《細(xì)胞生物學(xué)》課件第7章+細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)

1、內(nèi)膜系統(tǒng)：指位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在結(jié)構(gòu)、功能乃至發(fā)生上相關(guān)的膜圍繞的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)的總稱(chēng)。它包括核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、過(guò)氧化物酶體及液泡和其他各種小泡。內(nèi)膜系統(tǒng)是真核細(xì)胞特有的結(jié)構(gòu)。第七章 細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)起因遺傳信息的擴(kuò)大 體積的增大表面積與體積比值失調(diào) 物質(zhì)代謝速度受限對(duì)策:細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域化途徑：內(nèi)共生途徑 細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷途徑。內(nèi)膜系統(tǒng)的進(jìn)化細(xì)胞核、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體的進(jìn)化中膜體 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmic matrix or cytomatrix）是細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半 。細(xì) 胞 組 分 數(shù) 目 體 積 比細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體胞內(nèi)體過(guò)氧化物

2、酶體線粒體 1 1 1 1 300 200 400 1700 54 6 12 3 1 1 1 22肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及細(xì)胞其它組分的數(shù)目及所占的體積比（引自Albert.1998） 第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（一）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義 基本概念： 用差速離心分離細(xì)胞勻漿物組分，先后除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)成分。生物化學(xué)家稱(chēng)之為胞質(zhì)溶膠。 成分：與代謝有關(guān)的酶類(lèi)、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)。 Macromolecular crowding 大分子擁擠The crowded state of the cytoplasm in (a) eukaryo

3、tic and (b) E. coli cells（二）細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能完成各種中間代謝過(guò)程 ： 如糖酵解過(guò)程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能 維持細(xì)胞形態(tài)、運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等。蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解 蛋白質(zhì)的修飾：磷酸化和去磷酸化、糖基化、N端甲基化和?；?控制蛋白質(zhì)的壽命 降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì) 幫助變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊一個(gè)哺乳動(dòng)物細(xì)胞包含約1萬(wàn)種、100億個(gè)蛋白質(zhì)分子。（1）蛋白質(zhì)的修飾（2）控制蛋白質(zhì)的壽命氨基酸N端殘基是Met Ser Thr Ala Val Cys Gly Pro是穩(wěn)定的其他aa是降解信號(hào)依賴于泛素的降解途徑

4、（ubiquitin-dependent pathway） 泛素蛋白酶體通路Ubiquitin-proteosome pathway，UPPThe Nobel Prize in Chemistry 2004It has long been clear how proteins are built up in the cell. But the opposite, how they are broken down, was long thought to be less exciting to study. This years Nobel Laureates, Aaron Ciechanove

5、r, Avram Hershko and Irwin Rose, went against the stream and, at the beginning of the 1980s, discovered one of the cells most important control mechanisms, controlled protein degradation.UbiquitinThis is what the actual label looks like. It consists of a short polypeptide chain (76aa), a small prote

6、in that is so common in the cells of different organisms that it was early named ubiquitin, from the Latin ubique, everywhere. This protein is not broken down in the proteasome but can be used again and again.The proteasome the cells waste disposer break down all proteins to 7-9-amino-acid-long pept

7、idesThe black spots indicate active, protein-degrading surfaces. （一）細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān) 的由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、運(yùn)輸泡及分泌泡等） 真核細(xì)胞的區(qū)域化（compartmentalization）： 由細(xì)胞骨架纖維組織的Cytomatrix形成 有序的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)； 細(xì)胞內(nèi)的膜相結(jié)構(gòu)細(xì)胞器（organelles）。 第二節(jié) 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（endomembrane system）內(nèi)質(zhì)網(wǎng) ER高爾基體 Go溶酶體 Ly分泌泡 Va轉(zhuǎn)運(yùn)泡線粒體Mi和葉綠體 C

8、hl由于起源不同，功能不同不算內(nèi)膜系統(tǒng)組成細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)（二）細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法 De Duve, A.Claude and G.Palade 1974 Nobel Prize 放射自顯影（Autoradiography） 生化分析（Biochemical analysis） The Cell and Its OrganellesThe compartments of the cell, the organelles, are so small that it was impossible to study their structure until the electron micros

9、cope became available in 1938. Albert Claude, Christian de Duve and George E. Palade were awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1974 for developing methods making it possible to take a closer look at the organelles and for discovering some of them.胰腺腺泡蛋白質(zhì)分泌的同位素追蹤實(shí)驗(yàn)第三節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)K. R. Porter等

10、于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞，因最初看到的是位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故名內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）。約占細(xì)胞總膜面積的一半，是封閉的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 分為粗面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum ，rER）和光面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth endoplasmic reticulum，sER）。 rER呈扁平囊狀，排列整齊，有核糖體附著。 sER呈分支管狀或小泡狀，無(wú)核糖體附著。 細(xì)胞不含純粹的rER或sER，它們是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分。ClassificationEndoplasmic Reticulum一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類(lèi)型內(nèi)

11、質(zhì)網(wǎng)：膜厚56nm；由一層單位膜圍成的管狀、泡狀、扁囊狀連接成網(wǎng)狀；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)、分布狀態(tài)、數(shù)量與細(xì)胞類(lèi)型、生理狀態(tài)及分化程度極為相關(guān)特殊類(lèi)型的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)微粒體(microsome)肌質(zhì)網(wǎng)(sarcoplasmicreticulum)微粒體：細(xì)胞勻漿和超速離心，特別是密度梯度離心過(guò)程中，由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等形成的近似球形的封閉小泡結(jié)構(gòu)，它包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核糖體兩種基本成分。很好的研究材料微粒體仍具有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的基本特征；粗面微粒體仍保留RER所具備的功能100nm(一)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(RER)：膜表面附著核糖體；形態(tài)多為板層狀排列的扁囊；網(wǎng)腔內(nèi)含低電子或中等電子密度的物質(zhì)；多分布在分泌活動(dòng)旺盛或分化較完善的細(xì)

12、胞內(nèi)。(二)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(SER)：膜表面無(wú)核糖體附著；形態(tài)多為分枝小管或小泡；多分布在一些特化的細(xì)胞中。核糖體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類(lèi)型Separation of rER and sERER主要功能：合成蛋白質(zhì)和脂類(lèi)，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。 ER膜中含大約60%的蛋白和40%的脂類(lèi)，脂類(lèi)主要成分為磷脂，磷脂酰膽堿含量較高，鞘磷脂含量較少，沒(méi)有或很少含膽固醇。 ER約有30多種膜結(jié)合蛋白，另有30多種位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，這些蛋白的分布具有異質(zhì)性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，被認(rèn)為是標(biāo)志酶，核糖體結(jié)合糖蛋白（ribophorin）只分布在rER，P450酶系只分布在s

13、ER。Functions of rER Synthesis of proteinsB. Modification and processing of newly synthesized proteinsC. Folding and assembly of newly synthesized proteinsA. Synthesis of proteins 蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并且起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，但是有些蛋白質(zhì)在合成開(kāi)始不久后便轉(zhuǎn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，這些蛋白主要有： 1.向細(xì)胞外分泌的蛋白：如抗體、激素、細(xì)胞外基質(zhì)蛋白； 2.膜的整合蛋白； 3.細(xì)胞器中可溶性駐留蛋白，如溶酶體的各種水解酶

14、；內(nèi)膜系統(tǒng)的蛋白質(zhì)分選蛋白質(zhì)分選定位的三種途徑Proteins synthesized on ribosomes of rER include:secretory proteins, integral membrane proteins, soluble proteins of organelles. ER Pathways Synthesis of proteinsB. Modification and processing of newly synthesized proteinsC. Folding and assembly of newly synthesized proteins包括

15、糖基化、羥基化、?；?、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：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(hào)的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。The formation of disulfide bonds between the side chains of cysteine residues: protein disulfide isomerase（PDI）N-linked glycosylationAddition of glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchors蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中

16、的加工與修飾The formation of disulfide bonds蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase)切斷錯(cuò)配的二硫鍵，形成正確的二硫鍵糖基一般連接在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。N-連接的糖基化（N-linked glycosylation）：與Asn殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。N-linked glycosylationO-linked glycosylationAddition of

17、 GPI anchorsMembranes contain integral, peripheral, and lipid-anchored proteins: Synthesis of proteinsB. Modification and processing of newly synthesized proteinsC. Folding and assembly of newly synthesized proteinsProtein folding in the ERBip蛋白: Bip是一類(lèi)分子伴侶（chaperone）結(jié)合蛋白的簡(jiǎn)稱(chēng)(binding protein)BiP is thought to bind to the unfolded polypeptide chain as it crosses the membrane and then mediates protein folding and the assembly of multisubunit proteins within the ER ER-駐留蛋白(ER-resident protein): protein disulfide isomerase; PDI; BiP分子伴侶（molecular