分子细胞与组织：细胞质

1、1,细胞质 cytoplasm,2,Cell Structure,3.细胞核 *核膜 *染色质 *核仁 *核骨架,真核细胞Eucaryotic cells,1.质膜,2.细胞质 *细胞器 * 细胞骨架 * 细胞质内含物 * 细胞质基质,3,细胞骨架（光镜200）,肝细胞（电镜 20000）,HE染色（光镜20）,显微镜下的细胞质,4,细胞质组成,1.细胞器（organelles) 特化的结构和功能 2.细胞质内含物(inclusion) 显微镜可见，离心可沉淀； 生物大分子的聚集物 如：糖原、脂滴 3. 细胞骨架(cytoskeleton) 纤维蛋白网络 4.细胞质基质(cytosol) 无定

2、形物质和细胞内环境，蛋白质及代谢产物等,5,细胞器,An organelle is a specialized subunit within a cell that has a specific function. Organelles are identified by microscopy, and can also be purified by cell fractionation. 形态学 化学成分和结构 功能,“细胞区室”,细胞器organelle与细胞,器官organ与人体,6,细胞器,1. 核糖体Ribosome,2. 内质网 Endoplasmic reticulum,3. 高

3、尔基体 Golgi Apparatus,4.溶酶体 Lysosome,6. 线粒体 Mitochondrion,7. 过氧化物酶体Peroxisome,5. 蛋白酶体 Proteasome,7,细胞质 (chapter 6,7,8) 细胞功能活动与细胞器 细胞质(chapter 9) 细胞骨架,8,蛋白质：细胞功能和生命活动的执行者,Before we hope to understand how genes work, how muscles contract, how nerves conduct electricity, how embryos develop, or how our b

4、odies function, we must attain a deep understanding of proteins.,蛋白质是由20种氨基酸通过肽键相连的大分子； 蛋白质执行着细胞内绝大多数的功能，包括催化代谢反应、负责遗传物质的复制、对外界刺激进行应答、细胞内分子的运输等。,Insulin（胰岛素）,细胞内蛋白质的准备,STEP1 蛋白质合成Biosynthesis,STEP3 运输targeting,运输到正确的目的地,STEP2 蛋白质折叠、装配和加工修饰,填加功能基团,氨基酸-氨基酸。,STEP4 降解Degradation,被蛋白水解酶再水解为氨基酸,1.细胞质基质、细胞

5、器,2.细胞膜,3.细胞外,控制蛋白质的量,氨基酸再利用,折叠成高级结构、亚基的装配；,10,蛋白质是否能够发挥功能的调控环节,（4）活性： 修饰 （糖基化、磷酸化、泛素化、）,（3）位置：去向和定位,（2）结构：构象，折叠，装配,（1）量：合成 ，降解,11,第六章 细胞质： 蛋白质合成、加工和转运相关的亚细胞结构,12,第一节 核糖体第二节 内质网第三节 高尔基体,13,第一节 核糖体（ribosome）蛋白质合成的场所,14,中心法则 The genetic information is transcribed（转录） from DNA to RNA and then translate

6、d（翻译） from RNA into protein.,遗传信息从DNA到蛋白质的转移.,基因表达（Gene expression）,蛋白质合成,Transcription and Translation,15,蛋白质合成,核苷酸 排列顺序,Human insulin gene, complete cds - Nucleotide - NCBI /nuccore/J00265.1,2424 atggccc tgtggatgcg cctcctgccc ctgctggcgc tgctggccct ctggggacct gacccagccg ca

7、gcctttgt gaaccaacac ctgtgcggct cacacctggt ggaagctctc tacctagtgt gcggggaacg aggcttcttc tacacaccca agacccgccg ggaggcagag,3397 tggg gcaggtggag ctgggcgggg gccctggtgc aggcagcctg cagcccttgg ccctggaggg gtccctgcag aagcgtggca ttgtggaaca atgctgtacc agcatctgct ccctctacca gctggagaac tactgcaact ag,氨基酸 排列顺序,Prote

8、in,Gene,基因表达（Gene expression）,16,The Nobel Prize in Chemistry 2006,Roger D. Kornberg,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968 for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis,17,形态和结构,*大小：20nm,*类型: 膜结合核糖体 or 游离核糖体,*无膜包裹,成分： rRNA + ribosome proteins (e.g RPL5,R

9、PS27),核糖体,EM,Large subunit,X-ray crystallograpy,Small subunit,结构：大亚基+小亚基,18,Q:制造核糖体？,A:核仁,回忆，复习,Q:如何制造核糖体？,A:核糖体生物合成,19,Q1：蛋白质合成（基因表达的翻译过程） 如何在核糖体上进行？ 从mRNA到蛋白质？,20,*mRNA: 作为氨基酸连接顺序的模版，编码排列顺序,*氨基酸 ：tRNA携带，特异tRNA携带对应氨基酸,mRNA,密码子(codon) mRNA上3个连续的核苷酸作为代码，编码一种氨基酸，64种密码子。,AAAAAAA,AUG,UAA,tRNA,反密码环：密码的解译

10、,对应反密码环，携带氨基酸,21,Video2,蛋白质在核糖体上的合成，从mRNA到蛋白质,22,“ 蛋白质合成的平台和场所”,结合mRNA； 结合tRNA；,移动、读码； 催化肽键形成。,Q1：在核糖体上，如何从mRNA翻译到蛋白质？,蛋白质合成时，大小亚基才装配,23,238,细胞内蛋白质合成的高效性：多聚核糖体 Polyribosome,基因表达,转录,翻译 蛋白质合成,细胞核,核糖体,25,游离核糖体Free ribosome,膜结合核糖体Membrane-bound ribosome,两种核糖体在蛋白质合成时有什么不同?,26,第二节 内质网,蛋白质继续合成？什么种类的蛋白质？,27

11、,形态和结构,非常发达的网络结构; 连续不断的; 与核膜相连续； 动态的 (video),内质网Endoplasmic reticulum,* 内膜系统（endomembrane)； * 扁平膜囊或管状； * 糙面内质网Rough ER: 核糖体附着 光面内质网Smooth ER,比较RER和SER,EM:睾丸间质细胞（合成雄激素的细胞）,29,1.蛋白质在附着核糖体上合成 并移位至内质网,*ER膜识别核糖体装置； *ER膜上的酶切割新生肽链上的信号肽,30,2.进入内质网的蛋白质进行糖基化修饰,内质网膜上合成寡糖链；整条寡糖链在内质网腔中的糖基转移酶作用下共价连接在肽链的某个氨基酸残基上，称

12、为糖基化修饰（protein glycosylation）,2种： N-连接，主要形式；,内质网腔的糖基转移酶等,O-连接,为什么需要糖基化？,31,3.进入内质网的蛋白质需要折叠和装配 （protein folding and assembly),*内质网腔内的伴侣蛋白 （chaperone proteins）,Bip,Protein disulfide isomerase (PDI),32,ER,Golgi apparatus,内质网发出膜泡，包围新合成蛋白质，运输至高尔基体.,4.进入内质网的蛋白质仍会转运至高尔基体,33,A1：某些蛋白质在内质网继续完成合成 A2：经过折叠、装配和糖基

13、化加工，转运至高尔基体； 什么类型蛋白质？,蛋白质继续合成？什么种类的蛋白质？,34,1.膜磷脂合成;2.胆固醇合成.,糙面内质网的其他功能：脂质合成,内质网膜上完成,35,内质网腔的伴侣蛋白,内质网其他功能： 内质网对蛋白质质量的控制,处理误折叠蛋白质：被送出内质网并降解，构象不正确的蛋白质被清除。,36,内质网应激(ER stress),在某些情况下，内质网未折叠或错误折叠蛋白质明显增多。当超出内质网的处理 能力时，细胞会应对变化,激活相关信号级联反应。如果仍无法缓解，细胞凋亡程序启动，细胞被清除。,内质网应激与疾病相关。,信号级联反应 UPR(unfolded protein respo

14、nse),37,1.继续蛋白质合成 2.切除蛋白质ER信号肽 3.蛋白质糖基化加工 4.蛋白质折叠和装配 5.蛋白质转运至高尔基体,其他功能,1. 膜脂合成 2.蛋白质质量控制,1974年诺奖，发现内质网和核糖体功能。 模型：胰腺细胞中胰酶合成的过程,糙面内质网功能,38,第三节 高尔基体,为什么蛋白质要运输至高尔基体？ 什么种类的蛋白质？,39,* 位置：靠近细胞核 * 膜囊堆，3-10层; * 极性：有不同的2个面,高尔基体（Golgi Apparatus),40,cis Golgi network, CGN cis saccules medial saccules trans saccu

15、les trans Golgi network, TGN,大泡,Trans exit face反面，退出面,Cis entry face顺面，进入面,特征性的形态和生化成分,高尔基体的“极性”,41,ER,Golgi apparatus,内质网发出膜泡，包围新合成蛋白质，运输至高尔基体.,进入内质网的蛋白质仍会转运至高尔基体,蛋白质在高尔基体发生了什么？,42,1.蛋白质在高尔基体继续完成糖基化过程，形成糖蛋白。,在内质网内的糖基化，在高尔基体继续完成,在每一个区室进行不同的加工,43,2.蛋白聚糖和糖脂也在高尔基体完成糖基化,3.蛋白聚糖和糖蛋白的硫酸盐化也在高尔基体完成,例：细胞膜上的糖基

16、化蛋白质,高尔基体中发生的修饰和加工,44,MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAA FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPK TRREAEDLQVGQVELGGGPGAGSLQPLALEGSLQKR GIVEQCCTSICSL YQLENYCN,Nucleotide acid sequence:,2424 atggccc tgtggatgcg cctcctgccc ctgctggcgc tgctggccct ctggggacct gacccagccg cagcctttgt gaaccaacac ctgtgcggct cacacctggt ggaagctctc tac

17、ctagtgt gcggggaacg aggcttcttc tacacaccca agacccgccg ggaggcagag,3397 tggg gcaggtggag ctgggcgggg gccctggtgc aggcagcctg cagcccttgg ccctggaggg gtccctgcag aagcgtggca ttgtggaaca atgctgtacc agcatctgct ccctctacca gctggagaac tactgcaact ag,Gene,2424-2495 encodes: Signling peptide 2496-2610, 3397-3542 encodes:

18、 Precursor of insulin,Protein,Amino acid sequence:,成熟Insulin,4.分泌蛋白质的水解成熟在高尔基体完成,45,高尔基体功能（一）,大分子的加工和修饰,*分泌蛋白前体的水解成熟,*糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂的糖基化,*糖蛋白、蛋白聚糖的硫酸盐化,46,转运至目的地,大分子在内质网和高尔基体完成了合成、加工和修饰；,高尔基体功能（二）,蛋白质的分选 Protein sorting,高尔基体中蛋白质的分选,*TGN分选: 蛋白质转运至溶酶体、膜表面、释放至细胞外。,*CGN分选: 蛋白质返回内质网,*蛋白质驻留在高尔基体,分选途径,48,识别不同

19、的蛋白质， 芽生出不同的小泡， 转运至不同的目的地。,溶酶体,细胞膜和细胞外,内质网,高尔基体分选机制,CGN：溶酶体酶加工，形成分选信号：M6P,M6P,高尔基体分选途径之一：转运至溶酶体,TGN：M6P受体，形成特异的小泡，只转运至内体至溶酶体。,50,高尔基体分选途径之一： 蛋白质分泌（secretion),胞吐(exocytosis)： 质膜的更新，蛋白质的释放,持续分泌,受调分泌,51,高尔基体2大功能：加工修饰和分选,52,产生了什么种类的蛋白质？,为什么蛋白质要运输至高尔基体？,加工、修饰、分选,糖基化蛋白质,*质膜蛋白质,*溶酶体膜蛋白和酶,*分泌性蛋白质,*内质网蛋白质,*高尔基体蛋白质,细胞内：,细胞外：,53,蛋白质合成、转运至高尔基体,1974年诺奖，发现内质网和核糖体功能模型：胰腺外分泌细胞中胰酶合成和分泌的过程,糙面内质网,箭头： 高尔基体,高尔基体,分泌颗粒的形成,pancreas,Pancreatic duct,intestine,细胞分泌的蛋白质对机体功能活动的贡献,例： 胰腺的外分泌细胞,胰酶的合成和进食后的受调分泌,胰酶分泌后，进入小肠,55,蛋白质经过膜结合核糖体、内质网、高尔基体后，,在细胞内，,作为分泌性蛋白质，作用于其他靶细胞，与机体活动有关,与细胞膜的更新有关,有分泌功能的细胞中相关细胞器很发达,与细胞器更新有关,在细胞外，