细胞质基质与内膜系统演示文稿

细胞质基质与内膜系统演示文稿第一页，共六十六页。（优选）细胞质基质与内膜系统第二页，共六十六页。第一节细胞质基质及其功能

在真核细胞，细胞质膜以内、核以外的部分称为细胞质。细胞质基质是细胞的重要结构成分，其体积约占细胞质的一半。细胞质基质的含义

细胞质基质的功能

第三页，共六十六页。

基本概念： 用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要就是细胞质基质成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。

主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构等。

主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系； 通过弱键而相互作用，处于动态平衡中的结构体系。一、细胞质基质的含义第四页，共六十六页。完成各种中间代谢过程如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原的合成与分解等蛋白质与脂肪酸合成的场所与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等二、细胞质基质的功能第五页，共六十六页。细胞质基质的功能与膜相关的功能蛋白质的修饰、选择性的降解蛋白质的修饰

控制蛋白质的寿命:降解信号为N端的第一个氨基酸降解变性和错误折叠的蛋白质帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象第六页，共六十六页。蛋白质的修饰辅酶或辅基与酶的结合磷酸化与去磷酸化蛋白质糖基化作用甲基化修饰酰基化修饰第七页，共六十六页。控制蛋白质的寿命依赖ATP和泛素的降解途径：在pH7.2胞液中进行，主要降解异常蛋白质和短寿命的蛋白质。需ATP和泛素参与泛素(ubiquitin)是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞中。泛素依赖性降解途径——细胞给予需要损毁的蛋白质一个化学的死亡之吻8第八页，共六十六页。StructureofUbiquitin泛肽的结构：76个氨基酸组成，广泛存在于真核细胞中。9第九页，共六十六页。Structureof26Sproteasome20Scoreprotease(CP)The19Sregulatoryparticle(RP)26S蛋白酶体10第十页，共六十六页。11第十一页，共六十六页。12第十二页，共六十六页。26Sproteasomepathwayineukaryotecell13第十三页，共六十六页。14第十四页，共六十六页。第二节细胞内膜系统及其功能内质网高尔基体溶酶体过氧化物酶体15第十五页，共六十六页。细胞内膜系统

（endomembranesystem）细胞内膜系统：是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。包括核被膜、内质网、高尔基体及其形成的溶酶体和分泌泡等。内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能主要在于两个方面：

其一、是扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上。

其二、是将细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的独特环境。16第十六页，共六十六页。17第十七页，共六十六页。一、内质网内质网（endoplasmicreticulum，ER）：是由K.R.Porter和A.D.Claude等在1945年发现的。它是细胞质中由膜围成的管状或扁囊状的结构，互相连通成网，构成细胞质中的扁平囊状系统。内质网(endoplasmicreticulum,ER)的形态结构ER的功能

第十八页，共六十六页。（一）内质网的形态结构形态结构特点：是由膜所形成的一些形状大小不同的小管、小囊或扁囊连成一个连续的网状膜系统，其内腔是通连的。内质网和核膜相连续。内质网的形态变异很大，在不同细胞中，形态、数量和分布不同。在同种细胞不同发育时期，随着生理机能的不同，ER也不一样。第十九页，共六十六页。内质网的两种基本类型粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）多为扁囊状，在ER膜的外表面附有大量的核糖体，普遍存在于分泌蛋白质的细胞中。光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）ER膜上无颗粒（核糖体），ER的成分不是扁囊，而常为小管小囊，它们连接成网，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。第二十页，共六十六页。RER第二十一页，共六十六页。第二十二页，共六十六页。第二十三页，共六十六页。微粒体（microsome）微粒体：细胞匀浆和超速离心，特别是密度梯度离心过程中，由破碎的内质网等形成的近似球形的封闭小泡结构，它包括内质网膜与核糖体两种基本成分。第二十四页，共六十六页。（二）ER的功能ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。

rER的功能

sER的功能第二十五页，共六十六页。rER的功能蛋白质合成需要移入内质网继续合成的蛋白：分泌蛋白，膜整合蛋白，内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）。蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰加工：包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等。糖基化在寡聚糖转移酶作用下发生在ER腔面糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：

N-连接的糖基化：发生在内质网腔内，与天冬酰胺残基的NH2连接

O-连接的糖基化：主要或全部在高尔基复合体中进行，与Ser、Thr和Hyp的OH连接。

第二十六页，共六十六页。第二十七页，共六十六页。第二十八页，共六十六页。第二十九页，共六十六页。蛋白质糖基化（proteinglycosylation）

第三十页，共六十六页。新生肽的折叠与组装这一过程是在属于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。蛋白二硫键异构酶PDI和结合蛋白Bip的协助第三十一页，共六十六页。sER的功能

脂类的合成合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体、溶酶体和质膜上，或借磷脂交换蛋白（phospholipidsexchangeprotein，PEP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。

肝细胞sER的解毒作用

肝细胞葡萄糖的释放（糖原→G-6PG）

储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中第三十二页，共六十六页。PEP第三十三页，共六十六页。第三十四页，共六十六页。sER的解毒作用肝细胞的解毒作用------sER通过氧化、甲基化、结合等方式，降低或排除毒性物质 药物、毒物─→(sER膜上的氧化酶系)→解毒或转化如：氨基酸代谢→氨→尿素(无毒)；苯巴比妥类药物+葡萄糖醛酸→水溶性物质第三十五页，共六十六页。sER在糖原分解中的作用

第三十六页，共六十六页。二、高尔基体高尔基体的形态结构高尔基体的功能高尔基体与细胞内的膜泡运输第三十七页，共六十六页。（一）高尔基体的形态结构高尔基体结构：由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成结构和生化成分上具有极性，和内质网临近的近核一侧，扁囊弯曲呈凸面，称为形成面（formingface）或顺面（cisface）；在远核的一侧，面向细胞膜的一面呈凹面，称为成熟面（matureface）或反面（transface）。

高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应第三十八页，共六十六页。第三十九页，共六十六页。高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应顺面膜囊——嗜锇反应中间膜囊——NADP酶细胞化学反应反面膜囊——焦磷酸硫胺素酶细胞化学反应反面管网——胞嘧啶单核苷酸酶细胞化学反应不同的区室呈不同的细胞化学反应：可作为特征反应第四十页，共六十六页。顺面膜囊的嗜锇反应中间膜囊的甘露糖苷酶反应反面膜囊的CMP酶反应第四十一页，共六十六页。顺面网状结构（cis-Golginetwork，CGN）又称cis膜囊，是高尔基体的入口区域，接受由内质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。中间膜囊（medialGolgi）：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。反面网状结构（transGolginetwork，TGN）：由反面一侧的囊泡和网管组成，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。周围大小不等的囊泡高尔基体的4个组成部分第四十二页，共六十六页。顺面管网结构（cis-network）顺面膜囊（ciscisterna）中间膜囊（medialcisterna）反面膜囊（transcisterna）反面管网结构（trans-network）反面顺面第四十三页，共六十六页。(二)

高尔基体的功能

1、参与细胞分泌活动负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出过程:ER上合成蛋白质--进入ER腔→以出芽形成囊泡→进入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出。

2、蛋白质的糖基化及修饰O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行，通过逐次将糖基转移到Ser、Thr和Hyr的OH上形成寡糖链，糖的供体为核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。

第四十四页，共六十六页。(二)

高尔基体的功能3、蛋白酶的水解和其他加工过程如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素C端）将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽蛋白质前体中含有不同的信号序列，加工形成不同的产物。

4、蛋白聚糖的糖基化和糖脂的糖基化

5、其他功能：参与植物细胞壁的形成、参与形成溶酶体和微体

6、蛋白聚糖的硫酸盐化第四十五页，共六十六页。3H标记亮氨酸3分钟20分钟90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。1、参与细胞蛋白质分泌活动第四十六页，共六十六页。溶酶体酶蛋白的分拣运输与溶酶体的形成

第四十七页，共六十六页。

依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体的穿孔素perforin和粒酶granzyme）

分选途径多样化第四十八页，共六十六页。第四十九页，共六十六页。顺向运输逆向运输第五十页，共六十六页。2.糖蛋白的糖基化修饰第五十一页，共六十六页。N-乙酰葡糖胺GlcNAc甘露糖Man半乳糖Gal唾液酸NANA高甘露糖寡聚糖复合寡聚糖蛋白质糖基化的作用利于高尔基体的分类与包装影响多肽的构象，某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠增强糖蛋白的稳定性影响蛋白质的水溶性及带电性第五十二页，共六十六页。三、溶酶体溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。

溶酶体的结构类型

溶酶体的功能 溶酶体的发生

第五十三页，共六十六页。（一）溶酶体的结构类型初级溶酶体（primarylysosome）

直径约0.2~0.5um，膜厚7.5nm，内含物均一，无明显颗粒。含有多种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶等60余种，这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适pH值为5左右。次级溶酶体（secondarylysosome）

自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（phagolysosome）残质体（residualbody），又称后溶酶体。第五十四页，共六十六页。第五十五页，共六十六页。Secondarylysosome第五十六页，共六十六页。动物细胞溶酶体系统示意图第五十七页，共六十六页。溶酶体膜的特征：

嵌有质子泵

具有多种载体蛋白

膜蛋白高度糖基化标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）第五十八页，共六十六页。（二）溶酶体的功能1.清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞；2.防御功能；3.其他生理功能（1）细胞内的消化“器官”（2）参与分泌过程（3）参与特定的细胞程序性死亡（4）精子顶体的作用第五十九页，共六十六页。第六十页，共六十六页。第六十一页，共六十六页。溶酶体与疾病1．矽肺

二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体。二氧化硅的羟基与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细胞吞噬，如此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子”，并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。2.肺结核

结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀