第七章细胞质基质与内膜系统.ppt

第七章细胞质基质与内膜系统,一、细胞质基质,概念体积占细胞总体积50%以上。主要特点细胞质基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。,成分70%的水和无机离子（K+、Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+等）；各种代谢的中间产物（脂类、糖、氨基酸、核苷酸等）；大量的可溶性蛋白质、蛋白质衍生物和酶；大量的各类RNA分子及细胞进行各种反应所需的ATP等。,细胞质基质的功能,为某些蛋白质和脂肪合成提供场所与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等；细胞质基质结构体系的组织者。与细胞膜相关的功能,蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象 降解变性和错误折叠的蛋白质,二、内膜系统,概念：指细胞内在结构、功能乃至发生上相关的，由膜围绕的细胞器或细胞结构，包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等。作用：扩大膜的面积，提供各种反应所需的适当环境，使之互不干扰。,三、内质网（Endoplasmic reticulum）,内质网（ER）：由封闭的膜系统及其围成的腔（池）形成相互沟通的网状结构。形态：呈平行的双层膜状，有扁囊状、管状、泡状等，可分为细胞质面和腔面。,类型糙面内质网（rER）：典型的为相互平行的扁平囊，排列较整齐，有核糖体附着，与核膜相连。滑面内质网（sER）：管状，泡状，无核糖体。化学组成（用微粒体进行研究）：蛋白质（占2/3），脂类（占1/3）,1、糙面内质网的功能,蛋白质合成向细胞外分泌的蛋白质：酶、抗体、多肽类激素、胞外基质成分等；膜的整合蛋白；需要与其他组分严格隔离的蛋白质：水解酶类、活性蛋白等；需要进行复杂修饰的蛋白质。,蛋白质的修饰与加工：羟基化、糖基化、酰基化与二硫键的形成等。新生肽的折叠与装配,肽链的糖基化,N-连接的糖基化：天冬酰胺残基N端，加上寡糖核心（N-乙酰葡萄糖胺残基和甘露糖），磷酸多帖醇作为载体。糖基化的过程在高尔基体中继续进行，直到完成-O-连接的糖基化。,多肽链的折叠,内质网腔中含有一些与蛋白质折叠有关的蛋白和酶类，如Bip（属于分子伴侣蛋白的一种）和蛋白二硫键异构酶，与多肽链结合，帮助折叠为正确的形式。,2、滑面内质网的功能,糖原分解 糖原 6-P-葡萄糖 葡萄糖 内质网腔 血液细胞 6-P-葡萄糖酶（在滑面内质网内膜上）合成脂类：磷脂、胆固醇和甾类激素解毒作用细胞色素P450家族酶系的解毒反应过程,四、高尔基体（高尔基器，高尔基复合体）,发现 1898年，意大利医生Golgi用镀银法在猫头鹰和猫的小脑神经细胞中发现一种网状结构，初称“内网器”；20世纪50年代，电镜确认为一种真实的结构。,形态结构扁囊多呈弓形，呈摞存在（48个），扁囊周围有囊泡结构。顺式面cis（形成面）：凸面，靠近细胞核反式面trans（成熟面）：凹面，面向质膜化学组成：介于内质网与质膜之间,高尔基体的功能,细胞的分泌活动蛋白质的糖基化及其修饰,蛋白酶的水解和其他加工过程切除蛋白原的N端或两端序列 成熟多肽（如胰岛素）；切割含有重复氨基酸序列的前体 活性多肽（如神经肽）；根据前体中不同的信号序列或同一前体在不同细胞中的不同加工方式加工成不同种的多肽。膜泡运输,分泌蛋白的合成,用3H-标记氨基酸或糖，放射性自显影跟踪分泌蛋白的合成：内质网高尔基体分泌泡,糖蛋白的加工与运输,半乳糖苷转移酶是高尔基体的标记酶（半乳糖仅在高尔基体上掺入糖链）,加工对在内质网上加上去的“核心”进行修饰（水解掉一些糖基）；切除3个Man（甘露糖）残基（在顺面膜囊）；加上3个GlcNAc（N-乙酰葡萄糖胺）残基，移除2个Man 残基（在中间膜囊）；加上3个半乳糖残基，每个半乳糖残基连上一个N-乙酰神经氨酸残基（在反面膜囊）。,五、溶酶体,发现1949年，de Duve，大鼠肝组织匀浆，分析酸性磷酸酶，酶活力新鲜的低，存放后反而升高。此酶位于一种膜结构中，存放后（特别是冻存后）膜破坏，酶释放出来，故活力升高。1955年，电镜下确认。,形态：圆球形颗粒，由一层单位膜包围而成，内含多种酸性水解酶，这些酶都是糖蛋白，最适pH在5左右。溶酶体的标记酶：酸性磷酸酶，作为细胞化学鉴定的依据。,1、溶酶体的类型,初级溶酶体：小，处于非功能阶段次级溶酶体：形态多样，功能阶段自噬溶酶体异噬溶酶体残质体（后溶酶体）：未被消化的物质残存在溶酶体内形成。,2、溶酶体的功能,异噬作用正常的消化作用：降解营养物质免疫功能：识别并吞噬入侵的细菌或病毒自噬作用清除无用的生物大分子、衰老的细胞器和衰老损伤、死亡的细胞,细胞的自溶作用：溶酶体膜破坏水解酶释放细胞溶解 生理性的：发育过程中某些结构的去除病理性的：矽肺等,3、溶酶体的发生,溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER）,高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化,M6P,N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶,高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）,溶酶体酶分选与局部浓缩,以出芽的方式转运到前溶酶体,磷酸葡萄糖苷酶,磷酸化识别信号：信号斑,4、溶酶体缺陷与疾病,各种储积症泰萨二氏病细胞病,六、微体 过氧化物酶体,形态单位膜圆球形、卵形、哑铃状小泡有些含有拟核体（尿酸氧化酶结晶）,分布几乎所有的真核细胞动物的肝、肾中丰富，比较大其他细胞中比较小 微过氧化物酶体酶类：过氧化物酶，D-（或L-）氨基酸氧化酶，尿酸氧化酶（可形成结晶）,1、过氧化物酶体与溶酶体的区别,过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与大小类似；过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。通过离心可分离过氧化物酶体与溶酶体过氧化物酶体与溶酶体的差别,2、过氧化物酶体的功能,动物细胞：解毒作用：将乙醇氧化成乙醛使细胞免受H2O2的毒害RH2+O2H2O2+R（依赖黄素FAD的氧化酶）H2O2H2O+1/2 O2（过氧化氢酶）RH2+H2O2R+2H2O,植物细胞绿色植物叶肉细胞：催化CO2固定反应副产物的氧化（光呼吸反应）种子萌发过程：种子中的脂肪酸形成乙酰辅酶A琥珀酸离开过氧化物酶体进一步转变成葡萄糖 乙醛酸循环体（glyoxysome）,过氧化物酶体经分裂后形成子代过氧化物酶体，经进一步装配形成成熟的细胞器；组成过氧化物酶体的蛋白均由核基因编码，主要在细胞质基质中合成，然后转运到过氧化物酶体中。,3、过氧化物酶体的发生,过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（Peroxisomal-targeting signal，PTS）：PTS1为Ser-lys-leu，存在于多数过氧化物酶体基质蛋白的C端；PTS2为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白N-端；过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。,过氧化物酶体的膜脂可能在内质网上合成后转运而来；内质网也参与过氧化物酶体的发生。,肝细胞中细胞质基质及细胞其他组分的数目及所占的体积比,微粒体,人为的产物，组织细胞匀浆后离心得到的一种成分，主要由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构，包含内质网膜和核糖体两种基本组分。,蛋白质合成,膜泡运输,（TGN）,过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较,