分子細(xì)胞與組織：細(xì)胞質(zhì)

1、1,細(xì)胞質(zhì) cytoplasm,2,Cell Structure,3.細(xì)胞核 *核膜 *染色質(zhì) *核仁 *核骨架,真核細(xì)胞Eucaryotic cells,1.質(zhì)膜,2.細(xì)胞質(zhì) *細(xì)胞器 * 細(xì)胞骨架 * 細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物 * 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì),3,細(xì)胞骨架（光鏡200）,肝細(xì)胞（電鏡 20000）,HE染色（光鏡20）,顯微鏡下的細(xì)胞質(zhì),4,細(xì)胞質(zhì)組成,1.細(xì)胞器（organelles) 特化的結(jié)構(gòu)和功能 2.細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物(inclusion) 顯微鏡可見(jiàn)，離心可沉淀； 生物大分子的聚集物 如：糖原、脂滴 3. 細(xì)胞骨架(cytoskeleton) 纖維蛋白網(wǎng)絡(luò) 4.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)(cytosol) 無(wú)定

2、形物質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境，蛋白質(zhì)及代謝產(chǎn)物等,5,細(xì)胞器,An organelle is a specialized subunit within a cell that has a specific function. Organelles are identified by microscopy, and can also be purified by cell fractionation. 形態(tài)學(xué) 化學(xué)成分和結(jié)構(gòu) 功能,“細(xì)胞區(qū)室”,細(xì)胞器organelle與細(xì)胞,器官organ與人體,6,細(xì)胞器,1. 核糖體Ribosome,2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) Endoplasmic reticulum,3. 高

3、爾基體 Golgi Apparatus,4.溶酶體 Lysosome,6. 線粒體 Mitochondrion,7. 過(guò)氧化物酶體Peroxisome,5. 蛋白酶體 Proteasome,7,細(xì)胞質(zhì) (chapter 6,7,8) 細(xì)胞功能活動(dòng)與細(xì)胞器 細(xì)胞質(zhì)(chapter 9) 細(xì)胞骨架,8,蛋白質(zhì)：細(xì)胞功能和生命活動(dòng)的執(zhí)行者,Before we hope to understand how genes work, how muscles contract, how nerves conduct electricity, how embryos develop, or how our b

4、odies function, we must attain a deep understanding of proteins.,蛋白質(zhì)是由20種氨基酸通過(guò)肽鍵相連的大分子； 蛋白質(zhì)執(zhí)行著細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)的功能，包括催化代謝反應(yīng)、負(fù)責(zé)遺傳物質(zhì)的復(fù)制、對(duì)外界刺激進(jìn)行應(yīng)答、細(xì)胞內(nèi)分子的運(yùn)輸?shù)取?Insulin（胰島素）,細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的準(zhǔn)備,STEP1 蛋白質(zhì)合成Biosynthesis,STEP3 運(yùn)輸targeting,運(yùn)輸?shù)秸_的目的地,STEP2 蛋白質(zhì)折疊、裝配和加工修飾,填加功能基團(tuán),氨基酸-氨基酸。,STEP4 降解Degradation,被蛋白水解酶再水解為氨基酸,1.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞

5、器,2.細(xì)胞膜,3.細(xì)胞外,控制蛋白質(zhì)的量,氨基酸再利用,折疊成高級(jí)結(jié)構(gòu)、亞基的裝配；,10,蛋白質(zhì)是否能夠發(fā)揮功能的調(diào)控環(huán)節(jié),（4）活性： 修飾 （糖基化、磷酸化、泛素化、）,（3）位置：去向和定位,（2）結(jié)構(gòu)：構(gòu)象，折疊，裝配,（1）量：合成 ，降解,11,第六章 細(xì)胞質(zhì)： 蛋白質(zhì)合成、加工和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu),12,第一節(jié) 核糖體第二節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第三節(jié) 高爾基體,13,第一節(jié) 核糖體（ribosome）蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所,14,中心法則 The genetic information is transcribed（轉(zhuǎn)錄） from DNA to RNA and then translate

6、d（翻譯） from RNA into protein.,遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)移.,基因表達(dá)（Gene expression）,蛋白質(zhì)合成,Transcription and Translation,15,蛋白質(zhì)合成,核苷酸 排列順序,Human insulin gene, complete cds - Nucleotide - NCBI /nuccore/J00265.1,2424 atggccc tgtggatgcg cctcctgccc ctgctggcgc tgctggccct ctggggacct gacccagccg ca

7、gcctttgt gaaccaacac ctgtgcggct cacacctggt ggaagctctc tacctagtgt gcggggaacg aggcttcttc tacacaccca agacccgccg ggaggcagag,3397 tggg gcaggtggag ctgggcgggg gccctggtgc aggcagcctg cagcccttgg ccctggaggg gtccctgcag aagcgtggca ttgtggaaca atgctgtacc agcatctgct ccctctacca gctggagaac tactgcaact ag,氨基酸 排列順序,Prote

8、in,Gene,基因表達(dá)（Gene expression）,16,The Nobel Prize in Chemistry 2006,Roger D. Kornberg,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968 for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis,17,形態(tài)和結(jié)構(gòu),*大?。?0nm,*類型: 膜結(jié)合核糖體 or 游離核糖體,*無(wú)膜包裹,成分： rRNA + ribosome proteins (e.g RPL5,R

9、PS27),核糖體,EM,Large subunit,X-ray crystallograpy,Small subunit,結(jié)構(gòu)：大亞基+小亞基,18,Q:制造核糖體？,A:核仁,回憶，復(fù)習(xí),Q:如何制造核糖體？,A:核糖體生物合成,19,Q1：蛋白質(zhì)合成（基因表達(dá)的翻譯過(guò)程） 如何在核糖體上進(jìn)行？ 從mRNA到蛋白質(zhì)？,20,*mRNA: 作為氨基酸連接順序的模版，編碼排列順序,*氨基酸 ：tRNA攜帶，特異tRNA攜帶對(duì)應(yīng)氨基酸,mRNA,密碼子(codon) mRNA上3個(gè)連續(xù)的核苷酸作為代碼，編碼一種氨基酸，64種密碼子。,AAAAAAA,AUG,UAA,tRNA,反密碼環(huán)：密碼的解譯

10、,對(duì)應(yīng)反密碼環(huán)，攜帶氨基酸,21,Video2,蛋白質(zhì)在核糖體上的合成，從mRNA到蛋白質(zhì),22,“ 蛋白質(zhì)合成的平臺(tái)和場(chǎng)所”,結(jié)合mRNA； 結(jié)合tRNA；,移動(dòng)、讀碼； 催化肽鍵形成。,Q1：在核糖體上，如何從mRNA翻譯到蛋白質(zhì)？,蛋白質(zhì)合成時(shí)，大小亞基才裝配,23,238,細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的高效性：多聚核糖體 Polyribosome,基因表達(dá),轉(zhuǎn)錄,翻譯 蛋白質(zhì)合成,細(xì)胞核,核糖體,25,游離核糖體Free ribosome,膜結(jié)合核糖體Membrane-bound ribosome,兩種核糖體在蛋白質(zhì)合成時(shí)有什么不同?,26,第二節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng),蛋白質(zhì)繼續(xù)合成？什么種類的蛋白質(zhì)？,27

11、,形態(tài)和結(jié)構(gòu),非常發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu); 連續(xù)不斷的; 與核膜相連續(xù)； 動(dòng)態(tài)的 (video),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Endoplasmic reticulum,* 內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembrane)； * 扁平膜囊或管狀； * 糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Rough ER: 核糖體附著 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Smooth ER,比較RER和SER,EM:睪丸間質(zhì)細(xì)胞（合成雄激素的細(xì)胞）,29,1.蛋白質(zhì)在附著核糖體上合成 并移位至內(nèi)質(zhì)網(wǎng),*ER膜識(shí)別核糖體裝置； *ER膜上的酶切割新生肽鏈上的信號(hào)肽,30,2.進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)進(jìn)行糖基化修飾,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成寡糖鏈；整條寡糖鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的糖基轉(zhuǎn)移酶作用下共價(jià)連接在肽鏈的某個(gè)氨基酸殘基上，稱

12、為糖基化修飾（protein glycosylation）,2種： N-連接，主要形式；,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的糖基轉(zhuǎn)移酶等,O-連接,為什么需要糖基化？,31,3.進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)需要折疊和裝配 （protein folding and assembly),*內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的伴侶蛋白 （chaperone proteins）,Bip,Protein disulfide isomerase (PDI),32,ER,Golgi apparatus,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)出膜泡，包圍新合成蛋白質(zhì)，運(yùn)輸至高爾基體.,4.進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)仍會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體,33,A1：某些蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)繼續(xù)完成合成 A2：經(jīng)過(guò)折疊、裝配和糖基

13、化加工，轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體； 什么類型蛋白質(zhì)？,蛋白質(zhì)繼續(xù)合成？什么種類的蛋白質(zhì)？,34,1.膜磷脂合成;2.膽固醇合成.,糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其他功能：脂質(zhì)合成,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上完成,35,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的伴侶蛋白,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)其他功能： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)蛋白質(zhì)質(zhì)量的控制,處理誤折疊蛋白質(zhì)：被送出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)并降解，構(gòu)象不正確的蛋白質(zhì)被清除。,36,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER stress),在某些情況下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊或錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)明顯增多。當(dāng)超出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的處理 能力時(shí)，細(xì)胞會(huì)應(yīng)對(duì)變化,激活相關(guān)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。如果仍無(wú)法緩解，細(xì)胞凋亡程序啟動(dòng)，細(xì)胞被清除。,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與疾病相關(guān)。,信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng) UPR(unfolded protein respo

14、nse),37,1.繼續(xù)蛋白質(zhì)合成 2.切除蛋白質(zhì)ER信號(hào)肽 3.蛋白質(zhì)糖基化加工 4.蛋白質(zhì)折疊和裝配 5.蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體,其他功能,1. 膜脂合成 2.蛋白質(zhì)質(zhì)量控制,1974年諾獎(jiǎng)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體功能。 模型：胰腺細(xì)胞中胰酶合成的過(guò)程,糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能,38,第三節(jié) 高爾基體,為什么蛋白質(zhì)要運(yùn)輸至高爾基體？ 什么種類的蛋白質(zhì)？,39,* 位置：靠近細(xì)胞核 * 膜囊堆，3-10層; * 極性：有不同的2個(gè)面,高爾基體（Golgi Apparatus),40,cis Golgi network, CGN cis saccules medial saccules trans saccu

15、les trans Golgi network, TGN,大泡,Trans exit face反面，退出面,Cis entry face順面，進(jìn)入面,特征性的形態(tài)和生化成分,高爾基體的“極性”,41,ER,Golgi apparatus,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)出膜泡，包圍新合成蛋白質(zhì)，運(yùn)輸至高爾基體.,進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)仍會(huì)轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體,蛋白質(zhì)在高爾基體發(fā)生了什么？,42,1.蛋白質(zhì)在高爾基體繼續(xù)完成糖基化過(guò)程，形成糖蛋白。,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的糖基化，在高爾基體繼續(xù)完成,在每一個(gè)區(qū)室進(jìn)行不同的加工,43,2.蛋白聚糖和糖脂也在高爾基體完成糖基化,3.蛋白聚糖和糖蛋白的硫酸鹽化也在高爾基體完成,例：細(xì)胞膜上的糖基

16、化蛋白質(zhì),高爾基體中發(fā)生的修飾和加工,44,MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAA FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPK TRREAEDLQVGQVELGGGPGAGSLQPLALEGSLQKR GIVEQCCTSICSL YQLENYCN,Nucleotide acid sequence:,2424 atggccc tgtggatgcg cctcctgccc ctgctggcgc tgctggccct ctggggacct gacccagccg cagcctttgt gaaccaacac ctgtgcggct cacacctggt ggaagctctc tac

17、ctagtgt gcggggaacg aggcttcttc tacacaccca agacccgccg ggaggcagag,3397 tggg gcaggtggag ctgggcgggg gccctggtgc aggcagcctg cagcccttgg ccctggaggg gtccctgcag aagcgtggca ttgtggaaca atgctgtacc agcatctgct ccctctacca gctggagaac tactgcaact ag,Gene,2424-2495 encodes: Signling peptide 2496-2610, 3397-3542 encodes:

18、 Precursor of insulin,Protein,Amino acid sequence:,成熟Insulin,4.分泌蛋白質(zhì)的水解成熟在高爾基體完成,45,高爾基體功能（一）,大分子的加工和修飾,*分泌蛋白前體的水解成熟,*糖蛋白、蛋白聚糖、糖脂的糖基化,*糖蛋白、蛋白聚糖的硫酸鹽化,46,轉(zhuǎn)運(yùn)至目的地,大分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體完成了合成、加工和修飾；,高爾基體功能（二）,蛋白質(zhì)的分選 Protein sorting,高爾基體中蛋白質(zhì)的分選,*TGN分選: 蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體、膜表面、釋放至細(xì)胞外。,*CGN分選: 蛋白質(zhì)返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng),*蛋白質(zhì)駐留在高爾基體,分選途徑,48,識(shí)別不同

19、的蛋白質(zhì)， 芽生出不同的小泡， 轉(zhuǎn)運(yùn)至不同的目的地。,溶酶體,細(xì)胞膜和細(xì)胞外,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),高爾基體分選機(jī)制,CGN：溶酶體酶加工，形成分選信號(hào)：M6P,M6P,高爾基體分選途徑之一：轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體,TGN：M6P受體，形成特異的小泡，只轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)體至溶酶體。,50,高爾基體分選途徑之一： 蛋白質(zhì)分泌（secretion),胞吐(exocytosis)： 質(zhì)膜的更新，蛋白質(zhì)的釋放,持續(xù)分泌,受調(diào)分泌,51,高爾基體2大功能：加工修飾和分選,52,產(chǎn)生了什么種類的蛋白質(zhì)？,為什么蛋白質(zhì)要運(yùn)輸至高爾基體？,加工、修飾、分選,糖基化蛋白質(zhì),*質(zhì)膜蛋白質(zhì),*溶酶體膜蛋白和酶,*分泌性蛋白質(zhì),*內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì),*高爾基體蛋白質(zhì),細(xì)胞內(nèi)：,細(xì)胞外：,53,蛋白質(zhì)合成、轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體,1974年諾獎(jiǎng)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體功能模型：胰腺外分泌細(xì)胞中胰酶合成和分泌的過(guò)程,糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),箭頭： 高爾基體,高爾基體,分泌顆粒的形成,pancreas,Pancreatic duct,intestine,細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)對(duì)機(jī)體功能活動(dòng)的貢獻(xiàn),例： 胰腺的外分泌細(xì)胞,胰酶的合成和進(jìn)食后的受調(diào)分泌,胰酶分泌后，進(jìn)入小腸,55,蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)膜結(jié)合核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體后，,在細(xì)胞內(nèi)，,作為分泌性蛋白質(zhì)，作用于其他靶細(xì)胞，與機(jī)體活動(dòng)有關(guān),與細(xì)胞膜的更新有關(guān),有分泌功能的細(xì)胞中相關(guān)細(xì)胞器很發(fā)達(dá),與細(xì)胞器更新有關(guān),在細(xì)胞外，