细胞质基质与细胞内膜系统课件.ppt

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1、Section 4 Lysosome and Peroxisome 1. Characteristics of Lysosomes monolayer membrane (单层膜单层膜) Lysosome is a heterogenous （异质的）（异质的）organelle（细胞器）（细胞器） Lysosomes contain plenty acid hydrolases（水解酶）（水解酶） that can digest every kind of biological molecule. the principal （主要（主要的）的）sites of intracellular

2、digestion(细胞内消化）细胞内消化）.Marker enzyme(标志酶标志酶): acid phosphatase(酸性磷酸酶酸性磷酸酶)2. Characteristics of Lysosomes membrane(溶酶体膜的特点) 嵌有质子泵，形成和维持酸性环境。 H+-pumps: internal proton (质子浓度）质子浓度）concentration is kept high by H+-ATPase 具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运。 Transport proteins: transporting digested materials. 膜蛋白高度糖基化

3、，利于防止自身膜蛋白的降解。Glycosylated proteins: may protect the lysosome from self-digestion. 二、The type of lysosome1 primary lysosome（初级溶酶体） 直径约0.20.5um，有多种酸性水解酶，反应的最适pH值为5左右。2 secondary lysosome（次级溶酶体） 是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，可分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。3 residual body（残余小体）(后溶酶体） 未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体，如表皮细胞的老年斑

4、，肝细胞的脂褐质。Primary lysosomesSecond lysosomesheterophagic（异体吞噬）（异体吞噬） autophagic（自体吞噬）（自体吞噬）Residual bodyPrimary Lys.Second LysResidual Lys三 溶酶体的生物发生（Biogenesis of Lysosomes） 溶酶体发生是多途径的，其中主要有6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate, M6P)标志途径。该途径酶上都有一个特殊的标记M6P 。1、溶酶体酶在内质网上合成后并被糖基化修饰，把寡糖链共价结合到溶酶体分子的天冬酰胺残基上。2、在高尔基体Cis

5、面两种酶（N乙酰葡糖胺磷酸转移酶和N乙酰葡糖苷酶）催化寡糖链中的甘露糖残基磷酸化产生M6P。3、 M6P在高尔基体Trans面被受体接受。4、最后以小泡形式分泌出去形成溶酶体。溶溶酶酶体体酶酶的的发发生生1、溶酶体酶在内质网合成并经N连接的糖基化修饰。?甘露糖甘露糖 6-6-磷酸标记磷酸标记N乙酰葡糖胺磷酸转移酶乙酰葡糖胺磷酸转移酶溶酶体酶暴露出磷酸基团单糖二核苷酸UDP-GlcNAcN连接的具有甘露糖残基的寡糖N乙酰葡糖苷酶乙酰葡糖苷酶四、溶酶体的功能1、自体吞噬autophagy：清除无用的生物大分子，衰老细胞、细胞器、个体发育中多余的细胞。2、防御作用：如巨噬细胞杀死病原体。3、参与分泌

6、过程的调节：如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。4、营养功能（trophic function）：降解内吞的血清脂蛋白，获得蛋白质等成分。5、形成精子的顶体。 1. 矽肺： (Silicosis).二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，在颗粒表面形成硅酸。硅酸导致吞噬细胞溶酶体破裂，水解酶释放，细胞崩解，矽尘释出，后又被其他巨噬细内吞噬。激活成纤维细胞，导致肺组织纤维化。2. 肺结核：结核杆菌的菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗溶酶体的杀伤作用, 使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖, 导致巨噬细胞裂解, 释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。3. 类风湿性关节炎：溶酶体

7、膜较脆很易破裂，溶酶体酶被释放在关节处的细胞间质中使骨组织受到侵蚀，引起炎症。五 溶酶体与疾病 （ Lysosomes and Diseases ）4.贮积病：溶酶体酶缺失和异常时某些物质不能被消化，遗留在溶酶体内，引发疾病。 台-萨氏综合征（Tay-Sachs diesease黑蒙性先天性愚病）：溶酶体缺少氨基已糖酯酶A，导致神经节甘脂积累，溶酶体呈现同心圆状膜，患者26岁死亡 。 II型糖原累积病（Pompe病）：缺乏-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累。 severe type of the disease is I-cell disease (inclusion cell dise

8、ase, GlcNAc-Phosphotransferase gene mutant).台台- -萨氏综合症溶酶体的同心圆结构萨氏综合症溶酶体的同心圆结构表表1. 神经鞘脂神经鞘脂贮积病积病疾病缺失酶类主要贮积底物后果GM1神经节苷脂贮积症GM1-半乳糖苷酶神 经 节 苷 脂GM1智力迟钝，肝脏肥大，骨骼受累，2岁前死亡泰萨二氏病己糖胺酶A神 经 节 苷 脂GM2智力迟钝，失明，3岁前死亡法布莱氏病-半乳糖苷酶A三己糖神经酰胺皮疹，肾功能丧失，下肢疼痛山霍夫氏病己糖胺酶A和B神 经 节 苷 脂GM2和红细胞糖苷酯与泰萨氏疾病症状相似，但发展更快高歇氏病葡糖脑苷酯酶葡糖脑苷脂肝脏和脾脏肿大，长骨

9、腐蚀，只在婴儿期发生智力迟钝尼-皮二氏病鞘磷脂水解酶鞘磷脂肝脏和脾脏肿大，智力迟钝Farbers 脂肪肉芽肿病神经酰胺水解酶神经酰胺疼痛性与退行性的关节变形，皮肤瘤，几年内死亡Krabbes 病半乳糖脑苷酯酶半乳糖脑苷脂髓磷脂缺失，智力迟钝，2岁前死亡脑硫脂沉积芳基硫酸酯酶脑硫脂智力迟钝，前十年死亡五、过氧化物酶体（peroxisome）1 结构：由单层膜围绕而成的内含多种氧化酶的细胞器，为一种异质性的细胞器。2 功能在动物中： 具有解毒作用，过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精1/2是在微体中氧化为乙醛。在植物中：参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛

10、酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的-氧化，产生乙酰辅酶A，经乙醛酸循环，由异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体。烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心） 3 过氧化物酶体的发生 所有的酶都由核基因编码，在细胞质基质中合成，在导肽的引导下，进入过氧化物酶体。 已有的过氧化物酶体在细胞分裂时，以分裂方式传给子代细胞，再进行进一步的装配。 4 过氧化物酶体和溶酶体的区别特征溶酶体过氧化物酶体形态大小球形直径0.2-0.5m,无酶晶体球形直径0.15-0.25m,有酶晶体酶种类酸性水解酶含有氧化酶类pH57是否需氧不需要需要功能

11、细胞内消化多功能发生酶在糙面内质网合成，经高尔基体出芽形成酶在细胞质基质中合成，经分裂与装配形成识别的标志酶酸性水解酶过氧化氢酶2009年101溶酶体的功能是进行细胞内的消化作用，和溶酶体酶发生有关的细胞器是： A内质网 B高尔基体 C过氧化物酶体 D线粒体 E胞内体Section 5 Protein Sorting and vesicular transport (蛋白质分选与膜泡运输) Protein sorting: Protein molecules move from the cytosol to their target organelles or cell surface dir

12、ected by the sorting signals in the proteins.Protein Sorting (蛋白质分选：) 核糖体合成的蛋白质，在蛋白携带的信号指引下被转运到细胞的各个部位并装配成具有结构与功能的复合体，参加细胞生命活动的过程称为蛋白质分选。1.1.信号假说信号假说： （19751975年）年）分泌性蛋白分泌性蛋白N N端序列作为端序列作为信号肽信号肽（Signal peptidesSignal peptides） ，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白合成之前信号肽被切除。在蛋白合成之前信号肽被切除。2.2.分泌性蛋白进入内质

13、网分泌性蛋白进入内质网 分泌性蛋白进入内质网由信号肽、信号识别颗粒分泌性蛋白进入内质网由信号肽、信号识别颗粒（signal recognition particlesignal recognition particle，SRPSRP） 和信号识别颗粒和信号识别颗粒受体（停泊蛋白受体（停泊蛋白Docking ProteinDocking Protein，存在于内质网膜上，存在于内质网膜上) )协同协同完成。完成。新生肽的新生肽的N N端一段端一段16162626个氨基酸残基，包括疏水个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的核心区、信号肽的C C端和端和N N端等三部分，此段肽链序端等三部分，此段肽

14、链序列可以引导肽链进入内质列可以引导肽链进入内质网，又称为开始转移序列。网，又称为开始转移序列。Signal hypothesis and Protein Sorting signal信号假说与蛋白质分选信号由由6 6种多肽和一个种多肽和一个7S7S的的RNARNA组成的复组成的复合物，一般在细合物，一般在细胞质中，能分别胞质中，能分别与信号肽和停泊与信号肽和停泊蛋白结合，导致蛋白结合，导致蛋白质合成暂停。蛋白质合成暂停。Signal peptides and Signal patchesTwo ways that a sorting signal can be built into a pr

15、otein. (A)The signal resides in a single discrete stretch of amino acid sequence, called a signal peptide, that is exposed in the folded protein. Signal peptides often occur at the end of the polypeptide chain, but they can also be located elsewhere. (B) A signal patch can be formed by the juxtaposi

16、tion of amino acids from regions that are physically separated before the protein folds; alternatively, separate patches on the surface of the folded protein that are spaced a fixed distance apart could form the signal. P 699SRP receptor (GTP binding protein)SRP have three main active sites:One that

17、 recognizes and binds to ER signal sequence;One that interacts with the ribosome to block further translation;One that binds to the ER membrane (docking protein) 蛋白质在核糖体合成蛋白质在核糖体合成 信号肽与信号肽与SRPSRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRPSRP与受体结合，同时核糖体与内质网膜上的易位子与受体结合，同时核糖体与内质网膜上的易位子（translocontranslocon) )结合结合SRPSRP脱离信号肽返回

18、细胞质基质脱离信号肽返回细胞质基质信信号肽与易位子结合使孔道打开，信号肽引导肽链进入内质网号肽与易位子结合使孔道打开，信号肽引导肽链进入内质网腔腔信号肽被腔面上的信号肽酶切除信号肽被腔面上的信号肽酶切除肽链在内质网上继续肽链在内质网上继续合成。合成。 分泌性蛋白质转入内质网合成的过程：secretory protein transfer into endoplasmic reticulum分泌性蛋白质转入内质网合成的过程 transmembrane protein( (跨膜蛋白) )and start transfer sequence ( (内部信号序列或起始转移序列) )and stop

19、transfer squence( (信号停止转移序列) )。肽链中存在某些序列与内质网膜具有强的亲和力而结合在脂双层中，这段序列不再转入内质网腔中，称为停止转移序列。Start-transfer Sequence & Stop-transfer SequenceInsertion of a Multipass Transmembrane protein into the ER membranestart transfer sequence内部信号序列内部信号序列3 3 根据信号序列运输方向的不同信号分为三根据信号序列运输方向的不同信号分为三种类型种类型 Nuclear localizatio

20、n signal( (入核信号入核信号) ) Leader peptide(导肽导肽)、引导肽引导肽( (或转运或转运肽肽) )and post translocation(后转移后转移)：Signal peptide(信号肽信号肽）and and co- - translocation(共转移共转移) )指导蛋白质进入线粒体、叶绿体和过氧化物酶体中的信号序列一些蛋白质在细胞质基质中合成，后来被转移到内质网、线粒体等细胞器上的过程称为后转移。肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation共转移。3 3 The pathways of protein sorting 在细胞质

21、基质中完成多肽链的合成，然后转运在细胞质基质中完成多肽链的合成，然后转运至细胞器。至细胞器。 蛋白质合成起始后转移到内质网，再由高尔基体蛋白质合成起始后转移到内质网，再由高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外。细胞核成熟蛋白质细胞质细胞器细胞质基质核糖体mRNA,tRNA细胞质基质核糖体mRNA,tRNA蛋白质前体（信号假说）分泌酶溶酶体酶内质网高尔基体膜蛋白4 Proteins are imported into organelles by four mechanisms(蛋白质四种转运方式蛋白质四种转运方式)1）Gated transport:选择性的门

22、控转运Through gated poresNuclear pores;Nuclear localization signal (NLS);Folded and assembly form to transport.线粒体mRNAProtein自己利用mtDNA ctDNAmRNAProtein自己利用叶绿体 2）Transmembrane transport1、蛋白质的跨膜转运ER signal sequence, Mit, Chl: Leader sequence;Through translocon on the membrane;Single and Unfold form; Help

23、ed by molecular chaperons(分子伴侣）分子伴侣）3）Vesicular transpor 膜泡运输Budding, transporting, docking and at last fusion with target membrane;Assembly coated proteins on the vesicles (Clathrin, COPII and COPI);Only Properly folded and assembled proteins;The orientation of transported proteins and lipids is no

24、t changed during transporting.4） transport in cytoplasm细胞质基质中的蛋白质转运4. Vesicular transport（膜泡运输（膜泡运输）The three different types of coated vesicles.Different coat proteins select different cargo and shape the transport vesicles that mediate the various steps in the biosynthetic-secretory and endocytic

25、pathways.网格蛋白有被小泡1) COPII COPII有被小泡有被小泡A:A:存在于内质网到高尔基体的存在于内质网到高尔基体的CGNCGN区区, ,由由sec13, sec13, sec31,sec24sec31,sec24，sec23sec23和和Sar1 5Sar1 5种蛋白亚基组成，种蛋白亚基组成， Sar1Sar1蛋白是蛋白是GTPGTP结合蛋白，结合蛋白，Sar-GTP binds to the ER; Sar-GDP dissociates from the ERB: B: The assembly of a COPII-coated vesicles.(形形成过程成过程)

26、 ) C:C:功能功能 负责从内质网到高尔基体的物质运输负责从内质网到高尔基体的物质运输( (顺向顺向运输运输anterogradeanterograde transport) transport)。move materials from the ER to the Golgi. COPII- COPII-被膜小泡的形成被膜小泡的形成供体鸟苷酸交换因子sec13sec31Sec23sec24KDEL序列的错误蛋白序列的错误蛋白2) COPI COPI有被小泡：有被小泡： 存在于内质网和到高尔基体区域存在于内质网和到高尔基体区域介导逆向运输（介导逆向运输（retrograde transport

27、)retrograde transport)。形成形成： 含有含有7 7种蛋白亚基，其中种蛋白亚基，其中ARFARF为为GTP binding GTP binding protein,protein, 参与参与COPICOPI被膜小泡的装配被膜小泡的装配功能：功能： 负责回收、转运、内质网逃逸蛋白（含有负责回收、转运、内质网逃逸蛋白（含有KDELKDEL信信号号）返回内质网。）返回内质网。transporting escaped ER resident Proteins Back to the ER. 蛋白质在高尔基体内的内部运输。蛋白质在高尔基体内的内部运输。 将错运到高尔基体反面膜上的蛋白

28、返回内质网。将错运到高尔基体反面膜上的蛋白返回内质网。COPI coated vesicles may select specific cargo. ER is an open prison. Soluble ER protein bear Retrieving(重返）重返） signalKDEL(Lys-Asp-Glu-Leu)in mammal and HDEL in yeast, where as ER membrane proteins （内质网膜蛋白）（内质网膜蛋白） bear the signal KKXX . The KDEL receptor present in vesicu

29、lar tubular clusters and the Golgi apparatus.A model for the retrieval of ER resident proteins.The KDEL receptor captures the soluble ER resident proteins and carries them in COPI-coated transport vesicles back to the ER.Neutral pH: dissociate from the KDEL; low pH: binding the KDEL 3) Clathrin coat

30、ed vesicles （网格蛋白有被小泡（网格蛋白有被小泡） The origin: :the TGN of Golgi is the Source of Clathrin-coated vesicle. ( (在高尔基体的在高尔基体的TGNTGN区形区形成成) 小泡形成与运输机制小泡形成与运输机制： 网格蛋白由网格蛋白由3 3个重链和个重链和3 3个轻链组成的个轻链组成的三脚蛋白复三脚蛋白复合物合物，许多网格蛋白再组装成五边形或六边形网格，许多网格蛋白再组装成五边形或六边形网格结构，与接合素蛋白结构，与接合素蛋白(adaptin(adaptin) ) 结合形成网格蛋白结合形成网格蛋白有被小

31、泡。有被小泡。网网格格蛋蛋白白Selective transport by clathrincoated vesicles1 12 24 45 5 当网格蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白dynamin（发动蛋白）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，掐断（pinch off）衣被小泡。 3 3 Functions：Transporting Cargo from the TGN to endosomes(胞内体), lysosomes(溶酶体), and plant vacuoles(植物液泡). Cop I and II Vesicles5 mo

32、lecular chaperones（分子伴侣)分子伴侣：细胞中某些蛋白质分子，可以识别正在分子伴侣：细胞中某些蛋白质分子，可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部合成的多肽或部分折叠的多肽并与多肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装配，这类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称这类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为为“分子伴侣分子伴侣”，如信号识别颗粒。，如信号识别颗粒。Questions1. What is the endomembrane system.2. Please describe the functions of endoplasmic reticulum.3. Please describe the biogenesis of lysosomes in brief.4. Please describe the process of secretory protein transferring into endoplasmic reticulum in brief. 5. The functions of three different types of coated vesicles.