4.细胞内功能区隔与运输.ppt

2020/6/3,1,第四章细胞内功能区隔与运输,第一节细胞器第二节细胞内蛋白质运输第三节膜泡运输及其分子机制第四节分泌途径第五节胞吞作用,2020/6/3,2,第一节细胞器及其功能,2020/6/3,3,内质网,K.R.Porter等于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，故名内质网（endoplasmicreticulum，ER）内质网约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统蛋白质合成，修饰与加工脂质的合成，内质网合成构成细胞所需的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。合成的磷脂以出芽方式转运到高而基体、溶酶体和细胞膜上；或借磷脂转换蛋白形成水溶性复合物，转至其他膜上。,2020/6/3,4,内质网,2020/6/3,5,高尔基体,1898年Golgi用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到清晰的结构，因此定名为高尔基体。由4-8个直径约1um扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细胞器，常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形，周缘多呈泡状，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成熟面或反面（transface）。,2020/6/3,6,高尔基体,2020/6/3,7,高尔基体作用,参与细胞分泌活动：RER上合成蛋白质进入ER腔COPII运输泡进入CGN在中间膜囊中加工在TGN中形成运输泡运输，与脂膜融合，排出蛋白质的糖基化：O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷糖。进行膜的转化功能：内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜结合将蛋白水解为活性物质：将没有活性的蛋白原N端或两端的序列切除形成成熟的多肽（如胰岛素）；将含有多个相同氨基酸序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽参与形成溶酶体参与植物细胞壁的形成,2020/6/3,8,真核细胞功能区隔的主要功能,细胞质代谢通路；蛋白质的合成细胞核含有核基因组;DNA和RNA合成内质网脂类的合成；蛋白质合成和运输高尔基体分泌到细胞外或运输到其他细胞器的蛋白质和脂类的修饰，分选及包装溶酶体细胞内物质降解胞内体被内吞物质的分选线粒体氧化磷酸化合成ATP叶绿体光合作用进行ATP合成和碳固定过氧化酶体有毒物质氧化,2020/6/3,9,第二节细胞内蛋白质的运输,通过核孔进入细胞核通过膜进入细胞器，如线粒体，叶绿体，过氧化酶体以及核膜进入内质网，通过膜泡运输运送到其他细胞器如高尔基体、溶酶体、胞内体，质膜，或分泌到细胞外,2020/6/3,10,细胞内蛋白质分选,2020/6/3,11,蛋白质分选信号,内质网N端切除6-12疏水氨基酸为核心，紧接一到多个碱性氨基酸内质网驻留蛋白C端不切除KDEL线粒体N端切除3-5不连续Arg或Lys残基,通常与Ser和Thr一起;没有Glu和Asp残基叶绿体N端切除没有共同序列;通常Ser,Thr,以及小疏水氨基酸残基，无Glu和Asp过氧化酶体C端不切除C端常为Ser-Lys-Leu（SKL)细胞核中间不切除5个碱性氨基酸短序列，或两个碱性氨基酸端序列，中间被约10个氨基酸分隔开,2020/6/3,12,一些典型的蛋白质分选信号,2020/6/3,13,核孔复合物的结构,2020/6/3,14,核孔复合物结构,核孔由至少50种不同的蛋白质（nucleoporin）构成，称为核孔复合物（nuclearporecomplex,NPC）；核孔的直径为80-120nm，核孔复合物直径为120-150nm。一般哺乳动物细胞平均有3000个核孔核孔复合体主要有4种结构组分：胞质环（cytoplasmicring）：位于核孔边缘的胞质面一侧，又称外环，环上有8条短纤维对称分布伸向胞质。核质环(nuclearring)：位于核孔边缘的核质面一侧，又称内环。环上也对称地连有8条细长的纤维，向核内伸入50-70nm，在纤维的末端形成直径为60nm的小环，小环由8个颗粒构成。整个核质环象一个“捕鱼笼”。辐（spoke）：由核孔边缘伸向中心，呈辐射状八重对称。栓：又称中央栓（centralplug）。位于核孔的中心，呈颗粒状或棒状，又称中央颗粒。在物质交换中起一定的作用。核孔复合体的功能：核质交换的双向选择性亲水通道,2020/6/3,15,蛋白质入核分子机理,2020/6/3,16,蛋白质进入线粒体和叶绿体,线粒体外分子伴侣与前体蛋白结合解开蛋白折叠的结构域通过水解ATP释放能量解除分子伴侣与前体蛋白的结合。前体蛋白与外膜上的受体识别并结合，在接触点通过外内膜。在接触点处通过外膜上TOM复合体后，以质子动力势作为动力通过内膜上TIM复合体。前体蛋白进入线粒体基质后，线粒体hsp70一个接一个结合在蛋白质线性分子上，象齿轮一样将蛋白质“绞进”基质，这一过程需要消耗ATP。线粒体hsp70将蛋白质交给hsp60，完成折叠。,2020/6/3,17,蛋白质进入线粒体,2020/6/3,18,蛋白质进入过氧化物酶体,2020/6/3,19,内质网可溶性蛋白的合成,2020/6/3,20,膜蛋白插入到内质网膜上,一次跨膜，Nluminal-Ccytosol方向,2020/6/3,21,一次跨膜，Ncytosol-Cluminal方向,2020/6/3,22,多次跨膜蛋白,2020/6/3,23,第三节膜泡运输及其分子机理,2020/6/3,24,膜泡运输的特点,细胞内膜系统之间的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。膜泡运输介导分泌（外排）途径和内吞途径,2020/6/3,25,衣被小泡类型,小泡类型衣被蛋白GTP酶来源目的地,Clathrinclathrin,adaptin1ARF高而基体溶酶体Clathrinclathrin,adaptin2ARF质膜胞内体COPICOPproteinsARF高尔基体内质网COPICOPproteinsARF高尔基体高尔基体COPIICOPproteinsSAR1高尔基体内质网,2020/6/3,26,网格蛋白衣被小泡,运输途径：质膜胞内体；高尔基体胞内体；高尔基体溶酶体，植物液泡结构：由三条重链和三条轻链组成，形成一个具有3个曲臂的形状，许多网格蛋白的曲臂部分交织在一起，形成具有5边形网孔的网格衔接蛋白（adaptin）：介于网格蛋白与配体受体复合物之间，起衔接作用。当网格蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜可能地拉近，从而导致膜融合，掐断（pinchoff）衣被小泡,2020/6/3,27,网格蛋白衣被小泡（A)及其形成过程（B),A,B,2020/6/3,28,衣被小泡与靶膜的融合,SNARE:SolubleNSFattachmentproteinreceptor,介导运输小泡与靶膜的融合位于运输小泡上的叫v-SNAREs，位于靶膜上的叫t-SNAREs。v-和t-SNAREs都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREs复合体，将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合NSF催化SNAREs的分离，它能利用ATP作为能量通过插入几个适配蛋白（adaptorprotein）将SNAREs复合体的螺旋缠绕分开，以便开始下一轮的转运。,2020/6/3,29,2020/6/3,30,第四节外排途径,通过外排途径内质网合成的蛋白质经过一系列变化到达不同细胞器或细胞外：形成二硫键正确折叠化学修饰，包括糖基化，羟基化，酰基化特异的剪切多聚体组装,2020/6/3,31,蛋白质糖基化：分为N-糖基化和O-糖基化O-连接的糖基化：与Ser、Thr、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,糖基化作用：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用赋予蛋白质信号传导的功能某些蛋白质在糖基化后才能形成正确折叠,2020/6/3,32,内质网中主要为N糖基化糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dilicolphosphate）装配成寡糖链寡糖转移酶将寡糖链转移到新合成肽链的特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。,2020/6/3,33,蛋白质质量控制,内质网中存在蛋白质降解系统，将不能正确折叠的蛋白质降解内质网中存在KDEL受体，具有该序列的蛋白被截留在内质网中这些蛋白逃逸到高尔基体中后，COPI膜跑运输途径将这些蛋白质运输回内质网,2020/6/3,34,蛋白质在高尔基体中修饰和分选,2020/6/3,35,溶酶体形成,高尔基体中N-连接寡糖被磷酸化形成甘露糖-6-磷酸（M6P)M6P被M6P受体识别，形成网格蛋白衣被小泡。与早期胞内体融合形成晚期胞内体。M6P脱磷，溶酶体蛋白与受体分离。晚期胞内体形成包含受体的小泡，与高而基体融合，少数与质膜融合。晚期胞内体进一步形成溶酶体,2020/6/3,36,2020/6/3,37,组成型和诱导型分泌途径,组成型的外排途径(constitutiveexocytosispathway):由高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。通过defaultpathway完成蛋白质转运过程。调节型外排途径(regulatedexocytosispathway):分泌物(如激素、或酶)储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。,2020/6/3,38,2020/6/3,39,蛋白质分选途径,2020/6/3,40,第五节胞吞作用,胞吞作用是真核细胞从周围环境中摄取液体以及溶于其中的各种大小分子的过程。质膜凹陷形成胞内体endosome吞噬作用phagocytosis,大的颗粒性物质，信号触发过程，特定细胞胞饮作用pinocytosis,连续摄入溶液和分子，存在所有细胞受体介导的胞吞作用是一种选择浓缩机制。低密脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等都是通过受体介导的胞吞作用进行的。,2020/6/3,41,LDL通过受体介导途径进入细胞,胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（low-densitylipoproteins，LDL），释放到血液中。当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成LDL跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。受体与LDL颗粒结合后，形成衣被小泡。进入细胞质的衣被小泡随即脱掉网格蛋白衣被，成为平滑小泡，同早期胞内体融合。胞内体中PH值低，使受体与LDL颗粒分离；再经晚期内体将LDL送人溶酶体。在溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆固醇而被利用。,2020/6/3,42,LDL通过受体介导途径进入细胞,2020/6/3,43,内吞的大分子在胞内体中分选,早期胞内体