细胞生物学翟中和编细胞质基质与内膜系统演示文稿

细胞生物学翟中和编细胞质基质与内膜系统演示文稿本文档共73页；当前第1页；编辑于星期二\5点32分（优选）细胞生物学翟中和编细胞质基质与内膜系统本文档共73页；当前第2页；编辑于星期二\5点32分较为均质和半透明的胶状物质胶原、色素等一些有形成份细胞质细胞质基质细胞器内含物无界膜的细胞器：有界膜的细胞器：细胞质的组成如内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体和叶绿体等如核糖体、中心粒等本文档共73页；当前第3页；编辑于星期二\5点32分真核细胞内膜系统各成分之间的关系细胞质溶质核膜内质网高尔基复合体溶酶体质膜分泌泡各内膜之间可通过出芽和融合而相互交流,但线粒体和叶绿体不参与此类交流本文档共73页；当前第4页；编辑于星期二\5点32分内膜系统内质网(endoplasmicreticulum)高尔基复合体(Golgicomplex)溶酶体(lysosomes)(胞内体、分泌泡)intracellularcompartmentsNuclear-ERGolgiERlysosome细胞内的房室化

TheEndomembraneSystemisComplex.5本文档共73页；当前第5页；编辑于星期二\5点32分细胞组分

数目

体积比细胞质基质细胞核内质网高尔基体溶酶体胞内体过氧化物酶体线粒体

11113002004001700

54612311122细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。

本文档共73页；当前第6页；编辑于星期二\5点32分第一节细胞质基质一、细胞质基质的化学组成水和无机离子等脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等蛋白质、脂蛋白、多糖和RNA等如糖原等细胞质基质小分子中等分子大分子重要贮存化合物本文档共73页；当前第7页；编辑于星期二\5点32分大分子拥挤

(Macromolecularcrowding)Thecrowdedstateofthecytoplasmin

(a)eukaryoticand(b)E.colicells本文档共73页；当前第8页；编辑于星期二\5点32分二、细胞质基质的属性细胞质基质pH7.2，细胞外组织液pH7.4。这一中性内环境是细胞质基质内各种酶发挥活性的最佳酸度。（一）酸度稳定（二）结构有序细胞质基质中含有细胞骨架，各种大分子均有其精密定位，使各种代谢途径之间相互协调、高效而有序地进行，以完成各种复杂的生命活动。

本文档共73页；当前第9页；编辑于星期二\5点32分含有许多种酶，许多代谢反应都是在细胞质基质中进行的。

例如：糖酵解、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢反应必需的微环境；反应所需前体物；合成细胞结构、完成生命活动的大分子前体物细胞质基质三、细胞质基质的功能（一）维持代谢反应进行本文档共73页；当前第10页；编辑于星期二\5点32分缓冲pH值，使酸度保持在～pH7.2：

为各种中间代谢反应的进行提供了适宜的微环境离子环境：使某些离子保持适当的浓度维持细胞器等的正常结构（二）维持细胞内环境(pH、离子环境)的稳定性本文档共73页；当前第11页；编辑于星期二\5点32分各种信号转导途径的级联反应大都在细胞质基质中进行（三）维持细胞内信号转导通路本文档共73页；当前第12页；编辑于星期二\5点32分细胞质基质蛋白、细胞骨架蛋白和核蛋白等都是在细胞质基质中的游离核糖体上合成的。这些修饰对维持和调节蛋白质的生物活性、进而使细胞能完成其各种生命活动等都具有非常重要的作用蛋白质修饰辅酶和辅基的共价结合糖基化酰基化磷酸化、去磷酸化N-端甲基化（四）蛋白质的合成与修饰13本文档共73页；当前第13页；编辑于星期二\5点32分1、蛋白质寿命控制Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro：稳定!决定蛋白质寿命的信号：N-端的第一个氨基酸残基：其它12个氨基酸：不稳定

!（五）蛋白质的选择性降解本文档共73页；当前第14页；编辑于星期二\5点32分2、蛋白质的选择性降解①带有“不稳定氨基酸信号”的蛋白：催化限速反应的一些重要酶类细胞癌基因(如fos和myc)等的产物没有被及时运出的其它部位的蛋白质错误折叠的不正常蛋白质变性的不正常蛋白质②带有“稳定氨基酸信号”的不正常蛋白：本文档共73页；当前第15页；编辑于星期二\5点32分重新折叠成正确的分子构象错误折叠的不正常蛋白质;变性的不正常蛋白质分子伴侣降解带有“稳定氨基酸信号”不正常蛋白的选择性降解方式:本文档共73页；当前第16页；编辑于星期二\5点32分泛素依赖性蛋白降解途径(ubiquitin-dependentpathofproteindegradation)3、蛋白质选择性降解的途径(AvramHershkoandIrwinRose,etal.,1980)细胞对不需要的蛋白质通过标记泛素标签来进行选择性降解，蛋白质一旦被标记了泛素标签，就会很快在蛋白酶体中被降解。本文档共73页；当前第17页；编辑于星期二\5点32分1、泛素激活酶(E1)的激活：此反应是通过添加泛素分子发生的，需要ATP；2、泛素分子转移：泛素分子加接到泛素结合酶(E2)的半胱氨酸残基上；3、加接泛素标签：由泛素连接酶(ubiquitinligase)(E3)催化，在E2结合的泛素分子与靶蛋白(要降解)的赖氨酸残基间形成肽键。泛素化要经过3步：此三步反应可反复多次，每次加接上一个泛素分子.本文档共73页；当前第18页；编辑于星期二\5点32分泛素化蛋白质被蛋白酶体降解过程

本文档共73页；当前第19页；编辑于星期二\5点32分蛋白酶体的结构形态(A)根据计算机处理显示出的蛋白酶体图像，呈圆筒状，两端各盖有一帽状结构。(B)蛋白酶体纵剖面示意图，中央为圆筒腔。(自B.Alberts等，2004)真核细胞中大多数蛋白质的降解是一种大的细胞质基质蛋白质水解复合物——蛋白酶体(proteasome)来执行。多泛素链可被蛋白酶体‘帽’识别，将带有多泛素链的蛋白质送入蛋白酶体圆筒腔中降解。蛋白质被切割成许多小的肽片段(7~8个残基)，而泛素分子保持完整。20本文档共73页；当前第20页；编辑于星期二\5点32分AaronCiechanover等三位科学家由于发现了细胞摧毁有害蛋白质的机理（即泛素调节的蛋白质降解），而荣获2004年诺贝尔化学奖！IrwinRoseAaronCiechanoverAvramHershko21本文档共73页；当前第21页；编辑于星期二\5点32分信号转导胞内物质运输细胞的运动结构的组织者细胞的形态细胞分裂(六)细胞形态与运动、胞内物质运输及大分子定位本文档共73页；当前第22页；编辑于星期二\5点32分胰腺外分泌细胞中发达的糙面内质网，内质网膜及外核膜上附有核糖体黄体细胞有丰富的光面内质网Cos-7细胞经双重荧光染色显示的内质网的分布：绿色显示两种形式的内质网，叠加色（黄）显示糙面内质网区第二节细胞的内膜系统本文档共73页；当前第23页；编辑于星期二\5点32分核膜外层一、内质网的形态结构内质网

ER是由一层单位膜围成的形状大小不同的小管，小泡，扁囊状结构，相互连接形成一个连续的网状膜系统。小管小泡扁囊状细胞膜核膜内质网细胞膜内质网的内腔相互连通。24本文档共73页；当前第24页；编辑于星期二\5点32分二、内质网的化学组成

微粒体(microsome)：为用蔗糖密度梯度离心方法，从细胞匀浆中分离出的内质网碎片，含有内质网膜和核糖体两种成分。含有脂类(糖脂、胆固醇)、RNA、蛋白质及丰富的酶等。胞质面与腔面的酶的分布不同。25本文档共73页；当前第25页；编辑于星期二\5点32分26匀浆

Isolationofamicrosomalfractionbydifferentialcentrifugation本文档共73页；当前第26页；编辑于星期二\5点32分三、内质网的类型(TypesofER

)核糖体粗面内质网滑面内质网TherearetwobasickindsofER:Rough/granularendoplasmicreticulum

(RER，粗面/颗粒内质网)-hasribosomesattached.Smooth/agranularendoplasmicreticulum

(SER，滑/光面/无颗粒内质网)-noribosomes.27本文档共73页；当前第27页；编辑于星期二\5点32分四、内质网的功能(FunctionofER)内质网功能：使细胞质区域化，为物质代谢提供特定的内环境；扩大膜的表面积，有利于酶的分布提高代谢效率；为蛋白质，脂类和糖类的重要合成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用。

RER：蛋白质的合成、折叠与转运，蛋白质的糖基化。

SER：小分子物质(脂类)的合成与代谢、储存和调节钙离子浓度以及细胞的解毒作用等。28本文档共73页；当前第28页；编辑于星期二\5点32分1.蛋白质的合成1975年Bloble提出信号假说(signalhypothesis

)信号肽的合成

信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成核糖体与内质网膜结合多肽链进入内质网腔主要过程本文档共73页；当前第29页；编辑于星期二\5点32分30内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒

(SRP)tRNAAP核糖体mRNA信号肽A本文档共73页；当前第30页；编辑于星期二\5点32分31本文档共73页；当前第31页；编辑于星期二\5点32分The1999NobelPrizeinPhysiologyorMedicineGünterBlobel本文档共73页；当前第32页；编辑于星期二\5点32分ER膜上有一种称为易位子(translocon)的蛋白复合体，直径8.5nm，中心有一个直径2nm的通道，其功能与新生成的多肽进入ER有关。(哺动细胞的translocon的主要成分是与蛋白分泌相关的一种多肽Sec61P等组成的复合物)。33本文档共73页；当前第33页；编辑于星期二\5点32分RER合成的蛋白质包括1.分泌性蛋白质，如基质蛋白、酶、抗体、肽类激素和细胞因子等。2.膜整合蛋白，如膜受体、膜抗原等。3.构成细胞器中的可溶性驻留蛋白。本文档共73页；当前第34页；编辑于星期二\5点32分

2.蛋白质的修饰与加工

1）蛋白质的糖基化(glycosylation):单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程.N-连接的糖基化:N-连接的寡糖与天冬酰胺残基侧链上的-NH2相连形成糖蛋白.内质网腔中完成

O-连接的糖基化:O-连接的寡糖与蛋白质的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基侧链上的-OH连接形成糖蛋白.高尔基复合体中进行

本文档共73页；当前第35页；编辑于星期二\5点32分Proteinglycosylation多萜分子36本文档共73页；当前第36页；编辑于星期二\5点32分酰基化

发生在内质网的胞质侧软脂酸共价结合在跨膜蛋白的半胱氨酸残基上高尔基体、膜蛋白向细胞膜的转移中也发生类似的酰基化另外，在内质网上还发生羟基化和二硫键形成等

本文档共73页；当前第37页；编辑于星期二\5点32分3.新生肽链的折叠与装配分子伴侣是一类在细胞内帮助其它蛋白质多肽链进行正确折叠、组装、转运及降解的蛋白质分子，其中大部分属于热激蛋白(heatshockprotein，hsp)家族。381、蛋白二硫键异构酶切断二硫键，帮助其重新形成二硫键，并处于正确的状态2、结合蛋白（Bip）能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进其重新折叠与组装3、4肽信号滞留在内质网中的蛋白质的信号（-Lys-Asp-Glu-Leu-COO－）如蛋白二硫键异构酶结合蛋白（Bip）本文档共73页；当前第38页；编辑于星期二\5点32分

4.粗面内质网与蛋白质的运输出芽方式将合成的蛋白质包裹成膜性转运小泡，以囊泡形式转运，避免RER合成的蛋白质与细胞质基质混合。本文档共73页；当前第39页；编辑于星期二\5点32分5.脂类的合成40SER含有许多与脂类合成有关的酶几乎所有脂类(包括磷脂和胆固醇)都是在SER中合成的。酰基转移酶磷酸酶胆碱磷酸转移酶等合成的最主要的磷脂为磷脂酰胆碱。每一种磷脂都由专一的磷脂交换蛋白转运本文档共73页；当前第40页；编辑于星期二\5点32分酰基转移酶磷脂酸SER胞质侧磷酸酶二酰基甘油(DG)胆碱磷酸转移酶卵磷脂SER腔面由酰基转移酶将胞质中的脂肪酸和磷酸甘油缩合成磷脂酸(留在脂双层中)。在磷脂酸酶作用下，磷脂酸和磷酸甘油组成DG;最后,再在转磷酸胆碱酶催化下由DG和CDP-胆碱合成卵磷脂。翻转酶(flippase)。41本文档共73页；当前第41页；编辑于星期二\5点32分A.通过膜泡转运脂质B.通过PEP介导的脂质转运C.膜嵌入蛋白介导的膜间直接接触内质网上合成的磷脂转运的三种可能方式本文档共73页；当前第42页；编辑于星期二\5点32分清除脂溶性废物、代谢产生的有害物质和外源性有害物质使外源性有害物质(如药物)失活的作用SER中含有一些酶：可与外源性物质结合→

使其氧化→

失活!6.解毒作用

本文档共73页；当前第43页；编辑于星期二\5点32分细胞色素P-450是含血红素蛋白的氧化酶，具有解毒作用服用大量药物→与解毒有关的酶活性大量增加→SER增生细胞色素P450使脂溶性物质羟化解毒示意图，它可使脂溶性外来异物和细胞内有害代谢产物发生羟基化，变为水溶性物质排出细胞，并随尿液排至体外。本文档共73页；当前第44页；编辑于星期二\5点32分内质网内质蛋白钙网蛋白Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+钙泵Ca2+储备库Ca2+信号反应内质网线粒体10-2内质网是细胞信号传递途径的Ca2+储备库！10-77.贮积钙离子本文档共73页；当前第45页；编辑于星期二\5点32分一、高尔基复合体的形态结构光镜：网状结构电镜扁平囊/中间高尔基网(包括顺面、中间和反面扁囊)/高尔基堆成熟面(matureface)小囊泡/顺面高尔基网/形成面/凸面大囊泡/反面高尔基网/成熟面/凹面形成面(formingface)46高尔基复合体本文档共73页；当前第46页；编辑于星期二\5点32分高尔基体的形态结构与极性高尔基体是一种有极性的细胞器本文档共73页；当前第47页；编辑于星期二\5点32分二、高尔基复合体(Gc)的化学组成

酶硫胺素焦磷酸酶糖基转移酶酸性磷酸酶磷脂酶溶酶体酶甘露糖转移酶N-乙酰半乳糖转移酶N-乙酰葡萄糖胺转移酶岩藻糖转移酶半乳糖转移酶唾液酸转移酶糖基转移酶甘露糖和N-乙酰半乳糖的糖基化酶N-乙酰葡萄糖胺的糖基化酶唾液酸、半乳糖和岩藻糖的糖基化酶脂类糖基化：磺基-糖基转移酶形成面：中间：成熟面：糖基转移酶分布本文档共73页；当前第48页；编辑于星期二\5点32分1GC膜的动态平衡：RER小泡扁平膜囊液泡细胞膜2发生和分化角度：扁平膜囊是内质网膜和细胞质膜的中间分化阶段形成面膜厚约6nm，近似于内质网膜成熟面膜厚约8nm，与细胞质膜相似3化学组成：高尔基复合体介于二者之间蛋白质含量：内质网>高尔基复合体>质膜神经鞘磷脂和胆固醇比例逐渐升高，磷脂酰胆碱比例则逐渐降低，其它磷脂比例比较恒定。ER、

GC、细胞膜三者之间的联系本文档共73页；当前第49页；编辑于星期二\5点32分三、高尔基复合体功能（一）高尔基复合体与细胞的分泌活动3H标记亮氨酸3分钟17分钟117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。50本文档共73页；当前第50页；编辑于星期二\5点32分发生在高尔基体TGN区的蛋白质分选途径本文档共73页；当前第51页；编辑于星期二\5点32分（二）高尔基复合体对蛋白质的修饰加工参与糖蛋白的合成和修饰N-连接寡糖链：在rER腔内合成O-连接寡糖链：在高尔基体内合成糖蛋白高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性。52本文档共73页；当前第52页；编辑于星期二\5点32分N-连接与O-连接的寡糖比较53特征N-连接O-连接合成部位粗面内质网高尔基体合成方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去与之结合的氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸最终长度至少5个糖残基一般1～4个糖残基，但ABO血型抗原较长第一个糖残基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺等本文档共73页；当前第53页；编辑于星期二\5点32分★糖基化的功能协助蛋白质的折叠和转运(2)维持膜的不对称性(3)保护蛋白免受蛋白酶的降解(4)作为蛋白的分选信号(5)作为细胞表面受体参与细胞间识别

本文档共73页；当前第54页；编辑于星期二\5点32分高尔基复合体对蛋白质的加工直接酶解切除如胰岛素和血清蛋白等酶解加工如神经肽等不同的加工方式如一些信息分子等加工方式神经肽原神经肽神经肽神经肽神经肽神经肽55本文档共73页；当前第55页；编辑于星期二\5点32分56本文档共73页；当前第56页；编辑于星期二\5点32分DABCABCBCDA

CDABD不同的加工方式57本文档共73页；当前第57页；编辑于星期二\5点32分（三）高尔基复合体对蛋白质的分拣运输蛋白质合成溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖加N-乙酰葡萄糖胺加半乳糖加唾液酸；分拣溶酶体顺面管网中层囊反面囊反面管网大泡（分泌颗粒）rER高尔基复合体顺面囊高尔基堆RER合成的蛋白质在Gc加工中，被加上不同的分选信号（磷酸、半乳糖、唾液酸等），被反面Gc膜上的专一受体识别、浓缩、分选后，形成不同运输小泡运到细胞不同部位。58本文档共73页；当前第58页；编辑于星期二\5点32分（四）高尔基复合体与溶酶体的形成溶酶体的酶是由rER上的核糖体合成rER腔内运输小泡

高尔基复合体（加工修饰）溶酶体的酶内含有甘露糖-6-磷酸，高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异与其结合，诱导溶酶体酶聚集并“出芽”离开高尔基复合体形成溶酶体。

溶酶体酶的分选：M6P反面膜囊M6P受体。在肝细胞中溶酶体酶还存在不依赖于M6P的另一种分选途径。59本文档共73页；当前第59页；编辑于星期二\5点32分一、溶酶体的形态结构与酶溶酶体是由一层单位膜包围，内含多种酸性水解酶的泡状结构。φμm圆形、卵圆形小体。主要功能是进行细胞内消化。异质性。溶酶体6060本文档共73页；当前第60页；编辑于星期二\5点32分溶酶体的酶溶酶体含有60多种水解酶，这些水解酶多为酸性水解酶，最适pH值5酶蛋白酶（肽酶）核酸酶磷酸酶糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂、糖链的酶）酯酶硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）61本文档共73页；当前第61页；编辑于星期二\5点32分62二、溶酶体膜的特性溶酶体膜质子泵：保持溶酶体基质内的酸性环境。多种载体蛋白：运输消化水解的产物。膜蛋白高度糖基化：防止膜自身被水解消化。62本文档共73页；当前第62页；编辑于星期二\5点32分63三、溶酶体的分类初级溶酶体(primarylysosome)：只含酶，不含底物。次级溶酶体(secondarylysosome)：吞噬性溶酶体(phago-)初级溶酶体+底物次级溶酶体异噬溶酶体(phagolysosome)

：初级溶酶体+外源物：异噬过程自噬性溶酶体(autophagolysosome)：初级溶酶体+内源性物质(自噬体)：自噬作用残余体(residualbody)：初级溶酶体消化后－后溶酶体63本文档共73页；当前第63页；编辑于星期二\5点32分64本文档共73页；当前第64页；编辑于星期二\5点32分65四、溶酶体的功能异噬作用：营养；防御作用自噬作用：新陈代谢的方式；机体和细胞的自我保护自溶作用：细胞死亡；器官发生细胞外消化作用：受精过程植物细胞的液泡含有多种水解酶，具有与动物细胞溶酶体类似的功能。65本文档共73页；当前第65页；编辑于星期二\5点32分66清除无用的生物大分子、衰老损伤的细胞(器)很多生物大分子的半衰期只有几个小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左右；红细胞120天（衰老红细胞特征，每天清除1011个），这些任务主要由溶酶体和蛋白酶体共同完成。“清道夫”或“细胞内消化器官”

细胞受损后，细胞崩溃(内含溶酶体)，使周围组织溶解液化，而成脓液。清除发育和成体中凋亡的细胞。66本文档共73页；当前第66页；编辑于星期二\5点32分67Autophagy67本文档共73页；当前第67页；编辑于星期二\5点32分68溶酶体与脏器的形成与退化两栖类发育中蝌蚪尾巴的消化，哺乳动物断奶后乳腺退行性变化