第7章细胞基质与细胞内膜系统.

1第七章真核细胞内膜系统的结构与功能细胞质基质细胞内膜系统2§7.1细胞质基质主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构,糖原和脂滴概念：又称细胞质溶质，主要指真核细胞质内除细胞器和内含物以外的较为均质半透明的胶状物质。透明质,细胞液----胞质溶胶----细胞质基质3胞质溶胶（cytosol）细胞匀浆经超速离心除去所有细胞器和颗粒后的上清液部分。富含蛋白质，占细胞内的25～50%；含有多种酶，是细胞代谢活动的场所；还有各种细胞内含物，如肝糖原、脂肪细胞的脂肪滴、色素粒等4主要特点:高度有序动态平衡水分子多以水化物的形式结合mRNA和核糖体也结合到细胞质基质上蛋白和颗粒的扩散速率低新看法细胞质基质是由三类细胞质骨架形成的相互联系的结构体系,其中蛋白和其他分子以凝聚态或暂时的凝聚态存在5细胞质基质的功能完成各种中间代谢过程如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径糖原、蛋白质、脂肪酸的合成等蛋白质的分选与运输与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等6细胞质基质的功能蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰控制蛋白质的寿命降解变性和错误折叠的蛋白质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7细胞质基质的功能蛋白质的修饰辅酶或辅基结合；磷酸化；糖基化；甲基化；酰基化控制蛋白质的寿命稳定蛋白信号：N端第一Aa为Met，Ser，Thr，Ala，Val，Cys，Gly，Pro泛素：76Aa蛋白酶体：26S，筒状催化核心，调节部分89降解变性和错误折叠的蛋白质畸形蛋白暴露疏水基团，形成N端不稳定AA,同样被依赖于泛素的蛋白降解途径水解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伴侣：热休克蛋白10§7.2内膜系统概念：在结构、功能及发生上密切相关的由膜包被的细胞器或细胞结构，包括内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等。这些膜是相互流动的，处于动态平衡，功能上相互协调11真核细胞在进化上一个显著特点就是形成了发达的细胞质膜系统,将细胞分成许多膜结合的区室,包括内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等。各自独立的结构和功能又紧密相关，尤其是它们的膜结构是相互转换的，这种转换的机制则是通过蛋白质分选和膜运输实现的12真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器(区室)主要功能胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核基因组存在场所，DNA和RNA的合成地内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用内体内吞物质的分选线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用过氧化物酶体毒性分子的氧化内膜系统13线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核等的独立性很强,并且有特别的功能；都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输,形成了一个特别的细胞内系统。14●ER是真核细胞中最大的细胞器●ER的膜占细胞膜系统的一半●所包围的体积占细胞总体积的10%原核生物没有内质网,除哺乳动物细胞的红细胞外，ER在真核细胞中广泛存在，一般认为细胞中只有一个ER以保证其功能上的连续性。由细胞质膜代行其功能。§7.2.1内质网EndoplasmicReticulum,ER151945,Porter和Claude等在电子显微镜下观察组培的鸡胚成纤维细胞时发现各种大小的管道相连成网状结构,并集中在内质中,所以建议称作内质网。内质网的发现细胞的生物合成“工厂”ＥＲ：由封闭的膜系统及其围成的腔形成的相互沟通的网状结构，真核细胞中重要的细胞器，细胞内蛋白和脂质的合成基地．16在透射电镜下观察，ER常呈平行的双层膜状三维立体结构上，ER是由膜形成的一些形状大小不同的小管，小囊或小泡构成的一个连续的网状膜系统，内腔相通。外表面称为胞质溶胶面或原生质面,内表面称腔面。细胞中内质网与细胞核、高尔基体的立体结构内质网的形态结构17内质网种类根据是否附有核糖体：糙面内质网(RER)光面内质网(SER)细胞不含纯粹的RER或SER,分别是ER连续结构的一部分糙面内质网(RoughER)其上有核糖体，多为扁囊状，广泛存在于合成蛋白质的细胞中。光面内质网(SmoothER)无核糖体，多为小管或小囊状，广泛存在于合成类固醇的细胞中。18●粗面内质网(roughendoplasmicreticulum,RER)多呈大的扁平膜囊状,在电镜下观察排列极为整齐。它是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构,普遍存在于分泌蛋白质的细胞中主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶蛋白。19水仙幼嫩叶肉细胞RERRER十分发达，顶端部分局部膨大---，或横缢成小泡。20具易位子translocon结构－－:－－－－真核细胞内质网上的一种蛋白复合体，中心有一直径２nm的通道，与新合成的蛋白进入内质网有关．不正确折叠的蛋白从易位子处由内质网腔进入细胞质基质被降解．21●光面内质网(smoothendoplasmicreticulum,SER)无核糖体附着由小泡或小管构成，主要从事细胞的解毒作用,广泛存在于各种类型的细胞中脂类合成的重要场所往往作为出芽的位点,将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基体。微粒体----在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构,仍具有内质网的基本特征。23内质网与其他细胞器的关系细胞膜:有时与内质网连接,甚至有管道相通核膜:通常内质网与外核膜相连高尔基体:结构,功能,发生上相联系线粒体:合成旺盛的细胞中两者总是相伴微管:内质网的分布与微管的走向一致内质网的功能◆蛋白质的合成◆蛋白质的修饰和加工◆新生肽的折叠与组装◆脂质的合成◆其他功能25◆蛋白质的合成细胞中蛋白都是在核糖体上合成，并起始于细胞质基质中“游离”核糖体内质网上合成的蛋白：分泌蛋白，整合膜蛋白，内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白［需要隔离或修饰］细胞质基质中合成的蛋白：细胞质基质中驻留蛋白，质膜外周蛋白，核输入蛋白，转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋白26细胞中蛋白主要由那种核糖体合成，膜结合核糖体还是“游离”核糖体？游离核糖体合成的蛋白质的分配去向包括胞质溶胶、线粒体、过氧化物酶体、细胞核等，约占细胞体积的80%以上。而膜结合核糖体上合成的蛋白质的去向包括ER、高尔基体、溶酶体、质膜、细胞外等，只占细胞体积的20%游离核糖体上合成的蛋白质起主导作用。27◆脂质的合成SER除鞘磷脂、糖脂和2种线粒体磷脂外能合成建造新膜所需的各种脂类合成的最主要的磷脂为磷脂酰胆碱。合成的脂类，有的掺入到ER本身，有的则通过出芽的方式或专一性载体蛋白运往其他的细胞器。28膜磷脂转移的两种方式(a)通过小泡运输将内质网上合成的脂转运到其他内膜系统的膜上包括细胞核膜;(b)通过磷脂转运蛋白将内质网上合成的脂转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的膜中。29磷脂转运---内质网中的磷脂不断合成，使得内质网的膜面积越来越大，必须有一种机制将磷脂转运到其它的膜才能维持内质网膜的平衡Transportbybudding:ER---GC,Ly,PMTransportbyphospholipidexchangeproteins(PEP)磷脂交换蛋白:ER—otherorganelles303132ER膜，两半脂类分布不对称？ER膜中存在有反转酶，能把含有胆碱的磷脂从膜的胞质侧反转到邻腔的一半，但对含乙醇胺，丝氨酸或肌醇的磷脂无反转作用。磷脂酰胆碱的合成需要存在ER上的酶催化，酶的活性部位朝向胞质溶质一侧，所以磷脂的合成只发生在膜邻近胞质溶质的一半。33◆蛋白质的修饰和加工修饰：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等糖基化：发生在ER腔面，是在糖基转移酶作用下.可分成两大不同的糖基化修饰：特征N-连接O-连接合成部位糙面内质网高尔基体与之结合的氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸，苏氨酸，羟赖氨酸，羟脯氨酸第一个糖残基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺等34ProteinglycosylationinRER焦磷酸键寡糖链磷酸多萜醇糖基转移酶35N-乙酰葡萄糖胺36细胞质基质和细胞核中的蛋白很少糖基化，内质网上合成的蛋白大部分要糖基化糖基化作用：使蛋白能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化后才能正确折叠．N-连接糖基化糖供体：核苷糖糖载体：磷酸多萜醇37◆新生肽的折叠与组装正确折叠的蛋白才能被转运到高尔基体,否则,通过易位子进入细胞质基质,降解PDI:蛋白质二硫化物异构酶2种重要的网质蛋白，参与了蛋白的折叠Bip:免疫球蛋白重链结合蛋白38PDI:蛋白质二硫化物异构酶-------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的折叠状态可加快蛋白正确折叠速度Bip:结合蛋白------一种分子伴侣chaperone识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位,通过稳定中间产物并阻止其聚集或不可逆变性来协助蛋白的折叠，在此过程中，其本身不发生变化，故被称为分子伴侣。39光面内质网的功能糖原分解释放葡萄糖类固醇激素的合成肌肉收缩的调节肝细胞的脱毒作用等。40光面内质网在糖原裂解中的作用肝细胞中,糖原裂解释放葡萄糖-1-磷酸,转变成葡萄糖-6-磷酸,但不能通过细胞质膜。SER上的葡萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖和磷酸后,葡萄糖就可穿过细胞质膜进入血液。41■类固醇激素的合成分泌类固醇激素的细胞如肾上腺细胞、黄体细胞都有丰富的光面内质网，并在光面内质网上含有合成胆固醇和将胆固醇转化为激素的全套酶系；所以光面内质网能够合成胆固醇，然后将胆固醇氧化、还原、水解进一步转变成各种类固醇激素。42■肌肉收缩的调节Ca2+离子的调节作用肌质网实际上是作为钙库,其内有钙结合蛋白,每个钙结合蛋白可以结合30个左右的Ca2+。兴奋信号传递到肌质网时则引起肌质网释放Ca2+,从而导致肌细胞的收缩活动肌质网是细胞内特化的光面内质网,是贮存Ca2+的细胞器。肌质网膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶。43肝细胞的脱毒作用细胞色素p-450一种末端氧化酶，在肝中具有解毒作用，可通过羟基化而使脂溶性废物或代谢产物失活并溶于水，排出细胞。在SER膜中，有一些酶能与外源性物质结合并使其发生氧化而失活，具有清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质的作用。如果外源性物质为有害物质如药物，使其失活的作用为解毒作用。服用大量药物的动物，与解毒有关的酶活性会大量增加，引起SER增长，一旦药物消失，多余的SER会被溶酶体消化，几天内又恢复原来的大小。44中毒的肝细胞SER大量增生，占据细胞质绝大部分，有的呈管状盘曲，排列成同心圆状==，在其周围有丰富的线粒体M，有的为泡状散在---，SER增生与其解毒功能密切相关，线粒体的围绕也可能与解毒时需要能量有关。45§7.2.2高尔基复合体◆高尔基器(Golgiapparatus)或高尔基复合体(Golgicomplex)与细胞的分泌功能有关,能够收集和排出内质网所合成的物质,也是凝集某些酶原颗粒的场所,参与糖蛋白和粘多糖的合成。高尔基复合体与溶酶体的形成有关,并参与细胞的胞饮和胞吐过程。46高尔基复合体的发现◆意大利科学家Golgi在1898年用硝酸银染色法在猫头鹰和小猫的一种神经细胞中，发现了一种嗜银的网状结构，由于存在于细胞内质中，命名为内网器。后人为纪念他，改称为高尔基体，因其形态结构和组成较复杂，现一般称其为高尔基复合体。47高尔基体的形态结构电子显微镜所观察到的高尔基体最富有特征性的结构是由一些(通常是4～8个)排列较为整齐的扁平膜囊(saccules)堆叠在一起,构成了高尔基体的主体结构。易变,随时可解体和产生细胞分裂时可瓦解和重建48藻类高尔基体冰冻蚀刻,SA扁平囊,GV液泡,----小泡49有两个面:形成面和成熟面,来自内质网的蛋白质和脂从形成面逐渐向成熟面转运高尔基体的膜囊结构及其排列顺面是囊泡结构,靠近粗面内质网,中间部分是扁平膜囊,反面也是囊泡结构。高尔基