细胞生物学 (4)细胞质

1、细胞内膜细胞内膜（internal membraneinternal membrane）：）： 内膜构成的细胞器：线粒体，过氧化物酶体，细胞核，内膜构成的细胞器：线粒体，过氧化物酶体，细胞核， 内体，内质网，高尔基体，溶酶体，运输小泡等内体，内质网，高尔基体，溶酶体，运输小泡等。 内膜是真核细胞有别于原核细胞的一个主要特征内膜是真核细胞有别于原核细胞的一个主要特征 内膜的作用：区域化（区室），增加反应表面积内膜的作用：区域化（区室），增加反应表面积第一节 细胞质的组成细胞器细胞质内含物细胞质骨架细胞质基质一、细胞器（一、细胞器（organellesorganelles）*处于动态变化之中。处于

2、动态变化之中。*具有独特的结构特点和化学组成，行使各自的功能。具有独特的结构特点和化学组成，行使各自的功能。*彼此之间存在联系彼此之间存在联系*在不同类型细胞中具有共同的形态特征和功能活动，在不同类型细胞中具有共同的形态特征和功能活动， 但也是有区别的。但也是有区别的。核糖体中心体二、细胞质内含物二、细胞质内含物（cytoplasmic inclusionscytoplasmic inclusions）*糖原糖原*脂滴脂滴*蛋白结晶蛋白结晶有形代谢物质有形代谢物质三、细胞质骨架（三、细胞质骨架（cytoskeletoncytoskeleton）*微管、微丝、中间丝三种蛋白纤维微管、微丝、中间丝

3、三种蛋白纤维 构成的网络结构构成的网络结构*动态有序动态有序*参与细胞很多重要的生命活动参与细胞很多重要的生命活动四、细胞质基质四、细胞质基质（cytoplasmic matrixcytoplasmic matrix）*定义：定义： 形态学；形态学； 实验学和生物化学；胞质溶胶（实验学和生物化学；胞质溶胶（cytosol）*化学成分和物理特性：化学成分和物理特性：*功能功能内环境和代谢的场所内环境和代谢的场所糖酵解 蛋白质、脂肪合成细胞内外，细胞内各结构间的交流细胞内外，细胞内各结构间的交流胞内信号转导的途径胞内信号转导的途径组成互相联系，成为一整体细胞器细胞质骨架细胞质内含物细胞质基质RET

4、URN电镜结构：大、小亚基电镜结构：大、小亚基, ,一定一定 MgMg+ 浓度下浓度下聚合和解聚聚合和解聚分子组成和结构：分子组成和结构：rRNArRNA和蛋白质和蛋白质 Mg+=110mmol/LMg+1mmol/L种类种类 原核生物（原核生物（70S70S） 真核生物的线粒体、叶绿体（真核生物的线粒体、叶绿体（70S70S） 真核生物（真核生物（80S80S）二、核糖体与蛋白质的生物合成二、核糖体与蛋白质的生物合成to蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板mRNAmRNA遗传密码（遗传密码（genetic codes）起始密码起始密码AUG终止密码终止密码UAA/UAG/UGA 同义密码同义密码

5、 遗传密码是连续和有方向的遗传密码是连续和有方向的遗传密码在各种生物中是一样的遗传密码在各种生物中是一样的密码的解译和氨基酸的转运密码的解译和氨基酸的转运tRNAtRNA丙氨酰丙氨酰-tRNA 3 CGI 5 mRNA 5 GCU 3mRNA 5 GCC 3mRNA 5 GCA 3密码子密码子反密码子反密码子蛋白质合成的装配机蛋白质合成的装配机核糖体核糖体rRNA核酶（核酶（ribozyme） rRNA核糖体的形状核糖体的形状rRNAtRNA在在mRNA的定位的定位 rRNA和蛋白质各司其职核糖体上的一些结合位点核糖体上的一些结合位点*mRNA结合位点结合位点*tRNA结合位点结合位点（P位，

6、位，A位，位，E位）位）*催化位点催化位点*其他蛋白因子结合其他蛋白因子结合 位点位点to核糖体移动方向核糖体移动方向延长中的多肽链延长中的多肽链核糖体核糖体三种RNA共同协调，完成蛋白质的合成过程翻译翻译蛋白质生物合成的过程：蛋白质生物合成的过程：氨基酸的活化和结合氨基酸的活化和结合起始、延长、终止起始、延长、终止氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶特定的氨基特定的氨基酸酸特定的特定的tRNAtRNA+氨基酰氨基酰tRNAtRNAATPATPADPADP多肽链合成的起始多肽链合成的起始大亚基大亚基* *小亚基与起始氨酰小亚基与起始氨酰tRNAtRNA 结合结合*与与mRNAmRNA结合识

7、别起始密码结合识别起始密码 * *大亚基与大亚基与mRNAmRNA结合形成结合形成70s70s起始复合物起始复合物 * *需起始因子（需起始因子（IFIF）和）和GTPGTP多肽链合成的延长多肽链合成的延长进位进位转肽转肽移位移位进位进位转肽转肽 由转肽酶由转肽酶( (核酶核酶) )催化催化核糖体移动核糖体移动 需延长因子（需延长因子（EFEF）和）和GTPGTP多肽链合成的终止多肽链合成的终止释放因子释放因子结合到终止结合到终止密码子上密码子上酯键水解酯键水解多肽链释放多肽链释放多肽链合成多肽链合成装置解离装置解离终止密码子终止密码子释放因子（释放因子（RFRF）多肽链释放出来多肽链释放出来

8、 肽链合成装置解离肽链合成装置解离238多聚核糖体多聚核糖体在细胞内的存在形式在细胞内的存在形式固着核糖体固着核糖体游离核糖体游离核糖体固着核糖体固着核糖体游离核糖体游离核糖体( (一）糙面内质网的功能一）糙面内质网的功能( (二）光面内质网的功能二）光面内质网的功能糙面内质网的功能糙面内质网的功能1. 1. 蛋白质的合成蛋白质的合成合成的蛋白质进入内质网或定位于合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上内质网膜上胞质溶胶胞质溶胶细胞核细胞核溶酶体溶酶体 高尔基体高尔基体 内质网内质网 线粒体线粒体过氧化物酶体过氧化物酶体分泌颗粒分泌颗粒内体内体细胞表面细胞表面核糖体核糖体糙面内质网合成的三类蛋

9、白内质网、高尔基体、溶酶体的驻留蛋白内质网、高尔基体、溶酶体的驻留蛋白分泌蛋白分泌蛋白膜蛋白（内质网、高尔基体、溶酶体、质膜）膜蛋白（内质网、高尔基体、溶酶体、质膜）back合成的蛋白有两种形式：合成的蛋白有两种形式：可溶性蛋白 膜蛋白寡聚糖转移酶寡聚糖转移酶形成糖蛋白形成糖蛋白N-连接连接 O-连接连接N-连接连接寡聚糖转移酶寡聚糖转移酶Asn=天冬酰胺天冬酰胺O-连接连接苏氨酸、丝氨苏氨酸、丝氨酸、赖氨酸的酸、赖氨酸的-OH4.4.膜脂合成膜脂合成蛋白多肽的正确折叠和装配蛋白多肽的正确折叠和装配伴侣蛋白（伴侣蛋白（chaperone protein）蛋白二硫键异构酶（蛋白二硫键异构酶（PD

10、I）结合蛋白结合蛋白(Bip)钙联蛋白、钙网蛋白钙联蛋白、钙网蛋白to二硫键的形成（二硫键的形成（PDI）Protein disulfide isomerase，PDI蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶backbackBip (binding protein)结合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集结合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集钙联蛋白钙联蛋白back磷脂酰胆碱的合成过程细胞质基质面细胞质基质面内质网腔面内质网腔面磷脂转位子磷脂转位子（搅杂酶）（搅杂酶）质膜胞外侧质膜胞外侧质膜胞内侧质膜胞内侧磷脂转位子磷脂转位子（翻转酶）（翻转酶）磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂的膜间转运膜泡

11、运输膜泡运输磷脂交换蛋磷脂交换蛋白白内质网中的蛋白质质量控制内质网中的蛋白质质量控制蛋白修饰发生问题了怎么办？蛋白修饰发生问题了怎么办？蛋白修饰完成后怎么办？蛋白修饰完成后怎么办？扁平囊扁平囊大泡大泡小泡小泡顺面管网结构顺面管网结构（cis-networkcis-network）顺面囊顺面囊（cis cisternacis cisterna）反面囊反面囊（trans cisternatrans cisterna）反面管网结构反面管网结构（trans-networktrans-network）反面顺面To 扁平囊（扁平囊（cisternaecisternae）扁平囊堆（扁平囊堆（stacksta

12、ck）大泡、小泡（大泡、小泡（vesiclesvesicles）囊泡系统囊泡系统顺面管网结构顺面管网结构顺面囊顺面囊反面囊反面囊反面管网结构反面管网结构顺面囊顺面囊嗜锇嗜锇反面囊反面囊焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶反面管网反面管网胞嘧啶单核苷酸胞嘧啶单核苷酸不同的区室呈不同的细胞化学反应：不同的区室呈不同的细胞化学反应：可作为特征反应可作为特征反应二、高尔基体的功能二、高尔基体的功能 （一）（一）加工和修饰加工和修饰 1.糖蛋白的糖基化糖蛋白的糖基化N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺GlcNAc甘露糖甘露糖Man半乳糖半乳糖Gal唾液酸唾液酸NANA高甘露糖寡聚糖高甘露糖寡聚糖复合寡聚糖复合寡聚糖高尔基体

13、的区室和功能高尔基体的区室和功能2. 蛋白聚糖的糖基化蛋白聚糖的糖基化3. 糖脂的糖基化糖脂的糖基化4. 糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸盐化糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸盐化硫酸根硫酸根酪氨酸酪氨酸5. 分泌蛋白前体的有限水解分泌蛋白前体的有限水解胰岛素原的胰岛素原的有限水解有限水解back分选信号分选信号高尔基体的分选作用高尔基体的分选作用高尔基体根据蛋白所携有的特定高尔基体根据蛋白所携有的特定分选信号分选信号，以相应的以相应的受体受体与这些分选信号结合，并将不与这些分选信号结合，并将不同的蛋白分装到各自的运输小泡中，分别运同的蛋白分装到各自的运输小泡中，分别运送至不同的目的地。送至不同的目的地。主要分选的

14、蛋白主要分选的蛋白1.回输内质网的分选2.溶酶体酶蛋白的分拣溶酶体酶蛋白的分拣运输与溶酶体的形成运输与溶酶体的形成 back（2）受）受调分泌途径调分泌途径3.3.分泌蛋白、膜蛋白的分选分泌蛋白、膜蛋白的分选（1 1）基本分泌途径）基本分泌途径4.高尔基体驻留蛋白的分选单层膜包围的小囊泡单层膜包围的小囊泡, ,内含多种酸性水解酶内含多种酸性水解酶大小不一大小不一有较高电子密度有较高电子密度酸性水解酶酸性水解酶酶的特性酶的特性:1.最适最适pH362.多为带负电荷的糖蛋白多为带负电荷的糖蛋白膜的特性膜的特性:1.质子泵质子泵2.有转运蛋白有转运蛋白3.膜蛋白高度糖基化膜蛋白高度糖基化back溶酶

15、体的形成to 消除异物消除异物 提供营养提供营养 更新细胞成分更新细胞成分 调节激素分泌调节激素分泌四四.溶酶体与疾病溶酶体与疾病矽肺矽肺储积病储积病(storage disease)I细胞病细胞病(Inclusion cell disease)膜包围的微型小体膜包围的微型小体微体微体氧化酶、氧化酶、过氧化氢酶过氧化氢酶、过氧化物酶、过氧化物酶1.1.所包含的酶所包含的酶2.2.起源和形成起源和形成） 解毒作用解毒作用RH2+H2O2R+2H2O过氧化氢酶过氧化氢酶） 调节细胞氧张力调节细胞氧张力RH2+O2R+2H2O2氧化酶氧化酶） 参与脂肪酸的分解参与脂肪酸的分解 （mitochondr

16、ionmitochondrion）是普遍存）是普遍存在于哺乳动物成熟红细胞以外的真核细在于哺乳动物成熟红细胞以外的真核细胞中的细胞器，它是细胞进行氧化和能胞中的细胞器，它是细胞进行氧化和能量转换的主要场所，被喻为细胞的量转换的主要场所，被喻为细胞的“动动力工厂力工厂”或或“换能中心换能中心”。外膜内膜膜间腔核糖体基质颗粒嵴基质腔基粒（ATP酶）DNAto三、基质腔三、基质腔 线粒体核糖体线粒体核糖体 线粒体线粒体DNADNA 基质颗粒（基质颗粒（matrical granulematrical granule）ATPATP酶复合体酶复合体柄部柄部头部头部(F(F1 1因子因子) )基片基片(F

17、(F0 0因子因子) )第二节第二节 线粒体的化学组成线粒体的化学组成一、化学组成一、化学组成 1.1.蛋白质：蛋白质：65657070 2.2.脂类：脂类：25253030，磷脂，磷脂 3.DNA3.DNA 4. 4.其它：辅酶、维生素、无机离子及其它：辅酶、维生素、无机离子及RNARNA等等二、酶的分布特点二、酶的分布特点 约约120种：氧化还原酶种：氧化还原酶37 合成酶合成酶10 水解酶水解酶9 不同部位有独特的标志酶（约不同部位有独特的标志酶（约30种）种）氢原子（氢原子（H H ） H H+ + e e氢负离子（氢负离子（H H ） H H+ + 2e2eto复合复合物物辅酶辅酶Q

18、 Q复合复合物物细胞细胞色素色素C C复合复合物物琥珀酸琥珀酸复合物复合物2e2e2e2e2e2e1/2O22e2eNADHNADH电子传递链组分及反应序列示意图电子传递链组分及反应序列示意图复合物复合物复合物复合物复合物复合物电 子 传 递 链电 子 传 递 链return镶嵌在内膜脂质双分子层中，镶嵌在内膜脂质双分子层中，具有质子通道作用具有质子通道作用由由33、33、和和99个个亚基构成，催化亚基构成，催化ATPATP合成合成柄部：柄部：基片基片(F(F0 0因子因子):):F F1 1的抑制物的抑制物对寡霉素敏感的蛋白对寡霉素敏感的蛋白蛋白蛋白F F6 6to（二）（二）ATPATP酶

19、复合体酶复合体头部头部(F(F1 1因子因子):):returnATP合成合成 以以NADNAD+ + 为受氢体，形成为受氢体，形成3 3分子分子ATPATP 以以FAD FAD 为受氢体，形成为受氢体，形成2 2分子分子ATPATP（三）氧化磷酸化（三）氧化磷酸化（oxidative phosphorylationoxidative phosphorylation） 将生物氧化所释放能量的转移过程与将生物氧化所释放能量的转移过程与ADPADP的磷的磷酸化过程结合起来，而将生物氧化释放的能量转移酸化过程结合起来，而将生物氧化释放的能量转移到到ATPATP的高能磷酸键中，又称氧化磷酸化偶联。的高

20、能磷酸键中，又称氧化磷酸化偶联。ADP+PADP+Pi i ATP ATP E EE Eto二、二、物质氧化与能量转换的机制物质氧化与能量转换的机制 以葡萄糖为例以葡萄糖为例 1 1.无氧酵解无氧酵解 2.2.丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 3 3.三羧酸循环（三羧酸循环（TACTAC） 4 4.电子传递链电子传递链 氧化磷酸化氧化磷酸化偶联偶联 线粒体内膜线粒体内膜场所场所细胞质细胞质线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2+6H+6H2 2O 12HO 12H2 2O+6COO+6CO2 2 生成生成3636或或38ATP38A

21、TPreturnreturnreturn丙酮酸脂肪酸乙酰辅酶A三羧酸循环returnto葡萄糖葡萄糖2 2分子丙酮酸分子丙酮酸2 2分子乙酰辅酶分子乙酰辅酶A A三羧酸循环三羧酸循环 2NAD+2NADH+2H+ 2NAD+ 2FAD 6NAD+2NADH26NADH+6H+2NADH+2H+2H2O+6ATP2H2O+4ATP6H2O+18ATP2H2O+6ATPO2+6ADPO2+6ADPO2+4ADP3O2+18ADP2ADP+2ATP4ATP2ATP2ADP2GDP2GTP净产生2ATP4ATP34ATP（chemiosmotis hypothesischemiosmotis hypo

22、thesis） ：呼吸链各组分在内膜上分布不对称，：呼吸链各组分在内膜上分布不对称，当高能电子沿呼吸链传递，所释放的能量将当高能电子沿呼吸链传递，所释放的能量将H H泵至泵至膜间腔造成膜间腔膜间腔造成膜间腔H H浓度高于基质，在内膜两侧形浓度高于基质，在内膜两侧形成电化学质子梯度，在电化学质子梯度驱动下，成电化学质子梯度，在电化学质子梯度驱动下，H H通过通过ATPATP合成酶流回基质，其能量促使合成酶流回基质，其能量促使ADTADT和和PiPi形成形成ATPATP。 ：1.1.强调线粒体膜结构的完整性强调线粒体膜结构的完整性 2.2.定向的化学反应定向的化学反应2e2e- -1/2O2H2O

23、 1.1.物质氧化与能量转换的场所物质氧化与能量转换的场所 2.2.储积储积CaCa2+2+ 3. 3.调控细胞凋亡调控细胞凋亡凋 亡凋 亡半自主性的细胞器（半自主性的细胞器（semiautonomous organelle） 1.1.双链环状（双链环状（H H链和链和L L链）。链）。 2.2.基因排列紧密。基因排列紧密。 3.3.复制方式：半保留方式，但先后进行。复制方式：半保留方式，但先后进行。 4.4.转录：同时转录，完全对称。转录：同时转录，完全对称。 5.5.转录和翻译紧密联系。转录和翻译紧密联系。 6.6.线粒体遗传密码与通用密码有所差异。线粒体遗传密码与通用密码有所差异。人线粒

24、体人线粒体DNADNA编码的基因分布模式图编码的基因分布模式图37个结构基因：2种rRNA 22种tRNA 13种蛋白质编码序列returnreturnreturn线粒体是半自主性的细胞器线粒体是半自主性的细胞器二、核二、核DNADNA编码的线粒体蛋白质的运输编码的线粒体蛋白质的运输Hsp：热休克蛋白：热休克蛋白核糖体正确折叠的蛋白质正确折叠的蛋白质被蛋白酶水解丢弃Hsp60样装置Hsp60样装置hsp70装置hsp70装置引导肽前蛋白受体内外膜接触点成熟线粒体蛋白由电化学梯度驱动插入线粒体膜中识别转移到基质需要ATP参与被信号肽酶切割被切割的信号肽膜间腔蛋白蛋白酶切割内膜上蛋白内膜上蛋白线粒

25、体合成的蛋白切割位点信号肽信号肽切割位点停止转运的蛋白toLeberLeber遗传性视神经病（遗传性视神经病（LHONLHON） ND4ND4* * 11778 11778GAGA，精氨酸，精氨酸组氨酸组氨酸 ND1ND1* * 34603460GAGA，丙氨酸，丙氨酸丝氨酸丝氨酸 肌阵挛性癫痫和粗糙红纤维综合征（肌阵挛性癫痫和粗糙红纤维综合征（MERRFMERRF） tRNAtRNALys Lys : : 83348334AGAG；83568356TCTC神经性肌虚弱神经性肌虚弱, ,共济失调及色素性视网膜炎综合征共济失调及色素性视网膜炎综合征(NARP)(NARP) H H+ +-ATP-

26、ATP酶酶: : 89938993TGTG，亮氨酸，亮氨酸精氨酸精氨酸return一、线粒体病（一、线粒体病（mitochondrial diseasesmitochondrial diseases，MDMD） 特点：特点： 1.MD1.MD多数由于线粒体多数由于线粒体DNADNA改变而引起。改变而引起。 2.MD2.MD具有母系遗传的特点。具有母系遗传的特点。 3.MD3.MD多为神经、肌肉系统疾病。多为神经、肌肉系统疾病。二、线粒体与衰老：与二、线粒体与衰老：与mtDNAmtDNA有关有关本章小结细胞质由细胞器、细胞内含物、细胞骨架、核糖体、中心体、细胞质基质等部分构成。其中，除细胞质基质

27、外其余都为有形成分。细胞质基质为细胞提供了内环境，并和这些有形成分存在广泛的交流。核糖体是细胞合成蛋白的场所，整个合成过程中mRNA作为模板；tRNA解译遗传密码，转运相应的氨基酸；rRNA为前两者提供结合的位点，并催化相关的反应。合成分起始、延长、终止三个步骤。内质网由膜包围而成，分糙面内质网和光面内质网，两者在形态、功能上都有所不同。糙面内质网是胞内脂类合成和蛋白加工的重要场所。高尔基体也由膜构成，但形态与内质网的不同，它除了具有物质的加工作用外，还有蛋白的分选作用。溶酶体是膜性的泡状结构，内含多种酸性水解酶。在细胞内负责各种消化活动，包括胞吞物质的消化、细胞自身物质的消化以及胞外物质的消化。过氧化物酶体是一种球