细胞生物学第七章细胞质基质与内膜系统.ppt

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1、第七章第七章细胞质基质与细胞质基质与内膜系统内膜系统一、细胞质基质一、细胞质基质l概念概念n体积体积占细胞总体积占细胞总体积50%以上。以上。l主要特点主要特点n细胞质基质细胞质基质是一个高度有序的体系是一个高度有序的体系；n通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。系。l成分成分1.70%的水和无机离子（的水和无机离子（K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+等）；等）；2.各种代谢的中间产物（脂类、糖、氨基酸、核苷各种代谢的中间产物（脂类、糖、氨基酸、核苷酸等）；酸等）；3.大量的可溶性蛋白质、蛋白质衍生物和酶；大量的可溶性蛋白质、蛋白质衍生物和酶；4

2、.大量的各类大量的各类RNA分子及细胞进行各种反应所需分子及细胞进行各种反应所需的的ATP等。等。细胞质基质的功能细胞质基质的功能l为某些蛋白质和脂肪合成提供场所为某些蛋白质和脂肪合成提供场所l与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能n维持细胞形态、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；n细胞细胞质基质结构体系的组织者。质基质结构体系的组织者。l与细胞膜相关的功能与细胞膜相关的功能l蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解n蛋白质的修饰蛋白质的修饰 n控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命n帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，

3、形成帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构正确的分子构象象 n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二、内膜系统二、内膜系统l概念：指概念：指细胞内在结构、功能乃至发生上相关的细胞内在结构、功能乃至发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构，包括内质网、高由膜围绕的细胞器或细胞结构，包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。l作用作用：扩大膜的面积，提供各种反应所需的适当：扩大膜的面积，提供各种反应所需的适当环境，使之互不干扰。环境，使之互不干扰。三、内质网三、内质网（Endoplasmic reticulum）l内质网（内质网

4、（ER）：）：由由封闭封闭的膜系统及其围成的腔的膜系统及其围成的腔（池）形成（池）形成相互沟通相互沟通的网状结构。的网状结构。l形态：呈平行的双层膜状，有扁囊状、管状、泡形态：呈平行的双层膜状，有扁囊状、管状、泡状等，可分为细胞质面和腔面。状等，可分为细胞质面和腔面。l类型类型1.糙面内质网（糙面内质网（rER）：）：典型的为相互平行的典型的为相互平行的扁平扁平囊囊，排列较整齐，有核糖体附着，排列较整齐，有核糖体附着，与核膜相连与核膜相连。2.滑面内质网（滑面内质网（sER）：）：管状，泡状管状，泡状，无核糖体。，无核糖体。l化学组成（用化学组成（用微粒体微粒体进行研究）：蛋白质（占进行研究）

5、：蛋白质（占2/3），脂类（占），脂类（占1/3）1、糙面内质网的功能糙面内质网的功能l蛋白质合成蛋白质合成1.向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外基质成分等；基质成分等；2.膜的整合蛋白；膜的整合蛋白；3.需要与其他组分严格隔离的蛋白质：水解酶类、活性蛋需要与其他组分严格隔离的蛋白质：水解酶类、活性蛋白等；白等；4.需要进行复杂修饰的蛋白质。需要进行复杂修饰的蛋白质。l蛋白质的修饰与加工：羟基化、蛋白质的修饰与加工：羟基化、糖基化糖基化、酰基化、酰基化与二硫键的形成等。与二硫键的形成等。l新生肽的折叠与装配新生肽的折叠与装配肽链的糖

6、基化肽链的糖基化lN-连接的糖基化连接的糖基化：天冬酰胺残基：天冬酰胺残基N端，加上端，加上寡糖寡糖核心核心（N-乙酰葡萄糖胺残基和甘露糖），磷酸多乙酰葡萄糖胺残基和甘露糖），磷酸多帖醇作为载体。帖醇作为载体。l糖基化的过程在高尔基体中继续进行，直到完成糖基化的过程在高尔基体中继续进行，直到完成-O-连接的糖基化连接的糖基化。多肽链的折叠多肽链的折叠l内质网腔中含有一些与蛋白质折叠有关的蛋白和内质网腔中含有一些与蛋白质折叠有关的蛋白和酶类，如酶类，如Bip（属于分子伴侣蛋白的一种）和蛋白属于分子伴侣蛋白的一种）和蛋白二硫键异构酶，与多肽链结合，帮助折叠为正确二硫键异构酶，与多肽链结合，帮助折叠

7、为正确的形式。的形式。2、滑面内质网的功能、滑面内质网的功能l糖原分解糖原分解 糖原糖原 6-P-葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖 内质网腔内质网腔 血液血液细胞细胞 6-P-葡萄糖酶（在滑面内质网内膜上）葡萄糖酶（在滑面内质网内膜上）l合成脂类：磷脂、胆固醇和甾类激素合成脂类：磷脂、胆固醇和甾类激素l解毒作用解毒作用n细胞色素细胞色素P450家族酶系的解毒反应过程家族酶系的解毒反应过程四、高尔基体四、高尔基体（高尔基器，高尔基复合体）（高尔基器，高尔基复合体）l发现发现n 1898年，意大利医生年，意大利医生Golgi用镀银法在猫头鹰和用镀银法在猫头鹰和猫的小脑神经细胞中发现一种网状结构，初称猫的

8、小脑神经细胞中发现一种网状结构，初称“内网器内网器”；n20世纪世纪50年代，电镜确认为一种真实的结构。年代，电镜确认为一种真实的结构。l形态结构形态结构n扁囊多呈弓形，呈摞存在（扁囊多呈弓形，呈摞存在（48个），扁囊周围个），扁囊周围有囊泡结构。有囊泡结构。n顺式面顺式面cis（形成面）：凸面，靠近细胞核形成面）：凸面，靠近细胞核n反式面反式面trans（成熟面）：凹面，面向质膜成熟面）：凹面，面向质膜l化学组成：介于内质网与质膜之间化学组成：介于内质网与质膜之间高尔基体的功能高尔基体的功能l细胞的分泌活动细胞的分泌活动l蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质的糖基化及其修饰l蛋白酶的水解和其他加工过

9、程蛋白酶的水解和其他加工过程1.切除蛋白原的切除蛋白原的N端或两端序列端或两端序列 成熟多肽（如胰成熟多肽（如胰岛素）；岛素）；2.切割含有重复氨基酸序列的前体切割含有重复氨基酸序列的前体 活性多肽（如活性多肽（如神经肽）；神经肽）；3.根据前体中不同的信号序列或同一前体在不同细根据前体中不同的信号序列或同一前体在不同细胞中的不同加工方式加工成不同种的多肽。胞中的不同加工方式加工成不同种的多肽。l膜泡运输膜泡运输分泌蛋白的合成分泌蛋白的合成l用用3H-标记氨基酸或糖，放射性自显影跟踪分泌蛋标记氨基酸或糖，放射性自显影跟踪分泌蛋白的合成：内质网白的合成：内质网高尔基体高尔基体分泌泡分泌泡糖蛋白的

10、加工与运输糖蛋白的加工与运输l半乳糖苷转移酶半乳糖苷转移酶是高尔基体的是高尔基体的标记酶标记酶（半乳糖仅（半乳糖仅在高尔基体上掺入糖链）在高尔基体上掺入糖链）l加工加工1.对在内质网上加上去的对在内质网上加上去的“核心核心”进行修饰（水解进行修饰（水解掉一些糖基）；掉一些糖基）；2.切除切除3个个Man（甘露糖）残基（甘露糖）残基（在顺面膜囊在顺面膜囊）；）；3.加上加上3个个GlcNAc（N-乙酰葡萄糖胺）残基，移除乙酰葡萄糖胺）残基，移除2个个Man 残基（残基（在中间膜囊在中间膜囊）；）；4.加上加上3个半乳糖残基，每个半乳糖残基连上一个个半乳糖残基，每个半乳糖残基连上一个N-乙酰神经氨

11、酸残基（乙酰神经氨酸残基（在反面膜囊在反面膜囊）。）。五、溶酶体五、溶酶体l发现发现n1949年，年，de Duve，大鼠肝组织匀浆，分析酸性大鼠肝组织匀浆，分析酸性磷酸酶，磷酸酶，酶活力新鲜的低，存放后反而升高酶活力新鲜的低，存放后反而升高。n此酶位于一种膜结构中，存放后（特别是冻存此酶位于一种膜结构中，存放后（特别是冻存后）膜破坏，酶释放出来，故活力升高。后）膜破坏，酶释放出来，故活力升高。n1955年，电镜下确认。年，电镜下确认。l形态：圆球形颗粒，由形态：圆球形颗粒，由一层单位膜一层单位膜包围而成，内包围而成，内含多种酸性水解酶，这些酶都是糖蛋白，最适含多种酸性水解酶，这些酶都是糖蛋白

12、，最适pH在在5左右。左右。l溶酶体的溶酶体的标记酶标记酶：酸性磷酸酶酸性磷酸酶，作为细胞化学鉴，作为细胞化学鉴定的依据。定的依据。1、溶酶体的、溶酶体的类型类型l初级溶酶体初级溶酶体：小，处于非功能阶段：小，处于非功能阶段l次级溶酶体次级溶酶体：形态多样，功能阶段：形态多样，功能阶段n自噬溶酶体自噬溶酶体n异噬溶酶体异噬溶酶体l残质体（后溶酶体）残质体（后溶酶体）：未被消化的物质残存在溶：未被消化的物质残存在溶酶体内形成。酶体内形成。2、溶酶体的、溶酶体的功能功能l异噬作用异噬作用n正常的消化作用：降解营养物质正常的消化作用：降解营养物质n免疫功能：识别并吞噬入侵的细菌或病毒免疫功能：识别并

13、吞噬入侵的细菌或病毒l自噬作用自噬作用n清除无用的生物大分子、衰老的细胞器和衰老清除无用的生物大分子、衰老的细胞器和衰老损伤、死亡的细胞损伤、死亡的细胞l细胞的自溶作用：溶酶体膜破坏细胞的自溶作用：溶酶体膜破坏水解酶释放水解酶释放细胞溶解细胞溶解 n生理性的：发育过程中某些结构的去除生理性的：发育过程中某些结构的去除n病理性的：矽肺等病理性的：矽肺等3、溶酶体的发生、溶酶体的发生 溶酶体酶的合成及溶酶体酶的合成及N-N-连接的糖基化修饰（连接的糖基化修饰（rERrER）高尔基体高尔基体ciscis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶乙

14、酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体高尔基体trans-trans-膜囊和膜囊和TGNTGN膜（膜（M6PM6P受体）受体）溶酶体酶分选与局部浓缩溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑磷酸化识别信号：信号斑4、溶酶体缺陷与疾病、溶酶体缺陷与疾病l各种储积症各种储积症n泰萨二氏病泰萨二氏病n细胞病细胞病六、微体六、微体 过氧化物酶体过氧化物酶体l形态形态n单位膜单位膜n圆球形、卵形、哑铃状小泡圆球形、卵形、哑铃状小泡n有些含有拟核体（尿酸氧化酶结晶）有些含有拟核体（尿酸氧化酶结晶）l分布分布n几乎所有的真核细胞几乎所有

15、的真核细胞n动物的肝、肾中丰富，比较大动物的肝、肾中丰富，比较大n其他细胞中比较小其他细胞中比较小 微过氧化物酶体微过氧化物酶体l酶类：过氧化物酶，酶类：过氧化物酶，D-（或或L-）氨基酸氧化酶，氨基酸氧化酶，尿酸氧化酶（可形成结晶）尿酸氧化酶（可形成结晶）1、过氧化物酶体与溶酶体的区别、过氧化物酶体与溶酶体的区别l过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似；过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似；l过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。构，可作为电镜下识别的主要特征。l通过离心可分离过氧化物酶体与溶酶体通过离心可分

16、离过氧化物酶体与溶酶体l过氧化物酶体与溶酶体的差别过氧化物酶体与溶酶体的差别2、过氧化物酶体的功能、过氧化物酶体的功能l动物细胞：动物细胞：n解毒作用：将乙醇氧化成乙醛解毒作用：将乙醇氧化成乙醛n使细胞免受使细胞免受H2O2的毒害的毒害uRH2+O2H2O2+R （依赖黄素依赖黄素FAD的氧化的氧化酶）酶）uH2O2H2O+1/2 O2 （过氧化氢酶）过氧化氢酶）uRH2+H2O2R+2H2Ol植物细胞植物细胞n绿色植物叶肉细胞：催化绿色植物叶肉细胞：催化CO2固定反应副产物固定反应副产物的氧化的氧化（光呼吸反应）（光呼吸反应）n种子萌发过程：种子中的脂肪酸种子萌发过程：种子中的脂肪酸形成乙酰

17、辅形成乙酰辅酶酶A琥珀酸琥珀酸离开过氧化物酶体进一步转变离开过氧化物酶体进一步转变成葡萄糖成葡萄糖 乙醛酸循环体（乙醛酸循环体（glyoxysome）l过过氧化物酶体经分裂后形成子代过氧化物酶体氧化物酶体经分裂后形成子代过氧化物酶体，经经进一步装配形成成熟的细胞器进一步装配形成成熟的细胞器；l组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。中。3、过氧化物酶体的、过氧化物酶体的发生发生l过氧化物酶体蛋白分选的信号序列过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-

18、targeting signal，PTS）：）：nPTS1为为Ser-lys-leu，存在于存在于多数多数过氧化物酶体过氧化物酶体基质蛋白基质蛋白的的C C端端；nPTS2为为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基存在于某些基质蛋白质蛋白N-N-端端；n过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白的受体蛋白。l过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来而来；l内质网也参与内质网也参与过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生。肝细胞中细胞质基质及细胞其他组分

19、的数目及所占的体积比肝细胞中细胞质基质及细胞其他组分的数目及所占的体积比细胞组分细胞组分数数 目目体积比体积比细胞质基质细胞质基质154细胞核细胞核16内质网内质网112高尔基体高尔基体13溶酶体溶酶体3001胞内体胞内体2001过氧化物酶体过氧化物酶体4001线粒体线粒体170022微粒体微粒体l人为的产物，人为的产物，组织细胞匀组织细胞匀浆后离心得浆后离心得到的一种成到的一种成分，主要由分，主要由破碎的内质破碎的内质网形成的近网形成的近似球形的囊似球形的囊泡结构，包泡结构，包含内质网膜含内质网膜和核糖体两和核糖体两种基本组分。种基本组分。蛋白质合成蛋白质合成膜泡运输膜泡运输（TGN）过氧化

20、物酶体与初级溶酶体的特征比较过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较特特 征征溶酶体溶酶体微微 体体形态大小形态大小多呈球形，直径多呈球形，直径0.2-0.5 um，无酶晶体无酶晶体球形，哺乳动物细胞中直球形，哺乳动物细胞中直径多在径多在0.15-0.25um，内内常有酶晶体常有酶晶体酶种类酶种类酸性水解酶酸性水解酶含有氧化酶类含有氧化酶类pH5左右左右7左右左右是否需是否需O2不需要不需要需要需要功能功能细胞内的消化作用细胞内的消化作用多种功能多种功能发生发生酶在糙面内质网合成经高酶在糙面内质网合成经高尔基体出芽形成尔基体出芽形成酶在细胞质基质中合成，酶在细胞质基质中合成，经分裂与装配形成经分裂与装配形成识别的标志酶识别的标志酶酸性水解酶等酸性水解酶等过氧化氢酶过氧化氢酶