《细胞生物学细胞质基质与细胞内膜系统.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《细胞生物学细胞质基质与细胞内膜系统.ppt（92页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 第七章第七章 细胞质基质与细胞内膜系统细胞质基质与细胞内膜系统第一节第一节 细胞质基质细胞质基质 cytoplasmic matrixcytoplasmic matrix 基本概念基本概念：在真核细胞的细胞质中，除去在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器可分辨的细胞器以外的胶状物质，称细胞质基质。以外的胶状物质，称细胞质基质。细细 胞胞 组组 分分 数数 目目 体体 积积 比比 细胞质基质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 1111300200400170054 612311122 细胞质基质细胞质基质与与胞质溶胶胞质溶胶：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后
2、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。称之为胞胞质溶胶质溶胶。主要成分主要成分：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从而完成特定的生物学功能。特点特点特点特点 ：1 1 完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 蛋白质的合成与脂肪酸的合成蛋白质的合成与脂肪酸的合成2 2 与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态
3、、细胞运动、胞内物质运输及能量维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等传递等 细胞质基质的功能细胞质基质的功能3 3 蛋白质修饰和选择性降解蛋白质修饰和选择性降解1）辅酶或辅基与酶的共价结合。辅酶或辅基与酶的共价结合。2）磷酸化与去磷酸化。磷酸化与去磷酸化。3）糖基化。糖基化。1.1.蛋白质的化学修饰蛋白质的化学修饰O-linkedoligosaccharideN-linkedoligosaccharides4）对某些蛋白质的对某些蛋白质的N-端进行甲基化修饰。端进行甲基化修饰。5）酰基化。）酰基化。src 基因基因编码编码的酪氨酸激的酪氨酸激酶酶与豆与豆蔻蔻酸的共价酸的共价结结合，促
4、使激合，促使激酶酶转转移并靠豆移并靠豆蔻蔻酸酸链结链结合到合到细细胞胞质质膜上，只有膜上，只有这样这样，细细胞胞才能被才能被转转化。化。2.2.蛋白质的蛋白质的选择性降解选择性降解控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命决定蛋白质寿命的信号为存在于决定蛋白质寿命的信号为存在于N端的第一个氨基酸端的第一个氨基酸:N端第一个是：Gly、Pro、Ser、Met、Thr、Ala、Val、Cys，稳定N端第一个是其他12种不稳定，能被泛素降解途径（ubiquitin-dependentpathway）所识别，目的蛋白的Lys被泛素化后送往蛋白酶复合体（proteosome）降解.泛素降解途径泛素降解途径(ubi
5、quitin-dependent pathway)：泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具有蛋白质降解和细胞周期调控等多种生物学功能。3.3.降解变性和错误折叠的蛋白质降解变性和错误折叠的蛋白质分子伴侣分子伴侣(chaperones)是一种引导蛋白质正确折叠的蛋白质。当蛋白质折叠时，它们能保护蛋白质分子免受其它蛋白质的干扰。很多分子伴侣属于热休克蛋白（heatshockprotein，Hsp）.帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的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分子构象4.对蛋白质结构的修饰：对蛋白质结构的修饰：1.molecular chaperon
6、e：与未折叠或部分折叠的蛋白质结合，防止蛋白质降解。2.Chaperonin：陪伴蛋白。多个分子伴侣蛋白形成的复合体复合体，能直接推动蛋白质的折叠。家族家族功能功能伴侣素伴侣素10伴侣素伴侣素60的辅助伴侣素，帮助的辅助伴侣素，帮助Hsp60的底物折叠以利于其与的底物折叠以利于其与Hsp60结合。结合。小热休克蛋白小热休克蛋白包括多种蛋白质，依靠包括多种蛋白质，依靠ATP发挥其功能，与非自然态蛋白质结合。发挥其功能，与非自然态蛋白质结合。Hsp40辅助伴侣素，调节辅助伴侣素，调节Hsp70的活性。不过其中一些能与非自然态蛋白的活性。不过其中一些能与非自然态蛋白质结合。质结合。Hsp60通过通过
7、ATP帮助帮助15-30%的细胞蛋白质进行折叠。的细胞蛋白质进行折叠。Hsp70防止未折叠的多肽链粘连聚集，解聚多叠体蛋白质，参与蛋白质防止未折叠的多肽链粘连聚集，解聚多叠体蛋白质，参与蛋白质运输，调节热休克应答。运输，调节热休克应答。Hsp90与一些激酶和类固醇受体一同作用于信号传导通路，也可能会发与一些激酶和类固醇受体一同作用于信号传导通路，也可能会发挥一些挥一些“典型典型”分子伴侣的作用。分子伴侣的作用。Hsp100解聚蛋白质多叠体和聚集体。解聚蛋白质多叠体和聚集体。Hsp110与与Hsp70高度同源，功能未知。高度同源，功能未知。4.对蛋白质结构的修饰：对蛋白质结构的修饰：分子伴侣分子
8、伴侣(chaperones)细胞内膜系统细胞内膜系统(endomembrane systems)概念：概念：细胞内膜系统是在结构、功能、乃至发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。内膜系统是动内膜系统是动态的态的这些膜是相互这些膜是相互流动的，处于流动的，处于动态平衡，功动态平衡，功能上相互协调能上相互协调ER ER 是是真真核核细细胞胞中中最最大大的细胞器的细胞器 ERER的的膜膜占占细细胞胞膜膜系统的系统的一半一半 所所包包围围的的体体积积占占细细胞总体积的胞总体积的10%10%ER内质网内质网内质网内质网小管小管小管小管小泡小泡小泡小
9、泡扁囊状扁囊状扁囊状扁囊状细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜核膜核膜核膜核膜一、内质网的形态结构一、内质网的形态结构内质网内质网(endoplasmic reticulum,ER)微粒体微粒体-细胞匀浆等人工过程，破碎的内质网形成的近似球细胞匀浆等人工过程，破碎的内质网形成的近似球形的囊泡形的囊泡内质网的化学组成内质网的化学组成主要为蛋白质、脂类。主要为蛋白质、脂类。磷脂占50%-60%,蛋白质约占20%。内质网的标志酶是内质网的标志酶是葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶和和 CytP-450。细胞色素细胞色素P P450450在内质网膜中最为丰富在内质网膜中最为丰富P4内质网的化学组成内质网的化学组成
10、三、内质网的类型三、内质网的类型核糖体核糖体粗面内质网粗面内质网滑面内质网滑面内质网分为粗面型内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）。RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着。分别是ER连续结构的一部分。A A 光面内质网的功能光面内质网的功能脂的合成与转运脂的合成与转运内质网的功能内质网的功能磷脂转位因子磷脂的转位是由内质网膜中磷脂转位因子或称翻转酶帮助的。有选择性的,保证了膜中磷脂分布的不对称。合成包括磷脂和胆固醇几乎全部的膜脂。其中最主要的磷
11、脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。3种酶都在ER上。磷脂转运有两种方式。一种是凭借一种水溶性蛋白,叫磷脂交换蛋白(phospholipidexchangeprotein,PEP)的作用另一种是以出芽的方式转运到高尔基体、溶酶体和细胞质膜上磷脂转运磷脂转运：糖原分解释放葡萄糖糖原分解释放葡萄糖解毒作用解毒作用 光面内质网含有一些酶用于清除一些脂溶性废物以及代谢产光面内质网含有一些酶用于清除一些脂溶性废物以及代谢产生的有害物质生的有害物质.丰富的氧化酶系统丰富的氧化酶系统(如细胞色素如细胞色素P P450450、NADHNADH细胞色素细胞色素CC还原酶还原酶等等)能使许多有害物质解毒能使许多有害物质解毒
12、,转化为易于排出的物质。转化为易于排出的物质。CaCa2+2+离子浓度的调节作用离子浓度的调节作用 肌质网是细胞内特化的光面内质网,是贮存Ca2+的细胞器。vProteins synthesized on ribosomes of RER include:向细胞外分泌的蛋白质向细胞外分泌的蛋白质膜的整合蛋白膜的整合蛋白构成细胞器中的可溶性构成细胞器中的可溶性驻留蛋白驻留蛋白粗面内质网的功能粗面内质网的功能蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质转运蛋白质转运包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰与加工内质网
13、上进行内质网上进行N-连接的糖基化。连接的糖基化。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺天冬酰胺残基上。RERRER腔中丰富的蛋白二硫健异构酶（腔中丰富的蛋白二硫健异构酶（PDIPDI）和分子伴侣系）和分子伴侣系统，为蛋白质多肽链的折叠提供了极为有利的环境。统，为蛋白质多肽链的折叠提供了极为有利的环境。2.2.粗面内质网与蛋白质的折叠粗面内质网与蛋白质的折叠蛋白二硫异构酶（蛋白二硫异构酶（PDIPDI）:切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折切断二硫键，帮助新合成的
14、蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态叠的状态结合蛋白结合蛋白Bip蛋白是一类分子伴侣蛋白是一类分子伴侣,属于属于Hsp70家族。家族。识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位并促进重新折叠与装配。Bip在在ER蛋白质的折叠蛋白质的折叠作用作用一、高尔基复合体的形态一、高尔基复合体的形态结构结构高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构高尔基体是一种有极性的细胞器位置恒定,结构极性,功能极性：电电镜镜扁平囊扁平囊/中间高尔基网中间高尔基网(包括包括顺面、中间和反面扁囊顺面、中间和反面扁囊)/)/高高尔基堆尔基堆成熟面成熟面(mature face)(mature face)小囊泡小囊泡/顺面高尔基网
15、顺面高尔基网/形成面形成面/未成熟面未成熟面/凸凸面面大囊泡大囊泡/反面高尔基网反面高尔基网/分泌面分泌面/凹面凹面形成面形成面(forming face)(forming face)光镜：网状结构光镜：网状结构 高尔基体顺面网状结构（高尔基体顺面网状结构（CGNCGN）又称cis膜囊 高尔基体中间膜囊高尔基体中间膜囊 多数糖基修饰；糖脂的形成；多糖的合成 高尔基体反面膜囊高尔基体反面膜囊以及以及反面高尔基体网状结构反面高尔基体网状结构（trans Golgi networktrans Golgi network，TGNTGN）高尔基体的高尔基体的4 4个组成个组成部分部分嗜锇反应：cis面膜
16、囊被特异地染色；焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特异显示高尔基体的trans面的12层膜囊；烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)或甘露糖酶：可显示高尔基体中间几层扁平囊；胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)或核苷酸二磷酸酶：可显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应嗜锇反应嗜锇反应TPP酶反应酶反应CMP酶或核酶或核苷酸二磷酸苷酸二磷酸酶反应酶反应NADP酶或甘酶或甘露糖酶反应露糖酶反应 高尔基体的主要功能是将内质网合成的多种蛋白质蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分
17、泌到细胞外。内质网上合成的脂类脂类一部分也要通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体膜等部位运输，因此可以说，高尔基体是细胞内大分子运输的一个主要交通枢纽细胞内大分子运输的一个主要交通枢纽。此外高尔基体还是细胞内糖类合成糖类合成的工厂，在细胞生命活动中起多种重要的作用。二、二、高尔基体的功能高尔基体的功能O O-连接的糖基化连接的糖基化 将将糖糖链链转转移移到到多多肽肽链链的的丝丝氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸或或羟羟赖氨酸的羟基上，称为赖氨酸的羟基上，称为O-O-连接的糖基化。连接的糖基化。N N-连接的寡聚糖进一步加工：连接的寡聚糖进一步加工：内内质质网网上上：磷磷酸酸多多萜萜醇醇上上的的糖糖基基转转移移到
18、到多多肽肽的的天冬酰胺（天冬酰胺（AsnAsn）上）上 高高尔尔基基体体：加加工工，切切除除葡葡萄萄糖糖和和部部分分甘甘露露糖糖分分子，添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白子，添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白高尔基体高尔基体中蛋白质的糖基化中蛋白质的糖基化高甘露糖侧链的修饰高甘露糖侧链的修饰成熟的成熟的N-连接的寡糖链连接的寡糖链哺乳动物高尔基体中进行的修饰过程哺乳动物高尔基体中进行的修饰过程复杂的复杂的N-连接糖基化连接糖基化 特特 征征 N-连接连接 O-连接连接1.合成部位合成部位粗面内质网粗面内质网或高尔基体2.合成方式合成方式来自同一个寡糖前体一个个单糖加上去3.与之结合的与之结合的 氨
19、基酸残基氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸4 最终长度最终长度至少5个糖残基一般14个糖残基，但ABO血型抗原较长5.第第一一个个糖糖残残基基N乙酰葡萄糖胺N乙酰半乳糖胺等N-连接与连接与O-连接的寡糖比较连接的寡糖比较 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化生物学意义生物学意义 不同的蛋白质的糖基化具有不同的功能不同的蛋白质的糖基化具有不同的功能,糖基化的主要糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电稳定性；多羟基糖侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质
20、。对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白荷的性质。对多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号。质的分选信号。进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其进化上的意义：寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖它大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞先具有一个保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。的形状与运动。无无生生物物活活性性的的蛋蛋白白原原（proproteinproprotein）高高尔尔基基体体切切除除N-N-端端或或两两端端的的序序列列成成
21、熟熟的的多多肽肽。如如胰胰岛岛素素、胰胰高高血血糖糖素素及及血清白蛋白等。血清白蛋白等。蛋白质在高尔基体中酶解加工类型蛋白质在高尔基体中酶解加工类型蛋蛋白白质质前前体体高高尔尔基基体体水水解解同同种种有有活活性性的的多多肽肽，如如神神经肽等。经肽等。(泛素分子)含含有有不不同同信信号号序序列列的的蛋蛋白白质质前前体体高高尔尔基基体体加加工工成成不不同同的产物。的产物。(脑啡肽原、ACTH/内啡肽原和强啡肽原)不同的肽的不同加工方式：不同的肽的不同加工方式：1.1.有有些些多多肽肽分分子子太太小小，在在核核糖糖体体上上难难以以有有效效地地合合成成，如如只只有有5 5个个aaaa的神经肽。的神经肽
22、。2.2.有些可能缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号。有些可能缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号。3.3.防止活性物质在合成部位发挥活性。防止活性物质在合成部位发挥活性。硫硫酸酸化化作作用用也也在在高高尔尔基基中中进进行行，供供体体3-3-磷磷酸酸腺腺苷苷-5-5-磷酸硫酸，磷酸硫酸，PAPSPAPS蛋白质在高尔基体中酶解加工类型蛋白质在高尔基体中酶解加工类型 1949年，deDuve将大鼠肝组织匀浆，并对其中各种细胞器进行分级分离，以期找出哪些细胞器与糖代谢的酶有关。在测定作为对照的酸性磷酸酶活性时，发现酶的活性主要在线粒体的组分中。但实验结果却出现了一些反常的现象，如蒸馏水提取物中酶的活性
23、比在蔗糖渗透平衡液抽提物中酶的活性高。放置一段时间的抽提物比新鲜制品中的酶活性高，而且其酶的活性却与沉淀物线粒体无关。随后又发现其它几种水解酶也有类似的现象，从而推测在线粒体组分中还存在一种新的细胞器。1955年，deDuve与Novikoff合作首次用电子显微镜证明了溶酶体的存在。溶酶体溶酶体(lysosome)溶酶体（lysosome）几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸酸性性水水解解酶酶类类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。溶酶体溶酶体(lysosome)溶酶体的特点：溶酶体的特点：不同来源的溶酶体形态、大小,甚至所含有酶的种类都有很大的不同。溶酶体
24、呈小球状,大小变化很大。1、溶酶体是一种异质性的细胞器、溶酶体是一种异质性的细胞器溶酶体的类型溶酶体的类型 初级溶酶体初级溶酶体(primary lysosome)次级溶酶体次级溶酶体(secondary lysosome)自噬性溶酶体自噬性溶酶体(aotolysosome)异噬性溶酶体异噬性溶酶体(heterolysosome)后溶酶体后溶酶体(post lysosome)初级溶酶体（初级溶酶体（primary lysosomeprimary lysosome）此类溶酶体是含有有多种酸性水解酶，但无作用底物，外面此类溶酶体是含有有多种酸性水解酶，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处于
25、非活性状态。只有一层单位膜，其中的酶处于非活性状态。次级溶酶体（次级溶酶体（secondary lysosomesecondary lysosome）此类溶酶体中含有水解酶和相应的底物，是正在进行或完成消化作用的溶酶体，可分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。肝细胞脂褐质肝细胞脂褐质后溶酶体（残体）后溶酶体（残体）Residual body已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过外排作用排出细胞，已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。2、溶酶体内含有、溶酶体内含有50多种酸性水解酶
26、多种酸性水解酶 -the principal sites of intracellular digestion.Lysosomes can digest every kind of biological molecule.酸性磷酸酶是酸性磷酸酶是溶酶体的标志溶酶体的标志酶，酶，溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运转运溶酶体的膜上嵌有质子泵溶酶体的膜上嵌有质子泵溶酶体的膜蛋白高度糖溶酶体的膜蛋白高度糖基化基化溶酶体的膜含有能促进溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇膜稳定性的胆固醇3 3、溶酶体膜稳定性、溶酶体膜稳定性溶溶酶酶体的主要功能是消
27、化作用，根据其消化的物体的主要功能是消化作用，根据其消化的物质质又可将他的作用分又可将他的作用分为为以下以下3 3种：种：1.1.清除无用的生物大分子、衰老的清除无用的生物大分子、衰老的细细胞器及衰老胞器及衰老损伤损伤和死亡的和死亡的细细胞胞 二、溶酶体的功能二、溶酶体的功能溶溶酶酶体和蛋白体和蛋白酶酶体：体：（1 1）很多生物大分子的半寿期只有几个）很多生物大分子的半寿期只有几个小小时时至几天，至几天，（2 2）肝）肝细细胞中胞中线线粒体的平均寿命粒体的平均寿命约约1010天天（3 3）细细胞胞质质膜不断更新，膜不断更新，（4 4）成人的成人的红细红细胞胞仅仅能存活能存活120120天，每天
28、，每天要清除天要清除10101111个个红细红细胞，胞，（5 5）发发育中和成体凋亡的育中和成体凋亡的细细胞胞2防御作用（1）吞噬细胞位于肝、脾及血管中，清除抗原-抗体复合物单核细胞巨噬细胞（过氧化物及超氧过物）（2）麻疯杆菌、利什曼原虫、某些病毒利用吞噬细胞的吞噬作用进入细胞抑制溶酶体酶的活性，在细胞内释放核壳进行增殖。3.其它重要的生理功能（1）作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养。（2 2）在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，）在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节。可能参与分泌过程的调节。甲状腺球蛋白（腺体内腔）甲状腺球蛋白（腺体内腔）溶酶体溶酶体水解成甲
29、状腺素，然后分泌到水解成甲状腺素，然后分泌到细胞外毛细血管中。免疫应答的抗原递呈过程。细胞外毛细血管中。免疫应答的抗原递呈过程。（3 3）两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化，哺乳动）两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化，哺乳动物断奶后乳腺的退行性变化等都涉及某些特定细胞物断奶后乳腺的退行性变化等都涉及某些特定细胞程序性死亡及周围活细胞将其清除，这些过程都与程序性死亡及周围活细胞将其清除，这些过程都与溶酶体有关。溶酶体有关。（4）在受精过程中的作用，精子的顶体相当于特化的溶酶体，其中含多种水解酶类，如透明质酸酶、酸性磷酸酶及蛋白水解酶等，它能溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞。在细胞凋
30、亡过程中以出芽的形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消在细胞凋亡过程中以出芽的形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并消化化。自噬作用自噬作用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溶酶体的生物发生溶酶体的生物发生溶酶体的形成是一个相当复杂的过程溶酶体的形成是一个相当复杂的过程,涉及的细胞器有内质网、高尔基涉及的细胞器有内质网、高尔基体和内体体和内体.前溶酶体前溶酶体前溶酶体前溶酶体rERrERrERrER顺面管网顺面管网顺面管网顺面管网反面管网反面管网反面管网反面管网高尔基复合体高尔基复合体高尔基复合体高尔基复合体 溶酶体水解酶
31、前体溶酶体水解酶前体溶酶体水解酶前体溶酶体水解酶前体加入磷酸基团加入磷酸基团加入磷酸基团加入磷酸基团M-6-PM-6-PM-6-PM-6-PATPATPATPATPADP+PiADP+PiADP+PiADP+PiH H H H+去去去去除除除除磷磷磷磷酸酸酸酸pH=5pH=5pH=5pH=5成熟溶酶体成熟溶酶体成熟溶酶体成熟溶酶体M-6-P(M-6-P(M-6-P(M-6-P(甘露糖甘露糖甘露糖甘露糖-6-6-6-6-磷酸是一种分选信号磷酸是一种分选信号磷酸是一种分选信号磷酸是一种分选信号)溶酶体酶的溶酶体酶的M6P分选途径分选途径一、过氧化物酶体一、过氧化物酶体(peroxisome)(pe
32、roxisome)的形态结构的形态结构电电电电镜：由一层单位膜镜：由一层单位膜包围、高电子密度、包围、高电子密度、圆形或卵圆形的细胞圆形或卵圆形的细胞器。器。过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisom)又称微体又称微体(microbody)，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶氧化酶类的异质性细胞器。烟草叶肉细胞（尿酸氧化酶形成的晶体状核心）二、过氧化物酶体所含的酶二、过氧化物酶体所含的酶酶酶氧化酶：氧化酶：50%50%，特征：氧化底物的同时，将氧还原成过，特征：氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢。如尿酸氧化酶，氧化氢。如尿酸氧化酶，D DL-
33、L-氨基酸氧化酶等氨基酸氧化酶等过氧化氢酶：过氧化氢酶：40%,40%,作用：对氧化酶作用底物后形成的过氧作用：对氧化酶作用底物后形成的过氧化氢还原成水。化氢还原成水。标志酶：过氧化氢酶标志酶：过氧化氢酶。2H2H2H2H2 2OOOO2 2过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶过氧化氢酶2H2H2H2H2 2O+OO+OO+OO+O2 2防止防止防止防止H H H H2 2 2 2OOOO2 2 2 2在细胞内堆积，起保护细胞的作用。在细胞内堆积，起保护细胞的作用。在细胞内堆积，起保护细胞的作用。在细胞内堆积，起保护细胞的作用。特征溶酶体微体形态大小多呈球形、直径0.20.5m、无酶晶体球 形 直
34、径 多 在 0.150.25m、常有酶晶体酶种类酸性水解酶含有氧化酶类pH值5左右7左右是否需O2不需要需要功能细胞内的消化作用多种功能发生酶在粗面内质网合成、经高尔基体出芽形成酶在细胞质基质中合成、经分裂与组装形成识别的标志酶酸性水解酶等过氧化氢酶微体与初级溶酶体的特征比较微体与初级溶酶体的特征比较新的新的过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生蛋白质的蛋白质的分选分选蛋白质在细胞质中起始合成后,或是在细胞质基质中,或是转移到粗面内质网上继续合成,然后通过不同的途径转运至细胞的特定部位的过程称为蛋白质的定向转运或蛋白质分选。第五节第五节 细胞内蛋白质的分选细胞内蛋白质的分选后转移后转移(翻译后运
35、输翻译后运输):共转移共转移(共翻译运输共翻译运输)1 1、门控运输（、门控运输（gated transportgated transport）：如核孔可以选择性的主）：如核孔可以选择性的主 动运输大分子物质和动运输大分子物质和RNPRNP复合体，并且允许小分子物质自由复合体，并且允许小分子物质自由 进出细胞核。进出细胞核。2 2、跨膜运输（、跨膜运输（transmembrane transporttransmembrane transport）：蛋白质通过跨）：蛋白质通过跨 膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号序列膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号序列 的引导下，通过线
36、粒体上的转位因子，以解折叠的线性分的引导下，通过线粒体上的转位因子，以解折叠的线性分 子进入线粒体。子进入线粒体。3 3、膜泡运输（、膜泡运输（vesicular transportvesicular transport）：蛋白质被选择性地）：蛋白质被选择性地 包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔 基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某 些营养物质或激素，都属于这种运输方式。些营养物质或激素，都属于这种运输方式。4 4、蛋白质在细胞基质中的运输、蛋白质在细胞基质中的运输
37、（细胞骨架体系）（细胞骨架体系）。从蛋白质分选的类型或机制的角度看，可以分为以下途径从蛋白质分选的类型或机制的角度看，可以分为以下途径细胞内合成的蛋白质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列信号序列（signalsequence）。其二是细胞器上具特定的信号识识别别装装置置（分选受体，sortingreceptor）。蛋白质分选的基本原理蛋白质分选的基本原理靠新生肽上的特殊的信号序列以及加工后形成的标记与特靠新生肽上的特殊的信号序列以及加工后形成的标记与特定的受体相互作用而完成的定的受体相互作用而完成的.根据信号序列运输方向的不同分为三种类型，即入核
38、信号、根据信号序列运输方向的不同分为三种类型，即入核信号、引导肽和信号肽。引导肽和信号肽。信号序列的类型信号序列的类型引导肽：引导肽：指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白的运输。指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白的运输。入核信号：入核信号：指导核蛋白的运输。指导核蛋白的运输。信号肽信号肽:指导内膜系统的蛋白质运输。指导内膜系统的蛋白质运输。信号序列的作用信号序列的作用靶向靶向输输送蛋白送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号信号肽肽内内质质网腔蛋白网腔蛋白信号信号肽肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线线粒体蛋白粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序
39、列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-)过过氧化体蛋白氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶溶酶酶体蛋白体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列靶向输送蛋白的信号序列信号斑（信号斑（Signal patch）共转移：共转移：在细胞质中起始合成后转移到粗面内质网上合在细胞质中起始合成后转移到粗面内质网上合成的蛋白质，肽链在粗面内质网膜上边合成边转移到内质网成的蛋白质，肽链在粗面内质网膜上边合成边转移到内质网腔中称为共转移。腔中称为共转移。合成
40、后蛋白的去向合成后蛋白的去向1.进入内质网腔中进入内质网腔中后转移后转移蛋白质在细胞质基质中合成以后在某种信号指导下再转移到蛋白质在细胞质基质中合成以后在某种信号指导下再转移到线粒体、叶绿体、过氧化氢体等细胞器中的转移方式线粒体、叶绿体、过氧化氢体等细胞器中的转移方式.2.跨膜蛋白的合成跨膜蛋白的合成信号信号-锚定序列（锚定序列（signal-anchor sequencesignal-anchor sequence）：引导新生肽链从细胞质进入内质网并锚定在内质网膜中。停止转运停止转运-锚定序列锚定序列（stopstop transfer anchor sequence transfer an
41、chor sequence）：它是存在于新生肽中能够使肽链通过膜转移停止的一段信号序列,结果导致蛋白质锚定在膜的双脂层,停止转运信号以螺旋的形式锚定在双脂层。蛋白质的分选运输途径主要有四类：蛋白质的分选运输途径主要有四类：1 1、门控运输（、门控运输（gated transportgated transport）：）：2 2、跨膜运输（、跨膜运输（transmembrane transporttransmembrane transport）：）：3 3、膜泡运输（膜泡运输（vesicular transportvesicular transport）：4 4、蛋白质在细胞基质中的运输、蛋白质在
42、细胞基质中的运输（细胞骨架体系）（细胞骨架体系）。胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，胞内膜泡运输沿微管或微丝运行，动力来自马达蛋白动力来自马达蛋白。与膜。与膜泡运输有关的马达蛋白有泡运输有关的马达蛋白有3 3类：一类是动力蛋白类：一类是动力蛋白（dyneindynein），可向微管负端移动；另一类为驱动蛋白可向微管负端移动；另一类为驱动蛋白（kinesinkinesin），可牵，可牵引物质向微管的正端移动；第三类是肌球蛋白引物质向微管的正端移动；第三类是肌球蛋白（myosinmyosin）,可向微丝的正极运动。在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运可向微丝的正极运动。在马达蛋白的作用下，可将膜泡转运到特
43、定的区域，到特定的区域，细胞内部细胞内部内膜系统各个部分之间内膜系统各个部分之间的物质传递常常通过的物质传递常常通过膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体；细胞分泌物的外排，都要通过过渡性小泡进到溶酶体；细胞分泌物的外排，都要通过过渡性小泡进行转运。行转运。膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，膜泡运输是一种高度有组织的定向运输，各类运输各类运输泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要是因为细胞器的胞质面具有特殊的的胞质面具有特殊的膜标志蛋白膜标志蛋白。许多膜标志蛋白存在。许多膜标志蛋白
44、存在于不止一种细胞器，不同的膜标志蛋白组合，决定膜的于不止一种细胞器，不同的膜标志蛋白组合，决定膜的表面识别特征。表面识别特征。三三 膜泡运输膜泡运输 (Vesicle translocation(Vesicle translocation）膜泡运输是蛋白运输的一种特有的方式，普遍存在于真核细胞中。在转运过程中不仅涉及蛋白本身的修饰、加工和组装，还涉及到多种不同膜泡定向运输及其复杂的调控过程。三种不同类型的包被小泡三种不同类型的包被小泡网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡COPIICOPII有被小泡有被小泡COPICOPI有被小泡有被小泡在受体介导的细胞内吞途径中，也负责将物质从质膜在受体介导的细
45、胞内吞途径中，也负责将物质从质膜细细胞质胞质，胞内体胞内体溶酶体溶酶体1.网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡网格蛋白网格蛋白网格蛋白网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输泡运输。介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输泡运输。高尔基体高尔基体TGN是网格蛋白有被小泡形成的发源地是网格蛋白有被小泡形成的发源地网格蛋白网格蛋白(clathrin)50100nm五边形网格结构三腿蛋白当网格蛋白网格蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin聚集成一圈围绕在芽的颈部，将小泡柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），从而导致膜融合，掐
46、断衣被小泡。The formation of clathrin-coated pits in the TGN2.COPII2.COPII有被小泡有被小泡 这种类型的小泡是介导从ER到顺面高尔基体、从顺面高尔基体到高尔基体中间膜囊、从中间膜囊到反面高尔基体的运输。小泡的外被是外被蛋白COP(coat protein)，外被蛋白是一个大的复合体，称为外被体(coatomer),是个多亚基的蛋白复合物。构成的亚基有Sec23/Sec24、Sec13/Sec31和Sec16等 COP被膜小泡的装配被膜小泡的装配COP小泡的装配需要一种称为小泡的装配需要一种称为Sar1的的G蛋白的参与。当蛋白的参与。当
47、Sar1中中GDP与与GTP进行了交换进行了交换,诱导诱导Sec23和和Sec24蛋白的结蛋白的结合合,接着是接着是Sec13和和Sec31蛋白的结合蛋白的结合,最后由一种结合在最后由一种结合在ER表表面的大蛋白质面的大蛋白质,Sec16与与Sec23/Sec24复合物、复合物、Sec13/Sec31复合物相互作用复合物相互作用,装配成一个完整的小泡。装配成一个完整的小泡。COP是一种胞质溶胶蛋白质复合物是一种胞质溶胶蛋白质复合物,由由7个亚基组成个亚基组成:、。COP在出芽小泡的胞质溶胶面聚合在出芽小泡的胞质溶胶面聚合,形成形成COP被膜小泡。由被膜小泡。由COP作为外被的小泡称为作为外被的
48、小泡称为COP 被膜小被膜小泡。泡。功能：功能：负责回收、转运内质网逃逸蛋白（负责回收、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteinsescaped proteins）返）返回内质网。回内质网。内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身的蛋白质也不可内质网向高尔基体输送运输小泡时，一部分自身的蛋白质也不可避免的被运送到了高尔基体。内质网通过对逃逸蛋白的回收机制，避免的被运送到了高尔基体。内质网通过对逃逸蛋白的回收机制，使之返回它们正常驻留的部位。使之返回它们正常驻留的部位。COP I衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。衣被小泡还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。3 3
49、、COP ICOP I衣被小泡衣被小泡COP被膜小泡的形成被膜小泡的形成装配反应因子装配反应因子(assembly reaction factor,ARF)装配反应因子是外被体外被的装配和去装配的信号。ARF是一种单体GTPase。内质网的结构和功能蛋白羧基端的一个四肽序内质网的结构和功能蛋白羧基端的一个四肽序列列:Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即即KDEL信号序列。信号序列。这段序列在高尔基体的膜受有相应的受体这段序列在高尔基体的膜受有相应的受体,一旦进一旦进入高尔基体就会被高尔基体上的受体结合入高尔基体就会被高尔基体上的受体结合,形成形成Cop I回流小泡被运回内质网回流小泡被
50、运回内质网,所以将该序列称为所以将该序列称为内质网滞留信号。内质网滞留信号。内质网的膜蛋白（如内质网的膜蛋白（如SRP受体）受体）在在C端有一个不同的回收信号，通常是端有一个不同的回收信号，通常是Lys-Lys-X-X（KKXX，X：任意氨基酸），同样可保证它：任意氨基酸），同样可保证它们的回收。们的回收。内质网滞留信号内质网滞留信号(ER retention signal)衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，各类运衣被小泡沿着细胞内的微管被运输到靶细胞器，各类运输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运输小泡输小泡之所以能够被准确地和靶膜融合，是因为运输小泡表面的标志蛋白能被靶膜上的