細(xì)胞生物學(xué)真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)蛋白質(zhì)分選與膜泡運(yùn)輸

§7.1細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及其功能細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能第一頁，共四十九頁。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)高爾基復(fù)合體(GC)溶酶體（Lys）和過氧化物酶體§7.2內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)：在結(jié)構(gòu)、功能和起源上相關(guān)的細(xì)胞器，包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、溶酶體、胞內(nèi)體和分泌泡。第二頁，共四十九頁。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）第三頁，共四十九頁。高爾基復(fù)合體的形態(tài)特征高爾基體復(fù)合體的結(jié)構(gòu)成分高爾基復(fù)合體的功能高爾基復(fù)合體（GC）第四頁，共四十九頁。溶酶體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征溶酶體的功能溶酶體的生物發(fā)生過氧化物酶體（微體）溶酶體（Lys）和過氧化物酶體第五頁，共四十九頁?！?.3蛋白質(zhì)的分選和細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝蛋白質(zhì)的分選蛋白質(zhì)的分選及其種類蛋白質(zhì)分選途徑細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝第六頁，共四十九頁。主要成分：和細(xì)胞中間代謝相關(guān)的酶類細(xì)胞骨架主要特征：高度有序性由弱鍵維持的動(dòng)態(tài)平衡細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)在膜性細(xì)胞器外面的、由流體的細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成的區(qū)域。第七頁，共四十九頁。蛋白質(zhì)合成、降解和修飾細(xì)胞中間代謝諸如：糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等蛋白質(zhì)分選和細(xì)胞骨架相關(guān)的功能諸如：維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能第八頁，共四十九頁。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rER)由連續(xù)的扁平膜囊構(gòu)成，核糖體附著于外側(cè)（細(xì)胞質(zhì)側(cè)）。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(sER)由相互交錯(cuò)的膜性管網(wǎng)構(gòu)成。微粒體由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾復(fù)合體的膜性成分構(gòu)成的大小相似的異源混合物。在純化過程中保留活性，用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能和構(gòu)成研究。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)第九頁，共四十九頁。蛋白質(zhì)合成新合成蛋白質(zhì)的修飾和加工新合成蛋白的質(zhì)量控制粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能：第十頁，共四十九頁。膜脂的合成內(nèi)分泌細(xì)胞中的類固醇的合成肝臟細(xì)胞中有機(jī)復(fù)合物的解毒Ca2+的結(jié)合Ca2+-ATPase的結(jié)合光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中Ca2+-結(jié)合蛋白的結(jié)合光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能：第十一頁，共四十九頁。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)包括：

分泌蛋白整合膜蛋白細(xì)胞器內(nèi)可溶性蛋白蛋白質(zhì)合成：第十二頁，共四十九頁。糖基化發(fā)生于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔類型:N-連接的糖基化(Asn)O-連接的糖基化(Ser/ThrorHylys/Hypro)?；l(fā)生于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細(xì)胞質(zhì)面，軟脂酸→Cys新合成蛋白質(zhì)的修飾和加工：第十三頁，共四十九頁。確保錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)不離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Sec61p復(fù)合物將錯(cuò)誤折疊的多肽從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中由蛋白酶降解掉。蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶能切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新折疊。

Bip（Bindingprotein）識(shí)別和結(jié)合到未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白并糾正其構(gòu)象。新合成蛋白的質(zhì)量控制：第十四頁，共四十九頁。順面，形成面反面，成熟面高爾基復(fù)合體具有極性，表現(xiàn)為形態(tài)、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的方向性。高爾基復(fù)合體的形態(tài)特征第十五頁，共四十九頁。順面膜囊和順面管網(wǎng)蛋白質(zhì)(KDELorHDEL)和脂類，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)順面管網(wǎng)O-連接的糖基化在高爾基體的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面的乙酰化。中間膜囊糖基化，糖脂和淀粉的合成。反面膜囊和反面管網(wǎng)蛋白質(zhì)的修飾、分選、包裝、轉(zhuǎn)運(yùn)。充當(dāng)閥門，保證單向運(yùn)輸。高爾基體周圍的小泡高爾基復(fù)合體的結(jié)構(gòu)成分第十六頁，共四十九頁。高爾基復(fù)合體的結(jié)構(gòu)成分第十七頁，共四十九頁。蛋白質(zhì)加工蛋白質(zhì)的糖基化蛋白質(zhì)的酶解加工其它細(xì)胞分泌高爾基復(fù)合體的功能第十八頁，共四十九頁。第十九頁，共四十九頁。糖基化的種類糖基化的特征和生物學(xué)作用蛋白質(zhì)的糖基化：第二十頁，共四十九頁。N-連接與O-連接的糖基化比較

糖基化的種類：特征N-連接O-連接1.合成部位粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體高爾基體2.合成方式來自同一個(gè)寡糖前體一個(gè)個(gè)單糖加上去3.與之結(jié)合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4.最終長(zhǎng)度至少5個(gè)糖殘基一般1～4個(gè)糖殘基，但ABO血型抗原較長(zhǎng)5.第一個(gè)糖殘基N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等第二十一頁，共四十九頁。不需要模板協(xié)助折疊和轉(zhuǎn)運(yùn)過程限制其他大分子靠近蛋白表面，對(duì)蛋白酶的降解有較強(qiáng)的抵抗作用在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮調(diào)控作用

糖基化的特征和生物學(xué)作用:第二十二頁，共四十九頁。酶解加工方式：無生物活性的蛋白原（proprotein）高爾基體切除N-端或兩端的序列成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素及血清白蛋白等。蛋白質(zhì)前體高爾基體水解同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽等。含有不同信號(hào)序列的蛋白質(zhì)前體高爾基體加工成不同的產(chǎn)物。同一種蛋白質(zhì)前體不同細(xì)胞、以不同的方式加工不同的多肽。蛋白質(zhì)的酶解加工：第二十三頁，共四十九頁。溶酶體是一種異質(zhì)性細(xì)胞器：初級(jí)溶酶體次級(jí)溶酶體:自噬、異噬殘余體溶酶體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征第二十四頁，共四十九頁。溶酶體膜的特征：質(zhì)子泵：在質(zhì)子泵的作用下，內(nèi)部的質(zhì)子濃度很高。糖基化蛋白：可能防止溶酶體的自我消化。.轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：通過載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)降解的蛋白。標(biāo)志酶：酸性磷酸酶（引起O—P鍵的斷裂并釋放出磷酸）溶酶體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征第二十五頁，共四十九頁。溶酶體主要有2種功能：異噬、自噬。溶酶體的功能初級(jí)溶酶體與異噬泡或自噬泡融合，形成殘余體，殘余體或者排除細(xì)胞，或者保留在細(xì)胞內(nèi)成為脂融合顆粒。功能缺失造成疾病。第二十六頁，共四十九頁。溶酶體生物發(fā)生過程溶酶體酶的分選途徑M6P途徑其他路徑分泌性溶酶體的穿孔酶和粒酶在進(jìn)入溶酶體時(shí)不依賴于M6P途徑。溶酶體的生物發(fā)生第二十七頁，共四十九頁。溶酶體酶分選的M6P途徑：第二十八頁，共四十九頁。異質(zhì)性細(xì)胞器包括一種或幾種氧化酶，這些氧化酶通過消耗O2將有機(jī)物質(zhì)氧化。成分：依賴于FAD的氧化酶，過氧化氫酶。過氧化物酶體和溶酶體的比較過氧化物酶體的功能解毒：在肝臟和腎臟將有毒的物質(zhì)破壞掉。在植物細(xì)胞中通過破壞生物大分子給生物體提供熱量。過氧化物酶體的生物發(fā)生過氧化物酶體（微體）第二十九頁，共四十九頁。特征初級(jí)溶酶體過氧化物酶體形態(tài)大小多呈球形，直徑0.2～0.5μm，無酶晶體球形，哺乳動(dòng)物細(xì)胞中直徑多在0.15～0.25μm，內(nèi)常有酶的晶體酶種類酸性水解酶含有氧化酶類pH值5左右7左右是否需O2不需要需要功能細(xì)胞內(nèi)的消化作用多種功能發(fā)生酶在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成經(jīng)高爾基體出芽形成酶在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成，經(jīng)分裂與組裝形成識(shí)別的標(biāo)志酶酸性磷酸酶等過氧化氫酶微體與初級(jí)溶酶體的特征比較第三十頁，共四十九頁。過氧化物酶體的生物發(fā)生：第三十一頁，共四十九頁。信號(hào)假說分泌性蛋白合成中的必需因子信號(hào)肽、信號(hào)識(shí)別顆粒和停泊蛋白。共轉(zhuǎn)移新生肽邊合成便進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。特征：消耗GTP新生肽以”袢環(huán)”形式進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號(hào)肽被切除信號(hào)肽和共轉(zhuǎn)移第三十二頁，共四十九頁。信號(hào)肽和共轉(zhuǎn)移第三十三頁，共四十九頁。分選信號(hào)開始轉(zhuǎn)移序列：指導(dǎo)肽鏈跨越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。停止轉(zhuǎn)移序列：與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜高度親和。膜蛋白的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是如何形成的？開始轉(zhuǎn)移序列和停止轉(zhuǎn)移序列的的數(shù)目決定了跨膜次數(shù)膜蛋白的合成第三十四頁，共四十九頁。導(dǎo)肽指導(dǎo)蛋白進(jìn)入線粒體、葉綠體和過氧化物酶體。翻譯后轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中完全合成后再進(jìn)入線粒體、葉綠體和過氧化物酶體。特征：在蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)和去折疊過程（需要Hsp70的協(xié)助）中需要消耗ATP。導(dǎo)肽和翻譯后轉(zhuǎn)移第三十五頁，共四十九頁。蛋白質(zhì)的分選及其種類蛋白質(zhì)分選：蛋白質(zhì)分子在分選信號(hào)的指導(dǎo)下，從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到目地細(xì)胞器和細(xì)胞表面的過程。分選信號(hào)：信號(hào)序列信號(hào)斑種類：信號(hào)肽和共轉(zhuǎn)移導(dǎo)肽和翻譯后轉(zhuǎn)移膜蛋白的合成第三十六頁，共四十九頁。-Ser-Lys-Leu-進(jìn)入過氧化物酶體-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-進(jìn)入細(xì)胞核+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-進(jìn)入線粒體-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-滯留在ER中+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-蛋白進(jìn)入ER舉例信號(hào)功能幾種典型的蛋白分選信號(hào)序列

第三十七頁，共四十九頁。蛋白質(zhì)分選途徑跨膜轉(zhuǎn)運(yùn):細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、過氧化物酶體門控轉(zhuǎn)運(yùn):細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)→核孔復(fù)合體、胞間連絲膜泡運(yùn)輸:粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細(xì)胞中的不同位置第三十八頁，共四十九頁。包被小泡的種類網(wǎng)格蛋白包被小泡COPⅡ蛋白包被小泡COPⅠ蛋白包被小泡其它膜泡運(yùn)輸?shù)谌彭?，共四十九頁。路徑：高爾基?fù)合體反面管網(wǎng)→細(xì)胞膜、胞內(nèi)體、溶酶體或液泡受體介導(dǎo)的內(nèi)吞：質(zhì)膜→內(nèi)吞泡→胞內(nèi)體→溶酶體網(wǎng)格蛋白包被小泡:網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成過程第四十頁，共四十九頁。路徑：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體順面管網(wǎng)COPⅡ蛋白包被小泡：第四十一頁，共四十九頁。路徑：脂雙層和一些蛋白的反向轉(zhuǎn)運(yùn)，高爾基體順面管網(wǎng)→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)回收信號(hào)(lys-asp-glu-leu,KDEL)，位于蛋白質(zhì)C末端，能被專一受體識(shí)別，逃逸蛋白能以COPⅠ包被小泡的形式被捕獲到，所以內(nèi)質(zhì)網(wǎng)又稱為“開放監(jiān)獄”。COPⅠ蛋白包被小泡：第四十二頁，共四十九頁。生物大分子的組裝模式組裝程序：大分子→復(fù)合物→細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系→細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的相互作用。組裝的生物作用降低或修正蛋白在合成中出現(xiàn)的錯(cuò)誤；調(diào)控多種生物功能。細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝第四十三頁，共四十九頁。自我組裝裝配信息存在于裝配亞基自身，細(xì)胞內(nèi)環(huán)境（如：pH、離子濃度）也有一定影響協(xié)助組裝需要亞基及其它成分的介入及對(duì)裝配亞基的修飾分子伴侶直接組裝指某種亞基直接組裝到預(yù)先形成的結(jié)構(gòu)上，如細(xì)胞質(zhì)膜組分的組裝。生物大分子的組裝模式第四十四頁，共四十九頁。能識(shí)別正在合成或部分合成的多肽，并結(jié)合于其上，幫助轉(zhuǎn)運(yùn)、折疊或組裝，但不參與最終產(chǎn)物的形成。分子伴侶：第四十五頁，共四十九頁。高爾基體結(jié)構(gòu)AGolgistackusuallyconsistsofasmallnumberofflatteredcistermae.Atthecisface,transitionvesiclesarrivingfromtheERfusewithmembranesofthecis-Golginetwork(CGN).Atthetransface,transportvesiclesarisebybuddingfromthetrans-Golginetwork(TGN).Thet