细胞内膜系统.ppt

1、细胞的内膜系统,第九章,内膜系统的组成: 内质网; 高尔基体; 溶酶体; 过氧化物酶体; 中心体; 核被膜的外核膜;,核糖体(ribosome),核糖体又称核蛋白体,是合成蛋白质的细胞器，其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。,核糖体的基本类型与成分,核糖核蛋白体,简称核糖体(ribosome) 基本类型 附着核糖体 游离核糖体 70S的核糖体 80S的核糖体 主要成分 蛋白质：40%，核糖体表面 rRNA:60%,，核糖体内部,核糖体的化学组成:,真核生物核糖体（80S） 大亚基：28SrRNA、 5.8SrRNA 、 5SrRNA+50种蛋白质 小亚基：18SrR

2、NA +30种蛋白质,原核生物核糖体（70S） 大亚基：23SrRNA 5SrRNA + 34种蛋白质 小亚基：16SrRNA +21种蛋白质,原核生物与真核生物核糖体成分的比较,同一生物中不同种类的r蛋白的一级结构 均不相同，在免疫学上几乎没有同源性。 不同生物同一种类r蛋白之间具有很高 的同源性， 并在进化上非常保守。,在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分,具有肽酰转移酶的活性； 为tRNA提供结合位点(A位点、P位点和E位点)； 为多种蛋白质合成因子提供结合位点； 在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结 合以及在肽链的延伸中与mRNA结合； 核糖体大小亚单位的结合、校正阅读(pr

3、oofreading)、 无意义链或框架漂移的校正、以及抗菌素的作用等 都与rRNA有关。,r蛋白质的主要功能,对rRNA 折叠成有功能的三维结构是十分重要的； 在蛋白质合成中, 某些r蛋白可能对核糖体的构象 起“微调”作用； 在核糖体的结合位点上甚至可能在催化作用中, 核 糖体蛋白与rRNA共同行使功能。,核糖体上具有一系列与蛋白质 合成有关的结合位点与催化位点,与mRNA的结合位点 与新掺入的氨酰-tRNA的结合位点氨酰基位点，又称A位点 与延伸中的肽酰-tRNA的结合位点肽酰基位点，又称P位点 肽酰转移后与即将释放的tRNA的结合位点E位点(exit site) 与肽酰tRNA从A位点转

4、移到P位点有关的转移酶 (即延伸因子EF-G)的结合位点 肽酰转移酶的催化位点 与蛋白质合成有关的其它起始因子、延伸因子和 终止因子的结合位点,内质网（endoplasmic reticulum）,细胞质中由小管、小泡和扁囊连接成三维网状的膜系统;由内质网膜围成的腔称为内质网腔；,内质网的形态,内 质 网,扁囊,小管,小泡,形态、数量和分布在不同细胞中不同； 与细胞的类型、功能、分化程度以及环境条件有关； 同一细胞不同区域形态也会随发育时期、生理状态不同而不同；,内质网的结构和化学组成,由内质网膜和内质网腔构成 与核膜外层及微管相连 支撑内质网 化学成分为蛋白质和脂质,内质网的种类,粗面内质网

5、（rough ER, rER）,呈扁囊状，膜上附着有核糖体；其腔常与核周腔相连,粗面内质网蛋白质合成加工的功能：,粗面内质网与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关； 作为核糖体附着的支架； 外输性或分泌性蛋白质； 膜整合蛋白质； 构成细胞器中的驻留蛋白质； 新生多肽链的折叠与装配； 蛋白质的糖基化； 蛋白质的胞内运输； 信号肽介导分泌蛋白在粗面内质网合成；,粗面内质网蛋白质合成加工的功能：,新生多肽链的折叠与装配：在内质网腔完成； 在内质网腔中存在丰富的氧化型谷胱甘肽（GSSG)，有利于半胱氨酸残基之间二硫键形成； 蛋白质折叠方式首先是基于氨基酸的排列顺序提供的理化信息，其次是分

6、子伴侣及折叠酶的作用；,蛋白质折叠假说,蛋白质动态折叠机制目前了解甚少，基于蛋白质折叠途径的中间产物的研究，提出了一些假说，假说要点为： 多肽链先通过疏水作用自我折叠形成二级结构组件； 这些骨架链组合成特定的模序（motif),最终形成稳定的天然构象； 模序,指蛋白质分子中，一个或多个具有二级结构的肽段，在空间结构上相互接近，形成一个二级结构的聚集体；,分子伴侣：,分子伴侣：又称伴侣蛋白，是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质，在细胞内能协助其它多肽结构完成正确的折叠、组装、转运和降解； 分子伴侣本身不包括控制正确折叠所需的构象信息，其作用主要是阻止非天然多肽链的错误折叠或凝集； 封

7、闭待折叠多肽链中暴露的疏水区段； 创造一个隔离的环境，给处于折叠中间态的多肽链提供更多的正确折叠的机会； 分子伴侣能提高蛋白质折叠的产率，但不一定能提高折叠速度； 分子伴侣可存在于细胞的各个部位； 目前细胞内存在两类伴侣蛋白家族：热休克蛋白（heat shock protein,Hsp)家族和伴侣素（chaperonin);,分子伴侣作用机制：,蛋白质折叠的分子基础：蛋白质分子内反应表面被暴露的疏水侧链，通过疏水作用形成疏水核； 伴侣蛋白能与多肽片段结合，保持肽链成伸展状态，防止错误折叠；然后释放多肽片段，使其正确折叠； 伴侣蛋白能介导变性蛋白的肽链重新折叠，恢复其天然空间构象； 分子伴侣并末

8、加快折叠反应的速度，而是通过防止或消除肽链的错误折叠，保护肽链正确折叠成功能性蛋白质；,折叠酶：,折叠酶（folding enzyme)是一类催化与折叠直接有关化学反应的酶； 折叠酶能催化对形成功能构象所必须的共价键变化，与蛋白质折叠直接有关; 目前被确定的两种折叠酶：蛋白质二硫键异构酶、肽-脯氨酰顺反异构酶；,蛋白质二硫键异构酶：,蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide isomerase, PDI)是一个57KD的蛋白质,含有a、a、b、b、c等5个结构域；其中a、a是催化结构域，两者具有同源性； b是结合结构域，与待折叠蛋白质结合； c结构域富含阳离子，与内质网滞留信号的

9、C末端连接； 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成（内质网腔）对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象具有重要作用； 天然二硫键是由多肽链中不相邻的两个半胱氨酸残基上的巯基相互连接形成； PDI存在于内质网腔，催化巯基氧化形成二硫键；也可发挥异构作用，催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键；,肽-脯氨酰顺反异构酶（PPI）：,脯氨酸为亚氨基酸，肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别，生物学功能不同； 肽-脯氨酰顺反异构酶广泛分布于各种生物体及各种组织中，多数定位于胞浆； PPI在细胞中的基本作用是通过非共价键方式，稳定扭曲的酰胺过渡态，催化肽酰-脯氨酸间肽键的顺反异构体之间的转换；

10、PPI是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需要形成顺式构型时，可使多肽链在各脯氨酸弯折处形成准确折叠；,粗面内质网蛋白质合成加工的功能：,蛋白质糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质之间通过共价键的结合形成糖蛋白的过程； 由附着型核糖体合成的蛋白质大多数在内质网腔进行初步的糖基化修饰； 糖基化修饰过程由内质网膜整合蛋白质膜腔面的糖基转移酶催化进行； 内质网腔中的糖基化修饰属于N-连接糖基化；,粗面内质网蛋白质合成加工的功能：,蛋白质的胞内运输：由附着型核糖体合成的各种外输性蛋白质，以出芽的方式形成膜性小泡而转运； 第一条途径：膜性小泡进入高尔基体进一步加工修饰后，以分泌颗粒的形式转运； 第二条途径

11、：仅见于某些哺乳动物的胰腺外分泌细胞，由内质网分泌的膜性小泡直接进入一种大浓缩泡，进而发育成酶原颗粒，排出细胞；,信号肽介导分泌性蛋白质合成,信号肽与信号肽假说； 跨膜蛋白的嵌插机制；,信号肽,分泌性蛋白质N端常有一段富含疏水性信号肽，在内质网加工过程中被信号肽酶切除； 信号肽是指分泌蛋白新生肽链N端的一段能被细胞转运系统识别的保守性氨基酸序列，长约16-30个氨基酸残基，分为N-末端碱性区、疏水核心区、及加工区三个区段； N末端碱性区：含一个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如精氨酸、赖氨酸； 疏水核心区：位于信号肽序列中部，含4-15个氨基酸残基，主要是疏水中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；

12、 加工区：位于C末端，多为甘氨酸、丙氨酸等小侧链的氨基酸，其后是被信号肽酶裂解的位点；,信号肽假说,细胞质基质中存在信号识别颗粒（signal recognition particle,SRP),SRP一端与被翻译后的信号肽结合，另一端与核糖体结合，形成SRP-核糖体复合结构。翻译暂时终止； 内质网膜上存在信号识别颗粒受体（SRP-R)及通道蛋白移位子（translocon).SRP识别并结合于内质网膜上，介导核糖体锚定于通道蛋白移位子上，SRP解离。翻译继续进行； 在信号肽的引领下，新合成的蛋白通过核糖体大亚基的中央管及内质网膜上的通道蛋白移位子，穿膜进入内质网腔；,信号识别颗粒,1分子7S

13、L RNA与6个分子不同的蛋白肽链形成信号识别颗粒(SRP); 7SL RNA是细胞质中含量丰富的小分子RNA,有300个碱基； SRP可识别新合成的分泌型蛋白肽链的信号肽部分并与之结合,然后引导此肽链至内质网膜上与SRP受体结合,并使新合成的蛋白肽链进入到内质网腔内进一步加工；,膜整合蛋白的嵌插机制,膜整合蛋白通过N端起始转移信号肽和停止转运信号进行膜插入与定位； 停止转运信号是由特定氨基酸组成的疏水区段； 由信号肽引领的肽链转移过程中，当停止转移肽进入移位子并与之相互作用时，移位子转变为钝化状态，肽链转移终止； N端起始转移信号肽从移位子上解除释放，停止转运肽段形成跨膜a-螺旋结构区，使蛋

14、白肽链的C-端滞留在胞质面；,粗面内质网的功能：,分泌蛋白的合成； 膜整合蛋白的嵌插机制； 蛋白质合成的质量控制； 与膜脂的合成相关；,滑面内质网sER,呈分支管状，内质网上无核糖体颗粒,滑面内质网的功能：,固醇激素的合成和脂类代谢：实验证明，滑面内质网含有合成胆固醇的全套酶系和使胆固醇转化为类固醇激素，如：肾上腺激素、雄性激素和雌性激素的酶类； 糖原的合成与分解； 解毒作用：滑面内质网含有参与解毒的各种酶系，如细胞色素P450等； 滑面内质网是肌细胞内Ca离子的储存场所：肌细胞内十分发达的滑面内质网形成肌质网； 滑面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关：在胃壁腺上皮细胞中，滑面内质网参与H

15、Cl的合成；在肝细胞中，滑面内质网既可合成胆盐，也可使非水溶性的胆红素颗粒转变成水溶性的结合胆红素（葡萄糖醛酸转移酶）；,高尔基体(Golgi complex),高尔基体是真核细胞细胞质内嗜银的网状结构，是由生物膜包围而成的参与细胞分泌活动的囊泡系统；,高尔基体的形态结构,高尔基体的化学组成：,化学成分为蛋白质和脂质,如大鼠的肝细胞中，蛋白质约占60%，脂类约占40%； 高尔基体与内质网含有某些共同的蛋白，但高尔基体的蛋白含量低于内质网膜； 高尔基体含有很多酶类：,催化糖及蛋白质生物合成的糖基转移酶（高尔基体的特征酶）； 催化糖脂合成的磺基-糖基转移酶； 磷脂酶：酪蛋白磷酸激酶等；,嗜锇反应：

16、生成面标记反应； 焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）反应：成熟面的12层扁平囊，是高尔基体成熟面的标记反应； 胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）反应:高尔基体成熟面的膜囊状、管状结构； 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）反应：高尔基体中间膜囊的标志;,四种标志细胞化学反应：,溶酶体的形成； 参与膜的转化活动；,分泌蛋白的加工与修饰；,糖蛋白的合成和修饰；,蛋白质的加工改造；,蛋白质的分选和运输；,高尔基体的功能,分泌蛋白的加工与修饰；,糖蛋白的合成和修饰：,大多数分泌蛋白为糖蛋白，内质网合成的蛋白质需要糖基化修饰； 糖脂的糖基化； 糖蛋白和蛋白多糖的硫酸盐化；,分泌蛋白的加工与修饰；,糖蛋白的合成和修饰

17、：,中间扁囊接受N-乙酰葡萄糖胺； 反面扁囊接受N-乙酰半乳糖胺； 高尔基体的糖基化是一个一个单糖连接上去的（一般最多4个）；,蛋白质的加工改造；,高 尔 基 体,成熟的多肽,活性多肽,不同的活性多肽,不同的活性多肽,蛋白质的分选和运输：,顺面网状结构将内质网来的大部分蛋白转入中间膜囊，小部分返回内质网成为驻留蛋白； 衣被小泡（运输小泡）将溶酶体蛋白和膜蛋白送达相应结构； 分泌泡将分泌蛋白分泌到细胞外；,溶酶体的形成：,溶酶体是从高尔基体的分泌面以出芽的方式形成； 组成溶酶体的膜蛋白、膜脂以及所含有的各种酶类都是在内质网合成、高尔基体加工修饰，由高尔基体的分泌面完成分选和运输；,参与膜的转化活

18、动：,生化分析结果显示：高尔基体在化学组成上介于内质网膜与细胞膜之间； 同位素标记膜前体的渗入实验证明，细胞内存在膜的转化：膜前体是从内质网膜到高尔基体膜，最后到细胞膜； 新膜在粗面内质网合成，从内质网芽生的小泡与顺面高尔基体融合，成为高尔基体扁平囊泡的膜； 高尔基体分泌面芽生分泌泡，移向细胞膜，并与细胞膜融合，成为细胞膜的一部分； 细胞的内膜系统存在膜挽救受体，从细胞膜回收膜到高尔基体膜，又从高尔基体膜回收膜到内质网膜；,参与膜的转化活动；,溶酶体（lysosome),由生物膜包绕多种酸性水解酶构成的具有消化作用的囊泡状细胞器; 由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成，外被单位膜； 内含60

19、余种酸性水解酶，可分解各种内源性和外源性物质，也称为细胞内的消化器官； 溶酶体在形态和大小上存在很大差异，又成为异质性细胞器；,溶酶体分类：,根据溶酶体形成过程和执行功能进行分类； 内体性溶酶体：运输小泡+内体（以溶酶体的形式存在于细胞质内）； 吞噬性溶酶体：内体性溶酶体+各种吞噬底物；,内体：,内体：是由一系列膜性管道和囊泡构成，是细胞向内运输胞吞物质的主要场所； 内体膜上存在ATP依赖性H+泵，使内体腔呈酸性环境； 内体腔的酸性环境可使被转运的物质与受体解离；,溶酶体的形成及类型,内体溶酶体,吞噬溶酶体,自噬性溶酶体 异噬性溶酶体,溶酶体的形成及类型：,残余小体：,含有脂滴的脂褐质； 充满

20、铁颗粒的含铁小体； 由许多小泡构成的多泡体； 膜样内容物呈层状排列的髓鞘样结构；,溶酶体的功能：,对细胞内容物质的消化：形成吞饮小体和吞噬小体； 对细胞自身物质的分解； 参与激素形成：甲状腺滤泡上皮细胞合成甲状腺球蛋白-分泌到内泡腔内碘化-重新吸收到滤泡上皮细胞内-与溶酶体融合-形成甲状腺素； 骨骼发生中消除陈旧的骨质； 在器官组织变态与萎缩中的作用； 协助精子与卵细胞的受精；,溶酶体与疾病,溶酶体膜失常与疾病： 溶酶体膜是一层单位膜,在正常情况下,它有明显的屏障作用,可防止水解酶进入胞质,以免细胞的结构被破坏而造成细胞的死亡。如果因某种原因使溶酶体膜受损,各种水解酶进入胞质可使细胞分解;如果

21、进入细胞间质,可破坏细胞间质,导致组织自溶,如矽肺、痛风等病就与溶酶体膜遭受破坏有关 ；,矽肺是肺部吸入矽尘后,矽粉末(2)被组织中的吞噬细胞吞噬,但是溶酶体不能破坏矽粉末,而矽粉末却能使溶酶体膜破坏,释放出其中的水解酶,引起细胞死亡;释放出的矽粉末再被健康的吞噬细胞吞噬可得到同样的结果,肺部细胞死亡,导致肺原纤维沉积,减底肺的弹性,损伤肺的功能；,痛风是破坏物质沉积在骨膜腔和结缔组织中的尿酸结晶,该结晶被中性粒细胞吞噬,释放肺原酶,破坏软骨组织而产生炎症,先天性溶酶体病：,是指遗传所致溶酶体某种酶缺乏,造成次级溶酶体内相应底物不能被消化,底物积蓄,代谢障碍,故又称贮积性疾病。目前已知此类疾病

22、有40种以上,大致可分为糖原贮积病、脂质沉积病、粘多糖沉积病等几大类。,糖原贮积病，又名病,是由于肝和肌细胞中溶酶体内缺乏一种酸性-葡萄糖苷酶。 正常时此酶分解糖原,当缺乏此酶时,溶酶体吞噬的过剩糖原无法降解,大量堆积在次级溶酶体内使其肿胀,最后,溶酶体破裂,其他酶漏出,严重破坏组织细胞,此病属常染色体缺陷性遗传病,患者多为小孩,常在两周岁以前死亡。,病： 此病又称脑苷脂沉积病,是巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏-葡萄糖苷酶造成的。 大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内,巨噬细胞变成细胞,患者的肝、脾、淋巴结等肿大,中枢神经系统和脑干神经系统发生变性、萎缩。此病多发生于婴儿,病程进展很快,常在1岁内死亡,如果幼年后才发病,则病程进展慢,最长者可活10多年。,-，又称2型神经节苷脂沉积病家族性黑日蒙性痴呆,大脑黄斑变性,本病以神经细胞受损较明显,因此,神经组织功能障碍很突出,患者的表现为渐进性失明、病呆和瘫痪。,粘多糖沉积病： 此病是一组粘多糖进行性代谢障碍的遗传病,溶酶体内缺乏粘多糖降解酶,因而不能分解粘多糖类,使这些物质积在次级溶酶体内,患者面容粗犷,骨骼异常,智力发育不全,内脏功能普遍受损,角膜混浊。,溶酶体与癌症：,溶酶体与癌症的关系早在30年前,就提出溶酶体