医学细胞生物学:第五章-细胞内膜系统与囊泡转运课件.ppt
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1、第五章第五章 细胞内膜系统与囊泡转运细胞内膜系统与囊泡转运(endomembrane system)endomembrane system)内膜系统内膜系统:指细胞质内,结构、指细胞质内,结构、功能及发生上有一定联系的功能及发生上有一定联系的膜性结构的总称。膜性结构的总称。包括:包括:内质网(内质网(endoplasmic endoplasmic reticulum,ER)reticulum,ER)高尔基复合体(高尔基复合体(Golgi Golgi apparatus)apparatus)溶酶体(溶酶体(lysosome)lysosome)过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)per
2、oxisome)运输小泡(运输小泡(transport transport vesicles)vesicles)核膜核膜 学习目的与要求学习目的与要求1.掌握内膜系统的概念及结构组成。掌握内膜系统的概念及结构组成。2.掌握糙面内质网、光面内质网、高尔基复合体、溶掌握糙面内质网、光面内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体的主要化学组成、结构特征与酶体、过氧化物酶体的主要化学组成、结构特征与生理功能。生理功能。3.熟悉内膜系统之间在结构、功能及来源发生上的相熟悉内膜系统之间在结构、功能及来源发生上的相互关系。互关系。4.熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物
3、质转运中的重要作用。作用。第一节第一节第二节第二节第三节第三节中英文中英文退退 出出第四节第四节第五节第五节第六节第六节Endomembrane System 第五章第五章 内膜系统内膜系统微粒体的形态及类型微粒体的形态及类型 A.从细胞匀浆中分离出的微粒体电镜观察形态图;从细胞匀浆中分离出的微粒体电镜观察形态图;B.运用蔗糖浓度梯度离心分离技术可获得颗粒型和光滑型两种不同的微粒体。运用蔗糖浓度梯度离心分离技术可获得颗粒型和光滑型两种不同的微粒体。目前,对内质网的化学特征与生理功能的了解和认识,目前,对内质网的化学特征与生理功能的了解和认识,大多是通过对大多是通过对微粒体微粒体的生化、生理分析
4、而获得的。的生化、生理分析而获得的。二、内质网的化学组成二、内质网的化学组成Endomembrane System退退 出出首首 页页 第五章第五章 内膜系统内膜系统1.脂类脂类内质网膜的类脂双分子层组成包括磷脂、中性脂、内质网膜的类脂双分子层组成包括磷脂、中性脂、缩醛脂和神经节苷脂等,其中缩醛脂和神经节苷脂等,其中以磷酯含量最多以磷酯含量最多。2.蛋白质蛋白质内质网膜含有的蛋白质是非常复杂、多样的。内质网膜含有的蛋白质是非常复杂、多样的。相对分子质量大小从相对分子质量大小从15kD150kD不等。不等。(一)脂类和蛋白质(一)脂类和蛋白质是内质网的主要化学组成成分是内质网的主要化学组成成分
5、Endomembrane System退退 出出首首 页页二、内质网的化学组成二、内质网的化学组成 第五章第五章 内膜系统内膜系统(二)(二)内质网含有以葡萄糖内质网含有以葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志性磷酸酶为主要标志性酶的诸多酶系酶的诸多酶系 根据功能特性,可分为几种主要类型:根据功能特性,可分为几种主要类型:与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶类;与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶类;与脂类物质代谢功能反应相关的酶类;与脂类物质代谢功能反应相关的酶类;与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类;与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类;参与蛋白质加工转运的多种酶类。参与蛋白质加工转运的多种酶类。内质网膜的
6、标志酶内质网膜的标志酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶。磷酸酶。Endomembrane System退退 出出首首 页页二、内质网的化学组成二、内质网的化学组成 第五章第五章 内膜系统内膜系统(三)网质蛋白(三)网质蛋白网质蛋白(网质蛋白(reticulo-plasmin)是普遍地存在于内质网)是普遍地存在于内质网网腔中的一类蛋白质。网腔中的一类蛋白质。特点:特点:在多肽链的羧基端(在多肽链的羧基端(C端)均含有端)均含有KDEL(Lys-Asp-Glu-Leu)或或HDEL(His-Asp-Glu-Leu)的的4氨基酸序列氨基酸序列驻留信号驻留信号,驻留信号可通过与内,驻留信号可通过与内质网膜上相
7、应质网膜上相应受体受体的识别结合而的识别结合而驻留于内质网腔不被驻留于内质网腔不被转运转运。Endomembrane System退退 出出首首 页页二、内质网的化学组成二、内质网的化学组成 第五章第五章 内膜系统内膜系统(三)网质蛋白(三)网质蛋白目前已知的网质蛋白:目前已知的网质蛋白:免疫球蛋白重链结合蛋白,内质蛋白免疫球蛋白重链结合蛋白,内质蛋白,钙网蛋白,钙网蛋白,钙连蛋白钙连蛋白,蛋白质二硫键异构酶。,蛋白质二硫键异构酶。Endomembrane System退退 出出首首 页页二、内质网的化学组成二、内质网的化学组成 第五章第五章 内膜系统内膜系统二、形态结构:小管、二、形态结构:
8、小管、小泡及扁平囊。可与核小泡及扁平囊。可与核膜外层相连。膜外层相连。三、类型:粗面内质网三、类型:粗面内质网 滑面内质网滑面内质网 A.鼠肝细胞内质网形态结构模式图;鼠肝细胞内质网形态结构模式图;B.睾丸间质细胞中内质网形态透射电镜图;睾丸间质细胞中内质网形态透射电镜图;C.动植物细胞中内质网形态结构图(荧光标记内质网);动植物细胞中内质网形态结构图(荧光标记内质网);D.横纹肌细胞中肌质网立体结构形态模式图横纹肌细胞中肌质网立体结构形态模式图 内质网的形态结构内质网的形态结构 Endomembrane System退退 出出首首 页页 第五章第五章 内膜系统内膜系统粗面内质网粗面内质网 滑
9、面内质网滑面内质网 三三、内质网的功能、内质网的功能(一一)糙面内质网的功能糙面内质网的功能糙面内质网的主要功能是进行蛋白质的合成、加工糙面内质网的主要功能是进行蛋白质的合成、加工修饰、分选及转运修饰、分选及转运。由糙面内质网上附着型核糖体合成的蛋白质有:由糙面内质网上附着型核糖体合成的蛋白质有:外输性或分泌性蛋白外输性或分泌性蛋白膜整合蛋白膜整合蛋白细胞器中的驻留蛋白细胞器中的驻留蛋白 Endomembrane System退退 出出首首 页页 第五章第五章 内膜系统内膜系统内质网的功能内质网的功能1.1.粗面内质网与外输性蛋白质的合成、加工修饰粗面内质网与外输性蛋白质的合成、加工修饰及转运
10、及转运(1)(1)作为核糖体的附着支架作为核糖体的附着支架(2)(2)新生多肽链的折叠与装配新生多肽链的折叠与装配(2)(2)新生多肽的折叠与装配新生多肽的折叠与装配。常见的分子伴侣常见的分子伴侣:结合蛋白结合蛋白BiPBiP蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 PDIPDI 葡萄糖调节蛋白葡萄糖调节蛋白9494(标志分子伴侣)标志分子伴侣)在此过程中,分子伴侣只在此过程中,分子伴侣只起陪伴作用,不参与最终起陪伴作用,不参与最终底物的形成,故而得名。底物的形成,故而得名。(2)新生多肽链的折叠与装配)新生多肽链的折叠与装配 由附着型核糖体合成的新生多肽链需要在由附着型核糖体合成的新生多肽链需要在内
11、质网腔内质网腔中中进行进一步的进行进一步的折叠与装配折叠与装配,这一过程由,这一过程由分子伴侣分子伴侣协助协助完成。完成。分子伴侣(分子伴侣(molecular chaperone):):能够帮助多肽链能够帮助多肽链转运、折叠和组装的转运、折叠和组装的结合蛋白结合蛋白,本身不参与最终产物,本身不参与最终产物的形成。的形成。Endomembrane System退退 出出首首 页页 三三、内质网的功能、内质网的功能(一一)糙面内质网的功能糙面内质网的功能1.信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成 第五章第五章 内膜系统内膜系统(2)新生多肽链的折叠与
12、装配)新生多肽链的折叠与装配 分子伴侣蛋白的共同特点:分子伴侣蛋白的共同特点:在羧基端有一在羧基端有一KDEL驻留信号肽,它们和内质网膜上驻留信号肽,它们和内质网膜上的相应受体结合而驻留于网腔不被转运。因此,也被的相应受体结合而驻留于网腔不被转运。因此,也被称作称作驻留蛋白(驻留蛋白(retention protein)。分子伴侣蛋白也是细胞内蛋白质质量监控的重要因子。分子伴侣蛋白也是细胞内蛋白质质量监控的重要因子。内质网腔内未折叠蛋白的积聚,可通过内质网腔内未折叠蛋白的积聚,可通过未折叠蛋白反未折叠蛋白反应应(unfolded protein response,UPR)使内质网分子)使内质网
13、分子伴侣表达升高,从而有利于蛋白质的正确折叠和组装。伴侣表达升高,从而有利于蛋白质的正确折叠和组装。Endomembrane System退退 出出首首 页页 三三、内质网的功能、内质网的功能(一一)糙面内质网的功能糙面内质网的功能 第五章第五章 内膜系统内膜系统常见的内质网分子伴侣常见的内质网分子伴侣蛋白二硫键异构酶(蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)重链结合蛋白(重链结合蛋白(heavy-chain binding protein,BiP)钙网素(钙网素(calreticulin)葡萄糖调节蛋白葡萄糖调节蛋白94(glucose regula
14、ted protein94,GRP94)标志性分子伴侣标志性分子伴侣Endomembrane System退退 出出首首 页页 三三、内质网的功能、内质网的功能(一一)糙面内质网的功能糙面内质网的功能 第五章第五章 内膜系统内膜系统(3)(3)蛋白质糖基化蛋白质糖基化N N糖基化糖基化:(AsnAsn)、内质网腔、糖基转移)、内质网腔、糖基转移O O糖基化糖基化:高尔基复合体高尔基复合体 19711971年,年,C.MilsteinC.Milstein等发现在骨髓瘤细胞中提取的免疫球等发现在骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白分子的蛋白分子的N N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子端要比分泌到细胞外的
15、免疫球蛋白分子N N端的氨基酸端的氨基酸序列多出一截。序列多出一截。微粒体的研究和信号肽微粒体的研究和信号肽(signal peptide)(signal peptide)1975年,年,G.Blobel和和D.Sabatini等提出信号假说,等提出信号假说,即分泌性蛋白即分泌性蛋白N N端序列作为端序列作为信号肽,指导分泌性蛋白到信号肽,指导分泌性蛋白到内质网膜上合成。内质网膜上合成。BlobelBlobel因此项发现获因此项发现获19991999年诺贝尔生理医学年诺贝尔生理医学奖奖信号假说信号假说(signal hypothesis)(signal hypothesis)的提出的提出信号肽
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