细胞生物学笔记48页

精品文档 1欢迎下载 细胞生物学知识点摘要细胞生物学知识点摘要 2009 20102009 2010 学年度第二学期学年度第二学期 第一部分第一部分 绪论绪论 一 细胞的定义 细胞是生物体结构和功能的基本单位 具体涵义 细胞构成了种类繁多的生物体 除病毒 细胞 具有独立有序的自控代谢体系 可以独立地显示某种特定功能 细胞是生物体发育的基础 是遗传的基 本单位 具有全能性 二 细胞的发现 17 世纪 R Hooke 发现了细胞 三 细胞学说的建立 19 世纪 M J Schileiden T Schwann 细胞学说 cell theory 一切动物和植物体均由细胞构成 第二部分第二部分 细胞质膜细胞质膜 一 细胞膜的组成 一 膜脂 构成膜的脂类有磷脂 糖脂 甾醇 1 磷脂 phospholipid 最为丰富 约占 50 主要有磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸等 所有磷脂分子极性强 它是由磷脂酰碱基和脂肪酸通过甘油基团结合而成 其中磷脂酰碱基部分较短 称为头部 极性强 亲水 脂肪酸部分为尾部 非极性 疏水 这种一头亲水一头疏水的分子称作兼 性分子 2 糖脂 glycolipid 兼性分子 结构与鞘磷脂相似 仅由一个或多个糖残基代替了磷脂酰胆碱而与 鞘氨醇的羟基结合 3 甾醇 动物细胞中主要是胆固醇 植物细胞中主要是豆甾醇 谷甾醇 细菌的质膜没有胆固醇 胆固 醇分子包括 羟基团为极性头部 类固醇环和一个非极性的碳氢尾部 思考 为什么膜是双层的 脂是兼性分子 且细胞的内外环境都是亲水的 可保证结构稳定 二 膜蛋白 膜中蛋白质种类和数量反映了膜功能的复杂程度 1 整合蛋白 integral protein 嵌入脂双层 多为跨膜蛋白 它们的疏水区域与脂双层中脂类分子 的疏水尾部相互作用 亲水区域暴露在膜的一侧或两侧表面 疏水性氨基酸比例较高 2 外周蛋白 peripheral protein 分布在膜的内 外表面 水溶性 依靠离子键或其它较弱的键与 膜表面的蛋白分子或脂类分子结合 精品文档 2欢迎下载 三 膜蛋白与膜脂的结合方式 大部分跨膜蛋白是以 螺旋构象横过脂双层 分为单次跨膜蛋白 多次跨膜蛋白 跨膜蛋白的疏水 区域在脂双层内与脂类分子的疏水尾部相互作用 亲水的区域露在膜的两侧 有些跨膜蛋白在细胞质侧 的氨基酸 如半胱氨酸 残基共价结合脂肪酸链插入胞质面的脂单层中 加强了膜蛋白与脂双层疏水力 的结合 跨膜蛋白横跨脂双层的节段大部分是由非极性侧链的氨基酸残基所构成 二 细胞膜的结构模型 一 单位膜 unit membrane 模型 脂分子平行排列形成膜主体 蛋白质排列于两侧 二 流动镶嵌模型 fluid mosaic model 脂类双分子层是膜的构架 球蛋白分子有的镶嵌在脂双层 的表面 有的则部分或全部嵌入其内 有的横跨整个脂双层 强调了膜的流动性和膜内蛋白质和脂类分 子分布不对称 同时指出 使膜分子聚集在一起主要是蛋白 蛋白 蛋白 脂类 脂类 脂类的相互作用 主要是疏水的和亲水的两种非共价键的相互作用 三 膜的不对称性与流动性 如果脂类的脂肪酸链短或具有双键 则膜较难成为晶态 因为短链减弱了脂肪酸链尾部的相互作用 使其不易聚集在一起 在相变温度以上时 液晶态的膜脂总的是处于流动状态 而且膜脂分子具有不同 形式的运动 膜蛋白也处于运动状态 1 膜脂分子对流动性 脂类分子的运动方式 侧向扩散 旋转运动 翻转运动 影响膜脂流动性的因素 膜本身的组成成分 遗传因子及环境的理化因素 1 一定范围内温度升高流动性加强 2 在相变温度以上 胆固醇可使磷脂的脂肪酸链末端的甲基运动减小 限制膜的流动性 在相变温 度以下 恰恰相反 3 膜脂脂肪酸链不饱和键的存在会降低膜脂分子间排列的有序性 增加膜的流动性 4 卵磷脂 鞘磷脂的比值逐渐下降 流动性随之降低 2 膜蛋白运动性 膜蛋白的运动方式 侧向扩散 旋转运动 影响因素 1 温度 2 内在蛋白聚集形成复合体会使其运动减慢 3 内在蛋白与外在蛋白 细胞骨架成分以及与膜脂分子的相互作用均能影响或限制其运动 三 物质的跨膜运输 一 被动运输 passive transport 顺浓度梯度 1 简单扩散 simple diffusion 不需要任何蛋白协助 物质从脂分子间直接穿过 2 协助扩散 facilitated diffusion 1 水通道 water channel 一些由跨膜蛋白组成的仅允许水穿过的通道 精品文档 3欢迎下载 2 离子通道 ion channel 具有特异性 开关可调控性 它又分为两种主要类型 配体门通道 ligand gated channel 细胞内外特定的物质与相应的通道蛋白结合发生反应 引起该门通道 蛋白的一种成分发生构象变化 使门开放 电压门通道 voltage gated channel 由膜电位控 制门的开关 3 载体蛋白 carrier protein 参与被动运输的一类跨膜蛋白分子 能与特定的分子结合通过膜 载体有高度选择性 其上有结合点 只能与某一种物质进行暂时性 可逆的结合与分离 载体具 有高度特异性 且载体蛋白的运载速率存在饱和 具有竞争性抑制现象 例如 葡萄糖的运输 结合点会从一侧转向另一侧 结合力变小 二 主动运输 active transport 逆浓度梯度 需能量供给和载体蛋白协助 1 直接需要 ATP 提供能量 例如离子泵 ion pump 这类泵本身是一种载体蛋白 也是一种 ATP 酶 它 能催化 ATP 由 ATP 水解提供能量 主动运输一些离子 例如钠钾泵 钙泵 钠钾泵 将细胞内的 Na 泵出胞外 将细胞外的 K 泵入胞内 3Na 2K 在泵周期中 进行可逆的磷酸化和去磷酸化 比如在膜内侧的 Na 与酶结合激活了 ATP 酶的活性 使 ATP 水解 释放出高能磷酸基团与酶结合 酶 的磷酸化引起酶的构象变化 于是与 Na 结合位点转向膜外侧 这种磷酸化的酶对 Na 亲和力低 对 K 亲和力高 因而在膜外侧释放 Na 而与 K 结合 K 的结合促使酶去磷酸化恢复原状 与 K 结合的位 点转向膜内侧 这种构象对 Na 亲和力高 对 K 亲和力低 于是在膜内侧释放 K 而又与 Na 结合 2 间接需要 ATP 提供能量 例如协同运输 co transport 例如动物细胞对葡萄糖和氨基酸的主动运输 不直接利用 ATP 水解能 而是由于膜上的 Na K 泵排出的 Na 所产生的电化学梯度使物质进入细胞 这一过程被认为膜上的 Na K 泵和载体蛋白的共同协作 这种过程进行时周围介质中需有高浓度的 Na 这种浓度的维持需要 ATP 协同运输有同向协同 逆向协同两种形式 三 内吞和外排 二者均属于主动运输 因为需要细胞供给能量 1 内吞 endocytosis 当细胞摄取大分子时 首先被摄入物附于细胞表面 该处质膜凹陷分离下来 形成小囊泡落入细胞内 内吞作用是特异的 由受体介导 在受体介导过程中一些特定的大分子结合到细胞表面受体 这些 受体所处的质膜部位的胞质面 聚集多个蛋白形成的蛋白被 由于蛋白被的组装作用 该处的质膜凹陷 称为有被小窝 有被小窝进一步凹陷 从膜上脱落下来形成有被小囊 举例 低密度脂蛋白 LDL 当动物细胞需要胆固醇进行细胞膜合成或其它代谢需要时 它就产生 LDL 受体蛋白并插入质膜内 这些受体蛋白能自发地与有被小窝结合 LDL 与 LDL 受体结合 内化被摄入 细胞内成为有被小囊 然后脱去包被并与称为胞内体的小囊融合 在胞内体较酸性的环境中 受体构象 发生变化 LDL 与受体分离 分到不同小囊 含有 LDL 颗粒的小囊与溶酶体融合 在其内胆固醇酯被水解 成游离的胆固醇 释放于胞液中 LDL 受体蛋白循环返回到质膜插入有被小窝用于下一轮结合 精品文档 4欢迎下载 构成有被小窝和有被小囊包被的蛋白质主要是包涵素 一般认为在内吞途径的质膜出芽和向外分泌 途径的高尔基器膜出芽是由这种蛋白驱动的 还有另外一类蛋白 接合素 包涵素看不出特异性 不同 接合素则介导不同类型的受体 受体大部分返回到原来的同一质膜的结构域 有些受体进入溶酶体被降解 还有些受体转到质膜不 同的结构域 例如幼体从母乳中获得抗体 2 外排 exocytosis 在细胞内从高尔基器反面形成的囊泡 流动到质膜 囊泡膜与质膜融合 囊泡膜的蛋白和脂类成为 质膜的新成分 囊泡内的可溶性蛋白分泌到细胞外 还有的外排作用中 运输囊泡到质膜处先不与质膜 融合 当有外来信号刺激时才与质膜融合 释放其内容物到细胞外 四 细胞连接 一 紧密连接 tight junction 不与细胞骨架相联系 是膜与膜间隙最小的一种连接 也是跨 膜蛋白间相互作用形成 主要存于上皮细胞间 它作为屏障可以阻止水和溶质从上皮细胞层的一 侧扩散至另一侧 有利于选择性吸收 对于各种成分的阻挡是没有方向性的 嵴索在细胞间形成 网状结构 在紧密连接中 Ca2 是必需的 二 锚定连接 与细胞骨架相联系 使得细胞骨架通过其联系形成一个有机整体 1 桥粒 desmosome 与中等纤维相联系 由中等纤维 致密板 跨膜蛋白等组成 是两个细胞相连 接形成的 钮扣 式结构 相邻细胞各贡献该结构的 1 2 它也是中等纤维的锚定位点 跨膜蛋白 为钙粘素蛋白 半桥粒 hemidesmosome 是上皮细胞与基底膜连接时形成的结构 跨膜蛋白为整合素蛋白 2 粘合带 adhesion belt 与粘合斑 adhesion plague 与微丝相联系 跨膜蛋白分别为钙粘素 蛋白和整合素蛋白 三 通讯连接 communicating junction 1 间隙连接 gap junction 相邻细胞间有孔道的机构 2 3nm 一些无机离子和小的水溶性分子可 以通过 满足细胞间的物质交流和信号传递 基本组成单位 连接小体 是由两个细胞共同形成的结 构 由 12 6 6 个蛋白组成 管状结构 在胞外完成对接 在不同种中 连接小体蛋白有一定差异 还具有一定组织特异性 这种连接受到调控 满足细胞活动的需要来调控开关 具有防护作用 例如 Ca2 的升高 pH 的降低都会导致通道关闭 2 胞间连丝 plasmodesmata 植物细胞特有的细胞间通讯连接结构 精品文档 5欢迎下载 第三部分第三部分 细胞质基质细胞质基质 内膜系统内膜系统 4 4 1 1 细胞质基质 细胞质基质 cytoplasmiccytoplasmic matrixmatrix 胞液 胞液 cytosol cytosol 细胞质 细胞膜以内除细胞核之外的成分 细胞质中除可分辨的细胞器以外的胶状物质称为细胞质基质 4 4 1 1 1 1 细胞质基质的主要组成成分细胞质基质的主要组成成分 水 70 是水 多数为结合水 无机离子 Na K Ca2 Mg2 Cl 脂类 糖类 氨基酸 核苷酸 蛋白质 脂蛋白 RNA 多糖 细胞骨架网络 微管 微丝 中等纤维 细胞质基质的重要特点 1 高度有序 细胞骨架是重要的组织者 2 多数大分子物质不是以溶解状态存在 而是结合于细胞骨架形成复合体 4 4 1 1 2 2 细胞质基质的功能细胞质基质的功能 1 中间代谢的重要场所 大部分中间代谢是在胞液中进行 例如 糖酵解过程 磷酸戊糖途径 核苷酸 氨基酸 脂肪酸代谢的一定阶段都是在胞液中进行的 糖原的部分分解过程 蛋白质和脂肪酸的合成 也是在胞液中进行 2 维持细胞内环境的稳定 对 pH 有缓冲作用 为各种中间代谢反应提供适宜的微环境 3 细胞器的定位 细胞骨架为细胞质基质中其它成分提供锚定位点 4 蛋白质的合成 折叠 修饰 寿命控制 细胞质基质均有重要作用 合成 几乎所有的蛋白质合成起始于胞液中的核糖体 多数蛋白质是在胞液中完成合成 另一些则是 转移到内质网中继续合成 折叠 分子伴侣 是一类在多肽折叠装配中与之结合的蛋白质 例如 热休克蛋白 Hsp Hsp70 作 用于蛋白质合成早期 Hsp60 作用于蛋白质合成晚期 从 37 42 过程中 Hsp 含量急剧增加 防 止或者修复了蛋白质的错误折叠 修饰 辅酶或辅基与酶的共价结合 磷酸化与去磷酸化 甲基化 酰基化 控制寿命 通过识别蛋白质 N 端的信号氨基酸来选择性降解蛋白质 在真核细胞的细胞质基质中为 泛素化降解 泛素 ubiquitin 由 76 个氨基酸组成 具有多种生物学功能 它能识别 N 端不稳定的 氨基酸信号 由多个泛素分子共价结合到不稳定蛋白 N 端氨基酸残基上 然后经一种依赖 ATP 的蛋白 酶将蛋白质完全水解 后一信号位于蛋白质 N 端的第一位氨基酸残基 如果它是 Met Ser The Ala Val Cys Gly Pro 则蛋白质是稳定的 蛋白质降解信号的暴露方式 磷酸 化 障碍解除 产生不稳定端 泛素连接酶的活化方式 磷酸化 变构效应 蛋白亚基 5 蛋白质分选 指导每一个新合成的多肽到特定位置的过程 它是真核细胞组织和功能实现的关键过程 它有三种基本途径 门控运输 蛋白质通过核孔复合体在胞液和细胞核之间运输 跨膜运输 由结合 精品文档 6欢迎下载 膜的蛋白转移器直接运输特异蛋白 例如蛋白质从胞液开始被运输到内质网腔或线粒体 膜泡运输 被运输的物质由内质网或高尔基体加工成衣被小泡 选择性地运输到靶细胞器或者质膜 分选信号 结构中存在的分选信号序列或多肽引导结构域 有两种主要类型 信号序列 signal sequence 存在于蛋白质一级结构上的线性序列 一般位于 N 端 通常具有 15 60 个氨基酸残基 每一个信号序列决定特殊蛋白质的运转方向 信号斑 signal patch 存在于完成折叠的蛋白质中 构成信号斑的信号序列可能不相邻 折叠一起构成分选信号 细胞器信号标签细胞器信号标签细胞器信号标签 内质网信号肽叶绿体转运肽过氧化物酶体过氧化物酶体引导信号 线粒体导肽细胞核核定位信号液泡液泡分选信号 信号肽功能鉴定方法 基因工程和细胞转染方法 需要细胞的分级分离鉴定 免疫印记 无细胞体 系及生物化学法 利用酵母突变体的方法 4 4 2 2 细胞内膜系统细胞内膜系统 内膜系统 cytoplasmic membrane system 为真核细胞所特有的 包括细胞内在结构 功能或发生 上相互联系的有界膜的细胞器 主要包括 内质网 高尔基体 溶酶体 分泌泡以及植物细胞的液泡等 细胞的内膜系统是一个动态的结构 各膜之间可以相互联系和互相转变 这种细胞内的膜性结构的定向 转化称为膜流 有顺向 逆向两种 4 4 3 3 内质网 内质网 endoplasmicendoplasmic reticulum reticulum ERER 由封闭的单位膜及其周围围成的腔所形成的相互勾通的网状结构 是真核细胞中最普遍 最多变 适应性最强的细胞器 通常占细胞膜系统一半左右的体积 约占细胞总体积的 10 4 4 3 3 1 1 内质网形态结构内质网形态结构 1 囊状内质网 又分为腔很大 腔很小呈现扁平状两种主要形式 2 管状内质网 由分支状管道形成的较为复杂的立体构形 3 小泡状内质网 较小的球形 内质网是高度动态结构 几种结构间可以发生转换 并可以在细胞质中运动 在动物细胞质中 内质网运动与微管相关 在植物细胞之中与微丝相关 核被膜 分泌小泡 质膜 胞壁 内吞小泡 内质网 高尔基体 反面高尔基管网 部分包被囊腔 多小泡体 贮藏液泡 溶酶体液泡 精品文档 7欢迎下载 4 4 3 3 2 2 内质网的两种基本类型内质网的两种基本类型 1 光面内质网 smooth ER sER 表面没有核糖体结合 通常为分支状小管或小泡形成的 立体管网状结构 在分泌类固醇激素的细胞中含量丰富 2 粗面内质网 rough ER rER 表面呈囊状 排列较为整齐 表面上分布大量核糖体 在分泌细胞 例如分泌抗体的浆细胞 中较为发达 4 4 3 3 3 3 内质网的化学组成内质网的化学组成 1 蛋白质 ER 膜中蛋白质含量比质膜多 很多是酶类 2 脂类 30 40 是磷脂 3 RNA 主要来自于 rER 的核糖体 分离纯化内质网的基本步骤 匀浆 初步离心 除去较大细胞器 取上清再离心 取沉淀 沉淀 中为微粒体 密度梯度离心 4 4 3 3 4 4 ERER 和其它细胞器之间的关系和其它细胞器之间的关系 1 ER 与细胞质膜关系密切 某些细胞向内折叠的质膜与 ER 相连接 推测在进化过程中 ER 是由 质膜演变而来 2 ER 与核膜的外层膜相连 推测核膜可能是由 ER 进化而来 3 ER 与高尔基复合体关系密切 充满合成产物的 ER 管道缢裂成大量小泡 这些小泡移向高尔 基复合体并将这些产物注入高尔基体的扁囊 4 在合成功能旺盛的细胞中 ER 总是与线粒体紧密相依 因为在 ER 中合成蛋白质 脂肪 糖 类 而线粒体则是能量的 供应站 4 4 3 3 5 5 内质网的功能内质网的功能 细胞内蛋白质和脂类合成的重要基地 Ca2 在细胞质中浓度的调节器 4 3 5 14 3 5 1 粗面内质网粗面内质网 1 蛋白质合成 分泌性蛋白质 酶 抗体 激素 胞外基质 膜蛋白 质膜 内质网 高尔基体 溶酶体上的膜蛋白 需严格隔离的蛋白质 溶酶体及 ER 高尔基体中固有蛋白质 信号假说 分泌蛋白的 N 端序列作为信号肽 指导多肽和核糖体到 ER 膜 多肽在合成时通过 ER 膜 进入 ER 腔 在蛋白质合成结束之前信号肽会被切除 多种因子的协调作用 信号肽 signal sequence 主要用于识别 SRP 信号识别颗粒 signal recognition particle SRP 6 种多肽和 1 个小的 RNA 组成的复合物 精品文档 8欢迎下载 325KD 既结合新生肽序列和核糖体 又与停泊蛋白结合 SRP 与核糖体结合后翻译停止 停泊蛋白 docking protein DP 结合于 ER 膜胞液面上的 SRP 受体 与 SRP 复合物结合后使 SRP 从核糖体上释放 翻译再度开始并通过 ER 膜上的蛋白转移器 使多肽链穿过膜 蛋白转移器 translocator 有孔道的蛋白复合体结构 信号肽和信号识别颗粒引导多肽链进入内质网的基本过程 SRP 与信号序列和核糖体结合形成复 合体 阻碍了多肽链进一步合成 翻译停止 SRP 与其受体相互作用 核糖体与蛋白转移器相互作用 使整个复合体特异地结合到 ER 膜的胞质面 信号序列与蛋白转移器内部的位点结合触发通道构型改 变 使通向 ER 腔的通道加宽 SRP 脱离 ER 膜上的受体 翻译继续进行 多肽进入 ER 腔内 转移结 束 结合膜的核糖体释放 膜通道关闭 2 蛋白质转移 第一类 具切割信号可溶性蛋白转移跨膜进入 ER 腔 进入后处在 N 端的信号肽与转移器脱离 信号肽被切割 蛋白质发生折叠 形成可溶性蛋白 第二类 具有切割信号肽的单跨膜片断蛋白整合到 ER 具有跨膜信号序列 跨膜信号序列在信 号肽与转移器脱离时不再进入而定位在膜上 信号肽仍然被切割 N 先进入 第三类 具内信号肽的单跨膜片断蛋白整合到 ER N 正电 信号肽不在 N 端 在序列中间 最终 C 在内 N 在外 由内信号肽序列形成单次跨膜 第四类 具内信号肽的单跨膜片断蛋白整合到 ER C 正电 信号肽不在 N 端 在序列中间 最终 N 在内 C 在外 由内信号肽序列形成单次跨膜 第五类 具内信号肽的双跨膜片断蛋白整合到 ER 信号肽位于中间部位 有跨膜结构域 信号 肽最终形成双次跨膜 3 新生多肽的折叠与组装 在 ER 腔里有许多蛋白质是暂时经过 但是也有呈高浓度存在的驻留在 ER 腔里的蛋白 称作 驻留蛋白 ER resident protein 在这些蛋白质的 C 端有四个氨基酸 Lys Asp Glu Leu COO KDEL 负责保留蛋白在 ER 腔中 驻留蛋白主要有 分子伴侣 例如 Bip 结合蛋白 Calnexin 钙联结蛋白 Calreticulum 肌钙网蛋白 蛋白二硫异构酶 使蛋白质半胱氨酸残基之间形成正确的二硫键 还有一些未发生折叠的蛋白可以发出信号导致一些酶被激活 最终促使分子伴侣的基因表达 合成新的分子伴侣帮助这些蛋白完成正确的折叠 另有一些未发生折叠的蛋白被 ER 排出 在细胞质 胞质内被降解 泛素途径 在蛋白酶体作用下降解 4 蛋白质的修饰 糖基化 ER 上合成的蛋白质多数是糖蛋白 是由糖类和蛋白质共价连接而成 通常蛋白质位 精品文档 9欢迎下载 于膜上 糖类位于膜外 在 ER 腔里连接到蛋白质的寡糖主要的是由 N 乙酰葡萄糖胺 甘露糖和葡萄 糖组成的 这些寡糖总是与蛋白质的天冬酰胺侧链上的氨基基团连接 这些 N 连接的寡糖只是在 ER 腔中才加到蛋白质上 寡糖在 ER 腔中的合成和加工是通过多萜醇的介导作用 几乎是在新生肽链一 出现在 ER 膜内表面 整个预先形成的寡糖就被转移到天冬酰胺的残基上 寡糖链最初是在内质网 胞质面合成 之后翻转入胞内与合成的肽连接 形成脂锚定蛋白 ER 上合成蛋白质通过酰基化同 ER 膜上的糖脂结合 即 有些膜蛋白在进入 ER 腔之后 羧基端的跨膜尾部换成共价连接的糖基磷脂酰肌醇 GPI 锚 这类锚蛋白合成后蛋白前 体的疏水的羧基端序列仍锚定在 ER 膜上 其余部分在 ER 腔内 最终通过运输成为质膜外侧的糖蛋 白 羟基化 Pro Lys 羟基化形成羟脯氨酸 羟赖氨酸 例如胶原蛋白 4 4 3 3 5 5 2 2 光面内质网光面内质网 1 合成脂类 除了脂肪酸和两种线粒体磷脂之外 光面内质网能够合成建造新膜所需要的各种脂 类 其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱 卵磷脂 还可以合成类固醇激素和脂蛋白 步骤一 合成 3 种酶 酰基转移酶 磷酸酶 胆碱磷酸转移酶 酶活性部位存在于内质网膜的细胞 质基质一侧 合成磷脂的底物来自于细胞质基质 步骤二 转位 新合成的磷脂在几分钟后由基质面转向 ER 腔面 这一过程有磷脂转位因子辅助 步骤三 转运 主要有两种方式 第一种 磷脂转移蛋白 PEP 例如 线粒体 叶绿体 过氧化 物酶体 第二种 出芽转运 例如高尔基体 溶酶体 质膜 PEP 的作用方式 每一种磷脂转移蛋白仅能识别一种磷脂 它能从 ER 膜磷脂中提取单个分子 并将 磷脂及其位点埋藏在其分子内 成为水溶性的复合物进入胞液 通过自由扩散碰到其它的膜 转移 蛋白放出结合的磷脂分子到另一个脂双层 2 糖原代谢 光面内质网上存在与糖原代谢有关的 G 6 磷酸酶 它可以催化肝细胞中 G 6 P 糖原降解产物 水解产生葡萄糖 3 解毒作用 光面内质网上的细胞色素 P450 家族酶系能够催化多种化合物羟基化等加氧反应 起解毒作用 4 物质运输 生物合成的产物可以进入 ER 腔 通过 ER 高尔基体 分泌颗粒 胞外 5 内质网 粗面 光面 是细胞内重要第二信使 Ca2 的储存器 4 4 3 3 6 6 内质网的特化类型内质网的特化类型 髓样小体 环孔片层 肌质网 4 4 4 4 高尔基复合体高尔基复合体 潴泡 cisterna 由光滑膜围成的扁囊 精品文档 10欢迎下载 高尔基堆 Golgi stack 成摞存在的潴泡 高尔基体 dictyosome 高尔基堆与其周围大小不等囊泡 高尔基复合体 Golgi complex 高尔基器 Golgi apparatus 若干个分散的高尔基体相互连接 形成的网状结构 4 4 4 4 1 1 高尔基复合体的形态结构高尔基复合体的形态结构 顺面高尔基网 CGN 顺面 中层 反面 潴泡 cis medial trans cisterna 反面高尔基网 TGN 具有生理极性的动物细胞其高尔基复合体一般位于核与细胞活动旺盛的一端 无脊椎动物和植物中 高尔基复合体常散布于整个细胞 顺面与反面结构的差别 1 顺面 膜软 薄 厚约 6nm 与内质网厚度接近 2 中层膜囊 由扁囊与管道组成 形成不同间隔但在功能上是连续的完整的膜囊体 3 反面 膜厚 约 8nm 与细胞膜的厚度接近 形状呈管网状 各层的标志性化学反应 1 顺面膜囊 嗜锇反应 2 中间层扁平囊 NADP 酶反应 3 反面 1 2 层膜囊 焦磷酸硫胺素酶 TPP 反应 4 反面膜囊状和管状结构 胞嘧啶单核苷酸 CMP 反应 各层的特异酶 1 顺面网状结构 寡糖磷酸化酶 2 顺面扁囊 甘露糖转移酶 3 中间层膜囊 N 乙酰葡糖胺转移酶 4 反面扁囊 半乳糖转移酶 5 反面膜囊和管状结构 唾液酸转移酶 4 4 4 4 2 2 高尔基体的功能高尔基体的功能 对蛋白进行加工 分类 包装 然后运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外 细胞内的糖合成部位 细胞内大分子运输的主要枢纽 1 蛋白质的糖基化 a 完成 O 连接蛋白糖基化 O 连接 与丝氨酸 苏氨酸 羟赖氨酸 羟脯氨酸的残基羟基连接 b 对 N 连接寡糖糖蛋白的寡糖链进行修饰 N 连接 与天冬酰胺残基氨基连接 精品文档 11欢迎下载 比较内容N 连接糖蛋白O 连接糖蛋白 合成部位粗面内质网高尔基体 合成方式来自于同一寡糖前体一个个单糖加上去 氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸 苏氨酸 羟赖氨酸 羟脯氨酸 最终长度至少五个糖残基一般 1 4 个 血型抗原较长 第一糖残基N 乙酰葡糖胺N 乙酰半乳糖胺 糖蛋白的加工过程 在 ER 腔内 由 N 乙酰葡糖胺 甘露糖 葡萄糖形成的寡糖共价地结合蛋白质天 冬酰胺残基侧链的氨基基团的 N 原子上 形成 N 连接的寡糖糖蛋白 新形成的糖蛋白具有相同的寡糖分 子 2 个 N 乙酰葡糖胺 9 个甘露糖 3 个葡萄糖 ER 腔中 3 个葡萄糖分子和 1 个甘露糖分子迅速被除 去 然后由 ER 经过小囊泡转运到高尔基器顺面与之结合 到达高尔基器的糖蛋白一般具有相同的寡糖 其中分泌性蛋白和膜蛋白经过明显的加工 由甘露糖苷酶的作用去除大部分甘露糖 由不同的糖基转移 酶相继加上其它的糖 完成了糖蛋白的合成 成熟糖蛋白中的两类主要 N 连接寡糖 仅具有核心 具有 核心和糖基 O 连接的寡糖主要或全部在高尔基器反面扁囊和反面高尔基网内合成 由不同的糖基转移酶依次催 化 加上一个个单糖 最后加上唾液酸残基 完成糖蛋白的合成 高尔基体的功能分室化 内质网 蛋白质的合成 顺面高尔基网 溶酶体蛋白寡糖的磷酸化作用 寡糖磷酸化酶 顺面扁囊 去除甘露糖 甘露糖转移酶 中间扁囊 去除甘露糖 加上 GlcNAc 甘露糖转移酶 N 乙酰葡糖转移酶 反面扁囊 加上半乳糖 半乳糖转移酶 反面高尔基网 加上 NANA 分选 唾液酸转移酶 溶酶体 质膜 分泌囊泡 糖蛋白或糖脂上糖基的排列方向 到达细胞膜后糖基大部分排于外侧 个别在蛋白内侧 2 蛋白质的加工改造 三种主要类型 a 无活性蛋白原端部序列被切除形成成熟多肽 例如胰岛素 b 含有多个相同氨基酸序列的蛋白前体被水解为同种有活性的多肽 例如神经肽 c 含有不同信号序列的蛋白前体被加工成不同产物 例如某些多肽类激素 3 形成和包装分泌物并运出 a 离析 收集 分离来自内质网的物质 精品文档 12欢迎下载 b 浓缩 对分类后的物质进行脱水 浓缩 c 包装 用膜包装浓缩后的物质 d 运出 将包装好的物质运输到细胞的不同部位 选择性和非选择性分泌途径 a 选择性 调节型 形成分泌泡受信号调节之后 被排出细胞 具有 6 磷酸甘露糖标记的的蛋白 被选送到溶酶体 b 非选择性 恒定型 分泌泡形成之后 随即被排出细胞 高尔基体顺面网络中的蛋白分选途径 具 KDEL 氨基酸序列的 ER 驻留蛋白被选运回 ER 具有不同包被蛋白的囊泡的运输 a 包涵素 包被小泡负责蛋白质从高尔基体反面高尔基网向质膜 胞内体或溶酶体和植物液泡运输 b COP 包被小泡负责回收 运转内质网逃逸蛋白返回内质网 在组成型分泌过程中 COP 有被 小泡在非选择性的批量运输中行使功能 c COP 包被小泡负责从内质网到高尔基体的运输 不同囊泡包被蛋白的结构 a 包涵素 clathrin 又称笼型蛋白 网格蛋白 二聚体蛋白 3 个二聚体形成包被的结构单位 三脚蛋白复合体 triskelion b COP 含有 8 个蛋白亚基 其中 Arf 是一种调节膜泡转运的 G 蛋白 c COP 含有 5 个蛋白亚基 其中 Sar 是一种小 G 蛋白 作为分子开关 调节膜泡的装配和去装 配 4 高尔基体参与植物细胞壁的形成 高等植物细胞壁的木质素 果胶质和半纤维素是在高尔基体合成的 4 54 5 溶酶体 溶酶体 lysosomelysosome 单层膜包围的含有多种酸性水解酶类的异质性囊泡状细胞器 存在于所有动物细胞中 植物和真菌 细胞中的液泡可以起溶酶体的作用 它是细胞的消化器 维持细胞的正常代谢活动并防御微生物的侵染 4 5 14 5 1 溶酶体的基本特征溶酶体的基本特征 1 形态和大小 差异较大 多呈球形或卵圆形 平均直径 0 5 微米 最小的仅有 0 05 微米 最大的有几微米 酸性 磷酸酶是溶酶体的标志酶 2 结构 精品文档 13欢迎下载 a 初级溶酶体 primary lysosome 新形成的溶酶体 在未同消化物融合之前 其中的水解酶处 于无活性的储存状态 多呈球形 不含明显的颗粒和膜碎片 b 次级溶酶体 secondary lysosome 初级溶酶体融入来自细胞外或细胞内的消化物后形成的复 合小体 形成无规则含有正在消化的颗粒和膜碎片 c 残余小体 residual body 完成消化后 仍含有消化不了的残留物质的溶酶体 内吞作用从质膜到溶酶体的途径 内吞泡 早内体 晚内体 初级溶酶体 溶酶体 残余小体 4 5 24 5 2 溶酶体的化学组成溶酶体的化学组成 溶酶体膜 a 嵌有质子泵 维持 pH b 具有多种载脂蛋白 转运水解产物 c 膜蛋白高度糖基化 抵御水解酶 溶酶体酶 60 余种酸性水解酶 多数为可溶性酶 有些整合在溶酶体膜上 4 5 34 5 3 溶酶体的功能溶酶体的功能 1 调节代谢 清除暂时不需要的酶或某些代谢产物 清除衰老细胞器 肝细胞中线粒体的平均寿命大约 10d 左右 2 异吞噬作用 溶酶体对吞噬和胞饮物质的消化分解作用 为细胞提供营养 防御作用 识别细胞所吞噬入侵的细菌或病毒 在溶酶体中进一步降解 3 自溶作用 溶酶体的膜完全破裂 释放出酶消化掉整个细胞 引起细胞自身的溶解 死亡 形态建成 清除死亡细胞 4 在生殖过程中的作用 精子的顶体实际是一个大的特化的溶酶体 顶体位于精子的前端 当精子 质膜与围绕卵的物质接触时 精子发生反应 释放储存于顶体内的溶酶体酶 消化出一条到达卵的通路 进入卵内 蝌蚪变化成蛙时 蝌蚪尾部的消失与溶解酶体作用分不开 在蝌蚪变态之前随着尾部的缩短溶酶体 酶的活性逐渐增加 物质通过溶酶体降解的三条途径 4 5 44 5 4 溶酶体的发生溶酶体的发生 溶酶体酶靠其 N 端信号肽引导到粗面内质网上进行蛋白质合成和糖基化 再运到高尔基复合体上进行 加工修饰后被单独分拣包装产生 溶酶体水解酶的识别机制 N 乙酰葡糖胺磷酸转移酶具有分离的催化部位和识别部位 精品文档 14欢迎下载 新合成的水解酶运输到溶酶体 4 64 6 过氧化物酶体 过氧化物酶体 peroxisomeperoxisome 过氧化物酶体又称微体 不属于内膜系统 是单层膜围绕的内含一种或多种氧化酶类的细胞器 在植物细胞中有两类过氧化物酶体 1 与叶绿体联系 参与光呼吸 2 种子萌发中 与脂质体联系 与脂肪代谢有关 发生模型 比较项目溶酶体过氧化物酶体 大小多球形 直径 0 2 0 5 微米 无酶晶体球形 直径 0 15 0 25 微米 具酶晶体 酶酸性水解酶氧化酶类 pH 5 左右7 左右 需 O2不需需 功能细胞内消化多种功能 发生酶在 rER 合成 经高尔基体出芽形成酶在细胞质基质中合成 经分裂与装配形成 标志酶酸性磷酸酶过氧化氢酶 精品文档 15欢迎下载 第四部分第四部分 线粒体线粒体 叶绿体叶绿体 结构 双层膜 内具丰富的膜结构 其中叶绿体的内膜结构是独立的 功能 在内膜系统上进行能量交换 产生 ATP 半自主性细胞器 利用膜产生 ATP 的机制 电子传递产生能量趋动泵将质子跨膜转运 质子梯度驱使 ATP 合酶活化产生 ATP 二者产生 ATP 的比较 叶绿体 太阳能 高能电子 质子动力势 ATP CO2 H20 CH2O O2 线粒体 生物大分子中的能量 高能电子 质子动力势 ATP CH2O O2 CO2 H20 5 15 1 线粒体 线粒体 mitochondrionmitochondrion 半自主性细胞器 通过氧化磷酸化作用 进行能量交换 产生 ATP 供细胞进行各种生命活动所用 5 5 1 1 1 1 基本特征基本特征 形态多样 椭球形 线形 圆柱形 长 2 8 m 宽 0 5 1 m 最长可以达 40 m 线粒体的大小因外界环境条件的变化产生变异 可塑性较大 线粒体一般均匀分布于整个细胞质基 质中 在一些肌细胞中线粒体被包装在邻近的肌原纤维中间 在精子细胞尾部线粒体围绕鞭毛中轴的周 围 5 5 1 1 2 2 结构和化学组成结构和化学组成 1 外膜 outer membrane 包含孔蛋白 porin 小于 10KD 的分子可以通过 2 内膜 inner membrane 大分子通过内膜进入基质需要特殊的转运系统 3 嵴 cristae 内膜向线粒体腔内突出 嵴内面为不光滑的膜结构 内膜和嵴的肌质面上覆盖有基 粒 elementary particle 4 膜间隙 intermembrane space 含有一些可溶性酶类 底物 辅助性因子 5 基质 matrix 线粒体中催化三羧酸循环 丙酮酸和脂肪酸氧化等酶类存在于基质中 此外还含有 线粒体基因组 DNA 特定的线粒体核糖体 tRNA 线粒体基因表达所需要的多种蛋白质和酶类 化学组成 蛋白质 65 70 脂类 25 30 核酸 仅存在于基质中 线粒体中各种酶的定位 外膜 单胺氧化酶 NADH 细胞色素氧化酶 脂肪酸辅酶 A 连接酶 膜间隙 腺苷酸激酶 核苷酸激酶 内膜 与电子传递链有关的酶 线粒体基质 与三羧酸循环有关的酶 5 5 1 1 3 3 功能功能 有机物最终氧化释放能量的场所 最主要功能 氧化磷酸化 合成 ATP 为细胞生命活动提供直接能量 化学能 合成代谢 机械能 肌肉收缩分泌活动 膜泵运转 电能 神经传导 光能 生物发光 精品文档 16欢迎下载 热能 维持体温 碳代谢 大量 ATP 在三羧酸循环中产生 这一反应在线粒体中进行 动物细胞大约 80 以上 ATP 在线粒体 中合成 5 5 1 1 3 3 1 1 电子传递链电子传递链 电子传递链由结合在内膜上的许多酶和其它分子组成 主要包括 黄素蛋白 电子传递体 质子载 体 铁硫蛋白 电子传递体 辅酶 Q 电子传递体 质子载体 细胞色素 电子传递体 1 黄素相关脱氢酶系有两种 以黄素单核苷酸 FMN 为辅基的 NADH 脱氢酶 以黄素腺嘌呤二 核苷酸 FAD 为辅基的琥珀酸脱氢酶 可以传递 2H 2e 2 铁硫蛋白的作用是通过 Fe2 Fe3 的相互转变进行电子传递 可以传递 1e 3 辅酶 Q 是疏水的 脂溶性的相对分子质量较小的醌类 它存在三种结构状态 氧化型辅酶 Q CoQ 或 Q 还原型辅酶 Q CoQH2或 QH2 和介于两者之间的自由基半醌 QH 可以传递 2H 2e 4 细胞色素是一类含铁的电子传递体 它们都以血红素作为辅基 存在于血红素中的铁以 Fe3 和 Fe2 的形式发挥其电子传递的作用 存在于呼吸链中的细胞色素蛋白至少有 5 种 即细胞 色素 a a3 b c c1 可以传递 1e 酶复合物亚基辅基与膜关系功能 850KDa NADH CoQ 还原酶 NADH 脱氢酶 43 2 1FMN 16 24FeS 6FeS 中心 整合电子传递体 H 转移体 NADH 辅酶 Q 140KDa 琥珀酸 CoQ 还原酶 琥珀酸脱氢酶 4 1FAD 8FeS 1 细胞色素 b整合电子传递体 琥珀酸 辅酶 Q 480KDa CoQ Cytc 还原酶 细胞色素 b c1复合物 11 2 细胞色素 2b 1c 2FeS整合电子传递体 H 转移体 辅酶 Q 细胞色素 c 160KDa 细胞色素氧化酶 13 2 细胞色素 2a 2a3 2Cu整合电子传递体 H 转移体 细胞色素 c O2 细胞色素 c 13KDa 1 1c 血红素边周电子传递体 辅酶 Q 细胞色素 a 电子传递链复合物的排列 NADH 复合物 CoQ 复合物 Cytc 复合物 O2 结合 H 生成 H20 琥珀酸 复合物 电子传递链各部分排列是高度有序的 从 NADH 到 O2之间的电子传递过程中电子是按氧化还原电 位从低向高传递的 一些化学试剂可以抑制氧化磷酸化作用 或使氧化与磷酸化发生解偶联 例如 鱼藤酮 抑制 精品文档 17欢迎下载 NADH 脱氢酶的电子传递 抗霉素 A 抑制 CoQ 细胞色素 c 还原酶的电子传递 氰化物 叠氮钠 抑制细胞色素氧化酶的电子传递 5 5 1 1 3 3 2 2 氧化磷酸化氧化磷酸化 线粒体内膜上电子传递偶联产生 ATP 的过程 1 化学渗透学说 在呼吸链电子传递过程中 通过线粒体内膜上呼吸链组分间氢与电子的交替传递 使质子从内膜内 侧 向外侧定向转移 由于 H 不能自由通过线粒体内膜 被转移到内膜外侧的 H 不能回到内膜内侧 内膜外 侧的 H 浓度因此高于内侧 故形成跨膜的质子梯度 被称为质子动力势 proton motive force 正是 由于这种质子动力势中蕴藏的能量经 ATP 合酶催化 驱动 ADP 与 Pi 形成 ATP 质子动力势由两部分组成 一是膜内外质子浓度差 pH 一是膜电位 实验表明如果使 用 人工方法使膜内外造成一个质子梯度 它可以通过 ATP 合酶的催化合成 ATP 2 偶联因子 ATP 合酶 ATP 合酶又称 ATP complex 亦称 F0 F1偶联因子 一般认为它是由水溶性蛋白质 F1和疏水性蛋白 质 F0组成 F1是构成 ATP 合酶头部的部分 凸现于线粒体内膜的基质侧 它由五种多肽形成 3 3 复 合物 其中 亚基是结合 ATP 或其它核苷酸的位点 亚基是质子移位的通道大门 亚基是 F1 附着于膜上的必要成分 亚基参与调节 F1 ATP 合酶的活性 F0是构成膜部的成分 它嵌入疏水性线粒体内膜 是膜上的固有成分 F0由三个亚基组成 ab2c9 12 复合物 c 亚基在膜部构成筒状结构 质子通道位于 a 和 c 亚基之间 3 3 ATP 合成机制 变构学说 与 ATP 合酶活性密切相关的 3 个 亚基各自具有一定构象 构象不同 与核苷酸结合的亲和力也 不同 在 ATP 合成的过程中 在质子流驱动 亚基旋转 120 度的情况下 3 个 亚基构象也相互发 生改变 从而引起了 亚基对 ATP ADP 和 Pi 亲和力的改变 导致了 ATP 的合成与释放 具体过程 首先 ADP 和 Pi 先与 ATP 合酶 2结合 在较少能量改变情况下 ADP 与 Pi 自发形成 ATP 在质子流驱动 亚基旋转 120 度情况下 ATP 合酶 3 3亚基也相对于 亚基旋转 同 时 3 个 亚基发生构象改变 使 亚基对 ATP ADP 和 Pi 亲和力的改变 可能一方面增加了 亚基对 ADP 和 Pi 的结合和相继发生的 ATP 的合成 另一方面通过降低 亚基结合 ATP 的亲和力 导致被结合的 ATP 释放 概括 增加 亚基对 ADP 和 Pi 的亲和力 ATP 合成 降低 亚基对 ATP 的亲和力 ATP 释放 精品文档 18欢迎下载 5 1 45 1 4 线粒体的半自主性线粒体的半自主性 含有 MtDNA RNA 核糖体等合成蛋白质的一整套装置 但只能自主合成部分蛋白质 其生长和增殖 受到核基因组和自身基因组两套遗传系统控制 以下表格显示电子传递复合物蛋白的编码基因分布情况 数字代表蛋白亚基数目 基因编码复合物 复合物 复合物 复合物 线粒体 DNA 7103 核 DNA 3510410 5 1 4 15 1 4 1 线粒体线粒体 DNADNA 的结构的结构 多数为双链环状 一个线粒体含有一个至数个 DNA 分子 动物细胞 线粒体数微米长 是核内 DNA 分子的 1 100 1 1000 植物细胞 长 20 28 m 复制 半保留自我复制 复制时期从 G2开始 复制后线粒体便分裂增殖 5 1 4 25 1 4 2 线粒体基因组编码的线粒体基因组编码的 RNARNA 和蛋白质和蛋白质 人线粒体可编码 2 种 rRNA 12S 16S 22 种 tRNA 和 13 种多肽 大多为电子传递体亚基 翻译产 物全部集中在线粒体 为线粒体所特有 5 1 4 35 1 4 3 线粒体蛋白质的运送和组装线粒体蛋白质的运送和组装 线粒体蛋白质输入信号序列 已知在细胞质核糖体中合成的线粒体蛋白质运送至线粒体时 大多数 以前体 precursor 形式存在 这种前体是由 成熟 形式的蛋白质和氨基末端引伸出的一段导肽共同 组成 导肽约为 20 80 个氨基酸残基 带有正电荷的碱性氨基酸含量较为丰富 特别是精氨酸 羟基氨 基酸较多 特别是丝氨酸 既有亲水性又有疏水性 螺旋结构的构型有利于蛋白质穿越线粒体双层膜 蛋白质输入线粒体基质 前体蛋白与外膜受体结合 进行识别 通过内 外膜之间接触点 在多种 蛋白参与下跨膜运输 在基质中 N 末端导肽被蛋白酶切割 形成成熟的线粒体蛋白质 线粒体上的三种蛋白移位器 1 TOM 主要存于外膜上 参与所有核编码线粒体蛋白质运输 2 TIM 参与进入基质的 核编码的线粒体蛋白质的运输 3 OXA 参与线粒体中合成的蛋白质整合嵌入线粒体内膜 分子伴侣及 ATP 参与蛋白质输入线粒体 HSP70 具有解折叠酶的功能 HSP60 参与蛋白质分子的重新 折叠与组装 5 1 55 1 5 线粒体的增殖线粒体的增殖 1 间壁分离 内膜向内延伸一直到与对面内膜融合 2 收缩分离 中部缢裂并向两端不断拉长 最后分裂成两个 3 出芽繁殖 先出现小芽 然后与母体分离不断长大形成新线粒体 精品文档 19欢迎下载 5 25 2 叶绿体 叶绿体 chloroplastchloroplast 绿色植物细胞所特有的细胞器 其主要功能是进行光合作用 5 2 15 2 1 叶绿体的基本特征叶绿体的基本特征 形态扁平球形和椭球形居多 长 4 10 m 宽 2 4 m 5 2 25 2 2 叶绿体结构和化学组成叶绿体结构和化学组成 外膜 膜间隙 内膜 基粒 基粒类囊体 基质 基质类囊体 化学组成 蛋白质 30 45 脂类 20 40 色素 8 贮藏物 10 20 核酸仅存在于基质中 叶绿体色素 1 叶绿素 叶绿素 a 叶绿素 b 主要吸收蓝紫光 430nm 470nm 红光 650nm 680nm 2 类胡萝卜素 叶黄素 胡萝卜素 主要吸收蓝紫光 420 480nm 5 5 2 2 3 3 叶绿体的主要功能叶绿体的主要功能 光合作用 光合作用 photosynthesisphotosynthesis 绿色植物利用体内叶绿素吸收日光能 把 CO2和水转化成有机物 并释放氧气的作用 光 6CO2 6H2O C6H12O6 6O2 光 反 应 ATP 暗 反 应 叶绿体 NADPH H2O O2 CO2 CH2O 5 2 3 15 2 3 1 光反应光反应 光合色素吸收 传递光能 并将光能转化为化学能的过程 包括原初反应