细胞与分子细胞生物学：第七章 细胞质：蛋白质降解相关的亚细胞结构

第七章细胞质：蛋白质降解相关的亚细胞结构“衰老的”“错误的”“多余的”需要被清除的蛋白质的去向溶酶体蛋白酶体一、泛素－蛋白酶体的组成与功能

泛素（ubiquitin）:一种含76个氨基酸的多肽,作为标签结合到要被降解的蛋白质上。ubiquitin泛素－蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasomesystem，UPS）第一节蛋白酶体（proteosome）19S调节颗粒

“帽”20S核心颗粒最常见的蛋白酶体：26S蛋白酶体

蛋白酶体（proteasome）:大型桶状的蛋白复合体,具有蛋白水解酶的活性，能将蛋白质降解成肽和氨基酸。细胞质和细胞核内均有分布。二、多聚泛素化修饰与蛋白酶体对靶蛋白的识别蛋白质翻译后修饰--泛素化

被降解的蛋白在三类酶（E1、E2、E3）的次第作用下，与至少4个泛素分子结合（多聚泛素化），从而被泛素分子“标记”，能够被蛋白酶体识别后降解。

单层膜包围的小囊泡,内含50多种酸性水解酶。

有较高电子密度一、溶酶体的形态结构和生化组成Lysosomesaremembranousorganelleswhichcontainacidhydrolasesforthecontrolleddegradationofmacromolecules.第二节溶酶体（lysosome）

酶的特性:①最适pH3~6②多为带负电荷的糖蛋白

膜的特性:①质子泵②有转运蛋白③膜蛋白高度糖基化（一）溶酶体的特征糖基酸性水解酶（二）溶酶体的形成与胞吞密切相关溶酶体酶蛋白的来源异体吞噬自体吞噬溶酶体消化底物的来源（三）溶酶体的类型（1）异体吞噬泡（heterophagicvacuole）（2）自体吞噬泡（autophagicvacuole）（3）分泌自噬泡（crinophagicvacuole）（4）残余体（residualbody）异体吞噬泡（heterophagicvacuole）自体吞噬泡（autophagicvacuole）残余体（residualbody）二、溶酶体的功能（一）溶酶体参与的消化活动（1）胞吞物质的消化异噬作用（heterophagy）吞噬作用与吞饮作用（2）细胞自身物质的消化

自噬作用（autophagy）（3）细胞外物质的消化AutophagyandPhagocytosis异噬作用和自噬作用中性粒细胞的吞噬作用巨噬细胞的吞噬作用（二）溶酶体与细胞功能活动

（1）消除异物（有吞噬功能的细胞）（2）提供营养物质（消化大分子营养物质）（3）更新细胞成分（废物利用）（4）调节激素分泌（去除多余激素）I-细胞病（Inclusioncelldisease）缺乏N-乙酰氨基葡萄糖磷酸转移酶三、溶酶体缺陷疾病第八章细胞质：线粒体和过氧化物酶体

线粒体（mitochondrion）是真核细胞进行氧化和能量转换的主要场所，被喻为细胞的“动力工厂”或“换能中心”。第一节线粒体能量需求大的组织--心肌、骨骼肌、肝、肾细胞组织分布：心肌细胞myocyte中的线粒体（红）肝细胞hepatocyte中的线粒体（绿）能量需求大的部位--心肌细胞沿肌丝排列

--肠上皮细胞集中于顶部和底部细胞内分布：肠上皮细胞顶部微绒毛线粒体一、线粒体的形态特性显微结构：线状，颗粒状亚显微结构：两层单位膜构成的膜囊结构（一）线粒体的一般形状和分布（1）线粒体外膜（2）线粒体内膜（通透性低，多种转运蛋白）嵴（cristae）基粒（elementaryparticle）外腔（膜间腔）（二）线粒体的超微结构和主要的蛋白复合体孔蛋白（porin）镶嵌在内膜上的重要蛋白复合体电子传递链（electrontransportchain）

=呼吸链（respiratorychain

）ATP酶复合体（F0F1复合体）头部(F1因子)（ATP酶，ATP合成酶）基片(F0因子)（质子通道）基粒（elementaryparticle）

=ATP合成酶（

ATP

synthase

）复合体(3)线粒体内腔（基质腔）线粒体核糖体（70S）线粒体DNA（双链环状，可多个）基质颗粒（matricalgranule）glucose二、线粒体的功能化学（ATP合成）—渗透（质子回流）偶联ChemiosmoticcouplingTheNobelPrizeinChemistry1978PeterD.MitchellGlynnResearchLaboratories

Bodmin,UnitedKingdomb.1920;d.1992"forhiscontributiontotheunderstandingofbiologicalenergytransferthroughtheformulationofthechemiosmotictheory"氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）氧化过程物质氧化高能电子氧ADP+PiATP质子动力势energyenergy磷酸化过程

将生物氧化所释放能量的转移过程与ADP的磷酸化过程结合起来，而将生物氧化释放的能量转移到ATP的高能磷酸键中，又称氧化磷酸化偶联。氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）丙酮酸乙酰辅酶A三羧酸循环多糖葡萄糖脂肪酸脂肪氨基酸蛋白质细胞质线粒体基质线粒体内膜电子传递氧化磷酸化和ATP生成（NADH、FADH2）线粒体基质1.物质氧化Figure14-6EssentialCellBiology(©GarlandScience2010)1.物质氧化NADH(和FADH2)是还原型辅酶，是基质腔内三羧酸循环与内膜上电子传递链之间的中介线粒体基质NADH、FADH2线粒体内膜电子传递丙酮酸乙酰辅酶A三羧酸循环氧化磷酸化和ATP生成2.电子传递3.质子泵送Figure14-6EssentialCellBiology(©GarlandScience2010)2.电子传递3.质子泵送电子传递链是一组蛋白质复合物，是内膜上依次排列的电子载体

物质氧化所释放的可利用能量都以高能电子的形式由电子载体NAD+和FAD+从底物中移出，并经线粒体内膜上的电子传递链进一步氧化。复合物Ⅰ辅酶Q复合物Ⅲ细胞色素C复合物ⅣFADH2复合物Ⅱ2e－2e－2e－2e－2e－2e－1/2O22e－2e－NADH电子传递链组分及反应序列示意图复合物Ⅰ：NADH-CoQ氧化还原酶复合物Ⅱ:琥珀酸－CoQ氧化还原酶复合物Ⅲ:CoQ－细胞色素c氧化还原酶复合物Ⅳ:细胞色素c氧化酶※电子从一个分子传递给另一个分子※电子传递的过程是一个不断进行氧化和还原反应的过程※电子传递是定向的，O2对电子具有最大的亲和力※

电子传递过程中有3次大的能量释放※电子释放的能量驱动质子的泵出※

质子由传递链上的3个酶复合体泵出，形成跨膜的电化学质子梯度(electrochemicalprotongradient)电子传递链质子动力势（proton-motiveforce）

在线粒体内膜两侧形成跨膜的电化学质子梯度,能量转化为质子动力势,驱动质子从浓度高的膜间腔向基质腔移动。膜电位化学梯度（化学梯度、膜电位）ATP合成酶复合体（F0F1复合体）头部(F1因子)（ATP合成酶，ATP酶）基片(F0因子)（质子通道）基粒（ATP合成酶复合体）是线粒体的基本功能单位4.ATP合成酶与ATP合成Figure14-13EssentialCellBiology(©GarlandScience2010)ATP合成一组蛋白质复合物——呼吸链（多种酶）一种蛋白质复合物——F1F0因子（一种酶）1.无氧酵解(细胞质基质)

2.丙酮酸被氧化为CO2；NAD+和FAD被还原成NADH和FADH2

(线粒体基质腔)

3.电子被传递给O2，质子被泵送形成质子动力势(线粒体内膜)

4.质子（从膜间腔）回流，能量用于合成ATP(线粒体内膜)

glucoseATPglycolysis以葡萄糖氧化为例活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS）ROS的产生和清除

是生物体内产生的超氧阴离子（O2-）、羟自由基（HO-）、一氧化氮（NO）等活性含氧化合物的总称，对蛋白质、脂类和DNA具有潜在的损伤作用。三、线粒体的呼吸链副产品与活性氧

主要由位于内膜的腺苷酸转位子和位于外膜的电压依赖的阴离子通道等蛋白所组成，MPT孔开放会引起线粒体跨膜电位下降和细胞色素c释放。

线粒体通透性转换孔（MPT孔，mPTP）（mitochondrialpermeabilitytransitionpore）

细胞色素C等被释放到细胞质中与其他分子相互作用，触发凋亡。四、线粒体与细胞凋亡凋亡五、线粒体的半自主

1.线粒体DNA

（位于基质腔）*双链环状（H链和L链）*基因排列紧密*复制方式：半保留方式，但先后进行*转录和翻译紧密联系*线粒体遗传密码与通用密码有差异人线粒体DNA编码的基因分布模式图37个结构基因：2种rRNA