十一章蛋白质的生物合成

1、细 胞 生 物 学齐齐哈尔医学院生物遗传教研室 岳丽玲 制作教 学 课 件第九章 细胞的内膜系统细胞的内膜系统：是在结构、功能乃至发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构。包括内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体和分泌泡等。一.核糖体的基本类型和化学组成非膜性细胞器；电镜：核糖体为高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒。 15-25nm。第一节 核糖体（ribosome)成分：蛋白质 40% 核糖体RNA(rRNA ) 60%一.核糖体的基本类型和化学组成非膜性细胞器；电镜：核糖体为高电子密度的圆形或椭圆形致密小颗粒。 15-25nm。每个核糖体有大、小两个亚基组成。第一节 核糖体（riboso

2、me)小亚基大亚基mRNA通道核糖体的种类和沉降系数 核糖体的类型 单体 大亚基 小亚基 原核细胞核糖体 70S 50S（23S 5S rRNA） 30S（16S rRNA） + 31种蛋白质 + 21种蛋白质 真核细胞核糖体 80S 60S（28S 5.8S 5S rRNA） 40S（18S rRNA） + 49种蛋白质 + 33种蛋白质 线粒体核糖体 55-80S(因种类而异） 50S 30SMg2+0.001mol/L：大小亚基结合 Mg2+0.01mol/L：2个核糖体结合 形成二聚体60S+40S+Mg2+Mg2+80S+Mg2+Mg2+120S多聚核糖体（polyribosome)

3、： 核糖体可由mRNA串连起来，形成针簇状、菊花状或念珠状的长链，这样形成蛋白质合成的功能单位，称为多聚核糖体。功能：参与蛋白质的合成。翻译：由mRNA分子中的核苷酸顺序转变为多肽链中氨基酸 顺序的过程。三联体密码（密码子）：mRNA分子中每三个相邻的碱基 决定了合成的多肽链中的一种氨基酸。二、 核糖体的功能起始密码：AUG终止密码：UAA、UAG、UGA60S40StRNAmRNA多肽链转移酶P位GTP酶A位60S40S40S60S核糖体与多肽链合成有关的活性部位： 受体部位（A位） 供体部位（P位） 转肽酶活性部位 GTP酶活性部位 由游离核糖体合成，多分布细胞基质中。用于组成细胞自身的结

4、构及参与细胞新陈代谢过程的蛋白质。在新分裂来的幼稚细胞、未分化细胞和胚胎细胞中分布多。外输蛋白（分泌蛋白）： 由附着核糖体合成，大多从细胞分泌出去。如某些酶、抗体和蛋白类激素。结构蛋白：三、核糖体合成的蛋白质游离核糖体：游离在细胞质中。附着核糖体（膜旁核糖体）：附着在内质网表面。核糖体 类型 1945年，K.R.Poter-电子显微镜-小鼠成纤维细胞-内质网（endoplasmic reticulum,ER）第二节 内质网核膜外层 一、内质网的形态结构和类型 内质网是由一层单位膜围成的相互连续的小管，小泡，扁囊样结构组成的网状膜系统，膜厚5-6nm.内质网内质网的内腔相互连通。细胞膜内质网小管

5、小泡扁囊状细胞膜核膜内质网的分布和数量多少与细胞的生理功能相关，执行分泌功能的细胞内质网较发达。核糖体粗面内质网滑面内质网二、内质网的类型(一)粗面内质网（rER):膜表面附着核糖体；形态多为板层状排列的扁囊；网腔内含低电子或中等电子密度的物质；多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内。如胰腺细胞和浆细胞；而在未分化或分化低的细胞，如胚胎细胞和干细胞及肿瘤细胞中粗面内质网较少。（二）滑面内质网（sER)膜表面无核糖体附着；形态多为分枝小管或小泡；多分布在一些特化的细胞中。如肝细胞，睾丸间质细胞，肾上腺细胞。ERRERSER三、内质网的化学组成脂类：40%较细胞膜少，主要成分为磷脂。 磷脂酰胆碱

6、含量较高，鞘磷脂含量较少。蛋白质：60%较细胞膜多，约有30多种膜结合蛋白。 葡萄糖-6-磷酸酶被认为是标志酶， 电子传递体系：细胞色素b5，NADH-细 胞色素b5还原酶，细胞色素P450酶系。 内质网膜内质网功能：使细胞质区域化，为物质代谢提供特定的内环境；扩大膜的表面积，有利于酶的分布提高代谢效率；为蛋白质，脂类和糖类的重要合成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用；对细胞起机械支持作用。四、内质网的功能（一）粗面内质网的功能粗面内质网的主要功能是进行蛋白质的合成、修饰加工、分选和转运。粗面内质网主要合成的蛋白质有：分泌性蛋白：包括抗体、酶类、肽类激素 和细胞外基质蛋白 膜蛋白可溶性驻留

7、蛋白1.粗面内质网与分泌蛋白质的合成信号肽的合成 信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成核糖体与内质网膜结合多肽链进入内质网腔主要过程G. Blobel等1975年提出了信号假说(Signal hypothesis)，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质由核糖体转至内质网上合成。因此获1999年诺贝尔生理医学奖。1. 信号肽（signal peptide）：在成熟mRNA5端起始密码（AUG)之后，有一组编码特殊氨基酸序列的密码子，称为信号密码，由信号密码翻译出的肽链，叫做信号肽。一般1630个氨基酸残基。蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：信号识别颗粒（signal recognition

8、particle，SRP），由6种多肽组成，结合一个7S RNA。能与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。SRP受体（SPR receptor），内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合。停止转移序列（stop transfer sequence），肽链中还可能有某些序列与内质网膜有很高的亲合力，而结合在脂双层中，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜Pr。SRP与核糖体的结合与分离 新生肽链上的信号肽SRPSRP-核糖体复合体与内质网膜上的SRP受体结合核糖体结合蛋白蛋白转运器粗面内质网膜上的SRP受体蛋白SRP与信号肽的结合使翻译暂停细胞质内质网腔继续翻译并开始穿过内质网膜SRP释放并再循环

9、 （Bip 蛋白）（直径8.5nm)2nm通道新生肽链到内质网腔的跨膜转运信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽切除肽链延伸至终止。蛋白质转入内质网合成的过程：2.蛋白质在内质网腔的折叠 蛋白质折叠需要内质网腔的可溶性驻留蛋白，如蛋白二硫键异构酶（PDI)、结合蛋白（Bip)、葡萄糖调节蛋白94（Grp94）等分子伴侣的参与。 这类蛋白能识别正在合成的或一部分折叠的多肽并与之结合，予以正确折叠。但在这一过程中其本身并不参与最终产物的形成，只起陪伴作用，故得名分子伴侣。3.粗面内质网与蛋白质的糖基化蛋白质的糖

10、基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。糖与蛋白质的连接方式O-连接的寡糖蛋白：发生在高尔基复合体内。寡糖与酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸的OH连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺。N-连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内。寡糖与天冬酰胺残基的NH2连接。糖为N-乙酰葡糖胺、甘露糖、葡萄糖。5353mRNAAsnNH2AsnNH2rER膜 rER腔多萜醇糖基转移酶寡糖核糖体新生的多肽正在ER中合成蛋白质的N-连接糖基化糖基化的作用：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。4.蛋白质由内质网向高尔基体的运输 新合成的分泌蛋白内质网腔小泡出芽经

11、高尔基体 分泌泡发育成酶原颗粒移到细胞的游离端排出分泌蛋白需要衣被蛋白构成的两种衣被的参与：COP II：功能是介导经内质网合成的蛋白质向高尔基体的运输。COP II由内质网以出芽的方式形成。COP I ：功能是回收应驻留于内质网的蛋白。 COP I 由高尔基体以出芽的方式形成。蛋白质在内质网与高尔基体之间的运输Cop I and II Vesicles马达Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）回收信号脂肪酸 + 磷酸甘油 磷脂酸+磷酸甘油酰基转移酶磷脂酸酶二脂酰甘油酯 + CDP-胆碱卵磷脂胆碱磷酸转移酶5、粗面内质网与膜脂的合成（一）粗面内质网的功能1.粗面内质网与分泌蛋白质的合成2.

12、蛋白质在内质网腔的折叠3.粗面内质网与蛋白质的糖基化4.蛋白质由内质网向高尔基体的运输5.粗面内质网与膜脂的合成1.固醇激素的合成和脂类代谢2.糖原的合成与分解3.解毒作用：如肝细胞的细胞色素P450酶系。（二）滑面内质网的功能五、内质网的病理改变内质网在病理条件下，会发生肿胀、肥大和某些物质的积累、解聚和脱粒。第三节 高尔基体（Golgi complex)最早发现于1855年，1889年，Golgi用银染法，在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。20世纪50年代以后才正确认识它的存在和结构。一. 高尔基复合体的形态结构光镜：网状结构电镜扁平囊成熟面（反面）小囊泡大囊泡形

13、成面（顺面）高尔基体的三维结构顺面高尔基体网状结构（cis Golgi network，CGN），分选来自内质网新合成的蛋白质、脂类。高尔基体中间膜囊（medial Golgi），多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。反面高尔基体网状结构（trans Golgi network，TGN）， 是高尔基体的出口区域，功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输出。 The Golgi Apparatus反面高尔基体网状结构顺面高尔基体网状结构高尔基体中间膜囊内质网向高尔基体的运输小泡靠近顺面高尔基体的网状结构靠近反面高尔基体的网状结构高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：嗜锇反

14、应：顺面膜囊被特异地染色；焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特异显示高尔基体的反面的12层膜囊；烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可显示高尔基体中间几层扁平囊；胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)：可显示靠近反面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。 高尔基体膜：蛋白质 60% 脂类40% ，具有一些和ER共同的蛋白成分。膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜之间。高尔基体中的酶：主要有糖基转移酶、磺基-糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。 标志酶为糖基转移酶。二、高尔基复合体的化学组成三、高尔基复合体的功能3H标记亮氨酸3分钟20分钟90

15、分钟高尔基复合体在细胞分泌活动中起着重要的运输作用；在分泌颗粒的形成过程中起着浓缩、修饰、加工等作用。（一）与细胞的分泌活动有关（二）参与糖蛋白的合成和修饰N-连接的寡糖链：在rER腔内合成。O-连接的寡糖链：在高尔基复合体内合成。糖蛋白3H标记甘露糖（去除发生在中间扁平囊靠近顺面部位）3H标记半乳糖；唾液糖（加入发生在中间扁平囊靠近反面部位）3H标记N-乙酰葡萄糖胺（加入发生在中间扁平囊中间部位）高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性。N-连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内，糖为N-乙酰葡糖胺、甘露糖。O-连接的寡糖蛋白：连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。蛋白

16、质合成溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖加N-乙酰葡萄糖胺加半乳糖加唾液酸；分选溶酶体顺面管网中层囊反面囊反面管网大泡（分泌颗粒）rER高尔基复合体顺面囊切除甘露糖高尔基堆（三）分选蛋白质 的功能出芽去衣被蛋白质释放运输小泡与靶部位的膜融合蛋白质分选产物无活性的前体物质（某些肽类激素）胰岛素：A、B、C、三个肽链加工改造有生物活性的物质（激素）胰岛素：A、B、二个肽链（四）蛋白质的水解和加工（五）高尔基复合体与溶酶体的形成溶酶体的酶是由rER上的核糖体合成rER腔内运输小泡 高尔基复合体（加工修饰）溶酶体的酶内含有甘露糖-6-磷酸，高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异与其结合，诱导

17、溶酶体酶聚集并出芽离开高尔基复合体形成溶酶体。膜流：细胞的各种膜性结构之间相互联系和转移的现象称膜流。内质网运输小泡高尔基复合体大囊泡（六）参与膜的转化细胞膜回收膜五.高尔基复合体的病理改变异常改变高尔基复合体的肥大和萎缩高尔基复合体内容物的改变高尔基复合体在癌细胞中的改变第四节 溶酶体 (lysosome) 1955年: 发现具酸性磷酸酶活性颗粒， 1956年: 确认为细胞器， 定名为溶酶体。 现在: 发现几乎所有的真核细胞都具有溶 酶体，原核细胞无. 细胞内的消化器官一、溶酶体的形态与特征形态特征：单位膜，6nm，内含多种 酸性水解酶，具有异质性，0.20.8m，呈球形、卵圆形小体lyso

18、some1、主要成分：脂蛋白（鞘磷脂含量多）2、特殊性质： 质子泵：保持溶酶体基质内的酸性环境。 特殊的转运蛋白：用于水解产物向外转运。 高度糖基化：可能有利于防止自身膜蛋白降解。 （一）溶酶体的膜溶酶体含有60多种水解酶，这些水解酶多为酸性水解酶； PH值5酶蛋白酶（肽酶）核酸酶磷酸酶糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂、糖链的酶）脂 酶硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）标志酶：酸性磷酸酶（AcP酶)溶酶体的酶（二）溶酶体的酶二、溶酶体的类型溶酶体内体性溶酶体（初级溶酶体）：运输小泡+内体。吞噬性溶酶体（次级溶酶体）：内体性溶酶体+底物(endolysosome)(phagolysosome)内体性溶酶体二、

19、溶酶体的类型溶酶体内体性溶酶体（初级溶酶体）：运输小泡+内体。吞噬性溶酶体（次级溶酶体）：内体性溶酶体+底物(endolysosome)(phagolysosome)吞噬性溶酶体二、溶酶体的类型（一）内体性溶酶体（前溶酶体）：运输小泡（Golgi器）+内体（细胞的胞吞作用）内吞体rER顺面管网反面管网高尔基复合体 溶酶体水解酶前体加入磷酸基团M-6-P溶酶体酶前 溶 酶 体ATPADP+PiH+去除磷酸pH=6成熟溶酶体clathrin coat, early/late endosome, acidic compartment（二） 吞噬性溶酶体 自体吞噬体 异体吞噬体内体性溶酶体自噬性溶酶体

20、异噬性溶酶体内体性溶酶体+（内源性和外源性）底物即来自细胞内的衰老和崩解的细胞器等，被细胞本身的膜包围1、自噬性溶酶体：作用底物是内源性的。 2、异噬性溶酶体：作用底物是外源性的。如：细菌、红细胞、血红蛋白、铁蛋白、酶、糖原颗粒自噬作用异噬作用自噬体 吞噬体吞饮体常见于单核-吞噬细胞系统的细胞、白细胞、肝细胞、肾细胞自噬性溶酶体异噬性溶酶体 3、残余小体（残质体） 消化作用的末期阶段， 酶活性降低或消失，未被 消化分解的残渣物质，残 留在吞噬性溶酶体内，形 成残余小体。如：脂褐质、髓样结构、多泡体、含铁小体等肝细胞脂褐质三、溶酶体的功能（一）溶酶体在细胞内的消化作用 1.异噬作用（hetero

21、phagy） 2.自噬作用（autophagy）（二）溶酶体在细胞外的消化作用（三）溶酶体的自溶作用与器官发育 1. 溶酶体参与受精过程 2. 在骨质更新中的作用 3. 在组织修复中的作用 （四）溶酶体调节激素的分泌 （一）溶酶体在细胞内的消化作用1.自噬作用（autophagy）：是指溶酶体消化细胞内自噬小体的过程。 意义：更新细胞成分 机体和细胞的自我保护 意义：为细胞生存提供营养 对机体的防御功能 清除机体内衰老细胞 2.异噬作用（heterophagy）是指溶酶体对外源性异物的消化作用。 异噬体：吞饮泡（pinocytotic vesicle）；吞噬体（phagosome）（二）溶酶体

22、在细胞外的消化作用1. 溶酶体参与受精过程精子头部的顶体是巨大溶酶体，内含多种水解酶。当精子与卵细胞的外层膜接触后，顶体膜便与细胞膜融合形成孔道，顶体内的水解酶被释放出来，称顶体反应（acrosome reaction）。消化掉围在卵细胞外的滤泡细胞，最终与卵细胞的细胞膜接触，完成受精作用。2. 在骨质更新中的作用破骨细胞的溶酶体酶能释放到细胞外，分解和消除陈旧的骨基质，这是骨质更新的重要步骤。机理：cAMP浓度升高引起蛋白激酶活化，进而引起微管极其周围蛋白质的磷酸化，结果使微管聚集，促使溶酶体释放溶酶体酶到细胞外。3. 在组织修复中的作用 （三）溶酶体的自溶作用与器官发育自溶作用概念：机体在

23、某种状态下，细胞内溶酶体破裂，水解酶溢出使细胞本身被消化分解的过程。在生理状态下：蝌蚪尾部逐渐（变态阶段尾部细胞溶酶体中的组织蛋白酶能消化退化的尾部细胞，变态阶段甲状腺素分泌增多促进溶酶体释放组织蛋白酶）；人体卵巢黄体的萎缩。在病理状态下：矽肺的形成。 参与激素的成熟过程：如甲状腺激素的合成调节激素的分泌量：当细胞产生过多的分泌泡时，溶酶体便与之融合降解多余的分泌物，这一过程称为粒溶作用。如哺乳期母鼠催乳素对乳腺分泌的调节。（四）溶酶体调节激素的分泌血管滤泡腔甲状腺球蛋白I2溶酶体甲状腺素甲状腺滤泡上皮细胞 调节激素的分泌量：当细胞产生过多的分泌泡时，溶酶体便与之融合降解多余的分泌物，这一过程称为粒溶作用。如哺乳期母鼠催乳素对乳腺分泌的调节。（四）溶酶体调节激素的分泌 参与激素的成熟过程：如甲状腺激素的合成四、溶酶体与疾病的关系（一）溶酶体与矽肺二氧化硅尘粒（