第5章-内膜系统与蛋白质运输(1).ppt

,Whatisendomembranesystem？,问题,内质网,第一,高尔基复合体,第二,溶酶体,第三,蛋白质的分选与运输,第四,第三节内膜系统与蛋白质运输,内膜系统与医学,第五,光面内质网,光面内质网的功能,内质网（Endoplasmicreticulum）,第一节,一、内质网的形态结构与化学组成,内质网是由一层单位膜所形成的扁囊状（ERlamina）、泡状（ERvesicle）和管状（ERtubule）结构，并形成一个连续的网膜系统。内质网膜与细胞核的外核膜相连，内质网腔与核膜腔相通。以核为中心向四周铺展。,哺乳动物细胞中内质网,烟草细胞中的内质网,形态结构,内质网与核膜的关系,与核膜连通一气,类型,粗面内质网,光面内质网,粗面内质网（rER）多呈大的扁平囊状;主要功能是合成分泌蛋白、多种膜蛋白和酶蛋白。光面内质网（sER）多为小管状或小的圆形囊泡；参与脂类、类固醇激素的合成、肝细胞的解毒作用、糖原的代谢和肌肉收缩的调节等。,溶酶体,高尔基复合体,核糖体,rER,细胞质,rER,sER,细胞核,核周腔,sER,化学组成,内质网膜由脂类和蛋白质组成，其比例大约为1：2。内质网膜所含的脂类中，磷脂含量最为丰富。内质网膜上富含参与糖代谢、脂代谢、蛋白质加工、药物及其他有毒物质解毒相关的酶类。标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶。,二、光面内质网的功能,参与脂类的合成与转运,除线粒体特有的两种磷脂外，内质网能合成细胞所需的几乎全部脂类。,ER膜,在内质网上合成的磷脂可向其他膜转运，以维持内质网膜的平衡。,内质网膜,出芽,膜泡,内质网膜,线粒体膜等,(B),A：通过出芽和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。,糖原分解与游离葡萄糖释放,控制糖向血液中释放,无法通过膜,解毒作用:使外源性有害物质(如药物)失活的作用。,服用大量药物与解毒有关的酶活性大量增加sER增生,细胞色素P-450：药物羟基化失活尿液,与外源性物质结合使其氧化失活!,sER中含有一些酶：,参与类固醇激素的合成,解毒作用:与药物脱毒相关的氧化酶,Ca2+的调节作用,肝细胞sER,许多成瘾药物和嗜好品如巴比妥类、吸毒、嗜酒等，可导致肝细胞光面内质网的增生，长期服用口服避孕药、安眠药、抗糖尿病药等也能导致同样后果。,粗面内质网的功能,蛋白质合成蛋白质的修饰和加工,三、粗面内质网的功能,粗面内质网上合成的蛋白质,分泌性蛋白:酶、多肽类激素等,驻留蛋白：溶酶体中的酸性蛋白内质网高尔基体固有的蛋白胞内体,膜蛋白：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜,粗面内质网上合成蛋白质的种类,蛋白质在粗面内质网合成过程,核糖体由信号肽引导结合于内质网膜上核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔分子伴侣在内质网腔内对蛋白质进行折叠新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化（N-连接）内质网合成的蛋白质经高尔基体分泌出细胞,膜结合核糖体合成分泌蛋白、膜蛋白、内质网中可溶性驻留蛋白，溶酶体中的酶类。游离核糖体合成胞质溶质蛋白、核定位蛋白、半自主性细胞器组成蛋白，过氧化物酶体中的酶类。,核糖体的蛋白质合成与去向,特定序列,protein_sorting,翻译后转运-游离核糖体,前导肽,游离核糖体合成蛋白质的去向,前导肽与信号肽前导肽(leadingpeptide)：游离核糖体信号肽(signalpeptide)：膜结合核糖体,或统一：Signalsequence,指导蛋白质定位运转的信号序列,信号肽与蛋白质合成,粗面内质网的功能,早期信号假说(signalhypothesis),1971，Blobel等正式提出信号假说,要点是:合成始于游离核糖体;N端信号序列靠自由碰撞与内质网膜接触,然后插入内质网的膜;蛋白质以袢环形式穿过内质网的膜;蛋白的存在方式:若信号序列被信号肽酶切除:完全进入腔若是停止转移信号:膜蛋白,信号肽的特性,指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成序列特征15-35个氨基酸残基，其中含有4-12个疏水残基位置:N-端突出的一段肽内含信号肽。,指导分泌蛋白在粗面内质网上合成,需要其它因子的协助:信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白,dockingprotein，DP）位于ER膜上过程:信号肽信号识别颗粒信号识别颗粒的受体合成多肽链,20世纪80年代初，发现了信号识别颗粒及其受体。,RNA分子,信号肽结合位点,GTPase和SRP受体结合位点,信号识别颗粒(SRP)的组成,SRP,20世纪90年代初，Blobel又证明在rER膜上存在允许多肽链穿过的蛋白质通道,当带有新生多肽链的核糖体结合到内质网膜时，膜上的蛋白质通道开放，信号肽引导新生肽链穿过这一通道；蛋白质转移完成，核糖体从膜上移走之后，通道关闭。,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,核糖体,mRNA,信号肽,A,信号学说,Signalhypothesis,信号学说(signaltheory)要点,1、信号肽（由信号密码子编码）2、信号识别颗粒/信号识别颗粒受体3、核糖体受体（核糖体亲和蛋白）4、蛋白质转运通道/信号肽引导新生肽链穿过通道5、信号肽酶（合成结束后切除信号肽）,G.Blobel因此项创见而荣获1999年诺贝尔奖！,信号假说(signalhypothesis),信号学说(signaltheory),rER合成蛋白的定位,在rER膜上核糖体合成的蛋白质有两种类型：即跨膜蛋白(transmembraneprotein)和可溶性蛋白。,跨膜蛋白：插入膜中成为膜蛋白，多数随膜流转变成质膜或其它细胞器的膜成分。(膜蛋白）可溶性蛋白：释放到内质网腔，除一小部分存留于内质网腔中外，大部分都要通过膜腔外运，进入其它细胞器腔或排到细胞外。如血浆蛋白和一些蛋白酶原等（分泌蛋白和驻留蛋白）。,跨膜蛋白的定向:跨膜信号,单次跨膜蛋白,内部信号序列与膜蛋白定位,二次与多次跨膜蛋白,二次跨膜:两个跨膜的疏水区，含有一个内含信号序列和一个停止转移信号。多次跨膜:多个起始跨膜信号与多个停止转移信号。,二次跨膜蛋白的形成,已转移到内质网腔内的多肽链经进一步折叠、组装和修饰后，最终命运不同既取决于多肽链中氨基酸序列中所包含的定位信息也取决于多肽链的修饰状态。,进入内质网腔蛋白的命运,其羧基末端常有一个由4个氨基酸组成的驻留信号序列：动物中多为Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL)；酵母中则为His-Asp-Glu-Leu(HDEL)；植物中序列不固定。,1.内质网驻留蛋白(ERresidentprotein),内质网膜上存在有驻留信号序列(KDEL)的受体，可特异性识别KDEL，将其浓缩后出芽，以胞内膜泡形式沿微管运往Golgi复合体进行加工修饰，尔后再反运回rER。,KDEL信号及其受体维持ER蛋白的稳定,进入糙面内质网腔中的许多蛋白质，大都要进行修饰加工，如分泌蛋白的糖基化等。,2.新生肽链在糙面内质网腔中的修饰加工,在内质网上合成的蛋白质，大部分为糖蛋白，而在细胞质溶质中合成的可溶性蛋白质则不加接糖基。糖基化作用对于指导大分子运送到细胞内的其它部位也有重要意义。,分泌蛋白的Protein_Secretion(CHS).rm合成与运输,3.分泌蛋白的合成与运输,Transportofagrowingproteinacrossthemembraneoftheendoplasmicreticulum,在粗面内质网上进行的蛋白质N-连接糖基化,跨膜驻留蛋白的插入与转移,终止转移信号与单次跨膜蛋白的形成,内在信号序列与单次跨膜蛋白的形成,内部信号序列与膜蛋白定位,Bip与未折叠的疏水片段结合,ATP水解释放Bip,与第二个亚基结合,折叠的寡聚体蛋白,Bip,Bip,Bip在ER腔中的作用,分子伴侣是内质网腔内的驻留蛋白，它们能够识别正在合成的或已经部分折叠的多肽，并与之结合，协助它们进行正确的折叠组装和转运，但其本身并不参与最终产物的形成，只起到陪伴的作用，故得名“分子伴侣”（molecularchaperone）。,高尔基复合体（Golgicomplex）,第二节,具有极性的膜性细胞器由扁平囊泡、小泡、大泡构成可分为3个区室,一、高尔基体的形态结构与化学组成,形态结构,由粗面内质网芽生的运输小泡；筛选由内质网合成的蛋白和脂类，并将大部分转入扁囊去，少部分返回内质网。,蛋白质的糖基化、合成糖脂和多糖,体积较大的分泌泡，进行蛋白质的分选功能,顺面,反面,运输小泡,顺面高尔基网络,反面高尔基网络,顺面膜囊,反面膜囊,分泌泡,中间膜囊,化学组成,蛋白质：60%含量低于内质网膜，高于细胞膜含有多种酶类标志性酶糖基转移酶脂类：40%卵磷脂介于内质网膜与细胞膜之间,质膜、高尔基复合体的膜和内质网膜脂类及其含量对比,二、高尔基体的功能,蛋白质的糖基化,N-连接与O-连接糖蛋白的主要区别,糖基化的主要作用有利于蛋白质在成熟过程中折叠形成正确的构象，增加蛋白质的稳定性；对蛋白质具有保护作用，使其能够抵抗消化酶的作用；有利于高尔基复合体对蛋白质进行分选和包装；赋予蛋白质传导信号的功能。,蛋白质的水解加工,信号序列,前胰岛素原,胰岛素原,胰岛素,胰岛素分子的加工成熟和运输,蛋白质的分选,溶酶体（lysosome）,第三节,形态结构,球形、颗粒状的膜性细胞器，形态、大小不一。,一、溶酶体的形态结构与化学组成,蛋白酶,糖苷酶,磷酸酶,磷脂酶,核酸酶,脂酶,硫酸酯酶,含有多种酸性水解酶标志酶：酸性磷酸酶膜蛋白高度糖基化内部酸性环境靠质子泵维持,化学组成,仅含有水解酶类，但无作用底物；酶处于非活性状态。,含有水解酶和相应的底物；根据所消化的物质来源不同，可分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体。,底物是内源性的，即细胞内蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质.,底物是外源性的，即细胞摄入的胞外物质.如细菌、红细胞和糖原颗粒等.,二、溶酶体类型,按形成过程、功能状态划分内体性：由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成。吞噬性：内体性溶酶体+将被水解的各种吞噬底物融合形成,对吞入物质的消化作用吞噬作用清除细胞内衰老的生物大分子和细胞器自噬作用自溶作用,三、溶酶体的功能,顶体,溶酶体酶,四、溶酶体的发生,动物细胞中的过氧化物酶体,第四节过氧化物酶体,过氧化物酶体，又称微体（microbody），是由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器,返回目录,一、过氧化物酶体的结构以及所含酶类,氧化酶,过氧化氢酶,过氧化物酶：很少,RH2+O2R+H2O2,H2O2+RH2R+2H2O,2H2O2O2+2H2O,结构：与初级溶酶体类似所含酶类：主要有三种，其中过氧化氢酶是标志酶,返回目录,二、过氧化物酶体的功能,使毒性物质失活,对氧浓度的调节作用,脂肪酸的氧化,脂类合成,返回目录,过氧化物酶体疾病,可分为两类。第一类：由某一种过氧化物酶缺乏导致的疾病。如，X连锁的脑白质肾上腺萎缩症（X-adrenoleukodystrophy,X-ALD）。本病具有肾上腺皮质机能不全与进行性脑白质变性导致视觉丧失、痴呆、四肢轻瘫等征象，且可致命。第二类：由过氧化物酶体生物合成缺陷导致的疾病。如，泽韦格综合征（或脑-肝-肾综合征）（Zellwegerssyndrome）。由于无法将外部的蛋白转运到过氧化物酶体内，过氧化物酶体的功能完全丧失，该病临床症状严重，是一种致死的遗传性疾病。,返回目录,三、过氧化物酶体的生物合成,过氧化物酶体中所有的蛋白都是“进口的”。,定位在过氧化物酶体的蛋白有着特定的过氧化物酶体定位信号（peroxisomaltargetingsiginals,PTS）。过氧化物酶体的基质蛋白和膜蛋白的定位信号是不同的。,返回目录,蛋白质的分选与运输,第四节,蛋白质的分选信号,细胞内某些典型蛋白质的分选信号序列,蛋白质分选运输的途径,膜泡运输及定向机制,囊泡类型包括：网格蛋白包被的囊泡、COP和COP包被的囊泡,网格蛋白的结构,网格蛋白包被的囊泡,网格蛋白参与的囊泡形成,COP和COP包被的囊泡,内质网驻留蛋白的挽救运输模型,膜泡运输过程中转运囊泡与靶膜的正确识别是物质定向运输和准确卸载的前提保证。研究表明，识别过程涉及两类关键性的蛋白质：一类是可溶性的N-乙基马来酰亚胺敏感因子结合蛋白受体（solubleN-ethylmaleimide-sensitivefactorattachmentproteinreceptor，SNAREs），另一类是GTP结合蛋白家族，即Rabs蛋白家族（targetingTPase），其中SNAREs主要是介导转运囊泡特异性停泊和融合，Rab的作用是使转运囊泡靠近靶膜。,膜泡运输的定向机制,SNARE和囊泡融合,SNARES，食物中毒和面部提升,肉毒杆菌是引起食物中毒的主要原因之一。它是一种神经毒素，可以破坏SNARE蛋白，从而影响神经细胞的胞吐作用，进而阻断神经肌肉连结处的神经冲动传导，造成肌肉无力、视力模糊、呼吸困难、甚至肌肉麻痹而死亡，死亡率可高达六成。目前已经设计出许多低剂量肌肉注射肉毒杆菌素的方法，利用麻痹局部肌肉来达到消除皱纹的目的。为了让自