细胞质和细胞器 1 ppt课件

第三篇细胞质和细胞器 第三篇细胞质和细胞器细胞质基质内膜系统线粒体核糖体细胞骨架 第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix 基本概念 细胞质 cytoplasm 细胞膜以内 细胞核以外的整个区域 以及存在于其中的一切构造 细胞质基质 cytoplasmicmatrix 除去细胞核 线粒体 溶酶体 高尔基体和细胞膜等细胞器及其各种有形成分后的可溶性成分 又称为透明质 hyaloplasm 细胞液 cellsap 或细胞溶液 cytosol 细胞器 organelle 为光镜和电镜下能分辨出的 具有一定形态特点 执行特定功能的有形结构 第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix第一节细胞质基质的化学组成及其某些物理特性 细胞质基质的化学成分 小分子类 如 H2O 无机离子 可溶性气体 中分子类 如 糖 脂类 氨基酸 核苷酸等 大分子类 如 蛋白质 多糖 RNA 主要特点 细胞质基质是一个高度有序的体系 通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系 第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix第二节细胞质基质的生物学特性 第十一章细胞质基质cytoplasmicmatrix第三节细胞质基质的功能 细胞质基质的功能 完成各种中间代谢过程 蛋白质的分选与运输 与细胞质骨架相关的功能 蛋白质折叠或重新折叠 蛋白质的修饰 选择性的降解 第十二章内膜系统endomembranesystem 内膜系统 endomembranesystem 细胞内膜 intracellularmembrane 细胞质膜 cytoplasmicmembrane 内膜系统 指位于细胞质内 在结构 功能乃至发生上有一定联系的膜相结构的总称 内膜系统是真核细胞所特有的结构 细胞膜 cellmembrane 质膜 plasmamembrane 原生质膜 protoplasmmembrane 生物膜 biomembrane 第十二章内膜系统endomembranesystem第一节内质网 1945年 KR Porter A Claude和EF Fullam等 电子显微镜 小鼠成纤维细胞 因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构 故名endoplasmicreticulum ER 存在于所有的真核细胞 除原核细胞和成熟的红细胞外 AlbertClaudeBorn 24August1898 Longlier BelgiumDied 22May1983 Brussels BelgiumAffiliationatthetimeoftheaward Universit CatholiquedeLouvain Louvain Belgium TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1974tothem fortheirdiscoveriesconcerningthestructuralandfunctionalorganizationofthecell 一 内质网的形态结构和类型 细胞膜 内质网是由一层单位膜围成的形状大小不同的管状 泡状 扁囊状结构 相互连接形成一个连续的网状膜系统 内质网的内腔相互连通 内质网的类型 粗面内质网 roughER RER 膜表面附着核糖体 多为板层状排列的扁囊 网腔内含低电子或中等电子密度的物质 多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内 滑面内质网 smoothER SER 膜表面无核糖体附着 形态上多为分枝小管或小泡 多分布在一些特化的细胞中 特殊类型的内质网 微粒体 非生理性结构 由破碎的内质网自我融合而成 仍然保持内质网的基本特征 肌质网 存在于心肌和骨骼肌细胞中 内质网 细胞核与高尔基复合体的立体结构 透射电镜下的RER 透射电镜下的roughER 扫描电镜下的roughER 扫描电镜下的roughER roughandsmoothER smoothER 抗肝肾微粒体 LKM 抗体显示微粒体 二 内质网的化学组成和酶类 内质网的化学组成 内质网膜含60 的蛋白和40 的脂类 脂类中PC 磷脂酰胆碱 含量较高 SM 鞘磷脂 含量较少 没有或很少含胆固醇 约30多种膜结合蛋白 另有30多种位于ER网腔 葡萄糖 6 磷酸酶是ER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 See P92 三 内质网的功能 一 糙面内质网的功能 1 参与蛋白质的合成 粗面内质网合成的蛋白质类型 分泌蛋白 整合膜蛋白 内膜系统中各种细胞器内的驻留蛋白 可溶性蛋白 需要隔离或修饰 蛋白质的合成和转移 G Blobel G nterBlobelBorn 21May1936 Waltersdorf nowNiegoslawice Germany nowPoland Affiliationatthetimeoftheaward RockefellerUniversity NewYork NY USA HowardHughesMedicalInstitute TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1999tothem forthediscoverythatproteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransportandlocalizationinthecell 分泌性蛋白质转移到内质网合成所涉及的成分 1 信号肽 位于N端 约15 60个氨基酸 含有6 15个带正电荷的非极性氨基酸 又称为开始转移序列 starttransfersequence 一级结构序列由疏水核心 h C端 c 和N端 n 三个区域构成 2 信号识别颗粒 signalrecognitionparticle SRP 由6种多肽和1个7SRNA组成 属RNP 与信号序列结合 导致多肽链合成暂停 SRP的功能部位 翻译暂停结构域 P9 P14 信号肽识别结合位点 P54 SRP受体蛋白结合位点 P68 P72 3 SRP受体 停靠蛋白 SRPreceptor dockingprotein DP ER膜的整合蛋白 异二聚体 可与SRP特异结合 将其引导至内质网膜上的通道蛋白移位子 translocon 上 4 停止转移序列 stoptransfersequence 与内质网膜的亲合力很高 阻止肽链继续进入网腔 成为跨膜蛋白 5 转位因子 由3 4个Sec61蛋白构成的通道 每个Sec61由3条肽链组成 信号肽一级序列 由疏水核心 h C端 c 和N端 n 三个区域构成 以血清白蛋白和HIV 1型病毒的糖蛋白gp160信号肽为例 显示出两者的n区长度明显不同 蛋白质转入内质网合成的过程 胞质游离核糖体合成信号肽 信号肽与SRP结合 肽链延伸终止 SRP与受体结合 SRP脱离 肽链进入内质网 信号肽切除 肽链延伸至终止 肽链边合成边向内质网腔转移的方式 称为共翻译转移 转运 co translationaltransloca tion 内质网腔 细胞质 SRP受体 信号识别颗粒 SRP 核糖体结合蛋白 tRNA A P 信号肽 A 信号假说 2 蛋白质的折叠组装 正确折叠涉及驻留蛋白 帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态 结合蛋白 分子伴侣 Bindingprotein Bip molecularchaperone 识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位 并促进重新折叠与装配 热休克蛋白 heatshock stressprotein HSP 主要有HSP70和HSP90家族 蛋白质的糖基化修饰 蛋白质的糖基化 是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程 N 连接的寡糖蛋白 Asn 发生在内质网腔内 连接葡萄糖 O 连接的寡糖蛋白 丝氨酸 Ser 苏氨酸 Thr 羟赖氨酸 Hylys 羟脯氨酸 Hypro 发生在高尔基复合体内 连接半乳糖 酰基化 发生在ER的细胞质基质侧 L 天门冬酰胺 L Asparagine Asn 分子式 NH2COCH2CH NH2 COOH 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 RER腔 RER膜 糖基转移酶 4 粗面内质网与蛋白质的运输 5 粗面内质网与膜脂的合成 磷脂和胆固醇等膜脂 三 内质网的功能 二 光面内质网的功能 1 脂类的合成与转运 合成细胞所需绝大多数膜脂 包括磷脂和胆固醇 鞘磷脂和糖脂 ER开始 Golgicomplex完成 磷脂合成酶是ER膜整合蛋白 活性位点朝向胞质 磷脂的转运 transportbybudding ER GC Ly PM transportbyphospholipidexchange transferproteins PEP ER otherorganelles includingMit PsandChl 细胞质 酰基转移酶 磷脂酸 卵磷脂 翻转酶 a 通过小泡运输将内质网上合成的脂转运到其他内膜系统的膜上包括细胞核膜 b 通过磷脂转运蛋白将内质网上合成的脂转运到线粒体 叶绿体和过氧化物酶体的膜中 2 类固醇激素的合成 生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质 3 肝的解毒作用 detoxification Systemofoxygenases cytochromep450family 4 糖原的合成与分解 肝细胞葡萄糖的释放 G 6 P G P 5 储存调节Ca2 浓度 肌质网膜上的Ca2 ATP酶将细胞质基质中Ca2 泵入肌质网腔中 四 内质网与医学 一 病理条件下内质网的异常改变 四 内质网与医学 二 内质网与阿尔茨海默病 第十二章内膜系统endomembranesystem第二节高尔基复合体 1898年 CamilloGolgi 在猫和猫头鹰的神经细胞内观察到了一种清晰的网状结构 命名为内网器 internalreticulumapparatus 后来为纪念他的这一发现 命名为高尔基器 体 Golgiapparatus body 现称为高尔基复合体 GolgiComplex CamilloGolgiBorn 7July1843 Corteno ItalyDied 21January1926 Pavia ItalyAffiliationatthetimeoftheaward PaviaUniversity Pavia Italy SantiagoRam nyCajalBorn 1May1852 PetilladeArag SpainDied 17October1934 Madrid SpainAffiliationatthetimeoftheaward MadridUniversity Madrid Spain TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1906tothem inrecognitionoftheirworkonthestructureofthenervoussystem 一 高尔基复合体的形态结构 Distributionincell nucleusgreen Golgibodyred Goljicomplexinredandnucleusinblue 高尔基复合体立体结构模式图 二 高尔基复合体的化学组成 一 高尔基复合体的脂类组成 脂类的含量介于内质网与质膜之间 卵磷脂和磷脂酰肌醇除外 See 表12 2 高尔基体膜含有大约60 的蛋白和40 的脂类 具有一些和ER共同的蛋白成分 高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶 二 高尔基复合体的化学组成 二 高尔基复合体的酶See P97 三 高尔基复合体的极性 高尔基复合体的极性 四 高尔基复合体的功能 一 高尔基复合体对蛋白质的加工 一 高尔基复合体参与糖蛋白的合成和修饰 1 参与糖蛋白的合成和修饰 N 连接的寡糖链 在RER腔内合成 O 连接的寡糖链 在高尔基复合体内合成 糖蛋白 3H标记甘露糖 3H标记半乳糖 唾液糖 3H标记N 乙酰葡萄糖胺 说明 高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性 1 甘露糖苷酶I 甘 甘 2 N 乙酰葡萄糖胺转移酶 甘 甘 N 乙酰葡萄糖胺 3 甘露糖苷酶 甘 甘 4 N 乙酰葡萄糖胺转移酶 N 乙酰葡萄糖胺 5 半乳糖转移酶 半乳糖 半乳糖 6 唾液酸转移酶 唾液酸 唾液酸 O 连接的寡糖链加工 L 天门冬酰胺 L Asparagine Asn 分子式 NH2COCH2CH NH2 COOH 苏氨酸 threonine Thr 酪氨酸 tyrosine Tyr 丝氨酸 serine Ser 3 参与蛋白质的改造 2 溶酶体酶的磷酸化 四 高尔基复合体的功能 二 高尔基复合体对蛋白质的分选 五 高尔基复合体的病理性变化 一 肥大与萎缩 五 高尔基复合体的病理性变化 二 高尔基复合体中内容物的改变 五 高尔基复合体的病理性变化 三 癌细胞内变化 第十二章内膜系统endomembranesystem第三节溶酶体 光镜下的内皮细胞 绿色荧光 溶酶体 红色 线粒体 20世纪40年代末 鼠肝匀浆离心发现酸性磷酸酶 1955年deDuve等人在电镜下观察到鼠肝细胞溶酶体 细胞化学显示 ChristiandeDuveBorn 2October1917 ThamesDitton UnitedKingdomAffiliationatthetimeoftheaward RockefellerUniversity NewYork NY USA Universit CatholiquedeLouvain Louvain Belgium TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1974tothem fortheirdiscoveriesconcerningthestructuralandfunctionalorganizationofthecell 一 溶酶体的形态结构与酶 溶酶体是由一层单位膜包围 内含多种酸性水解酶的泡状结构 0 25 0 5 圆形 卵圆形小体 也有长杆状 蛇形的称为管 线 状溶酶体 含各种酸性水解酶 最适pH 5 具有异质性 酸性磷酸酶是标志酶 ACIDHYDROLASES nucleases glycosidases sulfatases phospholipases lipases phosphatases proteases pH 5 H ATP ADP Pi CYTOSOL pH 7 2 Lysosomemembrane 二 溶酶体膜的特性 溶酶体膜上有H 质子泵 H ATPase 保持溶酶体基质内的酸性环境 溶酶体膜内存在特殊的转运蛋白 可运输溶酶体消化水解的产物 溶酶体的蛋白质高度糖基化 防止自身被水解消化 三 溶酶体的形成 一 内质网内溶酶体酶前体的合成 初加工和转运 溶酶体的酶是由RER上的核糖体合成 三 溶酶体的形成 二 高尔基复合体对溶酶体酶前体的标记 分选和转运 溶酶体的酶内含有一种分选信号甘露糖 6 磷酸 M 6 P 高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖 6 磷酸受体 能特异与其结合 诱导溶酶体酶聚集并 出芽 离开高尔基复合体 网格蛋白有被小泡 无被运输小泡 形成溶酶体 三 溶酶体的形成 三 内体性溶酶体的形成 内吞体 rER 顺面管网 反面管网 高尔基复合体 溶酶体水解酶前体 加入磷酸基团 M 6 P 溶酶体酶 前溶酶体 ATP ADP Pi H 去除磷酸 pH 6 成熟溶酶体 三 溶酶体的形成 四 溶酶体的成熟 溶酶体形成的功能定位 溶酶体的酶来自RER上的附着核糖体 溶酶体酶的糖基化在RER的腔内 溶酶体的分选发生在高尔基复合体 溶酶体的膜来自晚期内体 四 溶酶体的类型 一 初级溶酶体 初级溶酶体 primarylysosome 含多种酸性水解酶 不含作用底物 酶处于非活性状态 四 溶酶体的类型 二 次级溶酶体 次级溶酶体 异噬溶酶体 初级溶酶体 外源性物质 异噬过程 吞饮体 吞噬体 微吞饮小泡 自噬溶酶体 初级溶酶体 内源性物质 自噬体 自体吞噬 自噬过程 次级溶酶体 secondarylysosome 是正在进行或完成消化作用的溶酶体 分为自噬溶酶体和异噬溶酶体 secondarylysosome secondarylysosome 四 溶酶体的类型 三 终末溶酶体 终末 后溶酶体 残体 telolysosome post lysosome residualbody 已失去酶活性 仅留未消化的残渣 故名 可排出细胞 也可能留在细胞内逐年增多 如表皮细胞的老年斑 肝细胞的脂褐质 肝细胞中的脂褐质 台 萨氏综合征神经元中同心圆状的溶酶体 五 溶酶体的功能 一 消化 营养保护作用 异噬作用 对细胞内吞物的消化 吞噬作用和胞饮作用 自噬作用 对自身物质的消化 衰老细胞器分解 粒溶作用 分解细胞内的多余分泌颗粒 分泌自噬 自溶作用 对细胞外物质的消化 胚胎发育 外源信号启动 内体 初级溶酶体 吞噬体 吞噬溶酶体 吞饮体 吞饮溶酶体 自噬体 自噬溶酶体 分泌颗粒 分泌溶酶体 次级溶酶体 残质体 异噬作用 自噬作用 胞外消化 五 溶酶体的功能 二 参与机体组织器官的变态和退化 器官的变态反应 蝌蚪 青蛙 两性分化 米勒氏管 M llerianduct 输卵管 退化 睾丸酮 五 溶酶体的功能 三 参与受精过程 五 溶酶体的功能 四 参与激素的合成与浓度调节 六 溶酶体与医学 一 溶酶体与疾病发生 六 溶酶体与疾病发生 溶酶体与疾病 溶酶体膜失常与疾病 矽肺 石棉沉着病 痛风等 先天性溶酶体病 糖原贮积病 脂质沉积病 粘多糖沉积病等 溶酶体与癌的关系 溶酶体与休克 休克后缺血缺氧降低溶酶体膜的稳定性 休克后缺血缺氧影响细胞的氧化磷酸化过程 休克后缺血缺氧引起细胞内pH下降促进酶的激活 六 溶酶体与医学 二 溶酶体与疾病治疗 第十二章内膜系统endomembranesystem第四节过氧化物酶体 1954年 Rhodin在鼠肾小管上皮细胞发现 命名为微体 microbody 乙醛酸循环体 植物 过氧化物酶体 氢酶体 糖酶体 一 过氧化物酶体的形态结构 过氧化物酶体 peroxisome 是由一层单位膜包围 具有异质性 0 3 0 6 多呈圆形 卵圆形小体 也有半月形或长方形 某些细胞 如大鼠肝细胞 的过氧化物酶体内含有晶状结构 称类核体 类晶体 nucleoid crystalloid 为尿酸氧化酶晶体 人肝细胞 hepatocyte 过氧化物酶体 Ps 没有尿酸氧化酶结晶 烟草叶肉细胞的过氧化物酶体 中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心 二 过氧化物酶体的酶 一 氧化酶 过氧化物酶体约含40多种酶 氧化酶 尿酸氧化酶 D 氨基酸氧化酶 L 氨基酸氧化酶和L 羟基酸氧化酶等 依赖黄素 flavin 的氧化酶特点是 将底物氧化后生成过氧化氢 而过氧化氢酶又利用H2O2去氧化其它底物 二 过氧化物酶体的酶 二 过氧化氢酶 过氧化氢酶 存在于所有的过氧化物酶体中 为过氧化物酶体的标志酶 约占酶总量的40 催化过氧化氢还原成水和氧气 二 过氧化物酶体的酶 三 过氧化物酶 过氧化物酶 少数几种细胞的过氧化物酶体中含有此酶 作用与过氧化氢酶一样 其它酶类 异柠檬酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶和乙醛酸酯还原酶等 三 过氧化物酶体的功能 一 调节细胞的氧张力 防止H2O2在细胞内堆积 起保护细胞的作用 三 过氧化物酶体的功能 二 解毒作用 三 过氧化物酶体的功能 三 其他作用 对氧化型辅酶I NAD 的再生作用 参与核酸 脂肪和糖的代谢 四 过氧化物酶体病 脑肝肾综合征 Zellwegersyndrome 患者细胞的过氧化物酶体中 酶蛋白输入有关的蛋白质变异 酶体是 空的 脑 肝 肾异常 出生3 6个月后死亡 第十二章内膜系统endomembranesystem第五节内膜系统与细胞内蛋白质的分选 一 内膜系统的区域化 房室化 二 蛋白质的分选 一 蛋白质分选的信号假说 1975年 G Blobel D Sabatini提出信号假说 即 分泌性蛋白的N 端序列作为信号肽 引导分泌性蛋白到ER膜上合成 多肽通过ER膜上的水溶性转运通道进入ER的腔中 并推测多肽是在合成的同时转移的 以后证实分选信号 sortingsignal SRP SRP受体以及细胞器膜上的蛋白质传导通道 proteinconductingchannel PCC 的存在 使信号假说成为一个系统理论 二 蛋白质的分选 二 蛋白质的分选信号与运输途径 高尔基复合体 N端信号肽 N端螺旋信号 胞质溶胶 线粒体 过氧化物酶体 核输入信号 细胞核 细胞表面 C端三肽信号 C端KDEL 内质网 跨膜螺旋信号 溶酶体 结构性分泌小泡 调节性分泌小泡 浓缩信号 甘露糖 6 磷酸 核糖体 蛋白质分选信号与运输途径示意图 定位信号的种类 核定位信号 NLS 信号肽 信号序列 前导 转运肽或导向序列 信号 leadin