最新医学细胞生物学细胞质和细胞器第四讲----赵崴ppt课件.ppt

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1、 以以mRNA mRNA 为模板，在为模板，在核糖体核糖体上由氨基酸合上由氨基酸合成多肽链的过程成多肽链的过程翻译翻译。三、核糖体的功能三、核糖体的功能核糖体蛋白质的合成核糖体蛋白质的合成1.1.附着核糖体附着核糖体(free ribosome)：分泌蛋白：分泌蛋白2.2.游离核糖体游离核糖体(polyribosome)：结构蛋白：结构蛋白四、核糖体的存在形式四、核糖体的存在形式内膜系统内膜系统(endomembrane system)高等细胞区室化高等细胞区室化 Compartmentalization 质膜质膜 内膜内膜生物膜生物膜原核细胞原核细胞 质膜构成的单一区室质膜构成的单一区室真核

2、细胞真核细胞 内膜内膜 各种细胞器各种细胞器内膜系统出现的意义：内膜系统出现的意义： 各自独立，各司其职各自独立，各司其职 相互依存，协调同一相互依存，协调同一大大提高了细胞代谢反应的效率大大提高了细胞代谢反应的效率 内 质 网K. R. Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名内质网（endoplasmic reticulum，ER）。一一. .内质网的形态结构内质网的形态结构内质网是由磷脂和蛋内质网是由磷脂和蛋白质组成的一层单位白质组成的一层单位膜膜( (5 5 6nm6nm) ) 形成的小形成的小管、小泡和扁平囊相管、小泡和扁平囊

3、相互联通、封闭成腔的互联通、封闭成腔的系统。系统。内质网内质网小管小管小泡小泡扁囊状扁囊状细胞膜细胞膜核膜核膜 内质网膜与外层核膜相连。内质网腔与内质网膜与外层核膜相连。内质网腔与核间隙相通。向内折叠的细胞质膜有时与内核间隙相通。向内折叠的细胞质膜有时与内质网相连接，有管道沟通。质网相连接，有管道沟通。二二. . 内质网的类型内质网的类型1.1.粗面内质网粗面内质网rERrER2.2.滑面内质网滑面内质网sERsER1.1.粗面内质网粗面内质网(rER)(rER)：表面附着大量颗粒状表面附着大量颗粒状核糖体核糖体。由板层状排列的扁平囊构成。由板层状排列的扁平囊构成。在分泌蛋白质旺盛及大量合成膜

4、的细胞中丰富在分泌蛋白质旺盛及大量合成膜的细胞中丰富多种蛋白质的合成场所多种蛋白质的合成场所( (酶、肽类激素、抗体酶、肽类激素、抗体) ) 2.2.滑面内质网滑面内质网(sER)(sER)：表面光滑，无核糖体附着表面光滑，无核糖体附着多为管状或泡状多为管状或泡状脂类代谢旺盛的细胞中含量丰富脂类代谢旺盛的细胞中含量丰富三三. . 内质网的化学组成内质网的化学组成 微粒体微粒体(microsome)(microsome)： 在细胞匀浆和在细胞匀浆和超速离心过程超速离心过程中，由破碎的中，由破碎的内质网形成的内质网形成的球状的囊泡结球状的囊泡结构。构。化学组成化学组成1.1.内质网膜的脂质：内质网

5、膜的脂质： 30 - 402.2.内质网膜的蛋白质：内质网膜的蛋白质：60 - 703.3.内质网膜的酶系内质网膜的酶系葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶（标志酶）磷酸酶（标志酶）电子传递体系酶系电子传递体系酶系4.4.内质网网腔中的网脂蛋白内质网网腔中的网脂蛋白1 1）内质蛋白）内质蛋白2 2）钙网蛋白）钙网蛋白3 3）蛋白质二硫键异构酶）蛋白质二硫键异构酶4 4）免疫球蛋白重链结合）免疫球蛋白重链结合蛋白蛋白四四. . 内质网的功能内质网的功能rERrER：蛋白的合成、加工、转运蛋白的合成、加工、转运sERsER： 脂类合成、解毒、糖原分解、肌肉运动脂类合成、解毒、糖原分解、肌肉运动 （一）（一

6、） 粗面内质网的功能粗面内质网的功能 蛋白的合成、加工和运输：蛋白的合成、加工和运输： 核糖体核糖体信号肽信号肽内质网内质网网腔网腔（肽链延伸、修饰）（肽链延伸、修饰）高尔基体高尔基体浓缩泡浓缩泡细胞外细胞外(1).(1).蛋白质的合成：蛋白质的合成：分泌蛋白、膜蛋白、驻留蛋白和溶酶体蛋白分泌蛋白、膜蛋白、驻留蛋白和溶酶体蛋白(2).(2).蛋白质的折叠蛋白质的折叠：二硫键的形成，多肽链的折叠。二硫键的形成，多肽链的折叠。(3).(3).蛋白质的糖基化修饰蛋白质的糖基化修饰：N-N-连接的寡糖蛋白连接的寡糖蛋白(4).(4).蛋白质的运输蛋白质的运输 信号肽假说信号肽假说(signal hyp

7、othesis)(signal hypothesis)信号密码：信号密码： mRNA的的5端，编码特殊氨基酸的端，编码特殊氨基酸的密码子，位于起始密码密码子，位于起始密码AUG之后。之后。信号肽信号肽(signal peptide)： 由信号密码翻译出的肽链，位于由信号密码翻译出的肽链，位于 蛋白的蛋白的N端，由端，由1830个疏水氨基酸组个疏水氨基酸组 成。可被成。可被SRP识别，将核糖体引导到识别，将核糖体引导到内质网膜，并继续进行蛋白的合成。内质网膜，并继续进行蛋白的合成。信号识别颗粒信号识别颗粒(signal recognition particle, SRP)(signal reco

8、gnition particle, SRP) SRPSRP是由是由6 6个个多肽多肽亚单位和一个小的亚单位和一个小的RNARNA(7S)(7S)组成的复合物。组成的复合物。 SRP SRP 既能既能识别识别露出核糖体露出核糖体之外的之外的信号肽信号肽，又能识别粗面内质网膜上，又能识别粗面内质网膜上的的SRPSRP受体。受体。帮助多肽转运。帮助多肽转运。SRP RNA与核糖体与核糖体A位位点结合区域点结合区域识别识别SRP 受体区域受体区域SRP 识别信识别信号肽区域号肽区域信号肽假说：信号肽假说：核糖体被信号肽引导，经核糖体被信号肽引导，经SRPSRP介导，与介导，与 SRPSRP受体结合，进

9、行受体结合，进行蛋白质合成。蛋白质合成。mRNAtRNA信号肽信号肽核糖体核糖体SRP蛋白质继续合成，蛋白质继续合成，信号肽被切除信号肽被切除SRP循环循环蛋白质合成结束，蛋白质合成结束，核糖体脱离内质网，核糖体脱离内质网，进入下一个循环进入下一个循环SRP受体受体膜蛋白的合成膜蛋白的合成: :(2)(2)新生多肽链的折叠与装配新生多肽链的折叠与装配 1. 1.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶(PDI):(PDI): 反复切断错误结合的二硫键，使新生肽形成正反复切断错误结合的二硫键，使新生肽形成正确折叠的蛋白质。确折叠的蛋白质。 2. 2. 结合蛋白结合蛋白(binding protein,

10、Bip):(binding protein, Bip):与折叠不正与折叠不正常肽链结合予以滞留，待折叠正确后被进一步转运常肽链结合予以滞留，待折叠正确后被进一步转运至高尔基体。至高尔基体。3.3. 葡萄糖调节蛋白葡萄糖调节蛋白(Grp94):(Grp94):参与新生肽折叠转运。参与新生肽折叠转运。4. 4. 钙网素钙网素(calreticulin):(calreticulin):参与糖蛋白折叠。参与糖蛋白折叠。 内质网腔驻留蛋白分子能识别正在合成或部分内质网腔驻留蛋白分子能识别正在合成或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位结合，促使折叠的多肽，并与多肽的一定部位结合，促使正确折叠。这一类分子本身

11、并不参与最终产物正确折叠。这一类分子本身并不参与最终产物的形成，称为的形成，称为分子伴侣分子伴侣(molecular chaperone)(molecular chaperone) 驻留蛋白驻留蛋白(retention protien):(retention protien):内质网腔内分内质网腔内分子伴侣的子伴侣的C C端末尾具有滞留信号肽端末尾具有滞留信号肽Lys-Asp-Glu-Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL),Leu (KDEL),与与KDELKDEL受体结合，使之驻留于内质受体结合，使之驻留于内质网腔而不被转运。网腔而不被转运。(3).(3).蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化

12、内质网腔中的寡内质网腔中的寡 糖与内质网膜上糖与内质网膜上 的的多萜醇多萜醇连接，连接， 并使其活化。并使其活化。在在糖基转移酶糖基转移酶催化下，催化下，转移到多肽链的转移到多肽链的天天冬酰胺冬酰胺上的上的NHNH2 2端端（N-N-连接连接糖基化糖基化）。(4)rER(4)rER合成的蛋白质的分泌途径合成的蛋白质的分泌途径分泌蛋白分泌蛋白糖基化折叠ER腔腔运输小泡运输小泡高尔基体高尔基体浓缩泡浓缩泡细胞外细胞外分泌颗粒分泌颗粒（二）（二） 滑面内质网的功能滑面内质网的功能1.1.脂质合成脂质合成2.2.糖原代谢糖原代谢3.3.解毒作用解毒作用4.Ca4.Ca2+2+的贮存与的贮存与CaCa2

13、+2+浓度的调节浓度的调节5.5.胃酸、胆汁的合成与分泌胃酸、胆汁的合成与分泌1.卵磷脂的合成卵磷脂的合成二脂酰甘油二脂酰甘油磷脂酸磷脂酸磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱脂酰脂酰CoA3-磷酸甘油磷酸甘油磷酸酶磷酸酶胆碱磷酸转移酶胆碱磷酸转移酶酰基转移酶酰基转移酶CDP- 胆碱胆碱翻转酶：翻转酶： 合成脂类的酶和底物合成脂类的酶和底物位于内质网的位于内质网的细胞质侧细胞质侧。由结合于膜上的由结合于膜上的翻转酶翻转酶将将合成的脂类分子翻转至腔合成的脂类分子翻转至腔面的膜层中。面的膜层中。内质网的细胞质侧内质网的细胞质侧内质网的细胞腔侧内质网的细胞腔侧内质网的细胞质侧内质网的细胞质侧内质网的细胞腔侧内质网的细

14、胞腔侧五、内质网的病理变化五、内质网的病理变化 内质网是一个敏感的细胞器，在各种内质网是一个敏感的细胞器，在各种因素如缺氧、辐射、毒物作用和感染等条因素如缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，会产生病理变化，如肿胀、破裂、件下，会产生病理变化，如肿胀、破裂、核糖体脱落，萎陷的内质网和其他细胞成核糖体脱落，萎陷的内质网和其他细胞成分浓缩成团块。分浓缩成团块。 高尔基体最早发现于最早发现于18891889年，年，GolgiGolgi用银染法，在猫头鹰的神经用银染法，在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。2020世纪世纪5050年代以

15、后才正确认识它的存在和结构。年代以后才正确认识它的存在和结构。 一、形态结构：一、形态结构： 由一层单位膜包围由一层单位膜包围形成的囊泡系统。形成的囊泡系统。由排列较整齐的扁由排列较整齐的扁平囊和囊泡构成。平囊和囊泡构成。高尔基复合体有极性高尔基复合体有极性1.1.顺面高尔基网顺面高尔基网(cis-Golgi network, CGN)(cis-Golgi network, CGN)： 膜厚膜厚6nm，呈连续分支管网状结构。，呈连续分支管网状结构。2.扁平囊区扁平囊区(cisterna): 由扁平囊和管道组成的由扁平囊和管道组成的连续、完整的膜囊体系连续、完整的膜囊体系标志酶：标志酶：NADP

16、酶酶3.3.： 靠近质膜，呈管靠近质膜，呈管网状，有囊泡与之相网状，有囊泡与之相连，膜厚连，膜厚7.5nm7.5nm。有浓。有浓缩泡或分泌泡缩泡或分泌泡。 运输小泡小泡：直径直径4040 80nm80nm，膜厚，膜厚6nm6nm。 由内质网芽生而来，分布于高尔基体的形由内质网芽生而来，分布于高尔基体的形成面，载有粗面内质网合成的蛋白质、脂类成面，载有粗面内质网合成的蛋白质、脂类并运送到高尔基体的扁平囊中。并运送到高尔基体的扁平囊中。分泌泡分泌泡：直径直径100100 500nm500nm，膜厚，膜厚8nm8nm。内含浓缩分。内含浓缩分泌物，由扁平囊的成熟面的膜局部膨大而成，亦泌物，由扁平囊的成

17、熟面的膜局部膨大而成，亦称浓缩泡。称浓缩泡。在分泌功能旺盛的细胞内多，如肝细在分泌功能旺盛的细胞内多，如肝细胞、胰腺细胞。胞、胰腺细胞。vRegional differences in membrane composition across the Golgi stack二、化学组成二、化学组成1.1.蛋白质蛋白质60%60%；脂类；脂类40%40%。介于细胞膜和内质网之间。介于细胞膜和内质网之间2.2.高尔基体的酶：高尔基体的酶： 糖基转移酶糖基转移酶；磺基糖基转移酶；氧化还；磺基糖基转移酶；氧化还原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂酰转移酶；磷脂酶。酰转

18、移酶；磷脂酶。1.1.胞内物质的转送运输和分泌活动胞内物质的转送运输和分泌活动2.2.糖蛋白的加工合成糖蛋白的加工合成3.3.蛋白质的水解蛋白质的水解4.4.蛋白质的分选与胞内膜泡运输蛋白质的分选与胞内膜泡运输三三. . 高尔基体的功能高尔基体的功能 肥大、萎缩、内容物及形态结构的改变等。肥大、萎缩、内容物及形态结构的改变等。中毒细胞：萎缩、结构破坏消失。中毒细胞：萎缩、结构破坏消失。癌细胞：低分化不发达、高分化发达。癌细胞：低分化不发达、高分化发达。损伤：扩张、崩解。损伤：扩张、崩解。3分钟分钟17分钟分钟117分钟分钟3 3H H标记亮氨酸标记亮氨酸（一）与细胞的分泌活动有关（一）与细胞的

19、分泌活动有关2.2.糖蛋白的加工合成：糖蛋白的加工合成： O-O-连接的糖基化：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏连接的糖基化：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链的氨酸残基侧链的-OH-OH基团与寡糖共价结合。主要或基团与寡糖共价结合。主要或全部在高尔基体进行。全部在高尔基体进行。AsnAsnAsnAsnAsnN-乙酰葡乙酰葡萄糖胺萄糖胺甘露糖甘露糖葡萄糖葡萄糖岩藻糖岩藻糖半乳糖半乳糖唾液酸唾液酸粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体蛋白质合成蛋白质合成寡糖磷酸化寡糖磷酸化除甘露糖加除甘露糖加N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖、加半乳糖、唾液酸唾液酸分选分选溶酶体溶酶体分泌泡分泌泡糖基化有关的

20、酶固定糖基化有关的酶固定在内质网及高尔基体在内质网及高尔基体不同的区室内，为整不同的区室内，为整合膜蛋白。合膜蛋白。O-连接糖基化：连接糖基化：由不同的糖基转移酶由不同的糖基转移酶催化，每次加上一个催化，每次加上一个单糖，最后加唾液酸单糖，最后加唾液酸残基。残基。3. 蛋白的水解和加工：蛋白的水解和加工： 有些蛋白质在有些蛋白质在rER合成后，须经高尔基合成后，须经高尔基体水解加工才具有活性。体水解加工才具有活性。 4. 4. 蛋白的分选和运输：蛋白的分选和运输：1 1）溶酶体酶：）溶酶体酶： 带有带有分选信号分选信号，高尔基体生成的运输小泡膜，高尔基体生成的运输小泡膜上上 有分选信号的有分选

21、信号的受体受体。2 2）分泌蛋白：）分泌蛋白： 在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，选择性地将分泌蛋白送到分泌泡中。选择性地将分泌蛋白送到分泌泡中。3 3）膜蛋白：由运输小泡送至不同部位）膜蛋白：由运输小泡送至不同部位蛋白质分选信号及运输途径蛋白质分选信号及运输途径分选信号典型的信号序列ER腔内腔内Lys-Asp-Glu-Leu-COO膜蛋白膜蛋白Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala线粒体线粒体N- 螺旋细胞核细胞核Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val过氧化物酶体过氧化物酶体Ser-Ly

22、s-Leu溶酶体溶酶体M-6-P核定位信号核定位信号 螺旋螺旋信号信号过氧化过氧化物酶体物酶体C端端3肽信号肽肽信号肽N端信号肽端信号肽结构性结构性 分泌小泡分泌小泡浓缩信号浓缩信号调节性调节性 分泌小泡分泌小泡信信号号M-6-P驻留内质网的蛋白质驻留内质网的蛋白质带有带有(-Lys-Asp-Glu-Leu-COO)信号。信号。驻留高尔基复合驻留高尔基复合体的蛋白质带有体的蛋白质带有跨膜跨膜 螺旋螺旋信号。信号。蛋白质的分选蛋白质的分选Cop I and II Vesicles不能运输途径的衣被类型衣被类衣被类型型GTP酶 组成与衔接蛋白运输方向运输方向clathrinARFClathrin重

23、链与轻链，AP2质膜质膜内体内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体高尔基体内体内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体高尔基体溶酶体，溶酶体，植物液泡植物液泡COP IARFCOP高尔基体高尔基体内质网内质网COP IISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16内质网内质网高尔基体高尔基体 游离核糖体游离核糖体: :组成细胞本身所需的结合组成细胞本身所需的结合核糖体核糖体 蛋白质或某些特殊蛋白质蛋白质或某些特殊蛋白质 （红细胞的血红蛋白）（红细胞的血红蛋白） 膜结合核糖体膜结合核糖体: : 跨膜蛋白跨膜蛋白 水溶性蛋白质水溶性蛋白质 驻留蛋白驻留蛋白 分泌性蛋白分泌性蛋白69 结束语结束语