《细胞生物》课件内膜1

1、细胞的内膜系统(Endomembrane System)细胞生物教研室刘 彤2013. 11 胞质溶胶，内膜系统以及蛋白质分选1.真核细胞的区室化; 真核细胞的内膜系统中，内质网，高尔基体，溶酶体及质膜之间的结构与功能的联系;蛋白质定向分选的途径及机制; 蛋白质修饰的方式以及细胞内合成的位置;蛋白质运输的分类.Chapter 4 质膜Chapter 5 内膜生物膜原核细胞 质膜构成的单一区室真核细胞 内膜 各种细胞器原核细胞进化到真核细胞，分化了细胞核，细胞膜内陷形成细胞内膜系统。原核细胞亚显微结构电镜图大肠杆菌TEM图,核区为低电子密度区（拟核）真核细胞亚显微结构模式图肝细胞主要区室原核、真

2、核细胞结构的简要比较原核细胞真核细胞细胞核拟核，无核膜独立细胞核，有双层核膜染色体环状DNA分子，裸露线性DNA分子内膜系统无独立内膜系统有，且分化为多种细胞器核糖体有有细胞的内膜系统中每种细胞器都是由单位膜构成相对封闭的区室(compartment)，各种细胞器在细胞都有相对固定的毗邻关系。真核细胞区别于原核细胞的本质特征是由内质网膜带来的细胞质的区室化。这种区室化的结果使细胞内生理、生化过程彼此独立，互不干扰的在特定区域内完成生命活动，有效增大细胞内空间的表面积，从而极大地提高了细胞整体的代谢水平和功能效率，这是真核细胞功能复杂化的物质基础。蛋白质合成、分选、降解的一般途径真核细胞内各结构

3、的主要功能 细胞器(区室) 主要功能 细胞核 基因组存在场所，DNA和RNA的合成场所 内质网 合成蛋白质、脂类、类固醇激素；糖原合成与分解；参与解毒作用 高尔基体 蛋白质和脂类的修饰、分选和包装 溶酶体 细胞内的降解作用 过氧化物酶体 清除H2O2,分解有毒物质 线粒体 通过氧化磷酸化合成ATP 内体 内吞物质的分选 胞质溶胶 代谢的主要场所；蛋白质合成部位 细胞质基质 （cytoplasmic matrix)又称胞质溶胶或基质溶胶，指除去能分辨的细胞器和颗粒以外的细胞质部分，是一复杂的高度有组织的胶体系统。细胞的内膜系统就分布于细胞质基质之中。1、含量 80%水分，约占细胞总体积50%2、

4、化学成分 大分子、中等分子和小分子3、功能 细胞中间代谢场所 信号转导分子的存在场所 蛋白质合成与降解部位 离子环境 第一节 内质网Endoplasmic reticulum，ER内质网的形态结构特征内质网的结构单位：小管（ER tubule）、小泡（ER vesicle）和扁囊（ER lamina）。结构发生上 内质网膜与外核膜连。 内质网腔与核周隙相通。形态：连续的三维网状膜结构。分布：真核细胞（除哺乳动物的成熟红细胞外）的细胞质中。内质网遍布整个细胞质宋今丹教授惠允内质网的两种类型糙面内质网（rough endoplasmic reticulum, rER）光面内质网（smooth en

5、doplasmic reticulum, sER）1、糙面内质网(rER)多呈扁平囊状，外有核糖体附着肽类激素或分泌蛋白合成旺盛的细胞分布多：B细胞、胰腺细胞。未分化或分化程度低的细胞分布少：胚胎细胞和干细胞。rER成分：蛋白质和rRNA构成：大亚基、小亚基，一般大、小亚基 以游离状态存在，小亚基结合mRNA 后，两个亚基才结合，成为完整的 核糖体。分布：几乎所有的细胞功能：合成蛋白质核糖体（ribosome） 游离核糖体（free ribosome）：游离存在于细胞质中，主要合成细胞自身需要的结合蛋白或特殊蛋白,(e.g 红细胞的血红蛋白）。膜结合核糖体(membrane-bound rib

6、osome)：结合于内质网表面，主要合成外输性或分泌性蛋白质、跨膜蛋白和驻留蛋白。2、光面内质网(sER)光滑的管、泡样网状形态结构sER两种类型的内质网在不同细胞中的分布状况各不相同。大部分细胞中rER和sER同时存在，只是比例不同。但在胰腺细胞中只有rER，在肌细胞中只有sER。rER与sER蛋白组成不同。在内质网中存在一定的机制，限制这些蛋白的流动。3、微粒体 microsome采用蔗糖密度梯度离心技术获得。微粒体：细胞内膜性细胞器破坏后，形成的由单位膜封闭的小泡，称为微粒体，它保持了细胞器的基本特征，故可作为研究相应细胞器的模板。类型： 糙面微粒体：来自rER 光面微粒体: 来自rER

7、的光滑区域、高尔基体等 microsomemicrosome内质网的化学组成由蛋白质（ 2/3 ）和脂类（1/3）组成，含量最多的是细胞色素P450。脂类中以磷脂含量最多。标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶网质蛋白：KDEL（Lys-Asp-Glu-Leu） HDEL （His-Asp-Glu-Leu） 内质网的功能（一）rER的功能1.蛋白质的合成、加工修饰与分选，对外运蛋白质的质量控制。 外输性或分泌性蛋白 膜整合蛋白 可溶性驻留蛋白（内质网腔）1、蛋白质合成和加工 p107-1091.信号肽指导蛋白多肽链在糙面内质网上合成与穿膜转移。3.新生多肽链的折叠与装配。4.蛋白质的糖基化。5.蛋白质的胞

8、内运输。1.核糖体由信号肽引导结合于内质网膜上1.1 mRNA5端的信号密码翻译出信号肽a.信号肽 （signal peptide）核糖体翻译蛋白mRNA N-端的信号密码翻译出的信号密码作用：参与蛋白质的分选和定位。 在进入内质网腔后，信号肽被信号肽酶切除，降解为氨基酸。故成熟蛋白质常无信号肽。信号肽信号斑1.2 SRP-核糖体复合体形成b. SRP-核糖体复合体信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP）存在于胞质溶胶中。由6个多肽亚单位和1个RNA分子组成。功能：既可识别信号肽，又可结合内质网膜上的SRP受体。作用机制：核糖体出现信号肽时，可结合之，形

9、成SRP-核糖体复合体。此时，核糖体的蛋白质合成暂停。SRP2) SRP-核糖体复合体附着于内质网膜上SRP与SRP受体结合。 SRP受体：又称锚泊蛋白（docking protein），为膜整合蛋白，位于内质网膜胞质面。核糖体与核糖体结合蛋白I、II结合。 核糖体结合蛋白也是膜整合蛋白，与核糖体结合，可提高其附着稳定性。SRP释放，进行SRP循环。SRP recycle3) 合成的肽链通过核糖体大亚基中央管经转运体易位蛋白穿膜进入内质网腔转运体 亲水性符合结构体 新生分泌蛋白质多肽链合成时进入内质网腔的通道 水解GTP将内质网腔中的损伤蛋白质转运到细胞质中3.1 蛋白质合成重新启动。 3.2

10、 信号肽被信号肽酶切除，在内质网腔内被蛋白酶降解。3.3 核糖体在分离因子（detachment factor）作用下，进行核糖体循环。 信号假说（signal hypothesis）信号肽可引导分泌蛋白、驻留蛋白等可溶性蛋白核膜蛋白进入内质网膜腔内。但是仍然有例外。内信号肽介导的单次跨膜蛋白的转移插入两次跨膜蛋白的转移插入2. 新生多肽链的折叠与装配。蛋白质的折叠需要分子伴侣的辅助。分子伴侣（chaperone）： a.能特异地识别并结合新生肽或部分折叠的多肽，协助其折叠、装配和转运，但本身并不参与终产物的构成。 b.检查多肽链的折叠，与错误折叠者结合，使之存留于内质网内。 c.只有正确折叠

11、的蛋白质才能通过囊泡运出内质网，并和高尔基体融合。 分子伴侣的成员Grp94（内质网素，endoplasmin）：是内质网的标志分子伴侣，参与新生肽链的折叠转运；氧化型谷胱甘肽 和PDI（蛋白二硫键异构酶）：二硫键的形成； Bip（结合蛋白）将错误折叠的多肽和尚未完成折叠的蛋白亚单位予以滞留 分子伴侣的C端有滞留信号肽（retention signal peptide）Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）KDEL可与内质网膜上KDEL受体结合而驻留于内质网腔内，故又称为驻留蛋白（retention protein）。UPR（unfolded protein response） 反应 未折

12、叠蛋白反应 3. 蛋白质的糖基化糖基化可在内质网和高尔基体中进行。内质网中主要是N-连接的糖基化，高尔基体中主要是O-连接的糖基化。由内质网运至高尔基体和溶酶体的蛋白质均为糖蛋白。作用过程部位：内质网腔面上。内质网中，N-连接寡糖与多萜醇（ER膜中的脂质）连接并被活化；在寡糖转移酶（ER膜中的蛋白）催化下，转移至天冬酰胺的残基上糖基化的作用保护蛋白质不被降解；糖链作为运输信号将蛋白质包装成一定的运输囊泡，运至特定的靶细胞器；寡糖链位于胞膜表面在细胞识别中起作用。4. 蛋白质的细胞内运输用氚标记亮氨酸的放射自显影方法，证明由核糖体合成的分泌蛋白质进入内质网腔，经过正确的折叠和糖基化后，再转运到高

13、尔基体，之后经由高尔基体的各结构排出细胞外。蛋白质在内质网与高尔基体之间运输需要有衣被蛋白（COP）构成的COP衣被。COP衣被分类：COP II：由内质网出芽而成，将合成的分泌蛋白向高尔基体运输。COP I：由高尔基体出芽而成，回收应驻留于内质网和高尔基体的蛋白Cop I and II VesiclesCOP II VesiclesCOPII Coated vesicleCOP I VesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）糙面内质网是蛋白质分选的起始部位1.胞质驻留蛋白（定位或非定位分布）2.核蛋白3.线粒体等核基因组编码蛋白内质网与基因表达的调控 内质网蛋白质的合成、加工

14、、折叠、组装、转运及向高尔基体转运的复杂过程显然是需要有一个精确调控的过程。 影响内质网细胞核信号转导的三种因素： 内质网腔内未折叠蛋白的超量积累。 折叠好的膜蛋白的超量积累。 内质网膜上膜脂成份的变化主要是固醇缺乏 不同的信号转导途径，最终调节细胞核内特异基因表达光面内质网的功能参与固醇激素的合成和脂类代谢参与糖原的代谢，使葡糖6-磷酸水解，释放糖至血液中。解毒作用 肝的解毒功能主要由肝细胞内的sER完成，其上含有很多与解毒有关的酶系，如细胞色素P450等。Ca 2+ 摄入与排出提供酶附着的位点和机械支撑作用。脂类的合成主要产物：磷脂酰胆碱（卵磷脂）。位置：细胞质面磷脂转位子：搅杂酶 翻转酶过程：The rec