大学医学细胞生物学内膜系统上.ppt

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1、内膜系统,内膜系统：位于细胞质内，在结构，功能乃至发生上有一定联系的膜性结构的总称。,内膜系统,内质网,高尔基复合体,溶酶体,过氧化物酶体,内膜系统形成的意义,内膜系统是真核细胞区别于原核细胞的重要标志，内膜系统的产生是细胞在漫长的历史进化过程中，内部结构不断分化完善，各种生理功能逐渐提高的结果。内膜系统形成了不同的分隔区域，既有效增加了细胞内有限的空间表面积，而且使不同区域各司其职，从而使细胞整体代谢水平和功能效率大大提高。,核膜外层,一、内质网的形态结构,内质网,由一层单位膜围成的形状大小不同的小管，小泡，扁囊状结构，相互连接形成一个连续的网状膜系统。,小管,小泡,扁囊状,细胞膜,核膜,内

2、质网,细胞膜,内质网的内腔相互连通。,第一节 内质网,二、内质网的类型及其结构特点,粗面内质网:膜表面附着核糖体；形态多为板层状排列的扁囊；网腔内含低电子或中等电子密度的物质；多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内。,滑面内质网:膜表面无核糖体附着；形态多为分枝小管或小泡；多分布在一些分泌类固醇激素的细胞和一些特化的细胞中。,核糖体,粗面内质网,滑面内质网,参与蛋白质的合成参与蛋白质的糖基化参与蛋白质的折叠参与蛋白质的运输,三、粗面内质网的功能,（一）作为核糖体附着的支架参与蛋白质合成,附着核糖体合成的蛋白有：分泌性蛋白（外输性蛋白）膜整合蛋白 细胞器中的驻留蛋白,思考：细胞质中的游离核糖体

3、是如何附着于内质网上的？,1975年美国分子细胞生物学家G Blobel提出了信号假说这一学说阐述了机制。蛋白质转入内质网合成需要以下四种必需成分的参与：,信号肽 它是蛋白质的分选信号，带有这一 标记多肽链的游离核糖体，就会向内质网靠拢，并附着于其上。,编码分泌蛋白的mRNA起始密码之后，有一组编码特殊氨基酸序列的密码子，即信号密码。游离核糖体通过信号密码翻译出一小段肽链，大约15-30个疏水性氨基酸组成，称为“信号肽”。,信号识别颗粒（SRP）：存在于细胞质中，本身是一种“媒介分子”。一方面，可识别信号肽并与合成完信号肽的游离核糖体结合，形成SRP-核糖体复合物；另一方面，可与内质网膜上的其

4、相应的受体结合。由它介导核糖体附着到内质网膜上。,SRP受体：是一种存在于内质网膜上的跨膜蛋白，可与特异性地识别和结合信号识别颗粒，从而使核糖体附着在内质网上。移位子（转位因子）：是一种存在于内质网膜上的跨膜蛋白，其本质就是通道蛋白，可以形成转位因子通道，有利于多肽链进入内质网腔内。,内质网腔,细胞质,SRP受体,信号识别颗粒,(SRP),移位子,tRNA,A,P,核糖体,mRNA,信号肽,A,信号假说,信号假说的主要内容,所有蛋白质多肽链的合成均起始于细胞质中的游离核糖体上。在游离核糖体上首先合成信号肽，信号肽被信号识别颗粒（SRP)识别并结合,SRP占据了核糖体的A位，阻挡了新氨基酸上位，

5、多肽链合成暂时终止。SRP被内质网膜上的SRP-R特异性地识别和结合，在SRP介导下核糖体附于内质网膜上。,SRP从复合体上解离下来，回到细胞质基质中。多肽链的合成恢复,信号肽引导多肽链通过核糖体大亚基的中央管与转位子通道蛋白形成的通道进入内质网腔内继续合成。信号肽被内质网腔面的信号肽酶切除，肽链继续延伸直至合成终止。完成肽链合成的核糖体大小亚基解聚并从内质网上解离下来，回到细胞质中重新利用。,蛋白质的糖基化：是指寡糖链与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。粗面内质网发生的是N-连接糖基化。,根据糖链和肽链的结合方式不同，蛋白质的糖基化可分为两种,N-连接糖基化,O-连接糖基化,（二）参与蛋白质的

6、糖基化,N-连接糖基化：主要是指寡糖链还原端的N-乙酰葡萄糖胺与蛋白质的天冬酰胺侧链氨基上的N相连接，所以称为N-连接糖基化。寡糖链指的是含有2个N-乙酰葡萄糖胺、9个甘露糖、3个葡萄糖的14寡糖。由于催化蛋白质糖基化的酶（糖基转移酶）位于内质网膜腔面，所以，此种糖基化发生在粗面内质网腔内。,N-连接糖基化,N-糖基化的过程,磷酸多萜醇：是一种被牢固嵌人内质网膜中的脂质分子，可以与寡糖分子连接，并使后者活化。,O-连接糖基化主要指的是寡糖链第一个糖基（N-乙酰半乳糖胺）与丝氨酸或苏氨酸-OH的氧原子连接。主要发生并完成于高尔基复合体内。O-连接糖基化一般糖链比N-连接糖基化短，但是种类比后者多

7、很多。,O-连接糖基化,糖基化的生物学意义,给不同蛋白质打上不同的标记，起到运输信号的作用，引导蛋白质进行靶向运输。可以增加蛋白质的稳定性，对蛋白质有保护作用，使它们免遭水解酶的降解。糖基化有利于形成细胞膜表面的糖被，在细胞识别和信号转导中发挥作用。,（三）参与蛋白质的折叠,多肽链功能的实现需要依靠其在一级结构的基础上进行特定的盘旋、折叠形成三维立体构象，内质网可以为新生多肽链的正确折叠和装配提供有利环境。内质网网腔中丰富的氧化型谷胱甘肽是多肽链上半胱氨酸残基之间的二硫键形成的必要条件。附着于内质网腔面上的二硫键异构酶切断不正确的二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键，并处于正确的折叠。内质网

8、中的“分子伴侣”可以与错误折叠的多肽链结合，并激活蛋白水解酶，降解错误折叠的多肽，从而阻止错误折叠，促使它们重新折叠。“分子伴侣”还可以与未完成装配的亚单位结合，促使其装配并协助运输。,（四）参与蛋白质的运输,蛋白质在内质网腔上折叠、组装后，形成含分泌蛋白的运输小泡，运输小泡与内质网膜脱离，运至高尔基体内被进一步修饰而后经细胞膜排出。,滑面内质网的功能,1.脂类的合成,2.糖原的分解,3.解毒作用,4.横纹肌的收缩,5.水和电解质代谢,6.胆汁的生成,滑面内质网,脂类的合成,脂类合成是滑面内质网最为重要的功能之一。细胞所需的全部膜脂都在此合成。放射自显影显示：被标记的脂类前体物质能很快进入内质

9、网。后来的研究发现：滑面内质网上存在丰富的合成脂类的各种酶。如：卵磷脂的合成需要内质网膜上的磷酸酶、胆碱磷酸转移酶依次发挥作用而实现。新合成的脂类分子位于内质网膜上，内质网以“出芽”方式形成运输小泡，把它们运送到高尔基体、溶酶体和质膜等膜性细胞器。,在类固醇激素分泌旺盛的细胞中存在发达的滑面内质网，其网中存在全套胆固醇合成所需的酶类和使胆固醇转变为类固醇激素的酶。滑面内质网是一种多功能细胞器。不同种类的细胞中因其组成成分的差异，表现出的功能完全不同。,糖原的分解,在肝细胞的滑面内质网膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，可以催化葡萄糖-6-磷酸去磷酸化生成葡萄糖，葡萄糖比6-磷酸-葡萄糖更易透过质膜。肝

10、细胞的一个重要功能是维持血糖水平的恒定,这一功能与葡萄糖-6-磷酸酶的作用密切相关。,解毒作用,肝脏是机体外源性和内源性毒物、药物的主要解毒器官，它的解毒作用主要在由滑面内质网来完成，在此含有丰富的氧化电子传递酶系。,横纹肌的收缩,水和电解质代谢,胆汁的生成,第二节 高尔基复合体,一、高尔基复合体的形态结构,光镜：网状结构,电镜,扁平囊,成熟面,小囊泡,大囊泡,形成面,扁 平 囊,呈盘状，4-6层称高尔基堆,凹面：成熟（反）面,凸 面：形成（顺）面,凸面：形成（顺）面；,小 囊 泡,30-80nm球形小泡,膜厚：6nm;,中间膜囊囊腔内含：中等电子密度的物质,泡内含物质：低电子密度物质，较透明

11、。,大 囊 泡,100-500nm;,膜厚：8nm;,泡内含物质：高电子密度物质，浓缩泡。,凹 面：成熟（反）面,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化,切除甘露糖,加N-乙酰葡萄糖胺,加半乳糖,加唾液酸；分选,溶酶体,顺面管网,中间膜囊,反面膜囊,反面管网,rER,顺面膜囊,切除甘露糖,二、高尔基体各分隔区域功能的差异,三、高尔基复合体的功能参与细胞的分泌活动,早在20世纪60年代中期，Jamieson和Palade等人运用放射性自显影追踪技术，将3H标记亮氨酸注入豚鼠的胰腺细胞中，观察到右图的结果。,3分钟,20分钟,120分钟,1.参与糖蛋白的合成和修饰,N-连接的糖基化：主要要在rER腔内合成

12、，完成于高尔基复合体。,O-连接的糖基化：在高尔基复合体内完成。,糖蛋白,3H标记甘露糖,3H标记半乳糖；唾液糖,3H标记N-乙酰葡萄糖胺,2.参与蛋白质的改造,无活性的前体物质,加工改造,有生物活性的物质,高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程具有严格的顺序性。,（二）参与蛋白质的加工修饰,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化,切除甘露糖,加N-乙酰葡萄糖胺,加半乳糖,加唾液酸；分拣,溶酶体,顺面管网,中层囊,反面囊,反面管网,大泡（分泌颗粒）,rER,顺面囊,切除甘露糖,高尔基体各分隔区域在蛋白质糖基化过程中功能的差异,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化,切除甘露糖,加N-乙酰葡萄糖胺,加半乳糖,加唾

13、液酸；分拣,溶酶体,顺面管网,中层囊,反面囊,反面管网,大泡（分泌颗粒）,rER,顺面囊,切除甘露糖,（三）蛋白质的分选运输,细胞内合成的蛋白质之所以能够定向转运取决于两个方面：,蛋白质中包含特殊的分选信号细胞器上具特定的信号识别装置（受体）蛋白经过修饰后就被戴上了不同分选信号，才会被高尔基体扁平囊反面的受体识别，从而向不同部位运输。,内吞体,rER,顺面管网,反面管网,高尔基复合体,溶酶体的酶前体,加入磷酸基团,M-6-P,溶酶体酶,ATP,ADP+Pi,H+,去除磷酸,PH=6,初级溶酶体,（四）参与溶酶体的形成,（五）参与膜的转变,内质网,运输小泡,高尔基复合体,大囊泡,细胞膜,膜流：细

14、胞内以内膜系统为主的各种膜性结构之间相互联系和转移的现象称膜流。,蛋白质的空间结构,蛋白质的空间结构是指以氨基酸排列顺序为基础，构成蛋白质独特的三维空间构象，这种构象体现了蛋白质的个性，是不同蛋白质具有独特生理功能的结构基础。1952年丹麦科学家Linderstrom-lang建议将蛋白质复杂的分子结构分成4个层次进行研究，即由低到高分为一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。,蛋白质的一级结构：,一级结构是指多肽链中氨基酸的种类、数目和排列顺序。它是蛋白质空间构象的基础，也是蛋白质特异的生物学功能的基础。,蛋白质的二级结构：,在一级结构的基础上，借助氢键在氨基酸对应点连接，使多肽链进一步螺旋

15、或折叠形成蛋白质的二级结构。它指的是主链骨架原子的相对空间位置，而不涉及侧链的位置。二级结构主要有螺旋、Beta折叠、Beta转角、无规卷曲。,螺旋：肽链以右手螺旋盘绕而成的空心筒构象,蛋白质的三级结构：,在二级结构的基础上进一步折叠形成三级结构。此结构的形成与不同侧链间的相互作用有密切关系，由一条多肽链组成的蛋白质只有在三级结构才能表现出生物活性。如：肌红蛋白,蛋白质的四级结构：,有些蛋白质由两条或几条多肽链组成，每条多肽链有完整的三级结构（亚基），各亚基间的相对构象、空间排布，称为蛋白质的四级结构。如：,Acetylcholine receptor,第二信使（一）环磷酸腺苷（cAMP）及其

16、介导的信号转导途径,腺苷酸环化酶水解ATP生成cAMP,PKA是cAMP的靶蛋白,cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶(PKA)，PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变后者活性状态。,cAMP激活 PKA影响糖代谢示意图,PKA底物举例,（二）磷脂酶C催化DAG和IP3的生成,磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C（简称PLC）可将PIP2分解成为甘油二酯（DAG）和三磷酸肌醇（IP3）。,IP3的靶分子是钙离子通道,IP3为水溶性，生成后从细胞质膜扩散至细胞质中，与内质网(肌质网膜)上的IP3受体结合。,DAG的靶分子是蛋白激酶C,蛋白激酶C（PKC），属于丝/苏氨酸蛋白激酶

17、，广泛参与细胞的各项生理活动。PKC作用的底物包括质膜受体、膜蛋白、多种酶和转录因子等，参与多种生理功能的调节。,（三）钙离子可以激活信号转导有关的酶类,1钙离子在细胞中的分布具有明显的区域特征,细胞外液游离钙浓度高（1.121.23mmol/L）；细胞内液的钙离子含量很低，且90%以上储存于细胞内钙库（内质网和线粒体内）；胞液中游离Ca2+的含量极少（基础浓度只有0.010.1mol/L）。,导致胞液游离Ca2+浓度升高的反应有两种：,一是细胞质膜钙通道开放，引起钙内流；二是细胞内钙库膜上的钙通道开放，引起钙释放。,胞液Ca2+可以再经由细胞质膜及钙库膜上的钙泵（Ca2+-ATP酶）返回细胞

18、外或胞内钙库，以消耗能量的方式维持细胞质内的低钙状态。,钙离子的信号功能主要是通过钙调蛋白实现,钙调蛋白（calmodulin，CaM）可看作是细胞内Ca2+的受体。,乙酰胆碱、儿茶酚胺、加压素、血管紧张素和胰高血糖素等,胞液Ca2+浓度升高,CaM,CaM,Ca2+,Ca2+,Ca2+,Ca2+,CaM发生构象变化后，作用于Ca 2+/CaM-依赖性激酶（CaM-K）。,专一功能CaM-K,多功能CaM-K,肌球蛋白轻链激酶:调节肌肉收缩磷酸化酶激酶:调节糖原分解延长因子2激酶:调节蛋白合成,Ca2+/CaM-依赖性激酶 I,Ca2+/CaM-依赖性激酶 II,钙调蛋白是NOS的主要调节分子，3种NOS均含有钙调节蛋白结合位点。凡是引起细胞内Ca2+升高的信号均有可能作用于NOS。,NO在细胞内外可产生多种生理、病理效应,NO在很多组织、系统发挥生理或病理作用。,受NO激活和抑制的酶和蛋白质,