第七章 内膜系统.ppt

主讲赵晓2012 11 第7章内膜系统和核糖体 本章要点 掌握 1 内膜系统的概念 结构与功能 在发生 功能上有密切关联的细胞器 核糖体 内质网 高尔基复合体 溶酶体 内吞体 2 外分泌蛋白的合成与分泌过程 例如 胶原的合成与分泌 思考 第6章胶原的合成与组装 3 信号肽与信号假说 蛋白质的分选 了解 4 膜性细胞器与内膜系统的概念差异 考试热点 1 外分泌蛋白的合成与分泌过程2 信号假说 关注 蛋白质的胞内运输 内膜系统 endomembranesystem 是指真核细胞内 在结构 功能乃至发生上相关的膜性细胞器或细胞结构的总称 包括 内质网 高尔基复合体 溶酶体 内吞体 分泌泡 各种转运囊泡及核膜等 功能 完成蛋白质 脂类和糖类的合成 加工 以及包装运输 注意 内膜系统与膜性细胞器 第一节核糖体 核糖体 ribosome 是细胞内一种核糖核蛋白颗粒 ribonucleoproteinparticle 其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链 所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器 正在进行蛋白质合成的核糖体 非膜性细胞器 问题 为什么将核糖体放在本章讲解 原因 蛋白质合成起始于胞质中的核糖体 蛋白质的合成和分选是内膜系统的主要功能 因此 核糖体既是蛋白质的合成场所 又是粗面内质网的结构成分 故本章先介绍核糖体的知识 瑞典皇家科学院10月7日宣布 万卡特拉曼 莱马克里斯南 VenkatramanRamakrishnan 托马斯 施泰茨 ThomasSteitz 和阿达 尤纳斯 AdaYonath 因对 核糖体结构和功能的研究 做出突出贡献而获得2009年诺贝尔化学奖 关于核糖体 2009核糖核蛋白体 诺贝尔化学奖 一 形态结构与化学成分 一 形态核糖体 非膜相结构 大小15 25nm 可单个或成群分布于细胞质中 也可附着在核外膜 内质网上 或存在于线粒体 叶绿体中 用负染色高分辨电镜观察 核糖体不是圆形颗粒 而是由大 小二个亚基组成的不规则颗粒 核糖体的大小两个亚基都是由核糖体RNA rRNA 和核糖体蛋白质 ribosomalprotein 组成的 原核生物和真核生物细胞质核糖体的大小亚基在蛋白质和RNA的组成上都有较大的差别 在一个生长旺盛的细菌中大约有20000个核糖体 其中蛋白质占细胞总蛋白质的10 RNA占细胞总RNA的80 原核细胞和真核细胞核糖体比较 二 化学成分 典型的原核生物大肠杆菌核糖体是由50S大亚基和30S小亚基组成的 在完整的核糖体中 rRNA约占2 3 蛋白质约为1 3 真核细胞核糖体的沉降系数为80S 大亚基为60S 小亚基为40S 在大亚基中 有大约49种蛋白质 另外有3种rRNA 28SrRNA 5SrRNA和5 8SrRNA 小亚基含有大约33种蛋白质 一种18S的rRNA 真核生物核糖体的组成 只有蛋白质合成时 核糖体的大小亚基才结合在一起 蛋白质合成完成后 大小亚基分离 图7 1原核细胞核糖体的功能位点 核糖体上与蛋白质合成相关的位点 1 核糖体结合位点 位于小亚基上 是核糖体识别并结合mRNA的位点 2 氨酰位 位于大亚基上 是tRNA运载活化氨基酸的结合位点 A位点 3 肽酰位 位于小亚基上 是延伸中的肽酰 tRNA结合位点 P位点 4 出口位 位于大亚基上 tRNA释放位点 E位点 5 和肽酰转移酶催化位点 是23SrRNA催化完成 6 中央管出口 位于大亚基上 多肽链最终从中央管出口释放 三 结构 起始 甲酰甲硫氨酸 遗传密码表 二 蛋白质生物合成过程 过程 一 氨基酸的活化与转运 二 肽链合成的起始 三 肽链的延伸进位转肽移位 四 肽链合成终止与释放 一 氨基酸活化 tRNA在翻译过程中起接合体的作用 tRNA携带氨基酸按mRNA的遗传密码 对号入座 所谓tRNA携带氨基酸 实质是酶催化的化合反应生成氨基酰 tRNA 氨基酰 tRNA合成酶 aminoacyl tRNAsynthetase 1 此酶具有绝对特异性 对氨基酸和tRNA两种底物都能高度特异性地识别 2 此酶还具有校正活性 editingactivity 水解酯键把错配的氨基酸水解下来 换上与密码子对应的正确的氨基酸 氨基酰 tRNA合成酶催化的反应分2个步骤进行 上图为氨基酰 tRNA合成酶催化的反应 fMet tRNA 原核生物起始tRNA携带N 甲酰甲硫氨酸 相关知识 氨基酰 tRNA的表示方法 氨基酰 tRNA的完整写法 ala tRNAala 携带丙氨酸的tRNA Met tRNAemet tRNAemet为延长中的tRNA Met tRNAimet tRNAimet为起始者tRNA fMet tRNAfmet原核生物起始tRNA携带N 甲酰甲硫氨酸 注 前三个缩写代表结合的氨基酸 右上角的缩写代表tRNA的结合特异性 可省略 图示 N 甲酰甲硫氨酰 tRNA的生成 fMet tRNA 二 起始 过程 在起始因子IF 3介导下 核糖体30S小亚基与mRNA结合 形成IF3 30S亚基 mRNA复合物 在IF 2作用下 活化的fMet tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子 翻译开始的信号AUG 之间形成互补碱基对 形成IF2 30S亚基 mRNA fMet tRNA前起始复合物 在GTP Mg2 参与下 50S亚基与30S亚基前起始复合物结合IF 2 IF 3从复合物中释放出来 形成 30S亚基 mRNA 50S亚基 fMet tRNA 70S起始复合物 这时 fMet tRNA占据核糖体上的肽基 tRNA位置 P位 70S起始复合物已具备了肽链延伸的条件 三 肽链延伸 包括 进位 成肽 移位 释放4个环节 进位 entrance 又称注册 registration 指氨基酰 tRNA按遗传密码指导进入核蛋白体的A位 此时需要EFT 延长因子 的协助 成肽 当进位后 P位和A位上各结合了一个氨酰tRNA 两个氨基酸之间在核糖体转肽酶作用下从而使P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上 这就是转肽 转肽后 在A位上形成了一个二肽酰tRNA转肽作用发生后 肽链都位于A位 P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落 核蛋白体沿着mRNA向3 端方向移动一组密码子 使得原来结合二肽酰tRNA的A位转变成了P位 而A位空出 可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入 第一次进位 蛋白质合成中钛键的形成 28srRNA催化 四 终止 无论原核生物还是真核生物都有三种终止密码子UAG UAA和UGA 没有一个tRNA能够与终止密码子作用 而是靠特殊的蛋白质因子促成终止作用 这类蛋白质因子叫做释放因子 原核生物有三种释放因子 RF1 RF2 RF3 RF1识别UAA和UAG RF2识别UAA和UGA RF3的作用还不明确 真核生物中只有一种释放因子eRF 它可以识别三种终止密码子 终止过程的描述 1 当A位出现终止密码 任何一个 时 因无aa tRNA与之对应 A位不能接纳aa tRNA RF 1 RF 2能识别终止密码进入A位 肽链合成的终止包括 终止密码的辨认 肽链从肽酰tRNA水解 释放出来 mRNA从核蛋白体分离 大小亚基拆开 解体 终止过程需要的蛋白因子称做释放因子 1 RF 作用是辨认终止密码和促进肽链C端与tRNA之间酯键的水解 使肽链从核蛋白体释放 2 RR 作用是把mRNA从核蛋白体上释放出来 2 RF 3激活转肽酶 变构 表现出酯酶水解活性 使P位肽链与tRNA分离 3 在RR作用下 tRNA mRNA RF均从核蛋白体脱落 然后在IF作用下核蛋白体分出大小亚基 核糖体 游离核糖体 存在于细胞质内游离于胞浆的核糖体 参与细胞固有蛋白质合成 附着核糖体 附着于粗面内质网上附着于粗面内质网的核糖体 参与分泌性蛋白质合成 细胞内核糖体的类型 游离核糖体附着核糖体多聚核糖体 多聚核糖体 附着在内质网上的核糖体 多聚核糖体提高蛋白质的合成效率 某些抗生素对蛋白质合成的抑制作用 名称作用对象阻断过程影响效果作用的细胞类型 氯霉素50S延伸肽键形成原核生物大肠杆菌素E330S起始 延伸与mRNA结合 与氨酰tRNA结合原核生物放线菌酮60S起始 延伸结合起始tRNA转位 tRNA从P位点释放 真核生物白喉毒素eEF2延伸转位真核生物红霉素50S起始起始复合物的形成原核生物梭链孢酸EFG eEF2延伸转位原核 真核生物春日霉素30S起始起始tRNA的结合原核生物嘌呤霉素50S 60S延伸肽键形成 触发链式放 原核 真核生物壮观霉素30S延伸转位原核生物链霉素30S起始 延伸起始tRNA的结合氨酰tRNA结合 诱发错读 原核生物四环素30S延伸 终止氨酰tRNA结合RF1和RF2的结合原核生物紫霉素50S 30S阻断P位点转位原核生物 内膜系统 endomembranesystem 是指真核细胞中在结构 功能乃至发生上相关的 由单位膜围绕的细胞器或细胞结构的总称 主要包括内质网 高尔基体 溶酶体 内吞体 分泌泡等 第二节内质网 由KR Porter A Claude和EF Fullam等人于1945年发现 他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时 发现细胞质内部具有网状结构 建议叫做内质网endoplasmicreticulum ER 后来发现内质网不仅仅存在于细胞的 内质 部 通常还有质膜和核膜相连 并且与高尔基体关系密切 一 化学成分 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 二 形态结构 ER是由一层单位膜围成的形状大小不同的小管 小泡 扁囊状结构 相互连接形成一个连续的网状膜系统 在电镜下观察 内质网 ER 由一层单位膜构成的形状大小不同的扁平囊 小囊及小管组成 并连成一个连续网状管道系统 粗面内质网和滑面内质网 分类 根据表面是否附着有核糖体 可将内质网分为两类 糙面内质网 RER 和光面内质网 SER 这些管腔外与质膜相通 内与核被膜的外膜相连 核周腔实际上就是内质网腔的一部分 一 糙面内质网 RER 粗面内质网 rER 排列整齐 细胞质一侧的表面上结合着核糖体 与蛋白质合成 转运和加工有关 粗面内质网多呈扁囊状 排列较为整齐 因在其膜表面分布着大量的核糖体而命名 它是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构 其主要功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白 内质网的形态 糙面内质网与光面内质网在细胞中的分布因细胞功能而异 在分泌细胞 如胰腺腺泡细胞 和分泌抗体的浆细胞中 粗面内质网非常发达 而在一些未分化的细胞与肿瘤细胞中则较为稀少 在肝脏细胞中 光面内质网的某些磷酸酶能参与糖原的合成和分解 而另一些酶能将药物和有潜在毒性的物质分解 如作为镇静剂的巴比妥盐 作为兴奋剂的安非他命和某些抗体药物等 肌细胞中含有发达的特化的光面内质网 称肌质网 是肌细胞中Ca 蓄库 其上的Ca 泵将细胞质基质中的Ca 泵入肌质网膜中储存起来 受神经冲动刺激后释放出来 最终引起肌细胞收缩 二 光面内质网 SER 光面内质网 sER 膜表面光滑 无核糖体颗粒附着 其主要功能是参与脂类合成 如磷脂 固醇 脂肪等 因此 睾丸间质细胞 卵巢黄体细胞和肾上腺细胞中光面内质网非常发达 光面内质网电镜图 三 微粒体 microsome 当细胞被匀浆破碎时 破碎的内质网膜或高尔基体膜等膜碎片能够融合形成直径约100nm的球形小囊泡 这些小囊泡生物化学家把他们称为微粒体 一 蛋白质合成 三 糙面内质网的功能 1 合成蛋白的种类 三 蛋白质的修饰与加工 糖基化 四 蛋白质运输 二 多肽链的折叠与组装 2 信号假说 结合蛋白 Bip 蛋白二硫键异构酶 PDI 关于细胞内合成蛋白质的种类 根据合成后蛋白的去向 非定位分布的细胞质溶质性驻留蛋白 参与细胞质溶质中的生理生化代谢活动 定位分布的细胞质溶质蛋白 与其他成分一起组成细胞器 核基因编码的线粒体蛋白 经核孔进入细胞核的核蛋白 如 组蛋白 非组蛋白等 外输性蛋白 与内膜系统有关的蛋白 包括 内膜系统驻留蛋白 外分泌蛋白 RER合成的蛋白 3H标记亮氨酸 3分钟 17分钟 117分钟 细胞的分泌 RER合成蛋白的种类 向细胞外分泌的蛋白如 抗体 激素 细胞外基质等 穿膜蛋白如 膜受体 离子通道等等 内膜系统的驻留蛋白如 溶酶体内的各种酸性水解酶 内质网 高尔基体和内吞体等腔内的固有蛋白等 一 RER的功能之一 蛋白质合成 问题 蛋白质是大分子物质 在糙面内质网上合成 后如何进入内质网腔 信号假说 Signalhypothesis 研究历史 20世纪60年代 Redman和Sabatini用分离的微粒体研究内质网附着核糖体合成的蛋白质是否会进入内质网腔 发现内质网附着核糖体合成的蛋白能够进入内质网腔 1971年G Blobel等提出以下两点建议 a分泌蛋白的N 端含有一段特别的信号序列 可将多肽和核糖体引导到内质网膜上 b多肽通过内质网膜上的水性通道进入内质网腔中 1972年 C Milstein发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞外的N端多出一段 这为信号肽存在提供了直接的证据 1975年 G Blobel等根据进一步的实验提出了信号假说 认为蛋白质上的信号肽指导蛋白质到内质网上进行合成 G Blobel因此项发现获得1999年诺贝尔生理和医学奖 诺贝尔奖 分泌性蛋白N端序列作为信号肽 指导分泌性蛋白到内质网膜上合成 在蛋白质合成结束之前信号肽被切除 Gunter Blobel的研究为更好的利用细胞作为蛋白质工厂 生产重要药物作出了贡献 蛋白质转入内质网合成至少涉及的成分 信号肽 信号肽是指位于新合成肽链N端一段氨基残基序列 指导多肽链到内质网上继续进行合成 多肽链进入内质网后信号肽被切除 2 信号识别颗粒 SRP识别并与信号肽结合 能暂停多肽链的合成 引导核糖体到内质网上3 SRP受体 SRP受体也叫停靠蛋白 dockingprotein DP 有 和 两个亚单位构成 属于内质网上的一种膜整合蛋白 与SRP特异结合 4 易位子 易位子是内质网上的一种通道蛋白 新合成的多肽链通过它进入内质网腔 5 信号肽酶 信号肽位于内质网膜上 在内质网腔内切除信号肽 SRP的组成与结构2 信号识别颗粒信号识别颗粒是一种核糖核蛋白体 是一种G蛋白含有6条不同的多肽和一个7S的RNA 有三个功能部位 即核糖体结合位点 信号识别结合位点和SRP受体结合位点 1 信号肽的特征 一般16 26个氨基酸残基 N端含有一个或多个带正电荷的氨基酸残基 其间至少含有6 12个疏水性氨基酸残基 3 SRP受体4 易位子 2 信号识别颗粒 SRP 引导信号肽与内质网膜上的SRP受体结合 1 信号序列 SRP 核糖体复合体形成 信号肽指导分泌蛋白到内质网上合成的过程 在细胞质基质中游离核糖体起始多肽链的合成 当多肽链延伸到80 100个氨基酸残基的时候 N端的信号肽就暴露出来 这时SRP识别并结合信号肽 暂停多肽链的合成并防止新生肽的损伤和成熟前的折叠 在SRP的引导下 SRP与内质网膜上的SRP受体结合 核糖体与易位子结合 之后SRP水解GTP 使SRP脱离信号肽和核糖体 返回细胞质基质重复利用 与此同时 易位子通道打开 在信号肽的引导下 多肽链通过易位子并形成袢环样的结构 核糖体开始继续合成多肽链 信号肽进入内质网腔厚 被信号肽酶识别并切除 切下的信号肽将被降解 多肽链合成结束后 合成的蛋白进入内质网腔 易位子通道关闭 核糖体与内质网分离 进入细胞质基质再利用 单次跨膜蛋白的形成 分子伴侣 molecularchaperone 能特异地识别新生肽链或部分折叠的肽链并与之结合 帮助这些多肽链进行正确的折叠和装配 但其本身并不参与最终蛋白的形成 Bip结合不正确折叠的蛋白 二 RER的功能之二 蛋白质折叠 肽链的合成仅需要几十秒钟至几分钟 而新合成的多肽在内质网停留的时间往往长达几十分钟 不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不一 这在很大程度上取决于合成蛋白正确折叠所需要的时间 Bip蛋白是重链结合蛋白 heavy chainbindingprotein 的简称 因为它能够同IgG抗体的重链结合 功能 1 Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合 防止多肽链不正确地折叠和聚合2 Bip的第二个作用是防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或断裂 PDI参与二硫键的形成 知识延伸 蛋白酶体对蛋白质的降解 蛋白酶体 proteasomes 蛋白酶体既存在于细胞核中 又存在于胞质溶胶中 是溶酶体外的蛋白水解体系 蛋白酶体对蛋白质的降解通过泛素 ubiquitin 介导 故称为泛素降解途径 蛋白酶体对蛋白质的降解作用分为两个过程 一是对被降解的蛋白质进行标记 由泛素完成 二是蛋白酶解作用 由蛋白酶体催化 图6 28 图6 28蛋白酶体对蛋白质的降解作用 泛素 ubiquitin Ub 是76个氨基残基组成的小分子多肽 可以以共价结合的方式与蛋白质的赖氨酸相连 蛋白质一旦接有泛素 称为发生泛素化 泛素化的蛋白质进入蛋白酶体 然后降解为肽段 三 RER的功能之三 蛋白质的糖基化 1 细胞内所有的糖基化有以下两种类型 1 N 连接的糖基化 与天冬酰胺残基的氨基 NH2 连接 RER腔内完成 2 O 连接的糖基化 与丝氨酸 苏氨酸或羟脯氨酸的羟基 OH 连接 高尔基复合体内完成 2 过程 寡糖链从磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上 四 RER的功能之四 蛋白质运输 糙面内质网合成的蛋白质 经加工 修饰 形成转运囊泡把蛋白质从一个空腔带入另一个腔室 被转运蛋白质并不跨膜 而是在解剖结构相同的腔内转运 如 从内质网转运可溶性蛋白到高尔基复合体属于这一类型 四 光面内质网的功能 一 脂类的合成与转运 二 解毒作用 三 钙离子的贮存和释放 四 糖原代谢 磷脂酰胆碱的合成 光面内质网合成磷脂酰胆碱的过程 首先 内质网膜中脂肪酸与胞质溶胶中的磷酸甘油结合 然后脱磷 并在内质网膜中胆碱磷脂转移酶的作用下 将胞质溶胶中的CDP 胆碱与内质网膜中的甘油脂肪酸结合形成磷脂酰胆碱 新合成的磷脂酰胆碱朝向胞质溶胶一侧 但可在内质网膜中磷脂转位酶的作用下翻转到内质网的腔面 磷脂交换蛋白 phospholipidexchangproteins PEP 与磷脂转运 磷脂的转运方式 一种是以出芽的方式转运到高尔基体 溶酶体和细胞膜上 一种是凭借磷脂转换蛋白 phospholipidexchangeprotein PEP 在膜之间转移磷脂 骼肌中内质网调控细胞质中Ca2 水平的变化 肌肉细胞中发达的光面内质网特化为肌质网 储存Ca2 能调节肌肉收缩与舒张 光面内质网在糖原裂解中的作用 肝细胞的一个重要功能是维持血液中葡萄糖水平的恒定 这一功能与葡萄糖 6 磷酸酶的作用密切相关 光面内质网中的葡萄糖 6 磷酸酶将葡萄糖 6 磷酸水解生成葡萄糖和无机磷 释放游离的葡萄糖进入血液供细胞之用 第三节高尔基复合体 1898年 意大利科学家Golgi首次发现 后人为了纪念他 把这种细胞器称为高尔基体 也称为高尔基器 Golgiapparatus 或高尔基复合体 Golgicomplex 高尔基复合体是普遍存在于真核细胞 在蛋白质修饰加工及分选中起关键作用 与细胞的分泌活动密切相关 一 高尔基体的形态结构 高尔基体是由排列整齐扁平膜囊 4 8个 堆在一起构成主体部分 其周围有许多大小不等的囊泡 高尔基体常分布于内质网与细胞膜之间 凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面 cisface 凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面 transface 高尔基体是一个具有极性的细胞器 烟草根尖细胞高尔基体的电镜照片 电镜下 高尔基复合体呈现3种不同形态的膜性结构 扁平膜囊小囊泡大囊泡 高尔基体的立体构造 扁平膜囊 cisternae 是高尔基复合体中最具特征的主体部分 其凸面朝向内质网或细胞核 称为形成面 formingface 或顺面 cisface 凹面朝向质膜称为成熟面 matureface 或反面 transface 小囊泡 vesicles 聚集在扁平膜囊的顺面 一般认为这些小囊泡由附近的粗面内质网芽生而来 通过小囊泡与扁平膜囊的融合 粗面内质网中的蛋白质被转运到高尔基复合体中 因此 此类囊泡也称为运输小泡 transfervesicle 大囊泡 vacuoles 位于扁平膜囊的反面 直径100 500nm 由扁平膜囊末端膨大断离而形成 故又称为分泌泡 secretingvesicles 扁平膜囊也称为潴泡 高尔基体潴泡的膜囊划分为3部分 1 顺面高尔基管网结构 CGN 由高尔基体顺面的扁囊状和小管状潴泡连接成网络 接受来自内质网的小泡 2 中间膜囊 位于顺面和反面高尔基网之间的多层囊管状结构 3 反面高尔基管网结构 TGN 由高尔基体反面的扁囊状和管状潴泡连接成网络 加工物通过此部位运出高尔基体 是蛋白质分拣与包装加工的主要部位 2 中间膜囊 3 反面高尔基管网结构 TGN 1 顺面高尔基管网结构 CGN a 顺面 锇酸侵染后 CGN可以被特异的染色b 中间膜囊 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶 NADPase 阳性反应c 反面 胞嘧啶单核苷酸酶 CMP酶 反应 二 高尔基体的化学组成 三 高尔基体的功能 1 蛋白质加工和修饰 如 蛋白质糖基化与糖链的加工2 蛋白质的水解3 蛋白质的分捡与运输 来自内质网的蛋白在其中加工 最后以分泌物形式送到胞外 动物体内的消化酶 抗体均采用此方法分泌 粗面内质网中合成的蛋白在高尔基体中进行后加工 然后以出泡形式分泌的胞外 一 蛋白质的加工和修饰 蛋白质的糖基化 2种方式 1 N 连接的糖基化 内质网 与天冬酰胺残基的氨基 NH2 连接 寡糖链从磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残基上2 O 连接的糖基化 高尔基复合体 与丝氨酸 苏氨酸或羟脯氨酸的羟基 OH 连接 把糖链转移到蛋白多肽链的丝氨酸 苏氨酸或羟脯氨酸的羟基 OH 上 通常第一个连接上去的糖是N 乙酰半乳糖胺 然后在不同糖基转移酶的催化下每次加上一个单糖 最后加上唾液酸残基 N 连接糖基化及其加工 在内质网中进行的蛋白质的糖基化 N 连接的糖基化 与天冬酰胺残基的氨基 NH2 连接 甘露糖 8 N 乙酰葡萄糖胺 2 在高尔基复合体内对来自内质网的糖蛋白质的糖基进一步加工加工 N 连接的糖基化和O 连接的糖基化比较 问题 蛋白质糖基化有什么作用 蛋白糖基化的意义 1 各种蛋白质分子带上不同的标记 以利于高尔基体的分类与包装2 糖基化影响多肽链构象的正确折叠和蛋白的稳定性 能够增强蛋白对蛋白水解酶的抗性3 糖基化还能影响蛋白的水溶性以及蛋白所带的电荷4 糖基化形成质膜的糖被 对于决定蛋白的抗原性以及在细胞表面抗原的识别中也起着重要作用等等 二 蛋白质的水解 胰岛素的加工 三 蛋白质分拣与运输 蛋白质分拣 也叫蛋白质靶向运输 proteintargeting 是指蛋白质在细胞质基质中开始合成后 按其氨基酸序列中分选信号的有无以及分选信号的性质被选择性地运输到细胞的不同部位的过程 细胞内蛋白质分拣的途径 1 细胞质基质中完成多肽链的合成 然后转运到特定部位 2 细胞质基质中起始多肽链的合成 然后转移到内质网继续完成合成 然后运到特定部位 通过高尔基复合体分选的蛋白质包括 溶酶体酶 来自粗面内质网的溶酶体酶蛋白在高尔基复合体形成M 6 P标记 经TGN面M 6 P受体的分选浓缩后转运到溶酶体 细胞表面蛋白 这类蛋白质没有分选信号 在被自动装入运输小泡 连续不断地运送到细胞表面与质膜融合 小泡内容物分泌到细胞外 为细胞外基质提供糖蛋白 蛋白聚糖和蛋白质 同时 运输小泡的膜蛋白和膜脂加入到质膜中 分泌蛋白 这类蛋白质包括肽类激素 神经肽与消化酶等 按其分选信号形成膜包的分泌泡 储存在细胞质中 当受到细胞外信号刺激后 分泌泡与细胞膜融合 通过胞吐作用将内容物分泌到细胞外 内质网驻留蛋白 这类蛋白被错误地运送到高尔基复合体 依据其KDEL或KKXX分选信号在CGN进行分选 高尔基复合体驻留蛋白 这类蛋白从内质网转运到高尔基复合体后 不再转运 留在高尔基复合体 注 K 赖D 天冬E 谷L 亮 通过高尔基复合体分选的蛋白质包括 第四节溶酶体 lysosome 20世纪五十年代初 deDuve在研究亚细胞组分时发现 一 溶酶体的形态结构 溶酶体呈囊泡状 直径一般0 2 m 0 5 m 最大的可超过1 m 溶酶体内含有50多种酶 均为酸性水解酶类 最适pH值约为5左右 酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶 溶酶体的电镜图 溶酶体膜的特性 膜上有质子泵 保持腔内pH5的酸性环境 膜蛋白高度糖基化 可保护溶酶体膜不受水解酶的作用 膜中含有较多的胆固醇 能够增加膜的稳定性 膜上有多种载体蛋白 把消化的产物运出溶酶体 供细胞再利用 问题 溶酶体的酸性环境怎么维持 质子泵 有三种P type 存在于真核细胞的细胞质膜上V type 存在于动物细胞的溶酶体和植物细胞的液泡F type 存在于线粒体和叶绿体内膜上 二 溶酶体的类型 按照传统方式划分 1 初级溶酶体 primarylysosome 是刚从高尔基体分泌形成的囊泡 只有水解酶类 酶处于非活性状态 没有作用底物 2 次级溶酶体 secondarylysosome 正在进行消化作用的溶酶体 内含酸性水解酶和相应的底物 根据消化底物的来源不同 可分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体 近年根据溶酶体的形成过程和功能状态划分 内体性溶酶体 吞噬溶酶体 残余体 3类 初级溶酶体 次级溶酶体 一 内体溶酶体 内体溶酶体是在高尔基体的反面以出芽的形式形成的 其形成过程如下 1 糙面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 2 进入高尔基体顺面膜囊 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1 2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 3 高尔基体反面膜囊具有M6P结合的受体 可以识别溶酶体酶上M6P并与之结合结合 触发反面高尔基网局部出芽 有被小泡 无被小泡 酶无活性 4 细胞经胞吞作用形成的异质性小泡称为早期内体 其内为碱性环境 与其他胞内小泡融合形成晚期内体 晚内体的主要特征是酸性的 无被小泡与晚期内体结合形成内体溶酶体 6 磷酸甘露糖 M 6 P 途径分拣信号的发现 I 细胞病与溶酶体的发生I 细胞病 inclusioncelldisease 患者的成纤维细胞溶酶体中几乎缺乏所有的溶酶体酶 各种底物不能消化而聚集成很大的包涵体 但是在I 细胞病患者中 所有的溶酶体酶出现在其血液中 说明编码合成溶酶体酶的基因是正常地 现在已经清楚 I 细胞病患者先天性缺乏N 乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 使溶酶体到达高尔基体后不能形成M 6 P分选信号 缺少M 6 P分选信号的溶酶体酶不能进入溶酶体 而被分泌到细胞外进入血液 溶酶体酶带上M 6 P标记 每个溶酶体酶蛋白至少有一个甘露糖残基被磷酸化 二 吞噬溶酶体 正在进行或完成消化作用的溶酶体 内含水解酶和相应的底物 可分为异噬溶酶体 phagolysosome 和自噬溶酶体 autophagolysosome 前者消化的物质来自外源 后者消化的物质来自细胞本身的各种组分 溶酶体的自噬和吞噬作用 三 残余体 残余体 residualbody 是指次级溶酶体消化一段时间后 随着水解酶活性的逐渐丧失 而剩下的一些不能消化的残留物质 可通过外排作用排出细胞 也可能留在细胞内逐年增多 如肝细胞中的脂褐质 含铁小体和髓样结构等 肝细胞中的脂褐质 三 溶酶体的功能 一 细胞内消化作用 二 细胞外消化作用 三 细胞自溶 二氧化硅尘粒吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬 由于吞入的二氧化硅尘粒不能被消化 并在在尘粒的表面形成硅酸 硅酸的羟基与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键 使膜破坏 吞噬细胞溶酶体崩解 导致细胞死亡 二氧化硅尘粒释出后 又被其他巨噬细胞吞噬 如此反复进行 巨噬细胞相继地吞噬 死亡 受损或已破坏的巨噬细胞释放巨噬细胞纤维化因子 刺激成纤维细胞分泌大量胶原 这些胶原纤维在肺部大量沉积形成纤维化结节 使肺的弹性降低 功能受损 克矽平可以用于治疗硅肺 其原理是克矽平上的氢原子可以与硅酸分子结合 阻止硅酸分子对溶酶体膜的破坏 溶酶体与疾病 硅肺 silicosis 溶酶体与疾病 休克 shock 休克时 由于组织缺血 缺氧 影响功能系统 导致膜的不稳定 引起溶酶体酶的外漏 从而造成细胞和机体的损伤 在抢救病人时 除了纠正缺血缺氧外 稳定溶酶体膜也非常重要 在临床上常采用大剂量的糖皮质类固醇激素 以稳定溶酶体膜 防止溶酶体酶的泄漏 第五节过氧化物酶体 一 形态结构 呈球形或卵球形 直径约0 2 m 1 5 m 在电镜下可观察到过氧化物酶体内有电子密度较高 呈规则排列的结晶状结构 称为类核体 是尿酸氧化酶的结晶 氧化酶 依赖FAD 过氧化氢酶 标志酶 过氧化物酶 量少 仅在少量细胞内 酶 过氧化物酶体不属于内膜系统 二 过氧化物酶体的功能 一 调节细胞氧张力RH2 O2 R H2O2 氧化酶 在低浓度氧的条件下 线粒体利用氧的能力比过氧化物酶体强 而在高浓度氧的情况下 过氧化物酶体的氧化反应占主导地位 这种特性使过氧化物酶体具有保护细胞免受高浓度氧的毒性作用 所产生的H2O2对细胞有损伤作用 由过氧化氢酶清除 2H2O2 2H2O O2 过氧化氢酶 二 解毒作用氧化各种底物 如酚 亚硝酸盐和乙醇等 使有毒的物质变成无毒的物质 RH2 H2O2 R 2H2O 过氧化氢酶 三 脂肪酸氧化 溶酶体与过氧化物酶体的比较 第六节内膜系统与小泡运输 胞外大分子及颗粒状物质进入细胞 细胞内合成的蛋白质转运到细胞的其他部位或分泌到细胞外 这些物质的转运都是通过膜泡 vesicle 进行的 其转运过程称为膜泡运输 vesiculartransport 细胞内蛋白质合后的转运机制 一 有被小泡的类型 目前研究得较为清楚的有3种 网格蛋白有被小泡 网格蛋白有被小泡介导质膜到内体 高尔基复合体到内体 溶酶体的物质运输 COP 有被小泡 COP 有被小泡介导高尔基复合体向粗面内质网的逆向物质运输 COP 有被小泡 COP 有被小泡介导粗面内质网到高尔基复合体的物质运输 有被小泡的形成过程 一 网格蛋白有被小泡 图7 17网格蛋白有被小泡A 三腿蛋白复合物 B 网格蛋白有被小泡电镜图 笼形蛋白的结构 A电镜照片 B分子模型 C衣被模型引自MolecularBiologyof