细胞生物学内质网和核糖体

内膜系统内膜系统：不含DNA，功效活动和装配完全受核DNA控制各种内膜之间可经过出芽融合式交流线粒体和叶绿体：含本身DNA，功效活动和装配受DNA和本身DNA共同调控不参加出芽和融合式交流内膜系统：细胞质分区化形成上含有一定次序相关性、膜分化动态结构，含有流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性细胞生物学内质网和核糖体第1页细胞生物学内质网和核糖体第2页内质网：一、内质网形态结构细胞中只有一个内质网是连续系统，确保功效上含有连续性透射电镜：平行双层膜状，两层膜之间宽距不等三维立体：形状大小不一样小管、小囊或扁平囊连续网状膜系统内腔相通大而扁平片状结构，内质网独有特征细胞核周围：网状三维结构，细胞质内：树枝状细胞生物学内质网和核糖体第3页一、内质网形态结构依据形态不一样，内质网分为两个区域：粗面内质网(RER)：胞质面附着有核糖体，多为扁囊状，合成蛋白质光面内质网(SER)：无核糖体附着，小管或小囊状，合成类固醇例：肝细胞，RER为扁囊状，SER为扁囊边缘伸出小管网细胞生物学内质网和核糖体第4页细胞生物学内质网和核糖体第5页细胞生物学内质网和核糖体第6页细胞生物学内质网和核糖体第7页二、内质网化学组成主要起源于对微粒体(microsome)膜研究微粒体：不是细胞内固有结构细胞匀浆在差速离心过程中分离出一个膜泡成份由内膜系统中各组分膜断片自然卷曲而成，依据RER和SER密度差异、差速离心可分离两种ER高盐度介质中，微粒体上核糖体脱落下来。内质网膜脂类约占1／3，蛋白质约占2／3；SER脂类要比RER多一些细胞生物学内质网和核糖体第8页二、内质网化学组成脂类：磷脂、中性脂肪、磷脂酰肌醇、缩醛磷脂和一些神经节苷脂等蛋白质含量：比质膜多。约含30-40种酶，有些酶与合成甘油三酯、磷脂和胆固醇相关最少有两种黄素蛋白和两种血红蛋白细胞色素P-450是SER特有标识酶蛋白质：边周蛋白、整合膜蛋白；膜上分布不对称，有偏向腔面，有偏向胞质面细胞生物学内质网和核糖体第9页三、粗面内质网功效1.蛋白质合成全部蛋白质合成起始：均在游离核糖体上翻译分泌蛋白核糖体：结合在粗面内质网膜上继续进行翻译非分泌蛋白核糖体：只能留在细胞质基质中继续进RER上合成多肽链：均含有信号肽序列；内质网膜上含有核糖体亲合蛋白与信号识别颗粒受体，在信号识别颗粒帮助下，多肽链可被转移到RER上合成，合成多肽链可穿过内质网膜进入内质网腔。穿膜时多肽链呈非折叠状态，HSP70可能参加了去折叠细胞生物学内质网和核糖体第10页三、粗面内质网功效RER合成蛋白质：主要为分泌蛋白及装配内膜系统和质膜所需要蛋白质当活跃合成蛋白质：内质网扁平囊扩大，里面充满了浓密大分子物质当细胞内必需营养物缺乏、能源不足或受毒素刺激：ER含有降低蛋白质合成起始速率调控作用细胞生物学内质网和核糖体第11页三、粗面内质网功效2．合成蛋白质修饰与加工修饰、加工：多肽链糖基化和羟基化等糖基化：内质网腔面；预先合成寡糖链，经过焦磷酸键，连接在一个插入到膜内磷酸多萜醇上；当穿过内质网膜多肽链上出现天冬酰胺残基时，在膜中糖基转移酶作用下，将寡糖链从磷酸多萜醇上转移到天冬酰胺残基上细胞生物学内质网和核糖体第12页三、粗面内质网功效RER糖基化：多为N-连接寡糖链分两部分：关键区：各种寡糖链中均相同与天冬酰胺残基直接相连第一个糖总是N-乙酰葡萄糖胺末端区：各种寡糖链中不一样加工修饰只发生在寡糖链末端区，关键区保持不变酰基化、羟化、二硫键形成等修饰，使新生多肽链折叠成正确三维结构细胞生物学内质网和核糖体第13页细胞生物学内质网和核糖体第14页细胞生物学内质网和核糖体第15页细胞生物学内质网和核糖体第16页3．膜生成RER能不停地进行本身装配和生成试验：蛋白质和脂类前体物用14C-亮氨酸和14C-甘油标识发觉：标识前体物掺入到RER数量要比掺入到SER大得多表明：膜生成方向由RER到SER膜生成：首先合成基本膜脂和整合膜蛋白然后按次序依次添加酶、专一性糖和脂类膜分化过程：膜生成要经过化学和结构上改造，逐步转变为内膜系统中各种膜，以至质膜三、粗面内质网功效细胞生物学内质网和核糖体第17页三、粗面内质网功效4．物质运输运输各种物质通道，胞内物质运输循环系统3H-亮氨酸做脉冲追踪试验表明：RER合成份泌蛋白，经内质网腔进入GC腔，包装成份泌颗粒后，运输至胞外或其它细胞器内质网在离子和小分子物质运输方面也起一定作用物质在内质网膜上可发生穿膜扩散和主动运输细胞生物学内质网和核糖体第18页细胞生物学内质网和核糖体第19页三、粗面内质网功效5．贮积钙离子细胞基本需求之一：对胞质中钙水平控制因为Ca2+改变在细胞内信号系统中起关键作用胞质中Ca2+浓度极低(10-7

mol／L)，内质网腔中Ca2+浓度很高膜上钙泵来维持内质网是细胞信号传递路径Ca2+贮备库一旦受到信号刺激，膜上钙通道打开，Ca2+快速涌人胞质中，参加信号深入传递，引发细胞发生一定反应内质网含有呈强酸性网质蛋白如内质蛋白和钙网蛋白，对Ca2+含有高度亲合性，在贮积Ca2’方面含有主要作用细胞生物学内质网和核糖体第20页四、滑面内质网功效1．合成脂类SER有许多与脂类合成相关酶，如：乙酰转移酶、磷酸酶和胆碱磷酸转移酶等合成：除脂肪酸和两种线粒体磷脂外，新膜所需各种脂类，包含磷脂、胆固醇、甾体激素合成脂类：掺入到内质网膜本身，出芽或专一性载体蛋白运往其它细胞器细胞生物学内质网和核糖体第21页四、滑面内质网功效翻转酶：能把含胆碱磷脂从膜胞质溶质二分之一反转到邻腔二分之一造成膜两半脂类分布不对称现象磷脂交换蛋白：位于胞质溶质中，水溶性蛋白；可同脂类结合，携带脂类随机扩散，把脂分子从含脂多膜转运到含脂少膜中每一个磷脂都由专一磷脂交换蛋白转运细胞生物学内质网和核糖体第22页四、滑面内质网功效2．解毒作用有些酶与外源性有害物质结合，使其发生氧化而失活去除脂溶性废物和代谢产生有害物质例：SER细胞色素P-450解毒反应过程细胞色素P-450：末端氧化酶；在肝中含有解毒作用；经过羟基化使脂溶性废物或代谢产物失活并溶解于水；使一些农药或其它药品失活；排出细胞后送入尿液服用大量药品动物，与解毒相关酶活性增加，SER增生；一旦药品消失，多出SER被溶酶体消化，几天内又恢复细胞生物学内质网和核糖体第23页四、滑面内质网功效3．糖原代谢肝细胞SER膜胞质面上附着有许多糖原小颗粒当体内需要化学能时，糖原在激素调控下被磷酸化酶降解为葡萄糖-1-磷酸，于胞质中再转化为葡萄糖-6-磷酸；内质网膜对葡萄糖-6-磷酸含有不可通透性，因而无法离开肝细胞，也不能被其它细胞所利用；SER含葡萄糖-6-磷酸酶，使之变成葡萄糖葡萄糖穿越内质网膜进入SER腔，再输送至血液中，供使用细胞生物学内质网和核糖体第24页细胞生物学内质网和核糖体第25页核糖体一、核糖体基本结构原核、真核、线粒体、叶绿体：都有核糖体原核、真核核糖体：外形和功效基本相同，大小不一样电镜下分：大、小亚单位肝核糖体负染色：大亚单位：略呈半圆形，直经约为23nm，一侧伸出三个突起，中央为一凹陷，有一垂直通道，新合成肽链由此通道穿出，保护新生肽链免受蛋白水解酶降解细胞生物学内质网和核糖体第26页一、核糖体基本结构小亚单位：长条形，约1／3长度处有一细缢痕大小亚单位结合成核糖体：凹陷部位彼此对应，从而形成一个隧道，为蛋白质翻译时mRNA穿行通路大亚单位：肽基转移酶中心小亚单位：解码中心细胞生物学内质网和核糖体第27页细胞生物学内质网和核糖体第28页细胞生物学内质网和核糖体第29页核糖体主要活性部位（6个）①mRNA结合位点：小亚单位能识别并结合mRNA起始端如：大多数原核细胞16SrRNA3’端有一段序列同mRNA结合位点含有互补关系②A位点(氨酰基位点，亦称氨基酸受位)：大亚单位接收新掺入氨酰-tRNA结合位点③P位点(肽酰基位点，肽基部位或释放部位)：小亚单位为延伸中肽酰—tRNA结合位点细胞生物学内质网和核糖体第30页核糖体主要活性部位（6个）④E位点：大亚单位肽基转移后即将释放tRNA结合位点；⑤肽基转移酶催化位点：大亚单位中rRNA可催化氨基酸间形成肽键，这是蛋白质合成过程中关键反应⑥GTP酶（易位酶）结合位点：大亚单位延伸因子EF-G结合位点，简称G因子，对GTP含有活性，可催化肽酰-tRNA从A位点转移到P位点，促使肽链延伸细胞生物学内质网和核糖体第31页细胞生物学内质网和核糖体第32页两亚单位常游离于细胞质溶质中当小亚单位与mRNA结合后，大亚单位才与小亚单位结合成完整核糖体肽链翻译结束后，大小亚单位解离，重新游离细胞质两亚单位结合与分离受Mg2+影响[Mg2+]>lmmol／L时，两亚单位结合成单核糖体；[Mg2+]<lmmol／L时，核糖体两亚单位分离；[Mg+]>10mmol／L时，两个核糖体则结合成二聚体细胞进行蛋白质合成时：常多个核糖体同时结合在一条mRNA链上，卷曲成蜗牛壳状结构，称为多核糖体，为细胞正在合成蛋白质标志。细胞生物学内质网和核糖体第33页细胞生物学内质网和核糖体第34页二、核糖体化学组成主要成份：蛋白质和RNA蛋白质占40％-50％，RNA占50％-60％RNA：占细胞中RNA总量80％以上rRNA磷酸基所带负电荷量多于蛋白质所带正电荷量，因而核糖体展现出很强负电性，可同阳离子和碱性染料相结合含核糖体多细胞，其细胞质可被碱性染料(如甲苯胺蓝)所浓染细胞生物学内质网和核糖体第35页二、核糖体化学组成核糖体RNA：原核生物3种rRNA；真核生物4种rRNArRNA含有高度复杂二级结构线性rRNA分子内部有70％区段形成双链螺旋各种蛋白质则结合到折叠rRNA分子上16SrRNA3’端一段序列：同大多数原核生物mRNA核糖体结合部位含有互补关系，从而使30S亚单位能识别mRNA起始端5SrRNA一段序列：同tRNA中TΨCG次序互补，使tRNA能结合到核糖体上细胞生物学内质网和核糖体第36页二、核糖体化学组成核糖体蛋白：适当条件下，CsCL离心，可将核糖体各成份分离出来蛋白质成份按照一定次序一组一组地被分离出来大部分蛋白质均含有丰富碱性氨基酸组成核糖体蛋白质，在大小亚单位中都有一定空间分布利用专一性抗体，在电镜下可对各种蛋白质做定位测定细胞生物学内质网和核糖体第37页三、核糖体功效合成蛋白质场所由核糖体、mRNA和tRNA三者亲密配合共同完成肽链合成起始、延伸和终止三个阶段反应(一)核糖体与tRNA相互识别分子机制PaulSchimmel等(1998)提出一个模型，该模型认为：1.带有反密码子呈”L”型tRNA含有两个不一样臂：一个臂：其3’端通用CCA单链序列为氨基酸结合位点氨基酸经过酯化作用可连接到末端A上；另一个臂：含有三联体反密码子，与mRNA上三联体密码子进行配对结合

细胞生物学内质网和核糖体第38页(一)核糖体与tRNA相互识别分子机制2.一旦被氨基酸酰化结合，tRNA反密码子功效区经过密码子-反密码子相结合方式，作为一个模板阅读探头来破译mRNA上三联体密码子3.依据mRNA上三联体密码子，氨基酸酰化tRNA线性排列在mRNA上，其带电小螺旋区紧靠在一起，从而使一个氨基酸氨基端能攻击另一个氨基酸羧基端，在两个氨基酸之间便可形成肽键细胞生物学内质网和核糖体第39页细胞生物学内质网和核糖体第40页(二)核糖体在翻译起始复合物形成中作用机制转译过程均是由起始密码子AUG开启起始密码子AUG：编码产物：甲硫氨酸可为特定tRNA反密码子所识别而形成一个特异性起始物tRNAMet原核生物、线粒体、叶绿体：甲酰甲硫氨酸对AUG正确识别：原核：16SrRNA3’端一段核苷酸序列和mRNA5’端起始部位(AUG上游)3-9个互补核苷酸序列(SDsequence)碱基配对细胞生物学内质网和核糖体第41页细胞生物学内质网和核糖体第42页(二)核糖体在翻译起始复合物形成中作用机制真核：异三聚体翻译因子eIF2，先与GTP和tRNAMet结合形成一