《分子 细胞与组织教学》6.细胞质：蛋白质合成加工和转运相关的亚细胞结构

1、 细胞在演化过程中，随着内膜细胞在演化过程中，随着内膜（internal membrane）的出现，使细胞有了的出现，使细胞有了核核和和质质的分界。的分界。内膜是真核细胞有别于原核细胞的一个主要特征。原核细胞模式图原核细胞模式图真核细胞模式图真核细胞模式图细胞内膜细胞内膜（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 内膜的作用：区域化（区室），增加反应表面积 细胞器（细胞器（organelles）细胞质骨架（细胞质骨架（cy

2、toskeleton）细胞质内含物（细胞质内含物（cytoplasmic inclusions） 细胞质基质（细胞质基质（cytoplasmic matrix）细胞质细胞质（cytoplasm）细胞器（细胞器（organellesorganelles）* 具有独特的结构特点具有独特的结构特点和化学组成，行使各和化学组成，行使各自的功能。自的功能。* 彼此之间存在联系。彼此之间存在联系。* 处于动态变化之中。处于动态变化之中。第一节 核糖体（ribosome）第二节 内质网（endoplasmic reticulum）第三节 高尔基体（Golgi complex）第六章 细胞质：蛋白质合成、加工

3、和转运相关的亚细胞结构核糖体是蛋白质合成场所，使蛋白质合成能够高效有序地进行。核糖体是蛋白质合成场所，使蛋白质合成能够高效有序地进行。for the studies of the structure and function of the ribosome The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesisThe Nobel Prize in Chemistry 2009电镜结构：大、小亚基

4、，一定电镜结构：大、小亚基，一定MgMg2+2+浓度下浓度下聚合聚合和和解聚解聚化学组成：化学组成：rRNArRNA和和蛋白质蛋白质 Mg+=110mmol/LMg+1mmol/L核糖体的种类原核生物（原核生物（70S70S）真核生物（真核生物（80S80S）真核生物线粒体真核生物线粒体和叶绿体（和叶绿体（70S）膜结合核糖体膜结合核糖体游离核糖体游离核糖体核糖体在细胞内的存在形式，两者在结构、功能上无差异Membrane-bound ribosome：attached to membrane of Endoplasmic ReticulumFree ribosome：freely suspe

5、nded in the cytoplasm （二）游离核糖体和膜结合核糖体膜结合核糖体游离核糖体mRNAtRNArRNA（一）蛋白质合成中三类（一）蛋白质合成中三类RNA的作用的作用二、核糖体上进行的蛋白质生物合成遗传密码（遗传密码（genetic codes）AAAAAAAAUGUAA1.1.蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板mRNAmRNA DNA DNA或或mRNAmRNA上每三个相邻上每三个相邻核苷酸（核苷酸（碱碱基序列）基序列）编码编码(代表代表)多肽链中的一个氨基多肽链中的一个氨基酸酸, ,此三联体称为密码子。此三联体称为密码子。 共有共有6464个密码子，代表个密码子，代表2020

6、种氨基酸、翻译种氨基酸、翻译起始信号、翻译终止信号。起始信号、翻译终止信号。 起始密码起始密码 终止密码终止密码 / / / / 同义密码同义密码 遗传密码是遗传密码是和和的的 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遗传密码（三联密码）的特点：遗传密码（三联密码）的特点： 遗传信息的遗传信息的翻译翻译是指以是指以mRNA为模板，为模板，把核苷酸链上的三联遗传密码转换成蛋白质把核苷酸链上的三联遗传密码转换成蛋白质多肽链的氨基酸序列的过程，是基因表达的多肽链的氨基酸序列的过程，是基因表达的最终目的。最终目的。mRNA的合成、加工和运输2.2.蛋白质合成的衔接分子蛋白质合成的衔接分

7、子tRNAtRNAtRNAtRNA如何解译如何解译mRNAmRNA上的遗传密码子？上的遗传密码子？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密码子和反密码子的配对有时并不十分严格的密码子和反密码子的配对有时并不十分严格的 rRNA* 催化肽键的形成催化肽键的形成 核酶（核酶（ribozyme） * 决定核糖体的形状决定核糖体的形状* 决定决定tRNA在在mRNA上的定位上的定位 核糖体小亚基核糖体小亚基rRNA的分子结构的分子结构* 为为mRNA及辅助蛋白质提供结及辅助蛋白质提供结合位点合位点*

8、mRNA结合位点结合位点* tRNA结合位点结合位点（P位，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 位点位点核糖体为mRNA和tRNA提供了结合位点2.2.蛋白质合成的起始（蛋白质合成的起始（initiation）3.3.蛋白质合成的延长（蛋白质合成的延长（elongation）4.4.蛋白质合成的终止（蛋白质合成的终止（termination）（二）（二）蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程：氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶特定的氨基酸特定的氨基酸特定的特定的tRNAtRNA+氨基酰氨基酰tRNAtRNAATPATPADPADP氨基酸的活

9、化及与特异氨基酸的活化及与特异tRNAtRNA结合结合保证参与合成的每一种氨基酸都能与正确的tRNA分子结合大亚基大亚基起始（起始（initiation）1.小亚基与起始氨酰tRNA 结合2.与mRNA结合识别起始密码3.大亚基与mRNA结合形成70s起始复合物 * 需起始因子（IF）和GTP大亚基大亚基 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多肽链合成的延长多肽链合成的延长进位进位转肽转肽由转肽酶由转肽酶( (核核酶酶) )催化催化核糖体移动核糖体移动延长（延长（elongationelon

10、gation）需延长因子（EF）和GTP 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 肽链合成装置解离肽链合成装置解离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多肽链合成的终止多肽链合成的终止DNA makes RNA makes protein多聚核糖体（polyribosome） 蛋白质合成时，一条蛋白质合成时，一条mRNA上结合多个核糖上结合多个核糖体，同时进行多条多肽链的合成。体，同时进行多条多肽链的合成。（三）微粒体（略）（三）微粒

11、体（略）多核糖体多核糖体细胞内两部分核糖体的细胞内两部分核糖体的关系关系细胞质基质中核糖体亚基库细胞质基质中核糖体亚基库游离核糖体游离核糖体膜结合核糖体膜结合核糖体（一）糙面内质网与蛋白质合成（一）糙面内质网与蛋白质合成（二）糙面内质网与蛋白质糖基化（二）糙面内质网与蛋白质糖基化（三）糙面内质网与蛋白质的折叠和组装（三）糙面内质网与蛋白质的折叠和组装（四）糙面内质网与膜脂合成（四）糙面内质网与膜脂合成二、糙面内质网的功能二、糙面内质网的功能（一）糙面内质网与蛋白质的合成（一）糙面内质网与蛋白质的合成 合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上信号肽 （signal peptide）信号识别颗粒（

12、信号识别颗粒（Signal recognition particle，SRP）信号识别颗粒受体信号识别颗粒受体信号识别颗粒信号识别颗粒转运子转运子信号肽信号肽信号识别颗粒受体信号识别颗粒受体糙面内质网合成的三类蛋白：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）合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上ER-resident proteins have KDEL sequenceERER驻留蛋白（驻留蛋白（resident protei

13、nsresident proteins）的运输）的运输 糖基化是把整个寡聚糖链转移到多肽链上，寡聚糖在细胞质基质面形成，随后翻转到内质网腔面。（二）糙面内质网与蛋白质糖基化（二）糙面内质网与蛋白质糖基化 细胞中许多细胞中许多蛋白质都与糖结蛋白质都与糖结合形成糖蛋白合形成糖蛋白糖脂糖脂糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白蛋白聚糖蛋白聚糖细胞膜上的蛋白质细胞膜上的蛋白质N-连接连接 O-连接连接寡聚糖与多肽链连接的形式：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、丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸、赖氨酸的赖氨酸的-OH糖基化包括对糖链结合后的修饰糖基化包括对糖链结合后的修饰糙面内质网

14、中进行初步修饰：核心糖基化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） 伴侣蛋白伴侣蛋白未折叠蛋白质未折叠蛋白质正确折叠正确折叠的蛋白质的蛋白质 多肽链必须经过正确的折叠和组装后才能成为有功能的蛋白质，否则容易发生聚集而影响细胞功能。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（PDI）结合蛋白结合蛋白(Bip) 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（calnexin）、钙网蛋白（）、钙

15、网蛋白（calreticulin）蛋白二硫键异构酶（蛋白二硫键异构酶（Protein disulfide isomerase，PDI ）结合蛋白（Binding protein，Bip）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网蛋白结合蛋白蛋白二硫键异构酶伴侣蛋白帮助新合成的蛋白质正确折叠伴侣蛋白帮助新合成的蛋白质正确折叠（四）糙面内质网与膜脂合成（四）糙面内质网与膜脂合成 合成的膜脂包括磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等 细胞膜和细胞内膜中的膜脂（磷脂和胆固醇）都在糙面内质网中生成。细胞外细胞内磷脂酸甘油二脂磷脂酰胆碱乙酰转移酶磷酸酶胆

16、碱磷酸转移酶脂肪酰辅酶A甘油-3-磷酸CDP-胆碱 膜脂形成后最先都插在内质网膜的细胞质一侧, 随后在酶的作用下一部分转移到另一侧，以保证膜脂双层中脂类分子数量的平衡和种类的不对称分布。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转位子维持膜脂在脂双层之间的平衡和造成膜脂的不对称分布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）磷脂的膜间转运膜泡运输膜泡运输高尔基体、溶酶体、细胞膜高尔基体、溶酶体、细胞膜糙面内质网糙面内质网磷脂的膜间转运磷脂交换蛋白磷脂交换蛋白线粒体，

17、过氧化物酶体线粒体，过氧化物酶体糙面内质网糙面内质网磷脂交换蛋白磷脂交换蛋白 未正确折叠和装配的蛋白质进入未正确折叠和装配的蛋白质进入内质网降解途径内质网降解途径，被送到细，被送到细胞质基质先被去糖基化，然后通过胞质基质先被去糖基化，然后通过泛素泛素- -蛋白酶体途径蛋白酶体途径被降解。被降解。细胞质基质细胞质基质内质网腔内质网腔泛素泛素蛋白酶体蛋白酶体三、糙面内质网对蛋白质的质量控制三、糙面内质网对蛋白质的质量控制三、糙面内质网对蛋白质的质量控制三、糙面内质网对蛋白质的质量控制（ 在缺氧、饥饿、氧化应激、异常糖基化反应以在缺氧、饥饿、氧化应激、异常糖基化反应以及钙离子稳态失衡等情况下，内质网

18、内未折叠的蛋及钙离子稳态失衡等情况下，内质网内未折叠的蛋白质会明显增多，当超出内质网的处理能力时，细白质会明显增多，当超出内质网的处理能力时，细胞会激活一些相关的信号级联反应，来应对条件的胞会激活一些相关的信号级联反应，来应对条件的变化和恢复内质网内良好的蛋白质折叠的环境，细变化和恢复内质网内良好的蛋白质折叠的环境，细胞的这种改变称为胞的这种改变称为。5 5 .光面内质网与解毒作用光面内质网与解毒作用 四、光面内质网的功能（略）四、光面内质网的功能（略）扁平囊扁平囊大泡大泡小泡小泡 高尔基体是一种有极性的细胞器，蛋白质从内质网运入高高尔基体是一种有极性的细胞器，蛋白质从内质网运入高尔基体的一面

19、称顺面（尔基体的一面称顺面（cis facecis face）; ;蛋白质在高尔基体中经过加蛋白质在高尔基体中经过加工修饰形成分泌泡出去的一面称反面（工修饰形成分泌泡出去的一面称反面（trans facetrans face）。）。第三节 高尔基体（Golgi Complex）顺面管网结构顺面管网结构（cis Golgi network,CGNcis Golgi network,CGN）顺面膜囊顺面膜囊（cis sacculescis saccules）中间膜囊中间膜囊（medial sacculesmedial saccules）反面膜囊反面膜囊（trans sacculestrans sa

20、ccules）反面管网结构反面管网结构（trans Golgi network,TGNtrans Golgi network,TGN）反面顺面反面顺面二、高尔基体的主要功能（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（5） 分泌蛋白前体的蛋白水解作用分泌蛋白前体的蛋白水解作用（1）糖蛋白的糖基化）糖蛋白的糖基化（一）（一） 硫酸根硫酸根酪氨酸酪氨酸-OH上上转移转移糖蛋白的糖基化糖蛋白的糖基化rERGolgi complex 核心糖基化核心糖基化末端糖基化末端糖基化糖基化过程具有空间和生化的程序糖基化过程具有空间和生化的程序N-N-连接的两种寡聚糖连接的两种寡聚糖backN-乙酰