細(xì)胞生物學(xué)第2章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)

1、細(xì)胞生物學(xué)第2章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)主要成分： （1）小分子：水、無機(jī)離子（K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Cl- ） （2）中等分子:脂類、糖類、氨基酸、核苷酸 （3）大分子：蛋白質(zhì)、脂蛋白、多糖、RNA2.1細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)功能：（1）在細(xì)胞物質(zhì)代謝中起重要作用。（2）與細(xì)胞骨架的形成及存在有關(guān)。（3）胞液在蛋白的修飾，蛋白選擇性降解，控制蛋白壽命及幫助變性或錯誤折疊的Pr重新折疊形成正常的分子構(gòu)象等方面起著重要作用。2從系統(tǒng)發(fā)生來看內(nèi)膜系統(tǒng)起源于質(zhì)膜的內(nèi)陷和內(nèi)共生（線粒體、葉綠體），從個體發(fā)生來看新細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)來源于原有內(nèi)膜系統(tǒng)的分裂。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行分裂時，不僅要進(jìn)行染色體和細(xì)胞核的復(fù)制，

2、同時各種細(xì)胞器通過吸收新合成的成分長大，然后隨著細(xì)胞的分裂分配到子細(xì)胞中去。細(xì)胞不能從無到有產(chǎn)生所有膜性細(xì)胞器，新的膜性細(xì)胞器來源于已存在細(xì)胞器的分裂。如果徹底移除細(xì)胞內(nèi)所有的過氧化物酶體，細(xì)胞根本不能重建新的過氧化物酶體，因?yàn)檫^氧化物酶體中具有選擇性地接受細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成的蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)位因子（translocator）。細(xì)胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)、脂類等物質(zhì)之所以能夠定向的轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的細(xì)胞器取決于兩個方面：其一是蛋白質(zhì)中包含特殊的信號序列（signal sequence or targeting sequence ），其二是細(xì)胞器上具特定的信號識別裝置（分選受體，sorting receptor），因此內(nèi)

3、膜系統(tǒng)的發(fā)生具有核外遺傳（epigenetic）的特性。456一、蛋白質(zhì)分選信號細(xì)胞類至少存在兩類蛋白質(zhì)分選的信號信號序列（signal sequence）：存在于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)上的線性序列，通常15-60個氨基酸殘基.信號斑（signal patch）：存在于完成折疊的蛋白質(zhì)中，構(gòu)成信號斑的信號序列之間可以不相鄰，折疊在一起構(gòu)成蛋白質(zhì)分選的信號。2.1 蛋白質(zhì)分選的基本原理78二、蛋白質(zhì)分選運(yùn)輸?shù)耐緩降鞍踪|(zhì)的分選運(yùn)輸途徑主要有三類：1、門控運(yùn)輸（gated transport）：如核孔可以選擇性的主動運(yùn)輸大分子物質(zhì)和RNP復(fù)合體，并且允許小分子物質(zhì)自由進(jìn)出細(xì)胞核。2、跨膜運(yùn)輸（transme

4、mbrane transport）：蛋白質(zhì)通過跨膜通道進(jìn)入目的地。如細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)在信號序列的引導(dǎo)下，通過線粒體上的轉(zhuǎn)位因子，以解折疊的線性分子進(jìn)入線粒體。3、膜泡運(yùn)輸（vesicular transport）：蛋白質(zhì)被選擇性地包裝成運(yùn)輸小泡，定向轉(zhuǎn)運(yùn)到靶細(xì)胞器。如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸、高爾基體分泌形成溶酶體、細(xì)胞攝入某些營養(yǎng)物質(zhì)或激素，都屬于這種運(yùn)輸方式。這幾種運(yùn)輸機(jī)制都涉及信號序列的引導(dǎo)和靶細(xì)胞器上受體蛋白的識別。910一、衣被類型已知三類具有代表性的衣被蛋白，即：籠形蛋白（clathrin）、COPI和COPII，個介導(dǎo)不同的運(yùn)輸途徑（表2）。表2 衣被小泡的類型與功能112

5、.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 1945年,KR. Porter、A. Claude 和 EF. Fullam等觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞人于發(fā)現(xiàn)，建議叫做內(nèi)質(zhì)網(wǎng)endoplasmic reticulum，ER.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜約占細(xì)胞總膜面積的一半，是真核細(xì)胞中最多的膜。 122.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)由單位膜圍成的膜管狀結(jié)構(gòu)；是一系列重要生物大分子如蛋白質(zhì)、酯類和糖類合成的基地。131.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：呈扁囊狀，排列較為整齊，其膜表面分布著大量的核糖體。參與合成分泌蛋白質(zhì)和多種膜蛋白?；鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)：多呈分支管道狀，是脂類合成的重要場所。髓樣體和環(huán)狀片層：141516171819202.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成ER膜含有豐富的磷脂酰

6、膽堿而鞘磷脂含量很少ER膜蛋白質(zhì)含量比質(zhì)膜的多ER具有大量的酶，其中G-6-P酸酶視為ER膜的標(biāo)志酶，還有重要的標(biāo)志酶是電子傳遞體系。ER包含參與甘油三脂、磷脂、糖脂、脂肪酸、膽固醇、類固醇激素、膽汁酸等生物合成酶系。213.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能：參與蛋白質(zhì)的合成、修飾加工、輸運(yùn)出細(xì)胞的過程（1）蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)移；（2）轉(zhuǎn)移到ER腔內(nèi)蛋白質(zhì)進(jìn)行加工修飾；參與脂類的合成；參與糖類的分解；參與解毒作用：在電子傳遞體系參與下，使多種脂溶性的物質(zhì)如藥物、毒物等氧化,消滅其毒性。 24(1)蛋白質(zhì)合成的信號假說C. Milstein（1972）發(fā)現(xiàn)從骨髓瘤細(xì)胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到細(xì)胞外的N端多出

7、一段。G. Blobel和D. Sabatini等根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，提出了信號假說（Signal hypothesis），認(rèn)為蛋白質(zhì)上的信號肽，指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成。Blobel因此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。26(1)蛋白質(zhì)合成的信號假說 蛋白質(zhì)的合成開始于胞液中的核蛋白體上，在核糖體所轉(zhuǎn)譯的肽鏈中包含一段疏水的氨基酸序列，作為信號指導(dǎo)游離核糖體附著到ER膜的表面，并結(jié)合于該處，繼續(xù)轉(zhuǎn)譯過程；核糖體所轉(zhuǎn)譯的多肽鏈中若沒有這樣的信號序列，就留在胞液中，在胞液中進(jìn)行由遺傳信使翻譯成多肽的過程。ER信號肽指導(dǎo)多肽到ER膜,需要通過兩種成分介導(dǎo)：1.信號識別顆粒（SRP）：2.信號識別

8、顆粒（SRP）受體：272829蛋白質(zhì)的修飾與加工 包括糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化的作用是： 使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：O-連接的糖基化（O-linked glycosylation）：與Ser、Thr和Hyp的OH連接，連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高爾基體上進(jìn)行O-連接的糖基化。N-連接的糖基化（N-linked glycosylation）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。303

9、132333435362.3 高爾基器1889年，Golgi用銀染法在貓頭鷹的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。 1.形態(tài)結(jié)構(gòu)由單位膜圍成的扁平囊構(gòu)成高爾基堆，其周圍結(jié)合一些小管和小泡。高爾基堆至少可分為三個區(qū)隔：順面區(qū)隔（凸面）：對著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為形成面（forming face）或順面（cis face）,含磷酸轉(zhuǎn)移酶，催化磷酸基團(tuán)加到溶酶體蛋白上；中間區(qū)隔：具有N-已酰葡萄糖胺基轉(zhuǎn)移酶，催化 N-已酰葡萄糖胺加到糖蛋白上；反面區(qū)隔（凹面）：面對著質(zhì)膜稱為成熟面（mature face）或反面（trans face）含有半乳糖轉(zhuǎn)移酶及唾液酸基轉(zhuǎn)移酶；37383940412. 高

10、爾基器中的酶：423. 高爾基器的功能：參與蛋白質(zhì)的加工、分選、包裝與運(yùn)輸；參與蛋白的糖基化及其復(fù)雜的加工與修飾；參與多肽的酶解及多糖的合成；在細(xì)胞的“膜流”中起重要作用；4346 472.4 溶酶體1955年de Duve與Novikoff首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（lysosome）。 1.溶酶體的形成 一般認(rèn)為溶酶體形成的主要位置是在高爾基器，從高爾基器端部膨大脫落下來形成初級溶酶體，逐級演化成次級溶酶體，溶酶體膜上具有質(zhì)子泵，依賴ATP水解放出能量，將H+泵入溶酶體內(nèi)維持其內(nèi)腔的酸性環(huán)境。2.形態(tài)結(jié)構(gòu)由單位膜圍成的球形小體，小體內(nèi)PH=5.0，其內(nèi)含有60多種酸性水解酶，概括起來包括：蛋白酶、核酸

11、酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸脂酶和磷脂酶等。48513.溶酶體的功能：1、清除無用的生物大分子、衰老細(xì)胞器和衰老損傷和死亡的細(xì)胞。此消化功能對細(xì)胞的營養(yǎng)、生長及發(fā)育起調(diào)節(jié)作用。2、清除異物或病原菌，增強(qiáng)細(xì)胞的防御功能3、參與兩棲類發(fā)育中蝌蚪尾巴的退化；4、參與受精過程；5、溶酶體與疾?。?2 1矽肺2肺結(jié)核結(jié)核桿菌的菌體成分硫酸腦苷脂能抵抗胞內(nèi)的溶菌殺傷作用，使結(jié)核桿菌在肺泡內(nèi)大量生長繁殖，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞裂解，釋放出的結(jié)核桿菌再被吞噬而重復(fù)上述過程，最終引起肺組織鈣化和纖維化。 3各類貯積癥貯積癥（storage disease）是由于遺傳缺陷引起的，臺-薩氏綜合征（Tay-Sachs diesease）：要叫黑蒙性家族癡呆癥，溶酶體缺少氨基已糖酯酶A（-N-hexosaminidase），導(dǎo)致神經(jīng)節(jié)甘脂GM2積累（圖6-30），影響細(xì)胞功能，造成精神癡呆，26歲死亡?；颊弑憩F(xiàn)為漸進(jìn)性失明、病呆和癱瘓