细胞生物学细胞质基质与细胞内膜系统学习教案

1、会计学1第一页，共57页。第1页/共57页第二页，共57页。3从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷和内共生（线粒体、叶绿体），从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原有内膜系统的分裂。当细胞进行分裂时，不仅要进行染色体和细胞核的复制，同时各种细胞器通过吸收新合成的成分长大，然后随着细胞的分裂分配到子细胞中去。细胞不能从无到有产生所有从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷和内共生（线粒体、叶绿体），从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原有内膜系统的分裂。当细胞进行分裂时，不仅要进行染色体和细胞核的复制，同时各种细胞器通过吸收新合成的成分长大，然后随着细胞的分裂分配到子细胞中去。细胞不能从无到有产

2、生所有(suyu)膜性细胞器，新的膜性细胞器来源于已存在细胞器的分裂。如果彻底移除细胞内所有膜性细胞器，新的膜性细胞器来源于已存在细胞器的分裂。如果彻底移除细胞内所有(suyu)的过氧化物酶体，细胞根本不能重建新的过氧化物酶体，因为过氧化物酶体中具有选择性地接受细胞质内合成的蛋白质的转位因子（的过氧化物酶体，细胞根本不能重建新的过氧化物酶体，因为过氧化物酶体中具有选择性地接受细胞质内合成的蛋白质的转位因子（translocator）。细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（）。细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向

3、的转运到特定的细胞器取决于两个方面：其一是蛋白质中包含特殊的信号序列（signal sequence or targeting sequence ），其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，），其二是细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sorting receptor），因此内膜系统的发生具有核外遗传（），因此内膜系统的发生具有核外遗传（epigenetic）的特性。）的特性。第2页/共57页第三页，共57页。4第3页/共57页第四页，共57页。5第4页/共57页第五页，共57页。6一、蛋白质分选信号一、蛋白质分选信号细胞类至少存在细胞类至少存在(cnzi)两类蛋白质分选的信号两类蛋

4、白质分选的信号信号序列（信号序列（signal sequence）：存在）：存在(cnzi)于蛋白质一级结构上的线性序列，通常于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基个氨基酸残基.信号斑（信号斑（signal patch）：存在）：存在(cnzi)于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。第5页/共57页第六页，共57页。7功能信号序列输入细胞核输入细胞核-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-输出细胞核输出细胞核-

5、Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Asp-Ile-输入线粒体输入线粒体+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-输入质体输入质体+H3N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Asn-Ser-Phe-Leu- Gly-Gln-Pro-Leu-Ser-Pro-Ile-Thr-Leu

6、-Ser-Pro-Phe-Leu- Gln-Gly-输入过氧化输入过氧化物酶体物酶体-Ser-Lys-Leu-COO-输入内质网输入内质网+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys- Glu-Val-Phe-Gln-返回内质网返回内质网-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL）由质膜到内由质膜到内体体Tyr-X-X-第6页/共57页第七页，共57页。8二、蛋白质分选运输的途径二、蛋白质分选运输的途径蛋白质的分选运输途径

7、主要有三类：蛋白质的分选运输途径主要有三类：1、门控运输（、门控运输（gated transport）：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和）：如核孔可以选择性的主动运输大分子物质和RNP复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。复合体，并且允许小分子物质自由进出细胞核。2、跨膜运输（、跨膜运输（transmembrane transport）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号）：蛋白质通过跨膜通道进入目的地。如细胞质中合成的蛋白质在信号(xnho)序列的引导下，通过线粒体上的转位因子，以解折叠的线性分子进入线粒体。序列的引导下，通过线粒体上的转位因子，以解折叠的线

8、性分子进入线粒体。3、膜泡运输（、膜泡运输（vesicular transport）：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。）：蛋白质被选择性地包装成运输小泡，定向转运到靶细胞器。如内质网向高尔基体的物质运输、高尔基体分泌形成溶酶体、细胞摄入某些营养物质或激素，都属于这种运输方式。这几种运输机制都涉及信号这几种运输机制都涉及信号(xnho)序列的引导和靶细胞器上受体蛋白的识别。序列的引导和靶细胞器上受体蛋白的识别。第7页/共57页第八页，共57页。9第8页/共57页第九页，共57

9、页。10一、衣被类型一、衣被类型已知三类具有代表性的衣被蛋白，即：笼形蛋白（已知三类具有代表性的衣被蛋白，即：笼形蛋白（clathrinclathrin）、）、COPICOPI和和COPIICOPII，个介导不同的运输，个介导不同的运输(ynsh)(ynsh)途径（表途径（表2 2）。）。表表2 2 衣被小泡的类型与功能衣被小泡的类型与功能衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrinArfClathrin重链与轻链，AP2质膜内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体溶酶体高尔基体植物液泡COP IArfCOP高尔基体内质网COP I

10、ISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体， Sec 16，Sec 12内质网高尔基体第9页/共57页第十页，共57页。11 1945年年,KR. Porter、A. Claude 和和 EF. Fullam等观察等观察(gunch)培养的小鼠成纤维细胞人于发现，建议叫做内质网培养的小鼠成纤维细胞人于发现，建议叫做内质网endoplasmic reticulum，ER.内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真核细胞中最多的膜。 第10页/共57页第十一页，共57页。12由单位由单位(dnwi)(dnwi)膜围成的膜管状结

11、构；是一系列重膜围成的膜管状结构；是一系列重要生物大分子如蛋白质、酯类和糖类合成的基地。要生物大分子如蛋白质、酯类和糖类合成的基地。第11页/共57页第十二页，共57页。13粗面内质网：呈扁囊状，排列较为整齐，其膜粗面内质网：呈扁囊状，排列较为整齐，其膜表面分布着大量的核糖体。参与合成分泌蛋白质表面分布着大量的核糖体。参与合成分泌蛋白质和多种膜蛋白。和多种膜蛋白。滑面内质网：多呈分支管道滑面内质网：多呈分支管道(gundo)状，是脂状，是脂类合成的重要场所。类合成的重要场所。髓样体和环状片层：髓样体和环状片层：第12页/共57页第十三页，共57页。14第13页/共57页第十四页，共57页。15

12、第14页/共57页第十五页，共57页。16第15页/共57页第十六页，共57页。17第16页/共57页第十七页，共57页。18第17页/共57页第十八页，共57页。19第18页/共57页第十九页，共57页。20qERER膜含有膜含有(hn yu)(hn yu)丰富的磷脂酰胆碱而鞘磷脂含丰富的磷脂酰胆碱而鞘磷脂含量很少量很少qERER膜蛋白质含量比质膜的多膜蛋白质含量比质膜的多qERER具有大量的酶，其中具有大量的酶，其中G-6-PG-6-P酸酶视为酸酶视为ERER膜的标志膜的标志酶，还有重要的标志酶是电子传递体系。酶，还有重要的标志酶是电子传递体系。qERER包含参与甘油三脂、磷脂、糖脂、脂肪

13、酸、胆包含参与甘油三脂、磷脂、糖脂、脂肪酸、胆固醇、类固醇激素、胆汁酸等生物合成酶系。固醇、类固醇激素、胆汁酸等生物合成酶系。第19页/共57页第二十页，共57页。第20页/共57页第二十一页，共57页。第21页/共57页第二十二页，共57页。23参与参与(cny)(cny)蛋白质的合成、修饰加工、输运出细胞的过程蛋白质的合成、修饰加工、输运出细胞的过程（1 1）蛋白质的合成和转移；）蛋白质的合成和转移；（2 2）转移到）转移到ERER腔内蛋白质进行加工修饰；腔内蛋白质进行加工修饰；参与参与(cny)(cny)脂类的合成；脂类的合成；参与参与(cny)(cny)糖类的分解；糖类的分解；参与参与

14、(cny)(cny)解毒作用：在电子传递体系参与解毒作用：在电子传递体系参与(cny)(cny)下，下，使多种脂溶性的物质如药物、毒物等氧化使多种脂溶性的物质如药物、毒物等氧化, ,消灭其毒性。消灭其毒性。 第22页/共57页第二十三页，共57页。第23页/共57页第二十四页，共57页。25C. Milstein（1972）发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋）发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子白分子N端要比分泌端要比分泌(fnm)到细胞外的到细胞外的N端多出一段。端多出一段。G. Blobel和和D. Sabatini等根据进一步的实验，提出了信号等根据进一步的实验，提出了信号假说（假说（Sig

15、nal hypothesis），认为蛋白质上的信号肽，），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。指导蛋白质转至内质网上合成。Blobel因此项发现获因此项发现获1999年诺贝尔生理医学奖。年诺贝尔生理医学奖。第24页/共57页第二十五页，共57页。26 蛋白质的合成开始于胞液中的核蛋白体上，在核糖体所转译的肽链中包含一段疏水的氨基酸序列，作为信号指导游离核糖体附着到蛋白质的合成开始于胞液中的核蛋白体上，在核糖体所转译的肽链中包含一段疏水的氨基酸序列，作为信号指导游离核糖体附着到ERER膜的表面膜的表面(biomin)(biomin)，并结合于该处，继续转译过程；核糖体所转译的多肽链

16、中若没有这样的信号序列，就留在胞液中，在胞液中进行由遗传信使翻译成多肽的过程。，并结合于该处，继续转译过程；核糖体所转译的多肽链中若没有这样的信号序列，就留在胞液中，在胞液中进行由遗传信使翻译成多肽的过程。ERER信号肽指导多肽到信号肽指导多肽到ERER膜膜, ,需要需要(xyo)(xyo)通过两种成分介导：通过两种成分介导：1.1.信号识别颗粒（信号识别颗粒（SRPSRP）：）：2.2.信号识别颗粒（信号识别颗粒（SRPSRP）受体：）受体：第25页/共57页第二十六页，共57页。27第26页/共57页第二十七页，共57页。28第27页/共57页第二十八页，共57页。29蛋白质的修饰与加工蛋

17、白质的修饰与加工 包括包括(boku)糖基化、羟基化、酰基化、二硫键糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用是：合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用是： 使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。糖基一般连接在折叠。糖基一般连接在4种氨基酸上，分为种氨基酸上，分为2种：种：O-连接的糖基化（连接的糖基化（O-linked glycosy

18、lation）：与）：与Ser、Thr和和Hyp的的OH连接，连接的糖为半乳糖或连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。连接的糖基化。N-连接的糖基化（连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天）：与天冬酰胺残基的冬酰胺残基的NH2连接，糖为连接，糖为N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。第28页/共57页第二十九页，共57页。30第29页/共57页第三十页，共57页。31第30页/共57页第三十一页，共57页。32第31页/共57页第三十二页，共57页。33第32页/共57页第三十三页，共57页。34第33页/共

19、57页第三十四页，共57页。35第34页/共57页第三十五页，共57页。361889年，年，Golgi用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。为高尔基体。 1.形态结构形态结构由单位膜围成的扁平囊构成高尔基堆，其周围结合一些小管和小泡。高尔基堆至由单位膜围成的扁平囊构成高尔基堆，其周围结合一些小管和小泡。高尔基堆至少可分为三个区隔：少可分为三个区隔：顺面区隔（凸面）：对着内质网称为形成顺面区隔（凸面）：对着内质网称为形成(xngchng)面（面（forming face）或顺）或顺面（面（cis face）,含

20、磷酸转移酶，催化磷酸基团加到溶酶体蛋白上；含磷酸转移酶，催化磷酸基团加到溶酶体蛋白上；中间区隔：具有中间区隔：具有N-已酰葡萄糖胺基转移酶，催化已酰葡萄糖胺基转移酶，催化 N-已酰葡萄糖胺加到糖蛋已酰葡萄糖胺加到糖蛋白上；白上；反面区隔（凹面）：面对着质膜称为成熟面（反面区隔（凹面）：面对着质膜称为成熟面（mature face）或反面（）或反面（trans face）含有半乳糖转移酶及唾液酸基转移酶；）含有半乳糖转移酶及唾液酸基转移酶；第35页/共57页第三十六页，共57页。37第36页/共57页第三十七页，共57页。38第37页/共57页第三十八页，共57页。39第38页/共57页第三十九

21、页，共57页。40第39页/共57页第四十页，共57页。41第40页/共57页第四十一页，共57页。42参与蛋白参与蛋白(dnbi)(dnbi)质的加工、分选、包装与运输；质的加工、分选、包装与运输；参与蛋白参与蛋白(dnbi)(dnbi)的糖基化及其复杂的加工与修的糖基化及其复杂的加工与修饰；饰；参与多肽的酶解及多糖的合成；参与多肽的酶解及多糖的合成；在细胞的在细胞的“膜流膜流”中起重要作用；中起重要作用；第41页/共57页第四十二页，共57页。第42页/共57页第四十三页，共57页。第43页/共57页第四十四页，共57页。45第44页/共57页第四十五页，共57页。46第45页/共57页第

22、四十六页，共57页。47q1955年年de Duve与与Novikoff首次发现溶酶体（首次发现溶酶体（lysosome）。）。 q1.溶酶体的形成溶酶体的形成q 一般认为溶酶体形成的主要位置是在高尔基器，从高尔基器端部膨大一般认为溶酶体形成的主要位置是在高尔基器，从高尔基器端部膨大脱落下来形成初级溶酶体，逐级演化成次级溶酶体，溶酶体膜上具有质脱落下来形成初级溶酶体，逐级演化成次级溶酶体，溶酶体膜上具有质子泵，依赖子泵，依赖ATP水解放出水解放出(fn ch)能量，将能量，将H+泵入溶酶体内维持其内泵入溶酶体内维持其内腔的酸性环境。腔的酸性环境。q2.形态结构形态结构q由单位膜围成的球形小体，

23、小体内由单位膜围成的球形小体，小体内PH=5.0，其内含有，其内含有60多种酸性水解多种酸性水解酶，概括起来包括：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸脂酶，概括起来包括：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸脂酶和磷脂酶等。酶和磷脂酶等。第46页/共57页第四十七页，共57页。第47页/共57页第四十八页，共57页。第48页/共57页第四十九页，共57页。50第49页/共57页第五十页，共57页。511 1、清除、清除(qngch)(qngch)无用的生物大分子、衰老细无用的生物大分子、衰老细胞器和衰老损伤和死亡的细胞。此消化功能对胞器和衰老损伤和死亡的细胞。此消化功能对细胞的营养、

24、生长及发育起调节作用。细胞的营养、生长及发育起调节作用。2 2、清除异物、清除异物(yw)(yw)或病原菌，增强细胞的防御功能或病原菌，增强细胞的防御功能3 3、参与两栖类发育中蝌蚪尾巴的退化；、参与两栖类发育中蝌蚪尾巴的退化；4 4、参与受精过程；、参与受精过程；5 5、溶酶体与疾病；、溶酶体与疾病；第50页/共57页第五十一页，共57页。第51页/共57页第五十二页，共57页。第52页/共57页第五十三页，共57页。 1矽肺矽肺2肺结核肺结核结核杆菌的菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀结核杆菌的菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。最终引起肺组织钙化和纤维化。 3各类贮积症各类贮积症贮积症（贮积症（storage disease）是由于遗传缺陷引起的，）是由于遗传缺陷引起的，台台-萨氏综合征（萨氏综合征（Tay-Sachs diesease）：要叫黑蒙）：要叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶性家族痴呆症，溶酶体缺