化和保护作用当细胞被损伤时,溶酶体可释放出水解酶类,使细胞自溶,一：溶酶体形态结构与类型,33,溶酶体膜的结构特点,溶酶体的膜上嵌有质子泵和氯离子通道溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运溶酶体的膜蛋白高度糖基化溶酶体的膜含有较多的能促进膜稳定性的胆固醇,34,溶酶体的酶类,种类:包括50种不同的水解酶类酸性水解酶最适PH值是5少量的溶酶体酶泄漏到细胞质基质中并不会引起细胞损伤酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶,35,初级溶酶体,次级溶酶体,溶酶体的类型,36,二：溶酶体的功能,溶酶体的主要作用是消化，是细胞内的消化器官，细胞自溶，防御以及对某些物质的利用均与溶酶体的消化作用有关。1：防御功能：外来物质、病毒（引狼入室）、细菌、衰老、死亡的细胞2：清除无用的物质：不需要的生物大分子细胞内受损、衰老的细胞器以及死亡的细胞-3：其它的生理功能,37,（1）消化酶的先天缺失，为遗传病：各种储积症，如台萨氏（氨基己糖酯酶）、糖原储积症（葡萄糖苷酶）（2）消化酶的后天不足：矽肺、肺结核、类风湿性关节炎（膜脆性增加）、对细胞和机体功能的损伤（3）酸性环境的适得其反：麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（利用胞内体中的酸性环境）（4）与溶酶体发生相关的疾病：细胞（inculusioncell）病，缺乏N-乙酰葡萄糖磷酸转移酶，不能M-6-P化，溶酶体酶无法被识别（但仍可形成溶酶体）,溶酶体与细胞病理,38,三：溶酶体的生物发生,甘露糖-6-磷酸途径（M6P）非甘露糖-6-磷酸途径:,初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形成的，其形成过程如下：内质网上合成溶酶体蛋白，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，N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑，将N-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，选择性地包装成初级溶酶体。,39,溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（RER）,高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化,M6P,N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）,溶酶体酶分选与局部浓缩,以出芽的方式转运到前溶酶体,磷酸葡萄糖苷酶,磷酸化识别信号：信号斑,甘露糖-6-磷酸途径（M6P）,40,溶酶体的发生,41,高尔基体外侧网络通过对M6P的识别将溶酶体的酶分选出来。这一标记是溶酶体在粗面内质网合成后通过糖基化和磷酸化添加上去的。,42,四：溶酶体与过氧化物体,鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P）和其它细胞器如线粒体（M）等（Albertetal.，1989）,43,过氧化物酶体的功能,动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。过氧化物酶体中常含有两种酶：依赖于黄素（FAD）的氧化酶，其作用是将底物氧化形成H2O2；过氧化氢酶，作用是将H2O2分解，形成水和氧气。过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2固定反应副产物的氧化，即所谓光呼吸反应；乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体降解储存的脂肪酸乙酰辅酶A琥珀酸葡萄糖。,44,过氧化物酶体的发生从系统方面来看，在光合生物出现后，大气中的氧含量逐渐提高，而细胞内的氧对早期的生物具有毒害作用，过氧化物酶体的功能就是消除细胞内的氧，并产生细胞所需要的某些代谢物。从个体发生来看，过氧化物酶体来源于已存在过氧化物酶体的分裂。过氧化物酶体中所有的酶都由核基因编码，在细胞质基质中合成，在信号肽的引导下，进入过氧化物酶体。,45,过氧化物酶体发生示意图,过氧化物酶体与疾病：Zellweger综合症：与过氧化物酶体有关的遗传病，也叫脑肝肾综合征，患者细胞的过氧化物酶体中，与酶蛋白输入有关的蛋白质变异，过氧化物酶体是“空的”。脑、肝、肾异常，出生3-6个月内后死亡。,7.3细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,分选（定向转运）的概念细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：一：蛋白质中包含特殊的信号序列，二：细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。蛋白质分选运输的途径：共转移和后转移,47,一：蛋白质分选信号与信号假说,1:Signalpeptide信号肽2:Nuclearlocalizationsignal核定位信号3:KDEL序列4：signalpatches信号斑：存在于复杂的三维结构中，很难将其分离出来研究5:leaderpeptide导肽6：transitpeptides转运肽,细胞类至少存在两类蛋白质分选的信号：信号序列和信号斑,48,二：蛋白质分选的基本途径与类型,翻译后转运共翻译转运途径1.蛋白质的跨膜转运2.膜泡运输3.选择性的门控转运4.细胞质基质中的蛋白质转运,三：膜泡运输(Vesicletranslocation）,膜泡运输：一种高度有组织的定向运输，各类运输泡能够被准确地运到靶细胞器，因为细胞器的胞质面具有特殊的膜标志蛋白。膜泡由出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。衣被具有两个主要作用：选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；如同模具一样决定运输小泡的外部特征。胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白,衣被形成,衣被是在衣被召集GTP酶（coat-recruitmentGTPase）作用下形成的，衣被召集GTP酶通常为单体GTP酶。除单体G蛋白以外，三聚体G蛋白也起分子开关的作用