細胞與分子細胞生物學：第七章 細胞質(zhì)：蛋白質(zhì)降解相關(guān)的亞細胞結(jié)構(gòu)

第七章細胞質(zhì)：蛋白質(zhì)降解相關(guān)的亞細胞結(jié)構(gòu)“衰老的”“錯誤的”“多余的”需要被清除的蛋白質(zhì)的去向溶酶體蛋白酶體一、泛素－蛋白酶體的組成與功能

泛素（ubiquitin）:一種含76個氨基酸的多肽,作為標簽結(jié)合到要被降解的蛋白質(zhì)上。ubiquitin泛素－蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasomesystem，UPS）第一節(jié)蛋白酶體（proteosome）19S調(diào)節(jié)顆粒

“帽”20S核心顆粒最常見的蛋白酶體：26S蛋白酶體

蛋白酶體（proteasome）:大型桶狀的蛋白復合體,具有蛋白水解酶的活性，能將蛋白質(zhì)降解成肽和氨基酸。細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)均有分布。二、多聚泛素化修飾與蛋白酶體對靶蛋白的識別蛋白質(zhì)翻譯后修飾--泛素化

被降解的蛋白在三類酶（E1、E2、E3）的次第作用下，與至少4個泛素分子結(jié)合（多聚泛素化），從而被泛素分子“標記”，能夠被蛋白酶體識別后降解。

單層膜包圍的小囊泡,內(nèi)含50多種酸性水解酶。

有較高電子密度一、溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生化組成Lysosomesaremembranousorganelleswhichcontainacidhydrolasesforthecontrolleddegradationofmacromolecules.第二節(jié)溶酶體（lysosome）

酶的特性:①最適pH3~6②多為帶負電荷的糖蛋白

膜的特性:①質(zhì)子泵②有轉(zhuǎn)運蛋白③膜蛋白高度糖基化（一）溶酶體的特征糖基酸性水解酶（二）溶酶體的形成與胞吞密切相關(guān)溶酶體酶蛋白的來源異體吞噬自體吞噬溶酶體消化底物的來源（三）溶酶體的類型（1）異體吞噬泡（heterophagicvacuole）（2）自體吞噬泡（autophagicvacuole）（3）分泌自噬泡（crinophagicvacuole）（4）殘余體（residualbody）異體吞噬泡（heterophagicvacuole）自體吞噬泡（autophagicvacuole）殘余體（residualbody）二、溶酶體的功能（一）溶酶體參與的消化活動（1）胞吞物質(zhì)的消化異噬作用（heterophagy）吞噬作用與吞飲作用（2）細胞自身物質(zhì)的消化

自噬作用（autophagy）（3）細胞外物質(zhì)的消化AutophagyandPhagocytosis異噬作用和自噬作用中性粒細胞的吞噬作用巨噬細胞的吞噬作用（二）溶酶體與細胞功能活動

（1）消除異物（有吞噬功能的細胞）（2）提供營養(yǎng)物質(zhì)（消化大分子營養(yǎng)物質(zhì)）（3）更新細胞成分（廢物利用）（4）調(diào)節(jié)激素分泌（去除多余激素）I-細胞?。↖nclusioncelldisease）缺乏N-乙酰氨基葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶三、溶酶體缺陷疾病第八章細胞質(zhì)：線粒體和過氧化物酶體

線粒體（mitochondrion）是真核細胞進行氧化和能量轉(zhuǎn)換的主要場所，被喻為細胞的“動力工廠”或“換能中心”。第一節(jié)線粒體能量需求大的組織--心肌、骨骼肌、肝、腎細胞組織分布：心肌細胞myocyte中的線粒體（紅）肝細胞hepatocyte中的線粒體（綠）能量需求大的部位--心肌細胞沿肌絲排列

--腸上皮細胞集中于頂部和底部細胞內(nèi)分布：腸上皮細胞頂部微絨毛線粒體一、線粒體的形態(tài)特性顯微結(jié)構(gòu)：線狀，顆粒狀亞顯微結(jié)構(gòu)：兩層單位膜構(gòu)成的膜囊結(jié)構(gòu)（一）線粒體的一般形狀和分布（1）線粒體外膜（2）線粒體內(nèi)膜（通透性低，多種轉(zhuǎn)運蛋白）嵴（cristae）基粒（elementaryparticle）外腔（膜間腔）（二）線粒體的超微結(jié)構(gòu)和主要的蛋白復合體孔蛋白（porin）鑲嵌在內(nèi)膜上的重要蛋白復合體電子傳遞鏈（electrontransportchain）

=呼吸鏈（respiratorychain

）ATP酶復合體（F0F1復合體）頭部(F1因子)（ATP酶，ATP合成酶）基片(F0因子)（質(zhì)子通道）基粒（elementaryparticle）

=ATP合成酶（

ATP

synthase

）復合體(3)線粒體內(nèi)腔（基質(zhì)腔）線粒體核糖體（70S）線粒體DNA（雙鏈環(huán)狀，可多個）基質(zhì)顆粒（matricalgranule）glucose二、線粒體的功能化學（ATP合成）—滲透（質(zhì)子回流）偶聯(lián)ChemiosmoticcouplingTheNobelPrizeinChemistry1978PeterD.MitchellGlynnResearchLaboratories

Bodmin,UnitedKingdomb.1920;d.1992"forhiscontributiontotheunderstandingofbiologicalenergytransferthroughtheformulationofthechemiosmotictheory"氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）氧化過程物質(zhì)氧化高能電子氧ADP+PiATP質(zhì)子動力勢energyenergy磷酸化過程

將生物氧化所釋放能量的轉(zhuǎn)移過程與ADP的磷酸化過程結(jié)合起來，而將生物氧化釋放的能量轉(zhuǎn)移到ATP的高能磷酸鍵中，又稱氧化磷酸化偶聯(lián)。氧化磷酸化（oxidativephosphorylation）丙酮酸乙酰輔酶A三羧酸循環(huán)多糖葡萄糖脂肪酸脂肪氨基酸蛋白質(zhì)細胞質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜電子傳遞氧化磷酸化和ATP生成（NADH、FADH2）線粒體基質(zhì)1.物質(zhì)氧化Figure14-6EssentialCellBiology(?GarlandScience2010)1.物質(zhì)氧化NADH(和FADH2)是還原型輔酶，是基質(zhì)腔內(nèi)三羧酸循環(huán)與內(nèi)膜上電子傳遞鏈之間的中介線粒體基質(zhì)NADH、FADH2線粒體內(nèi)膜電子傳遞丙酮酸乙酰輔酶A三羧酸循環(huán)氧化磷酸化和ATP生成2.電子傳遞3.質(zhì)子泵送Figure14-6EssentialCellBiology(?GarlandScience2010)2.電子傳遞3.質(zhì)子泵送電子傳遞鏈是一組蛋白質(zhì)復合物，是內(nèi)膜上依次排列的電子載體

物質(zhì)氧化所釋放的可利用能量都以高能電子的形式由電子載體NAD+和FAD+從底物中移出，并經(jīng)線粒體內(nèi)膜上的電子傳遞鏈進一步氧化。復合物Ⅰ輔酶Q復合物Ⅲ細胞色素C復合物ⅣFADH2復合物Ⅱ2e－2e－2e－2e－2e－2e－1/2O22e－2e－NADH電子傳遞鏈組分及反應序列示意圖復合物Ⅰ：NADH-CoQ氧化還原酶復合物Ⅱ:琥珀酸－CoQ氧化還原酶復合物Ⅲ:CoQ－細胞色素c氧化還原酶復合物Ⅳ:細胞色素c氧化酶※電子從一個分子傳遞給另一個分子※電子傳遞的過程是一個不斷進行氧化和還原反應的過程※電子傳遞是定向的，O2對電子具有最大的親和力※

電子傳遞過程中有3次大的能量釋放※電子釋放的能量驅(qū)動質(zhì)子的泵出※

質(zhì)子由傳遞鏈上的3個酶復合體泵出，形成跨膜的電化學質(zhì)子梯度(electrochemicalprotongradient)電子傳遞鏈質(zhì)子動力勢（proton-motiveforce）

在線粒體內(nèi)膜兩側(cè)形成跨膜的電化學質(zhì)子梯度,能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)子動力勢,驅(qū)動質(zhì)子從濃度高的膜間腔向基質(zhì)腔移動。膜電位化學梯度（化學梯度、膜電位）ATP合成酶復合體（F0F1復合體）頭部(F1因子)（ATP合成酶，ATP酶）基片(F0因子)（質(zhì)子通道）基粒（ATP合成酶復合體）是線粒體的基本功能單位4.ATP合成酶與ATP合成Figure14-13EssentialCellBiology(?GarlandScience2010)ATP合成一組蛋白質(zhì)復合物——呼吸鏈（多種酶）一種蛋白質(zhì)復合物——F1F0因子（一種酶）1.無氧酵解(細胞質(zhì)基質(zhì))

2.丙酮酸被氧化為CO2；NAD+和FAD被還原成NADH和FADH2

(線粒體基質(zhì)腔)

3.電子被傳遞給O2，質(zhì)子被泵送形成質(zhì)子動力勢(線粒體內(nèi)膜)

4.質(zhì)子（從膜間腔）回流，能量用于合成ATP(線粒體內(nèi)膜)

glucoseATPglycolysis以葡萄糖氧化為例活性氧（ReactiveOxygenSpecies,ROS）ROS的產(chǎn)生和清除

是生物體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子（O2-）、羥自由基（HO-）、一氧化氮（NO）等活性含氧化合物的總稱，對蛋白質(zhì)、脂類和DNA具有潛在的損傷作用。三、線粒體的呼吸鏈副產(chǎn)品與活性氧

主要由位于內(nèi)膜的腺苷酸轉(zhuǎn)位子和位于外膜的電壓依賴的陰離子通道等蛋白所組成，MPT孔開放會引起線粒體跨膜電位下降和細胞色素c釋放。

線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（MPT孔，mPTP）（mitochondrialpermeabilitytransitionpore）

細胞色素C等被釋放到細胞質(zhì)中與其他分子相互作用，觸發(fā)凋亡。四、線粒體與細胞凋亡凋亡五、線粒體的半自主

1.線粒體DNA

（位于基質(zhì)腔）*雙鏈環(huán)狀（H鏈和L鏈）*基因排列緊密*復制方式：半保留方式，但先后進行*轉(zhuǎn)錄和翻譯緊密聯(lián)系*線粒體遺傳密碼與通用密碼有差異人線粒體DNA編碼的基因分布模式圖37個結(jié)構(gòu)基因：2種rRNA