《細(xì)胞生物》課件內(nèi)膜1

1、細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)(Endomembrane System)細(xì)胞生物教研室劉 彤2013. 11 胞質(zhì)溶膠，內(nèi)膜系統(tǒng)以及蛋白質(zhì)分選1.真核細(xì)胞的區(qū)室化; 真核細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體，溶酶體及質(zhì)膜之間的結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系;蛋白質(zhì)定向分選的途徑及機(jī)制; 蛋白質(zhì)修飾的方式以及細(xì)胞內(nèi)合成的位置;蛋白質(zhì)運輸?shù)姆诸?Chapter 4 質(zhì)膜Chapter 5 內(nèi)膜生物膜原核細(xì)胞 質(zhì)膜構(gòu)成的單一區(qū)室真核細(xì)胞 內(nèi)膜 各種細(xì)胞器原核細(xì)胞進(jìn)化到真核細(xì)胞，分化了細(xì)胞核，細(xì)胞膜內(nèi)陷形成細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)。原核細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)電鏡圖大腸桿菌TEM圖,核區(qū)為低電子密度區(qū)（擬核）真核細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖肝細(xì)胞主要區(qū)室原核、真

2、核細(xì)胞結(jié)構(gòu)的簡要比較原核細(xì)胞真核細(xì)胞細(xì)胞核擬核，無核膜獨立細(xì)胞核，有雙層核膜染色體環(huán)狀DNA分子，裸露線性DNA分子內(nèi)膜系統(tǒng)無獨立內(nèi)膜系統(tǒng)有，且分化為多種細(xì)胞器核糖體有有細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)中每種細(xì)胞器都是由單位膜構(gòu)成相對封閉的區(qū)室(compartment)，各種細(xì)胞器在細(xì)胞都有相對固定的毗鄰關(guān)系。真核細(xì)胞區(qū)別于原核細(xì)胞的本質(zhì)特征是由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜帶來的細(xì)胞質(zhì)的區(qū)室化。這種區(qū)室化的結(jié)果使細(xì)胞內(nèi)生理、生化過程彼此獨立，互不干擾的在特定區(qū)域內(nèi)完成生命活動，有效增大細(xì)胞內(nèi)空間的表面積，從而極大地提高了細(xì)胞整體的代謝水平和功能效率，這是真核細(xì)胞功能復(fù)雜化的物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)合成、分選、降解的一般途徑真核細(xì)胞內(nèi)各結(jié)構(gòu)

3、的主要功能 細(xì)胞器(區(qū)室) 主要功能 細(xì)胞核 基因組存在場所，DNA和RNA的合成場所 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 合成蛋白質(zhì)、脂類、類固醇激素；糖原合成與分解；參與解毒作用 高爾基體 蛋白質(zhì)和脂類的修飾、分選和包裝 溶酶體 細(xì)胞內(nèi)的降解作用 過氧化物酶體 清除H2O2,分解有毒物質(zhì) 線粒體 通過氧化磷酸化合成ATP 內(nèi)體 內(nèi)吞物質(zhì)的分選 胞質(zhì)溶膠 代謝的主要場所；蛋白質(zhì)合成部位 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) （cytoplasmic matrix)又稱胞質(zhì)溶膠或基質(zhì)溶膠，指除去能分辨的細(xì)胞器和顆粒以外的細(xì)胞質(zhì)部分，是一復(fù)雜的高度有組織的膠體系統(tǒng)。細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)就分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)之中。1、含量 80%水分，約占細(xì)胞總體積50%2、

4、化學(xué)成分 大分子、中等分子和小分子3、功能 細(xì)胞中間代謝場所 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的存在場所 蛋白質(zhì)合成與降解部位 離子環(huán)境 第一節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Endoplasmic reticulum，ER內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)單位：小管（ER tubule）、小泡（ER vesicle）和扁囊（ER lamina）。結(jié)構(gòu)發(fā)生上 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與外核膜連。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔與核周隙相通。形態(tài)：連續(xù)的三維網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)。分布：真核細(xì)胞（除哺乳動物的成熟紅細(xì)胞外）的細(xì)胞質(zhì)中。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)遍布整個細(xì)胞質(zhì)宋今丹教授惠允內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種類型糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum, rER）光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth en

5、doplasmic reticulum, sER）1、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rER)多呈扁平囊狀，外有核糖體附著肽類激素或分泌蛋白合成旺盛的細(xì)胞分布多：B細(xì)胞、胰腺細(xì)胞。未分化或分化程度低的細(xì)胞分布少：胚胎細(xì)胞和干細(xì)胞。rER成分：蛋白質(zhì)和rRNA構(gòu)成：大亞基、小亞基，一般大、小亞基 以游離狀態(tài)存在，小亞基結(jié)合mRNA 后，兩個亞基才結(jié)合，成為完整的 核糖體。分布：幾乎所有的細(xì)胞功能：合成蛋白質(zhì)核糖體（ribosome） 游離核糖體（free ribosome）：游離存在于細(xì)胞質(zhì)中，主要合成細(xì)胞自身需要的結(jié)合蛋白或特殊蛋白,(e.g 紅細(xì)胞的血紅蛋白）。膜結(jié)合核糖體(membrane-bound rib

6、osome)：結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面，主要合成外輸性或分泌性蛋白質(zhì)、跨膜蛋白和駐留蛋白。2、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(sER)光滑的管、泡樣網(wǎng)狀形態(tài)結(jié)構(gòu)sER兩種類型的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在不同細(xì)胞中的分布狀況各不相同。大部分細(xì)胞中rER和sER同時存在，只是比例不同。但在胰腺細(xì)胞中只有rER，在肌細(xì)胞中只有sER。rER與sER蛋白組成不同。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中存在一定的機(jī)制，限制這些蛋白的流動。3、微粒體 microsome采用蔗糖密度梯度離心技術(shù)獲得。微粒體：細(xì)胞內(nèi)膜性細(xì)胞器破壞后，形成的由單位膜封閉的小泡，稱為微粒體，它保持了細(xì)胞器的基本特征，故可作為研究相應(yīng)細(xì)胞器的模板。類型： 糙面微粒體：來自rER 光面微粒體: 來自rER

7、的光滑區(qū)域、高爾基體等 microsomemicrosome內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成由蛋白質(zhì)（ 2/3 ）和脂類（1/3）組成，含量最多的是細(xì)胞色素P450。脂類中以磷脂含量最多。標(biāo)志酶：葡萄糖-6-磷酸酶網(wǎng)質(zhì)蛋白：KDEL（Lys-Asp-Glu-Leu） HDEL （His-Asp-Glu-Leu） 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（一）rER的功能1.蛋白質(zhì)的合成、加工修飾與分選，對外運蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制。 外輸性或分泌性蛋白 膜整合蛋白 可溶性駐留蛋白（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔）1、蛋白質(zhì)合成和加工 p107-1091.信號肽指導(dǎo)蛋白多肽鏈在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成與穿膜轉(zhuǎn)移。3.新生多肽鏈的折疊與裝配。4.蛋白質(zhì)的糖基化。5.蛋白質(zhì)的胞

8、內(nèi)運輸。1.核糖體由信號肽引導(dǎo)結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上1.1 mRNA5端的信號密碼翻譯出信號肽a.信號肽 （signal peptide）核糖體翻譯蛋白mRNA N-端的信號密碼翻譯出的信號密碼作用：參與蛋白質(zhì)的分選和定位。 在進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，信號肽被信號肽酶切除，降解為氨基酸。故成熟蛋白質(zhì)常無信號肽。信號肽信號斑1.2 SRP-核糖體復(fù)合體形成b. SRP-核糖體復(fù)合體信號識別顆粒（signal recognition particle, SRP）存在于胞質(zhì)溶膠中。由6個多肽亞單位和1個RNA分子組成。功能：既可識別信號肽，又可結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體。作用機(jī)制：核糖體出現(xiàn)信號肽時，可結(jié)合之，形

9、成SRP-核糖體復(fù)合體。此時，核糖體的蛋白質(zhì)合成暫停。SRP2) SRP-核糖體復(fù)合體附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上SRP與SRP受體結(jié)合。 SRP受體：又稱錨泊蛋白（docking protein），為膜整合蛋白，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜胞質(zhì)面。核糖體與核糖體結(jié)合蛋白I、II結(jié)合。 核糖體結(jié)合蛋白也是膜整合蛋白，與核糖體結(jié)合，可提高其附著穩(wěn)定性。SRP釋放，進(jìn)行SRP循環(huán)。SRP recycle3) 合成的肽鏈通過核糖體大亞基中央管經(jīng)轉(zhuǎn)運體易位蛋白穿膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)運體 親水性符合結(jié)構(gòu)體 新生分泌蛋白質(zhì)多肽鏈合成時進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的通道 水解GTP將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的損傷蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)中3.1 蛋白質(zhì)合成重新啟動。 3.2

10、 信號肽被信號肽酶切除，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)被蛋白酶降解。3.3 核糖體在分離因子（detachment factor）作用下，進(jìn)行核糖體循環(huán)。 信號假說（signal hypothesis）信號肽可引導(dǎo)分泌蛋白、駐留蛋白等可溶性蛋白核膜蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜腔內(nèi)。但是仍然有例外。內(nèi)信號肽介導(dǎo)的單次跨膜蛋白的轉(zhuǎn)移插入兩次跨膜蛋白的轉(zhuǎn)移插入2. 新生多肽鏈的折疊與裝配。蛋白質(zhì)的折疊需要分子伴侶的輔助。分子伴侶（chaperone）： a.能特異地識別并結(jié)合新生肽或部分折疊的多肽，協(xié)助其折疊、裝配和轉(zhuǎn)運，但本身并不參與終產(chǎn)物的構(gòu)成。 b.檢查多肽鏈的折疊，與錯誤折疊者結(jié)合，使之存留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)。 c.只有正確折疊

11、的蛋白質(zhì)才能通過囊泡運出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并和高爾基體融合。 分子伴侶的成員Grp94（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)素，endoplasmin）：是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的標(biāo)志分子伴侶，參與新生肽鏈的折疊轉(zhuǎn)運；氧化型谷胱甘肽 和PDI（蛋白二硫鍵異構(gòu)酶）：二硫鍵的形成； Bip（結(jié)合蛋白）將錯誤折疊的多肽和尚未完成折疊的蛋白亞單位予以滯留 分子伴侶的C端有滯留信號肽（retention signal peptide）Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）KDEL可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上KDEL受體結(jié)合而駐留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，故又稱為駐留蛋白（retention protein）。UPR（unfolded protein response） 反應(yīng) 未折

12、疊蛋白反應(yīng) 3. 蛋白質(zhì)的糖基化糖基化可在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中進(jìn)行。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中主要是N-連接的糖基化，高爾基體中主要是O-連接的糖基化。由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運至高爾基體和溶酶體的蛋白質(zhì)均為糖蛋白。作用過程部位：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，N-連接寡糖與多萜醇（ER膜中的脂質(zhì)）連接并被活化；在寡糖轉(zhuǎn)移酶（ER膜中的蛋白）催化下，轉(zhuǎn)移至天冬酰胺的殘基上糖基化的作用保護(hù)蛋白質(zhì)不被降解；糖鏈作為運輸信號將蛋白質(zhì)包裝成一定的運輸囊泡，運至特定的靶細(xì)胞器；寡糖鏈位于胞膜表面在細(xì)胞識別中起作用。4. 蛋白質(zhì)的細(xì)胞內(nèi)運輸用氚標(biāo)記亮氨酸的放射自顯影方法，證明由核糖體合成的分泌蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，經(jīng)過正確的折疊和糖基化后，再轉(zhuǎn)運到高

13、爾基體，之后經(jīng)由高爾基體的各結(jié)構(gòu)排出細(xì)胞外。蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體之間運輸需要有衣被蛋白（COP）構(gòu)成的COP衣被。COP衣被分類：COP II：由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽而成，將合成的分泌蛋白向高爾基體運輸。COP I：由高爾基體出芽而成，回收應(yīng)駐留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的蛋白Cop I and II VesiclesCOP II VesiclesCOPII Coated vesicleCOP I VesiclesLys-Asp-Glu-Leu（KDEL）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)分選的起始部位1.胞質(zhì)駐留蛋白（定位或非定位分布）2.核蛋白3.線粒體等核基因組編碼蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達(dá)的調(diào)控 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的合成、加工

14、、折疊、組裝、轉(zhuǎn)運及向高爾基體轉(zhuǎn)運的復(fù)雜過程顯然是需要有一個精確調(diào)控的過程。 影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞核信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種因素： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊蛋白的超量積累。 折疊好的膜蛋白的超量積累。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上膜脂成份的變化主要是固醇缺乏 不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，最終調(diào)節(jié)細(xì)胞核內(nèi)特異基因表達(dá)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能參與固醇激素的合成和脂類代謝參與糖原的代謝，使葡糖6-磷酸水解，釋放糖至血液中。解毒作用 肝的解毒功能主要由肝細(xì)胞內(nèi)的sER完成，其上含有很多與解毒有關(guān)的酶系，如細(xì)胞色素P450等。Ca 2+ 攝入與排出提供酶附著的位點和機(jī)械支撐作用。脂類的合成主要產(chǎn)物：磷脂酰膽堿（卵磷脂）。位置：細(xì)胞質(zhì)面磷脂轉(zhuǎn)位子：攪雜酶 翻轉(zhuǎn)酶過程：The rec