细胞质基质与细胞内膜系统-细胞生物学

第七章细胞质基质与细胞内膜系统,主要内容:第一节细胞质基质的含义与功能一、细胞质基质的含义二、细胞质基质的功能第二节细胞内膜系统及其功能一、内质网的形态结构与功能二、高尔基复合体形态结构与功能三、溶酶体与过氧化物酶体形态结构与功能,第一节细胞质基质,概念:细胞质基质（胞质溶胶）功能:1)为细胞内各类生化反应的正常进行提供了相对稳定的离子环境。2）许多代谢过程是在细胞基质中完成。3)与细胞质骨架功能相关,参与维持细胞形态，做为细胞器和酶的附着点，并与细胞运动、物质运输和信号转导有关。4）与生物膜相关的功能。5)参与蛋白质的修饰、控制蛋白质的寿命、降解变性和错误折叠的蛋白选择性降解，帮助变性或错误折叠的蛋白重新折叠成正确的构象等。,泛素依赖的蛋白降解途径,概念P117,第二节细胞内膜系统及其功能,内质网,Porter等1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名endoplasmicreticulum，ER。,一、形态与组成,约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。分为RER和SER。RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一部分。,RER,SER,（二）、内质网的功能1、蛋白质合成(p118),在内质网上合成的蛋白质:分泌蛋白；一些膜的整合蛋白；一些细胞器中的可溶性驻留蛋白；需要修饰的蛋白。,2、光面内质网是脂质合成的重要场所,3-磷酸甘油,脂酰辅酶A,酰基转移酶,磷酸酶,内质网膜脂类双层,胆碱磷酸转移酶,磷脂酸,二酰甘油,磷脂酰胆碱,3蛋白质的修饰与加工,包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成，蛋白质的折叠和多亚基的装配，蛋白质的切割等。,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。,几乎所有内质网上合成的蛋白最终都被糖基化,内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到Asn-X-Ser或Asn-X-Thr的Asn上。,N-乙酰葡糖胺,磷酸多萜醇,糖基转移酶,与天冬酰胺残基的NH2连接,甘露糖,葡萄糖,ProteinglycosylationinRER,4、新生多肽的折叠与装配,Bip：内质网中的一类结合蛋白,PDI:蛋白二硫键异构酶,5.内质网的其它作用,1）解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。2）参与甾体类激素的合成。3）储存钙离子，作为胞内信号物质，如肌质网。4）提供酶附着的位点和机械支撑作用。,二、高尔基体,烟草根尖细胞高尔基体的电镜照片,形态与组成,由扁平囊泡堆积而成，有极性。通常48个(某些藻类较多)扁平囊在一起，构成Golgistack。分布于ER与细胞膜间，呈弓形或半球形。凸出的一面对着ER称为顺面（cisface），凹进的一面对着质膜称为反面（transface）。,高尔基体不同区域的细胞化学反应：嗜锇反应：cis面膜囊被特异地染色；TPP酶：trans面的膜囊；NADP酶：显示中间的膜囊；CMP酶：靠近trans面的囊状和管状结构。,功能区隔,cisGolginetwork，CGN是入口区域。medialGolgi，多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成发生于此处。transGolginetwork，TGN是出口区域，参与蛋白质的分类与包装，最后输出。,高尔基体的膜囊结构及其排列示意图,1、,2、,3、,（二）、高尔基体的功能,1、高尔基体与细胞的分泌活动,KDEL信号,粗面内质网,KDEL受体,运输小泡,顺面高尔基体,到反面高尔基体,不含KDEL信号的分泌蛋白,2、蛋白质的糖基化及其修饰N-连接糖基化的修饰,哺乳动物高尔基体中进行的N-连接糖基化修饰过程,3、蛋白酶的水解和其他加工过程：,胰岛素分子的加工成熟和运输,三、溶酶体（lysosome）的形态结构与功能,(一)溶酶体的形态结构与类型1、形态结构,酸性水解酶：核酸酶蛋白酶糖苷酶脂肪酶磷酸酶硫酸酯酶磷脂酶,2、溶酶体膜的特点,胞质溶胶,3、植物溶酶体：圆球体；液泡,2、溶酶体的三种类型,溶酶体的类型及在细胞消化过程中的作用,二、溶酶体的功能,1、防御功能-吞噬作用(phagocytosis)：病毒、细菌、衰老的细胞,2、清除作用-自噬作用(autophagy)：衰老的细胞器、细胞饥饿状态下,3、其他功能提供营养：细胞内消化参与分泌过程的调节多细胞生物的某些发育阶段：两栖类尾部的消失受精过程：精子的顶体,顶体反应,（三）、溶酶体的发生,溶酶体酶的特征,N-寡聚糖,甘露糖-6-磷酸,溶酶体水解酶,1、酶蛋白的M6P标记（高尔基体顺面膜囊）,溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸转移酶相互作用,信号斑(signalpatch)P133：是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面,这几段信号肽聚集在一起形成一个斑点被磷酸转移酶识别。信号斑是溶酶体酶的特征性信号。,溶酶体酶蛋白甘露糖残基磷酸化的生化反应,高尔基体中间膜囊,2、溶酶体酶的M6P分选途径(p134),溶酶体酶的甘露糖6-磷酸分选途径,溶酶体生物发生总过程,3、溶酶体酶的M6P分选途径的发现遗传病：贮积病，高尔基体内缺少N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合,型糖原贮积症(glycogenstoragediseasetype)是最早发现的贮积症。由于常染色体上的一个隐性基因突变，造成了溶酶体缺乏葡萄糖苷酶，缺少了这种酶的溶酶体不能把肝细胞中或肌细胞中过剩的糖原进行水解而大量积累在溶酶体内，造成溶酶体超载。此病多发于婴儿，表现为肌肉无力，心脏增大，心力衰竭,通常于两周内死亡。,（四）、溶酶体与疾病1、矽肺:职业病，又称磨工病，SiO2，2、类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。,（