《分子 細(xì)胞與組織教學(xué)》6.細(xì)胞質(zhì)：蛋白質(zhì)合成加工和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)

1、 細(xì)胞在演化過(guò)程中，隨著內(nèi)膜細(xì)胞在演化過(guò)程中，隨著內(nèi)膜（internal membrane）的出現(xiàn)，使細(xì)胞有了的出現(xiàn)，使細(xì)胞有了核核和和質(zhì)質(zhì)的分界。的分界。內(nèi)膜是真核細(xì)胞有別于原核細(xì)胞的一個(gè)主要特征。原核細(xì)胞模式圖原核細(xì)胞模式圖真核細(xì)胞模式圖真核細(xì)胞模式圖細(xì)胞內(nèi)膜細(xì)胞內(nèi)膜（internal membraneinternal membrane）：）： 內(nèi)膜構(gòu)成的細(xì)胞器：線粒體，過(guò)氧化物酶體，細(xì)胞核，內(nèi)體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體，溶酶體，運(yùn)輸小泡等。 內(nèi)膜是真核細(xì)胞有別于原核細(xì)胞的一個(gè)主要特征 內(nèi)膜的作用：區(qū)域化（區(qū)室），增加反應(yīng)表面積 細(xì)胞器（細(xì)胞器（organelles）細(xì)胞質(zhì)骨架（細(xì)胞質(zhì)骨架（cy

2、toskeleton）細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物（細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含物（cytoplasmic inclusions） 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cytoplasmic matrix）細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)（cytoplasm）細(xì)胞器（細(xì)胞器（organellesorganelles）* 具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和化學(xué)組成，行使各和化學(xué)組成，行使各自的功能。自的功能。* 彼此之間存在聯(lián)系。彼此之間存在聯(lián)系。* 處于動(dòng)態(tài)變化之中。處于動(dòng)態(tài)變化之中。第一節(jié) 核糖體（ribosome）第二節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum）第三節(jié) 高爾基體（Golgi complex）第六章 細(xì)胞質(zhì)：蛋白質(zhì)合成、加工

3、和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)核糖體是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所，使蛋白質(zhì)合成能夠高效有序地進(jìn)行。核糖體是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所，使蛋白質(zhì)合成能夠高效有序地進(jìn)行。for the studies of the structure and function of the ribosome The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesisThe Nobel Prize in Chemistry 2009電鏡結(jié)構(gòu)：大、小亞基

4、，一定電鏡結(jié)構(gòu)：大、小亞基，一定MgMg2+2+濃度下濃度下聚合聚合和和解聚解聚化學(xué)組成：化學(xué)組成：rRNArRNA和和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) Mg+=110mmol/LMg+1mmol/L核糖體的種類原核生物（原核生物（70S70S）真核生物（真核生物（80S80S）真核生物線粒體真核生物線粒體和葉綠體（和葉綠體（70S）膜結(jié)合核糖體膜結(jié)合核糖體游離核糖體游離核糖體核糖體在細(xì)胞內(nèi)的存在形式，兩者在結(jié)構(gòu)、功能上無(wú)差異Membrane-bound ribosome：attached to membrane of Endoplasmic ReticulumFree ribosome：freely suspe

5、nded in the cytoplasm （二）游離核糖體和膜結(jié)合核糖體膜結(jié)合核糖體游離核糖體mRNAtRNArRNA（一）蛋白質(zhì)合成中三類（一）蛋白質(zhì)合成中三類RNA的作用的作用二、核糖體上進(jìn)行的蛋白質(zhì)生物合成遺傳密碼（遺傳密碼（genetic codes）AAAAAAAAUGUAA1.1.蛋白質(zhì)合成的模板蛋白質(zhì)合成的模板mRNAmRNA DNA DNA或或mRNAmRNA上每三個(gè)相鄰上每三個(gè)相鄰核苷酸（核苷酸（堿堿基序列）基序列）編碼編碼(代表代表)多肽鏈中的一個(gè)氨基多肽鏈中的一個(gè)氨基酸酸, ,此三聯(lián)體稱為密碼子。此三聯(lián)體稱為密碼子。 共有共有6464個(gè)密碼子，代表個(gè)密碼子，代表2020

6、種氨基酸、翻譯種氨基酸、翻譯起始信號(hào)、翻譯終止信號(hào)。起始信號(hào)、翻譯終止信號(hào)。 起始密碼起始密碼 終止密碼終止密碼 / / / / 同義密碼同義密碼 遺傳密碼是遺傳密碼是和和的的 遺傳密碼在各種生物中是一樣的遺傳密碼在各種生物中是一樣的遺傳密碼（三聯(lián)密碼）的特點(diǎn)：遺傳密碼（三聯(lián)密碼）的特點(diǎn)： 遺傳信息的遺傳信息的翻譯翻譯是指以是指以mRNA為模板，為模板，把核苷酸鏈上的三聯(lián)遺傳密碼轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)把核苷酸鏈上的三聯(lián)遺傳密碼轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)多肽鏈的氨基酸序列的過(guò)程，是基因表達(dá)的多肽鏈的氨基酸序列的過(guò)程，是基因表達(dá)的最終目的。最終目的。mRNA的合成、加工和運(yùn)輸2.2.蛋白質(zhì)合成的銜接分子蛋白質(zhì)合成的銜接分

7、子tRNAtRNAtRNAtRNA如何解譯如何解譯mRNAmRNA上的遺傳密碼子？上的遺傳密碼子？丙氨酰丙氨酰-tRNA 3 CGI 5 mRNA 5 GCU 3mRNA 5 GCC 3mRNA 5 GCA 3密碼子密碼子反密碼子反密碼子密碼子和反密碼子的配對(duì)有時(shí)并不十分嚴(yán)格的密碼子和反密碼子的配對(duì)有時(shí)并不十分嚴(yán)格的 rRNA* 催化肽鍵的形成催化肽鍵的形成 核酶（核酶（ribozyme） * 決定核糖體的形狀決定核糖體的形狀* 決定決定tRNA在在mRNA上的定位上的定位 核糖體小亞基核糖體小亞基rRNA的分子結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)* 為為mRNA及輔助蛋白質(zhì)提供結(jié)及輔助蛋白質(zhì)提供結(jié)合位點(diǎn)合位點(diǎn)*

8、mRNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)* tRNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)（P位，位，A位，位，E位）位）* 催化位點(diǎn)催化位點(diǎn)* 其他蛋白因子結(jié)合其他蛋白因子結(jié)合 位點(diǎn)位點(diǎn)核糖體為mRNA和tRNA提供了結(jié)合位點(diǎn)2.2.蛋白質(zhì)合成的起始（蛋白質(zhì)合成的起始（initiation）3.3.蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng)（蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng)（elongation）4.4.蛋白質(zhì)合成的終止（蛋白質(zhì)合成的終止（termination）（二）（二）蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程：氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶特定的氨基酸特定的氨基酸特定的特定的tRNAtRNA+氨基酰氨基酰tRNAtRNAATPATPADPADP氨基酸的活

9、化及與特異氨基酸的活化及與特異tRNAtRNA結(jié)合結(jié)合保證參與合成的每一種氨基酸都能與正確的tRNA分子結(jié)合大亞基大亞基起始（起始（initiation）1.小亞基與起始氨酰tRNA 結(jié)合2.與mRNA結(jié)合識(shí)別起始密碼3.大亞基與mRNA結(jié)合形成70s起始復(fù)合物 * 需起始因子（IF）和GTP大亞基大亞基 進(jìn)位進(jìn)位 轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽 由轉(zhuǎn)肽酶由轉(zhuǎn)肽酶( (核酶核酶) )催化催化 核糖體移動(dòng)核糖體移動(dòng) 需延長(zhǎng)因子（需延長(zhǎng)因子（EFEF）和）和GTPGTP多肽鏈合成的延長(zhǎng)多肽鏈合成的延長(zhǎng)進(jìn)位進(jìn)位轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽由轉(zhuǎn)肽酶由轉(zhuǎn)肽酶( (核核酶酶) )催化催化核糖體移動(dòng)核糖體移動(dòng)延長(zhǎng)（延長(zhǎng)（elongationelon

10、gation）需延長(zhǎng)因子（EF）和GTP 終止密碼子終止密碼子 釋放因子（釋放因子（RFRF） 多肽鏈釋放出來(lái)多肽鏈釋放出來(lái) 肽鏈合成裝置解離肽鏈合成裝置解離多肽鏈合成的終止多肽鏈合成的終止釋放因子釋放因子結(jié)合到終止結(jié)合到終止密碼子上密碼子上酯鍵水解酯鍵水解多肽鏈釋放多肽鏈釋放多肽鏈合成多肽鏈合成裝置解離裝置解離多肽鏈合成的終止多肽鏈合成的終止DNA makes RNA makes protein多聚核糖體（polyribosome） 蛋白質(zhì)合成時(shí)，一條蛋白質(zhì)合成時(shí)，一條mRNA上結(jié)合多個(gè)核糖上結(jié)合多個(gè)核糖體，同時(shí)進(jìn)行多條多肽鏈的合成。體，同時(shí)進(jìn)行多條多肽鏈的合成。（三）微粒體（略）（三）微粒

11、體（略）多核糖體多核糖體細(xì)胞內(nèi)兩部分核糖體的細(xì)胞內(nèi)兩部分核糖體的關(guān)系關(guān)系細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中核糖體亞基庫(kù)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中核糖體亞基庫(kù)游離核糖體游離核糖體膜結(jié)合核糖體膜結(jié)合核糖體（一）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)合成（一）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)合成（二）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)糖基化（二）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)糖基化（三）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的折疊和組裝（三）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的折疊和組裝（四）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與膜脂合成（四）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與膜脂合成二、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能二、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（一）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的合成（一）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的合成 合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上信號(hào)肽 （signal peptide）信號(hào)識(shí)別顆粒（

12、信號(hào)識(shí)別顆粒（Signal recognition particle，SRP）信號(hào)識(shí)別顆粒受體信號(hào)識(shí)別顆粒受體信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒轉(zhuǎn)運(yùn)子轉(zhuǎn)運(yùn)子信號(hào)肽信號(hào)肽信號(hào)識(shí)別顆粒受體信號(hào)識(shí)別顆粒受體糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的三類蛋白：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體的駐留蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體的駐留蛋白 分泌蛋白分泌蛋白 膜蛋白（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、質(zhì)膜）膜蛋白（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、質(zhì)膜）合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上ER-resident proteins have KDEL sequenceERER駐留蛋白（駐留蛋白（resident protei

13、nsresident proteins）的運(yùn)輸）的運(yùn)輸 糖基化是把整個(gè)寡聚糖鏈轉(zhuǎn)移到多肽鏈上，寡聚糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面形成，隨后翻轉(zhuǎn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面。（二）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)糖基化（二）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)糖基化 細(xì)胞中許多細(xì)胞中許多蛋白質(zhì)都與糖結(jié)蛋白質(zhì)都與糖結(jié)合形成糖蛋白合形成糖蛋白糖脂糖脂糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白蛋白聚糖蛋白聚糖細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)N-連接連接 O-連接連接寡聚糖與多肽鏈連接的形式：N-連接連接寡聚糖轉(zhuǎn)移酶寡聚糖轉(zhuǎn)移酶Asn=天冬酰胺天冬酰胺O-連接連接蘇氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、賴氨酸的賴氨酸的-OH糖基化包括對(duì)糖鏈結(jié)合后的修飾糖基化包括對(duì)糖鏈結(jié)合后的修飾糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

14、中進(jìn)行初步修飾：核心糖基化蛋白多肽的正確折疊和裝配蛋白多肽的正確折疊和裝配 伴侶蛋白（伴侶蛋白（chaperone protein） 伴侶蛋白伴侶蛋白未折疊蛋白質(zhì)未折疊蛋白質(zhì)正確折疊正確折疊的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì) 多肽鏈必須經(jīng)過(guò)正確的折疊和組裝后才能成為有功能的蛋白質(zhì)，否則容易發(fā)生聚集而影響細(xì)胞功能。蛋白多肽的正確折疊和裝配蛋白多肽的正確折疊和裝配 伴侶蛋白（伴侶蛋白（chaperone protein） 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(Bip) 結(jié)合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集結(jié)合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集鈣聯(lián)蛋白（鈣聯(lián)蛋白（calnexin）、鈣網(wǎng)蛋白（）、鈣

15、網(wǎng)蛋白（calreticulin）蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（Protein disulfide isomerase，PDI ）結(jié)合蛋白（Binding protein，Bip）結(jié)合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集結(jié)合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集鈣聯(lián)蛋白鈣網(wǎng)蛋白結(jié)合蛋白蛋白二硫鍵異構(gòu)酶伴侶蛋白幫助新合成的蛋白質(zhì)正確折疊伴侶蛋白幫助新合成的蛋白質(zhì)正確折疊（四）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與膜脂合成（四）糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與膜脂合成 合成的膜脂包括磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等 細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)膜中的膜脂（磷脂和膽固醇）都在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中生成。細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)磷脂酸甘油二脂磷脂酰膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶磷酸酶膽

16、堿磷酸轉(zhuǎn)移酶脂肪酰輔酶A甘油-3-磷酸CDP-膽堿 膜脂形成后最先都插在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的細(xì)胞質(zhì)一側(cè), 隨后在酶的作用下一部分轉(zhuǎn)移到另一側(cè)，以保證膜脂雙層中脂類分子數(shù)量的平衡和種類的不對(duì)稱分布。磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂轉(zhuǎn)位子維持膜脂在脂雙層之間的平衡和造成膜脂的不對(duì)稱分布細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面磷脂轉(zhuǎn)位子磷脂轉(zhuǎn)位子（攪雜酶）（攪雜酶）質(zhì)膜胞外側(cè)質(zhì)膜胞外側(cè)質(zhì)膜胞內(nèi)側(cè)質(zhì)膜胞內(nèi)側(cè)磷脂轉(zhuǎn)位子磷脂轉(zhuǎn)位子（翻轉(zhuǎn)酶）（翻轉(zhuǎn)酶）磷脂的膜間轉(zhuǎn)運(yùn)膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸高爾基體、溶酶體、細(xì)胞膜高爾基體、溶酶體、細(xì)胞膜糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)磷脂的膜間轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂交換蛋白磷脂交換蛋白線粒體，

17、過(guò)氧化物酶體線粒體，過(guò)氧化物酶體糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)磷脂交換蛋白磷脂交換蛋白 未正確折疊和裝配的蛋白質(zhì)進(jìn)入未正確折疊和裝配的蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解途徑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解途徑，被送到細(xì)，被送到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)先被去糖基化，然后通過(guò)胞質(zhì)基質(zhì)先被去糖基化，然后通過(guò)泛素泛素- -蛋白酶體途徑蛋白酶體途徑被降解。被降解。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔泛素泛素蛋白酶體蛋白酶體三、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制三、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制三、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制三、糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對(duì)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制（ 在缺氧、饑餓、氧化應(yīng)激、異常糖基化反應(yīng)以在缺氧、饑餓、氧化應(yīng)激、異常糖基化反應(yīng)以及鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡等情況下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

18、內(nèi)未折疊的蛋及鈣離子穩(wěn)態(tài)失衡等情況下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)未折疊的蛋白質(zhì)會(huì)明顯增多，當(dāng)超出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的處理能力時(shí)，細(xì)白質(zhì)會(huì)明顯增多，當(dāng)超出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的處理能力時(shí)，細(xì)胞會(huì)激活一些相關(guān)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，來(lái)應(yīng)對(duì)條件的胞會(huì)激活一些相關(guān)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，來(lái)應(yīng)對(duì)條件的變化和恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)良好的蛋白質(zhì)折疊的環(huán)境，細(xì)變化和恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)良好的蛋白質(zhì)折疊的環(huán)境，細(xì)胞的這種改變稱為胞的這種改變稱為。5 5 .光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與解毒作用光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與解毒作用 四、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（略）四、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（略）扁平囊扁平囊大泡大泡小泡小泡 高爾基體是一種有極性的細(xì)胞器，蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)入高高爾基體是一種有極性的細(xì)胞器，蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運(yùn)入高爾基體的一面

19、稱順面（爾基體的一面稱順面（cis facecis face）; ;蛋白質(zhì)在高爾基體中經(jīng)過(guò)加蛋白質(zhì)在高爾基體中經(jīng)過(guò)加工修飾形成分泌泡出去的一面稱反面（工修飾形成分泌泡出去的一面稱反面（trans facetrans face）。）。第三節(jié) 高爾基體（Golgi Complex）順面管網(wǎng)結(jié)構(gòu)順面管網(wǎng)結(jié)構(gòu)（cis Golgi network,CGNcis Golgi network,CGN）順面膜囊順面膜囊（cis sacculescis saccules）中間膜囊中間膜囊（medial sacculesmedial saccules）反面膜囊反面膜囊（trans sacculestrans sa

20、ccules）反面管網(wǎng)結(jié)構(gòu)反面管網(wǎng)結(jié)構(gòu)（trans Golgi network,TGNtrans Golgi network,TGN）反面順面反面順面二、高爾基體的主要功能（2） 蛋白聚糖的糖基化蛋白聚糖的糖基化（3） 糖脂的糖基化糖脂的糖基化（4） 糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸鹽化糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸鹽化（5） 分泌蛋白前體的蛋白水解作用分泌蛋白前體的蛋白水解作用（1）糖蛋白的糖基化）糖蛋白的糖基化（一）（一） 硫酸根硫酸根酪氨酸酪氨酸-OH上上轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移糖蛋白的糖基化糖蛋白的糖基化rERGolgi complex 核心糖基化核心糖基化末端糖基化末端糖基化糖基化過(guò)程具有空間和生化的程序糖基化過(guò)程具有空間和生化的程序N-N-連接的兩種寡聚糖連接的兩種寡聚糖backN-乙酰