細(xì)胞生物學(xué)課件第七章細(xì)胞基質(zhì)

細(xì)胞生物學(xué)課件第七章細(xì)胞基質(zhì)演示文稿第一頁(yè)，共五十一頁(yè)。（優(yōu)選）細(xì)胞生物學(xué)課件第七章細(xì)胞基質(zhì)第二頁(yè)，共五十一頁(yè)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)：指存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，填充于核膜、網(wǎng)質(zhì)體、高爾基體等液泡系統(tǒng)與線粒體、葉綠體等膜狀構(gòu)造之間的連續(xù)性結(jié)構(gòu)。在電子顯微鏡下呈無(wú)結(jié)構(gòu)的部分，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)在細(xì)胞分區(qū)法方面，它是與除微粒體分區(qū)以外的上清分區(qū)相對(duì)應(yīng)的部分，它含有各種可溶性蛋白質(zhì)（例如構(gòu)成微管的蛋白質(zhì)的單量體）和酶（例如有關(guān)分解糖的各種酶）或核酸（例如轉(zhuǎn)移RNA）等。另外，一般認(rèn)為細(xì)胞質(zhì)或原生質(zhì)的物理特性主要表現(xiàn)為這種細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的性質(zhì)。

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第三頁(yè)，共五十一頁(yè)。胞質(zhì)溶膠用差速離心法分離細(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)的成分。。第四頁(yè)，共五十一頁(yè)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能完成各種中間代謝過程：如糖酵解過程、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)、細(xì)胞運(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：

①蛋白質(zhì)的修飾；②控制蛋白質(zhì)的壽命；③降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)；④幫助變性或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象。

第五頁(yè)，共五十一頁(yè)。細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上相關(guān)的內(nèi)膜形成的細(xì)胞結(jié)構(gòu)：如核被膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等。功能：區(qū)隔化；增加內(nèi)表面積，提高代謝和調(diào)節(jié)能力。從系統(tǒng)發(fā)生來(lái)看內(nèi)膜系統(tǒng)起源于質(zhì)膜的內(nèi)陷和內(nèi)共生。從個(gè)體發(fā)生來(lái)看新細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)來(lái)源于原有內(nèi)膜系統(tǒng)的分裂，具有核外遺傳的特性。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)行膜合成需要膽固醇時(shí)，細(xì)胞即合成LDL跨膜受體蛋白，并將其嵌插到質(zhì)膜中。受體與LDL顆粒受體結(jié)合后，形成衣被小泡；進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的衣被小泡隨即脫掉成籠蛋白衣被，成為平滑小泡，同早期內(nèi)體融合，內(nèi)體中PH值低，使受體與LDL顆粒分離；再經(jīng)晚期內(nèi)體將LDL送人溶酶體。在溶酶體中，LDL顆粒中的膽固醇酯被水解成游離的膽固醇而被利用。第六頁(yè)，共五十一頁(yè)。第七頁(yè)，共五十一頁(yè)。第八頁(yè)，共五十一頁(yè)。一、形態(tài)與組成約占細(xì)胞總膜面積的一半，是封閉的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。分粗面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum，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，它們分別是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分。第九頁(yè)，共五十一頁(yè)。ER第十頁(yè)，共五十一頁(yè)。RER第十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。SER第十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。ER主要功能：合成蛋白質(zhì)和脂類，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，脂類主要成分為磷脂，磷脂酰膽堿含量較高，鞘磷脂含量較少，沒有或很少含膽固醇。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，是標(biāo)志酶，核糖體結(jié)合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER。第十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。二、ER的功能（一）、蛋白質(zhì)合成蛋白質(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)在合成開始不久后便轉(zhuǎn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，這些蛋白主要有：向細(xì)胞外分泌的蛋白、如抗體、激素；膜的整合蛋白；需要與其它細(xì)胞組合嚴(yán)格分開的酶，如溶酶體的各種水解酶；需要進(jìn)行修飾的蛋白，如糖蛋白。第十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。G.Blobel等1975年提出了信號(hào)假說(shuō)(Signalhypothesis)，認(rèn)為：蛋白質(zhì)N端的信號(hào)肽，指導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，并因此獲1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成涉及以下成分：信號(hào)肽（signalpeptide），位于新合成肽鏈的N端，一般16~30個(gè)氨基酸殘基，含有6-15個(gè)連續(xù)排列的帶正電荷的非極性氨基酸，由于信號(hào)肽又是引導(dǎo)肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的一段序列，又稱開始轉(zhuǎn)移序列（starttransfersequence）；第十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。AASequencesofERSignalPeptides第十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。信號(hào)識(shí)別顆粒（分子伴侶）（signalrecognitionparticle，SRP），由6種多肽組成，結(jié)合一個(gè)7SRNA，屬于一種RNP(ribonucleoprotein)。能與信號(hào)序列結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成暫停。SRP受體（SPRreceptor），內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的整合蛋白，異二聚體，可與SRP特異結(jié)合。停止轉(zhuǎn)移序列（stoptransfersequence），與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的親合力很高，阻止肽鏈繼續(xù)進(jìn)入網(wǎng)腔，成為跨膜Pr。轉(zhuǎn)位因子（translocator，translocon），由3-4個(gè)Sec61蛋白構(gòu)成的通道，每個(gè)Sec61由3條肽鏈組成。第十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。TranslocationofsolubleproteinsacrossER第十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程：信號(hào)肽與SRP結(jié)合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結(jié)合→SRP脫離信號(hào)肽→肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時(shí)信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔→信號(hào)肽切除→肽鏈延伸至終止。肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，稱為共轉(zhuǎn)移co-translation。第十九頁(yè)，共五十一頁(yè)。InsertionofaMultipassTransmembraneproteinintotheERmembrane第二十頁(yè)，共五十一頁(yè)。（二）、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：①使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號(hào)的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。第二十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。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-linkedglycosylation）：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-linkedglycosylation）：與天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。第二十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。糖分子首先被糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移到膜上的磷酸長(zhǎng)醇（dolicholphosphate）分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)到新合成肽鏈特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺殘基上?！?第二十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。第二十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。（三）、新生肽鏈的折疊、組裝和運(yùn)輸COPII介導(dǎo)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)輸出的膜泡運(yùn)輸，這種膜泡由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的排出位點(diǎn)（exitsites）以出芽的方式排出。不同的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中停留的時(shí)間不同，這主要取決于蛋白質(zhì)完成正確折疊和組裝的時(shí)間，這一過程是在hsp70家族的ATP酶作用下完成的，需要消耗能量。有些無(wú)法完成正確折疊的蛋白質(zhì)被輸出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，轉(zhuǎn)入溶酶體中降解掉，大約90%的新合成的T細(xì)胞受體亞單位和乙酰膽堿受體都被降解掉，而從未到達(dá)靶細(xì)胞膜。第二十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。（四）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的其它作用合成磷脂、膽固醇等膜脂，合成后以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，溶酶體和質(zhì)膜上，或借磷脂轉(zhuǎn)移蛋白（PTP）形成水溶性復(fù)合物，轉(zhuǎn)至其他膜上。解毒，如肝細(xì)胞的細(xì)胞色素P450酶系。參與甾體類激素的合成。使葡糖6-磷酸水解，釋放糖至血液中。儲(chǔ)存鈣離子，作為細(xì)胞內(nèi)信號(hào)物質(zhì)，如肌質(zhì)網(wǎng)。提供酶附著的位點(diǎn)和機(jī)械支撐作用。第二十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。第三節(jié)高爾基體最早發(fā)現(xiàn)于1855年，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。20世紀(jì)50年代以后才正確認(rèn)識(shí)它的存在和結(jié)構(gòu)。第二十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。一、形態(tài)與組成是由數(shù)個(gè)扁平囊泡堆在一起形成的高度有極性的細(xì)胞器,常分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞膜之間，呈弓形或半球形。凸出的一面對(duì)著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)稱為形成面或順面（cisface）。凹進(jìn)的一面對(duì)著質(zhì)膜稱為成熟面或反面（transface）。順面和反面都有一些或大或小的運(yùn)輸小泡。扁平囊直徑約1um，單層膜構(gòu)成，中間為囊腔，周緣多呈泡狀，4~8個(gè)扁平囊在一起(某些藻類可達(dá)一二十個(gè))，構(gòu)成高爾基體的主體(Golgistack)。第二十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。TheGolgiApparatus第二十九頁(yè)，共五十一頁(yè)。第三十頁(yè)，共五十一頁(yè)。高爾基體膜含有大約60%的蛋白和40%的脂類，具有一些和ER共同的蛋白成分。磷脂酰膽堿的含量介于ER和質(zhì)膜之間，中性脂類主要包括膽固醇，膽固醇酯和甘油三酯。高爾基體中的酶：糖基轉(zhuǎn)移酶、磺基-糖基轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、轉(zhuǎn)移酶和磷脂酶等不同的類型。標(biāo)志酶為糖基轉(zhuǎn)移酶。第三十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。二、功能區(qū)隔順面的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（cisGolginetwork，CGN），高爾基體的入口區(qū)域。中間膜囊（medialGolgi），多數(shù)糖基修飾，糖脂的形成以及與高爾基體有關(guān)的糖合成均發(fā)生此處。反面的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（transGolginetwork，TGN），高爾基體的出口區(qū)域，功能：參與蛋白質(zhì)的分類與包裝，最后輸出。第三十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。高爾基體各部分膜囊具有不同的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)：①嗜鋨反應(yīng)：cis面膜囊被特異地染色；②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特異顯示高爾基體的trans面的1～2層膜囊；③煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可顯示高爾基體中間幾層扁平囊；④胞嘧啶單核苷酸酶(CMP酶)：可顯示靠近trans面上的一些膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)，CMP酶也是溶酶體的標(biāo)志酶。第三十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。三、主要功能1、參與細(xì)胞分泌活動(dòng)RER上合成蛋白質(zhì)→進(jìn)入ER腔→COPII運(yùn)輸泡→進(jìn)入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成運(yùn)輸泡→運(yùn)輸與質(zhì)膜融合、排出。高爾基體對(duì)蛋白質(zhì)的分類，依據(jù)的是蛋白質(zhì)上的信號(hào)肽或信號(hào)斑。2、蛋白質(zhì)的糖基化O-連接的糖基化在高爾基體中進(jìn)行，糖的供體為核苷糖。第三十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。3、進(jìn)行膜的轉(zhuǎn)化功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的新膜脂轉(zhuǎn)移至高爾基體后，經(jīng)過修飾和加工，形成運(yùn)輸泡與質(zhì)膜融合。4、將蛋白水解為活性物質(zhì)如將蛋白質(zhì)N端或C端切除，成為有活性的物質(zhì)，如胰島素（C端）；或?qū)⒑卸鄠€(gè)相同氨基序列的前體水解為有活性的多肽，如神經(jīng)肽。5、參與形成溶酶體。6、參與植物細(xì)胞壁的形成，合成纖維素和果膠質(zhì)。第三十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。高爾基體分泌功能示意圖第三十六頁(yè)，共五十一頁(yè)。第三十七頁(yè)，共五十一頁(yè)。第四節(jié)溶酶體與過氧化物酶體第三十八頁(yè)，共五十一頁(yè)。一、溶酶體的結(jié)構(gòu)溶酶體（lysosome）為C.deDuve與B.Novikoff1955年首次發(fā)現(xiàn)。是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化。具有異質(zhì)性，形態(tài)大小及內(nèi)含的水解酶種類都可能有很大的不同。酸性磷酸酶是標(biāo)志酶。膜有質(zhì)子泵，將H+泵入溶酶體，使其PH值降低。膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解第三十九頁(yè)，共五十一頁(yè)。1、初級(jí)溶酶體（primarylysosome）直徑約0.2~0.5um，有多種酸性水解酶，但沒有活性，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余種，反應(yīng)的最適PH值為5左右。第四十頁(yè)，共五十一頁(yè)。2、次級(jí)溶酶體（secondarylysosome）是正在進(jìn)行或完成消化作用的溶酶體，內(nèi)含水解酶和相應(yīng)的底物，可分為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體(phagolysosome)。3、殘?bào)w（residualbody）又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘?jiān)?，故名。殘?bào)w可通過外排作用排出細(xì)胞，也可能留在細(xì)胞內(nèi)逐年增多，如表皮細(xì)胞的老年斑，肝細(xì)胞的脂褐質(zhì)。第四十一頁(yè)，共五十一頁(yè)。Secondarylysosome第四十二頁(yè)，共五十一頁(yè)。肝細(xì)胞脂褐質(zhì)第四十三頁(yè)，共五十一頁(yè)。二、溶酶體的功能細(xì)胞內(nèi)消化：如高等動(dòng)物內(nèi)吞低密脂蛋白獲得膽固醇，單細(xì)胞真核生物利用溶酶體的消化食物。自體吞噬：清除無(wú)用的生物大分子、衰老細(xì)胞、細(xì)胞器、個(gè)體發(fā)育中多余的細(xì)胞。許多生物大分子的半衰期只有幾小時(shí)至幾天，肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命約10天左右。防御作用：如巨噬細(xì)胞殺死病原體。參與分泌過程的調(diào)節(jié)：如將甲狀腺球蛋白降解成有活性的甲狀腺素。形成精子的頂體。第四十四頁(yè)，共五十一頁(yè)。三、溶酶體的發(fā)生初級(jí)溶酶體是在高爾基體的反面以出芽的形式形成，形成過程：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白→進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進(jìn)行N-連接的糖基化修飾→進(jìn)入高爾基體cis面膜囊→磷酸轉(zhuǎn)移酶識(shí)別溶酶體水解酶的信號(hào)斑→將乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在1~2個(gè)甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體→與trans膜囊上的受體結(jié)合→通過clathrin衣被包裝成初級(jí)溶酶體。第四十五頁(yè)，共五十一頁(yè)。TherecognitionofalysosomalhydrolaseinGolgiandmanno