细胞的内膜系统与囊泡转运效用课件.ppt
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1、,第五章 细胞的内膜系统与囊泡转运,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,第五章 细胞的内膜系统与囊泡转运细胞的内膜系统与囊泡转运效,内膜系统(intracellular membrane):细胞质内由膜围成的小管、小泡和扁囊所组成的系统。在结构、功能乃至发生上相关 包括:内质网、高尔基体及其形成的溶酶体和分泌泡等。 功能: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。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内膜系统(intracellular membrane):,内膜系统之间的连续性,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内膜系统之间的连续性细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内质网、核膜和线粒体的起源,细胞
2、的内膜系统与囊泡转运效用,内质网、核膜和线粒体的起源细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内质网:细胞内膜系统中最重要的一类细胞器,是由封闭的膜系统及由膜围成的腔构成的相互沟通的立体网状结构,通常占细胞内膜系统的一半左右,包围的体积占细胞体积的10%。,第一节 内质网,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内质网:细胞内膜系统中最重要的一类细胞器,是由封闭的膜系,内质网存在的意义:大大增加了细胞内膜的表面积,为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合位点内质网形成的完整封闭体系,将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来,更有利于它们的加工和运输,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内质网存在的意义:细胞的
3、内膜系统与囊泡转运效用,内质网膜:与细胞膜类似,但薄,5-6nm,与细胞膜相比,蛋白质较多而脂类较少,蛋白质:70%,脂类:30%,富含卵磷脂,鞘磷脂少,且脂肪酸的链短,不饱和程度高,胆固醇少内质网膜中含三类酶系 1)与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系(如细胞色素P450、NADPH-细胞色素P450还原酶、NADH-细胞色素b5还原酶、NADH-细胞色素c还原酶等) 2)与脂类物质代谢功能相关酶系(脂肪酸CoA连接酶、磷脂醛磷酸酶等) 3)与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类(如葡萄糖-6-磷酸酶等),一、内质网的化学组成,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,内质网膜:与细胞膜类似,但薄,5-6n
4、m,与细胞膜相比,蛋,小管状:呈狭长分枝的管状,相互连通、交错成复杂的网状,管径在40-100nm之间,常内与细胞核膜,外与细胞膜相连。 小泡状:膜围成的腔,常可达到40-500nm。 扁平囊:由膜围成的扁平囊,两膜相距40-50nm,很多重叠在一起,不同层之间有分枝相连,在电镜下成长条状。,二、内质网的形态结构,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,小管状:呈狭长分枝的管状,相互连通、交错成复杂的网状,管径,三、内质网的基本类型,粗面内质网(rough endoplasmic reticulum,rER):以网膜胞质面有核糖体颗粒的附着为主要形态特征。多呈排列整齐的扁平囊状,参与外输性蛋白质的合成、
5、加工转运,膜整合蛋白、细胞器中的驻留蛋白。 滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum,sER):表面光滑的管、泡样网状形态结构。脂类合成的重要场所,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,三、内质网的基本类型 粗面内质网(rough endopla,区别: 1结构不一:粗面内质网多为扁平囊状,排列整齐;滑面内质网一般为分枝的管道。2组成不一:位于膜和腔内的蛋白质不同;酶不同,如粗面内质网上含有20余种与滑面内质网不同的蛋白质。葡糖-6-磷酸酶,普遍存在于内质网,被认为是标志酶,核糖体结合糖蛋白只分布在rER,P450酶系只分布在sER3功能不一:粗面内质网合成分泌蛋白质和多种
6、膜蛋白,滑面内质网主要合成脂类、类固醇。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,区别: 细胞的内膜系统与囊泡转运效用,(一)粗面内质网与蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关1、作为核糖体附着的支架,四、内质网的功能,一些蛋白质在核糖体上的合成,起始于细胞质基质,在合成开始不久后便转在内质网上合成。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,(一)粗面内质网与蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相,由附着型核糖体合成的蛋白包括:1)外输性或分泌性蛋白质,一些酶、抗体、激素、细胞外基质成分等,以分泌泡的形式排出细胞外;2)膜整合蛋白:包括细胞质膜、内质网、高尔基体、溶酶体膜上的蛋白质,在内质网上合成后直接
7、插入内质网膜,随膜流到细胞的目的地。3)构成细胞器中的驻留蛋白,如溶酶体内需要严格隔离的蛋白质,以及内质网、高尔基体固有的蛋白质。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,由附着型核糖体合成的蛋白包括:细胞的内膜系统与囊泡转运效用,2、新生多肽链的折叠与装配,ER为新生多肽链的正确折叠和装配提供了有利的环境,蛋白质在内质网内边合成边折叠,形成正确的结构。 如内质网中含有GSSG, 易使二硫键形成;在蛋白二硫键异构酶的作用下,使二硫键形成速度加快。 在内质网内的一些蛋白质的帮助下进行正确的折叠,如重链结合蛋白(heavy-chain binding protein,BiP), 是hsp70家族成员,也叫分
8、子伴侣(molecular chaperone)。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,2、新生多肽链的折叠与装配 ER为新生多肽链的正确折叠和装配,分子伴侣:能够通过与多肽链的识别结合来协助新生肽链的折叠组装与转运,但本身并不参与最终产物的形成。分子伴侣蛋白的特点:羧基端有KDEL是氨基酸滞留信号肽,与ER相应受体结合而驻留ER腔。分子伴侣能识别、滞留折叠组装错误的蛋白质不被运输,起质量监控作用。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,分子伴侣:能够通过与多肽链的识别结合来协助新生肽链的折叠组装,3、蛋白质的糖基化在ER可以将一些寡糖链加在蛋白质上,而细胞质基质中仅加入一些简单的糖类,如把N-乙酰葡萄糖胺
9、加到蛋白质的丝氨酸、苏氨酸的羟基上。糖基化的作用:1)使蛋白质能够抵抗消化酶的作用;2)赋予蛋白质传导信号的功能;3)某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,3、蛋白质的糖基化细胞的内膜系统与囊泡转运效用,糖基化分为2种: N-连接的糖基化:位点在Asn,与蛋白连接的是N-乙酰葡萄糖胺;开始于内质网,结束于高尔基体。 O-连接的糖基化:位点在Ser、Thr和Hyp ;连接的是N-乙酰半乳糖胺;发生在高尔基体。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,糖基化分为2种:细胞的内膜系统与囊泡转运效用,N-连接的糖基化过程,N-连接糖基化:都开始于一个共同的前体,由N-乙酰葡萄糖胺
10、、甘露糖和葡萄糖组成的14寡糖。寡糖首先与磷酸多萜醇连接,并被活化,再转移到新生肽链的Asn-X-Ser或Thr(x为除脯氨酸以外的氨基酸)的Asn残基上。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,N-连接的糖基化过程N-连接糖基化:都开始于一个共同的前体,,蛋白质在ER和高尔基体中进行的糖基化过程比较,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,蛋白质在ER和高尔基体中进行的糖基化过程比较细胞的内膜系统与,4、蛋白质的胞内运输1)转运小泡进入高尔基复合体,进一步加工浓缩最终以分泌颗粒的形式被排吐到细胞外;2)仅见于胰腺外分泌细胞,来自内质网的分泌蛋白以膜泡形式直接进入大浓缩泡,再发育成酶原颗粒 ,被排出细胞。,细胞
11、的内膜系统与囊泡转运效用,4、蛋白质的胞内运输细胞的内膜系统与囊泡转运效用,(二)信号肽介导分泌性蛋白在RER合成1、信号肽与信号肽假说 信号肽(signal peptide):存在于蛋白质一级结构上的线性序列,通常15-60个氨基酸残基,有些信号序列在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除;通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,(二)信号肽介导分泌性蛋白在RER合成细胞的内膜系统与囊泡转,信号肽分为三个区域,N端1-7个氨基酸的极性区,带正电,引导信号肽与内质网的结合。一个疏水的芯,6-12个氨基酸或更多,可形成alpha螺旋或beta转角,其长度正好穿过
12、内质网膜。可结合在内质网膜上。C端区域,被信号肽酶切割的部位,结构可为信号肽酶识别。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,信号肽分为三个区域,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,主要由以下6个成分参与分泌蛋白进入内质网:1)核糖体-mRNA复合物2)信号识别颗粒(signal recognition particles,SRP)3)SRP受体4)转运体易位蛋白5)核糖体受体6)信号肽酶复合物,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,主要由以下6个成分参与分泌蛋白进入内质网:细胞的内膜系统与囊,SRP:由6个多肽和含300个核苷酸的RNA组成 分为两个结构域,分别为信号肽的结合区域和与信号识别颗粒受体的结合部位。能与
13、信号序列结合,导致蛋白质合成暂停。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,SRP:由6个多肽和含300个核苷酸的RNA组成细胞的内膜系,SRP受体位于内质网膜上,当SRP与信号肽结合后,构象发生改变,暴露出与受体结合的部位,与受体结合。在SRP上的GTP水解后SRP构象又发生变化,释放出SRP。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,SRP受体细胞的内膜系统与囊泡转运效用,转运体易位蛋白:两个亚基组成,可与信号肽相互作用,另外可形成孔道,新生肽穿过空洞,穿过内质网膜。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,转运体易位蛋白:两个亚基组成,可与信号肽相互作用,另外可形成,信号肽酶复合物:信号肽酶为高度疏水的整合糖蛋白,可
14、形成一个疏水的区域与信号肽结合,切除信号肽。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,信号肽酶复合物:信号肽酶为高度疏水的整合糖蛋白,可形成一个疏,合成约80个氨基酸,为SRP颗粒识别,停止合成,与内质网上的SRP受体结合,合成重新启动。信号肽和核糖体也分别与其在内质网上的受体结合,然后SRP上的GTP分离,信号肽的疏水性片段埋入内质网膜,为信号肽酶水解。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,合成约80个氨基酸,为SRP颗粒识别,停止合成,与内质网上的,(三)滑面ER是作为胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器,1、滑面内质网参与脂质的合成和转运2、滑面内质网参与糖原的代谢3、滑面内质网是细胞解毒的主要场所4
15、、滑面内质网是肌细胞Ca2+的储存场所 肌细胞中发达的光面内质网特化为肌质网,钙结合蛋白与钙结合贮存钙离子5、滑面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,(三)滑面ER是作为胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器1,磷脂的合成过程,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,磷脂的合成过程细胞的内膜系统与囊泡转运效用,在内质网膜上合成的磷脂几分钟后就由细胞质基质一面转向内质网腔面,其转位速度比自然转位速度高105倍,可能是借助一种磷脂转位因子的帮助来完成这一过程。,细胞的内膜系统与囊泡转运效用,在内质网膜上合成的磷脂几分钟后就由细胞质基质一面转向内质网腔,第二节 高尔基复合体,
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