细胞质基质与内膜系统课件

第七章细胞质基质与细胞内膜系统第一节细胞质基质的涵义与功能一、细胞基质的涵义二、细胞基质的功能第二节细胞内膜系统及其功能一、内质网的形态结构与功能二、高尔基体的形态与功能三、溶酶体的形态与功能第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输一、信号假说与蛋白质分选信号二、蛋白质分选的根本途径与类型三、膜泡运输四、细胞机构体系的组装细胞内被膜区细胞质基质〔Cytoplasmicmatrix)细胞内膜系统〔endomembranesystem)其他被膜包被的细胞器〔线粒体、叶绿体、过氧化酶体和细胞核)第一节细胞质基质的涵义与功能细胞质基质〔Cytosol,Cytoplasmicmatrix〕细胞质基质的功能细胞质基质〔Cytosol,CytoplasmicMatrix〕细胞质基质:在细胞中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质，细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。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

1111300200400170054612311122肝细胞中细胞质基质和细胞其他组分的数目及所占的体积比一、细胞质基质的涵义在细胞基质中，各种复杂的代谢反响是如何有条不紊地进行，各个代谢环节之间又是如何相互关联、相互制约的？数以千种的生物大分子和代谢产物〔或底物〕又是如何定向地转运？

调节细胞增殖、分化、衰老与凋亡等重大生命活动的细胞转导途径又是怎么传递与整合的？细胞基质细胞液〔Cellsap)透明质(Hyaloplasm)胞质溶液(Cytosol)细胞基质(CytoplasmicMatrix)细胞基质看成是酶溶液细胞基质很可能是高度有组织的体系根据细胞基质中各种生物大分子结构的实际数目与相对大小所绘制的细胞基质结构的示意图Themicrotrabecularlattice〔微梁网络〕ofthecytoplasmicmatrixinanunextractedcell.根本概念用差速离心的方法别离细胞匀浆物中个组分，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是细胞质基质的成分。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。细胞基质的成分细胞分裂期的细胞质基质细胞质基质是一个高度有序的体系，其中细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，完成特定的生物学功能。细胞超微结构与生物化学等不同的侧面互相结

合来研究细胞质基质的特殊的复杂的结构体系。在细胞质基质中，蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大分子之间的相互作用都是通过非常弱的键来进行，并且常常处于动态平衡之中，这种结构体系的维持只能在高浓度的蛋白质及特定的离子环境的条件之下实现。细胞质基质与胞质溶胶细胞质基质主要是由微管、微丝和中等纤维等形成的相互联系的结构体系，其中蛋白质和其它分子以凝聚状态或暂时的凝聚状态存在，它与周围的溶液即周围水相中的分子处于动态平衡。胞质溶胶的成分是否与细胞质基质周围溶液的成分相同？用差速离心的方法所获得的胞质溶胶的成分与细胞质基质周围的溶液成分有很大的不同。胞质溶胶中的多数蛋白质，特别是分子量较大的蛋白质，可能通过较弱的次级键直接或间接地结合在细胞质基质的纤维上。〔一〕概念〔二〕化学组成成分复杂，不易分析，所以，反映了大局部细胞生化成分，即是许多细胞器生化反响的底物和产物的运输通道，本身又涉及了几种细胞代谢途径。离心别离中，易发生混杂和丧失，破碎的细胞器及液泡内含物可能混入可溶相，而另外一些本属基质的物质，如可溶性酶又可依附在细胞器碎片上被别离掉。

1、是进行某些细胞生化活动的场所，糖酵解、脂肪酸合成，有些供细胞自身结构和代谢所需蛋白，如组蛋白、非组蛋白、肌球蛋白，核糖体蛋白都在游离核糖体中合成。2、维持细胞器稳定，提供适宜离子环境3、供给细胞器内发生反响的底物4、对蛋白质修饰选择性降解和构象修正

磷酸化与去磷酸化，糖基化，甲基化，酰基化

依赖泛素标记的蛋白酶体中的蛋白质降解途径

热休克蛋白HSP帮助变性或畸形蛋白质重新折叠5、物质贮存和运输，如:膜系统和细胞骨架系统解聚后的物质均贮存于细胞质基质中，被称为“分子库〞，当需重新组装时由此提供元件。二、细胞质基质的功能

第二节细胞内膜系统〔endomembranesystem〕及其功能内质网的结构与功能

高尔基体的形态结构与功能溶酶体的形态结构与功能一、细胞内膜系统概述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。真核细胞细胞内的区域化〔compartmentalization〕：细胞骨架纤维为组织者的Cytomatrix形成有序的动态结构；细胞内的膜相结构—细胞器〔organelles〕。二、细胞内膜系统的研究方法放射自显影〔Autoradiography〕生化分析〔Biochemicalanalysis〕遗传突变分析〔Geneticmutants〕蛋白质分泌的同位素追踪实验：胰腺组织放射性同位素标记的培养基上短转培养固定、切片放射自显影检测。

发现放射性出现在内质网上。蛋白质合成始于内质网。

3’labelingandtheimmediateautoradiography3’labeling,7’chase,andautoradiography3’labeling,120’chase,andautoradiography脉冲追踪实验〔Pulse-chaseexperiment〕LabelcellswithradioisotopesChasew/coldaminoacidsFindtheradioisotopeintimecourseEMAutoradiographyfattyacidsaminoacidsIntroduceradio-labeledmembraneprecursorsintothecytosol@T=0cellRadiolabelincytosolWait10,30,60,90..minutesOverlayanemulsion“sensitive〞toradiationwaitRadiationtriggerstheformationofsilverparticleswhicharephotonandelectrondenseEMautoradiographyprovidesthebestresolutionSilverGrainscorrespondingtotheapproximatepositionofradiolabeledproteins30min-1hr:ERmembraneandlumen radiolabeledanother30min-1hr:Transport/ShuttleVesicles labeled30another30min-1hr:GolgiMembrane&Lumen labeledanother30min-1hr:PostGolgiVesicleslabeledanother30min-1hr:PlasmaMembranelabeledand someradiolabeledproteinsfound intheextracellularspacePalade’soriginaldataProteinswerelocalizedtoi)rERii)Golgiiii)SecretoryvesiclesERGolgiSecretoryVesiclescellexteriordeDuve，G.Palade，别离到了但八只合成和分泌功能的结构。细胞被破碎，膜碎片形成小囊泡，小囊泡来自于不同的膜结合细胞器(细胞核、线粒体、质膜、内质网等)来自于内膜系统的小囊泡称微粒体〔microsome)差速离心别离与功能分析

微粒体(microsomes)别离微粒体的功能研究用酵母突变体研究分泌过程及与分泌相关的基因揭示了小泡运输过程。用突变体研究内膜系统的运输作用Mutagenizecellsandallowtogrowatpermissivetemp.(24ºC).Shiftcellsto37ºC(non-permissivetemp.)forseveralhours.SeparatecellsbydensitygradientcentrifugationPlatethedensecellsat24ºC.Screenindividualcoloniesfordefectsinsecretion*permissivevsnonpermissivetemperature

sec

突变体的5种不同种类sec4-225ºCsec15-1after2hr@37ºCWildtypemorphologyAccumulationofvesicles野生型是分泌正常的酵母,A、B、C、D、E是五类不同的sec基因(secretorygenes)突变,代表了蛋白质分泌的五个过程。A:分泌蛋白不能进入内质网,B:内质网出芽缺陷,C:分泌小泡不能与高尔基体融合:D:高尔基体不能形成分泌泡;E:分泌泡不能与质膜融合。膜结合细胞器与内膜系统●膜结合细胞器(membrane-boundorganelles)或膜结合区室(membrane-boundcompartments)●细胞质膜系统(cytoplasmicmembranesystem)●内膜系统(endomembranesystems)膜结合细胞器的种类和功能真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器(区室)主要功能胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核基因组存在场所，DNA和RNA的合成地内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用内体内吞物质的分选线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用过氧化物酶体毒性分子的氧化膜结合细胞器在细胞内的分布内膜系统的动态性质主要是由细胞中三种不同的生化活动引起的:①蛋白质和脂的合成活动:在动物细胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面内质网,而分泌蛋白的合成起始于粗面内质网,完成于高尔基体。②分泌活动:③内吞活动(endocytosispathway),是分泌的相反过程,细胞将细胞外的物质吞进内体和溶酶体。内膜系统与蛋白质分选(proteinsorting)蛋白质分选定位的时空概念时间上蛋白质的合成分选有两种情况:先合成,再分选一边合成一边分选。为了适于蛋白质分选的时间上的需要,核糖体在合成蛋白质时就有两种存在状态:游离的或与内质网结合的。空间上包括了细胞内各个局部,蛋白质合成机器的线粒体和叶绿体也需要从细胞质中获取所需蛋白质。蛋白质分选定位的空间障碍及运输方式蛋白质定位的细胞内空间部位结构,可分为三种类型:①没有膜障碍的,如胞质溶胶,包括胞质溶胶中的细胞骨架蛋白和各种酶及蛋白分子；②有完全封闭的膜障碍,如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等；③有膜障碍,但是膜上有孔,如细胞核。核孔运输(transportthroughnuclearpore)跨膜运输(acrossmembranetransport)小泡运输(transportbyvesicles)一、内质网的形态结构与功能〔一〕内质网的两种根本类型粗面内质网〔roughendoplasmicreticulum，rER〕光面内质网〔smoothendoplasmicreticulum，sER〕微粒体〔microsome〕内质网(Endoplasmiceticulum,ER):由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成相互沟通的三维网络结构。粗面内质网〔roughendoplasmicreticulum，rER〕多呈扁囊状,排列较整齐，内质网与核糖体共同形成的复合机能结构,主要功能：合成分泌性蛋白和多种膜蛋白分泌细胞和分泌抗体的浆细胞中的rRE非常发达，未分化的细胞与肿瘤细胞中较为稀少移位子〔translocon〕:新合成多肽进入内质网有关〔Sec61p〕有20余种与光面内质网不同的蛋白质；光面内质网〔smoothendoplasmicreticulum，sER〕

呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。脂质合成的场所细胞不含纯粹的RER或SER，它们分别是ER连续结构的一局部。与高尔基体结构、功能与发生上的关系密切驱动蛋白与内质网结合肌肉细胞中的肌质网是一种特化的SER，称为肌质网，可贮存Ca2+，引起肌肉收缩。