生物工程-課件

1、生物工程 何中紅溶酶體的發(fā)生生物工程 何中紅溶酶體的發(fā)生概述溶酶體發(fā)生的過程相關(guān)的疾病概述溶酶體形成的過程溶酶體形成的過程溶酶體的形成是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程, 涉及的細(xì)胞器有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體和內(nèi)體等。比較清楚的是甘露糖-6-磷酸途徑(mannose 6-phosphate sorting pathway)：溶酶體的酶類在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上起始合成, 跨膜進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的腔, 在順面高爾基體帶上甘露糖6-磷酸標(biāo)記后在高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)形成溶酶體分泌小泡, 最后還要通過脫磷酸才成為成熟的溶酶體。溶酶體的形成是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程, 涉及的細(xì)胞器有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高概述溶酶體發(fā)生的過程概述溶酶體的M6P分選途徑溶酶體形成的非M

2、6P途徑溶酶體的M6P分選途徑溶酶體的M6P分選途徑溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記M6P受體蛋白分選過程M6P分選途徑的特點(diǎn)內(nèi)體溶酶體的M6P分選途徑溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記 溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記 糖基化信號斑甘露糖磷酸化的酶磷酸化的反應(yīng) 溶酶體的酶上都有一個(gè)特殊的標(biāo)記6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate, M6P)。這一標(biāo)記是溶酶體酶合成后在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體通過糖基化和磷酸化添加上去的。 溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記 糖基化 溶酶體的酶上都糖基化 溶酶體酶蛋白在膜旁核糖體上合成，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后進(jìn)行N-連接糖基化, 經(jīng)加工后形成帶有8個(gè)甘露糖殘基和2個(gè)N-乙酰葡萄糖胺殘基的糖蛋白

3、轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體。糖基化 溶酶體酶蛋白在膜旁核糖體上合成，進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后進(jìn)行N- 信號斑(signal patch)信號斑是溶酶體酶蛋白多肽形成的一個(gè)特殊的三維結(jié)構(gòu), 它是由三段信號序列構(gòu)成的, 可被磷酸轉(zhuǎn)移酶特異性識別。 信號斑(signal patch)信號斑是溶酶體酶蛋白多肽將甘露糖磷酸化的酶將磷酸基團(tuán)添加到溶酶體酶的甘露糖的第六位碳上的反應(yīng)是由兩種酶催化的，一種酶是N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶，另一個(gè)酶是N-乙酰葡萄糖苷酶, 功能是釋放N-乙酰葡萄糖胺 。 順面高爾基體中的N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶有兩個(gè)功能位點(diǎn),一個(gè)識別位點(diǎn)能夠識別信號斑并與之結(jié)合；催化位點(diǎn)與高甘露糖N-連接的寡聚糖以及U

4、DP-GlcNAc結(jié)合。甘露糖磷酸化酶將甘露糖磷酸化的酶將磷酸基團(tuán)添加到溶酶體酶的甘露糖的第六位碳溶酶體酶蛋白信號斑與磷酸化酶相互作用溶酶體酶蛋白信號斑與磷酸化酶相互作用反應(yīng)中磷酸基的供體是UDP N-乙酰葡萄糖胺(N-acetyglucosamine，GlcNAc), 甘露糖殘基磷酸化的位點(diǎn)是第六位碳原子。每個(gè)溶酶體酶蛋白至少有一個(gè)甘露糖殘基被磷酸化。磷酸化反應(yīng)反應(yīng)中磷酸基的供體是UDP N-乙酰葡萄糖胺(N-acety溶酶體酶蛋白甘露糖殘基磷酸化的生化反應(yīng) 溶酶體酶蛋白甘露糖殘基磷酸化的生化反應(yīng) 溶酶體的M6P分選途徑溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記M6P受體蛋白分選過程M6P分選途徑的特點(diǎn)內(nèi)體溶

5、酶體的M6P分選途徑溶酶體酶蛋白的M6P標(biāo)記M6P受體蛋白(M6P receptor protein) M6P受體蛋白是反面高爾基網(wǎng)絡(luò)上的膜整合蛋白, 能夠識別溶酶體水解酶上的M6P信號并與之結(jié)合, 從而將溶酶體的酶蛋白分選出來。M6P受體蛋白主要存在于高爾基體的反面網(wǎng)絡(luò)，但在一些動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜中發(fā)現(xiàn)有很多M6P受體蛋白的存在, 這是細(xì)胞的一種保護(hù)機(jī)制, 可防止溶酶體的酶不正確地分泌到細(xì)胞外。M6P受體蛋白(M6P receptor protein) 分選過程 分選過程 溶酶體酶前體從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到順面高爾基體, 并進(jìn)行甘露糖殘基的磷酸化。在反面高爾基網(wǎng)絡(luò),磷酸化的酶同M6P受體結(jié)合,通過該

6、受體將溶酶體的酶包裝到由纖維狀網(wǎng)格蛋白包被的小泡中, 然后網(wǎng)格蛋白外被很快解體。無包被的運(yùn)輸小泡很快與次級內(nèi)體融合, 由于次級內(nèi)體中pH呈酸性, 致使磷酸化的酶與M6P受體脫離, 接著脫磷酸。通過次級內(nèi)體的分選作用. 溶酶體的酶進(jìn)入從次級內(nèi)體出芽形成的運(yùn)輸小泡, 接著同溶酶體融合完成溶酶體酶的傳遞過程。而受體重新回到高爾基體再利用。溶酶體酶前體從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到順面高爾基體, 并進(jìn)行甘露糖殘M6P分選途徑的特點(diǎn) M6P作為分選信號包埋在高爾基體中的受體能夠被網(wǎng)格蛋白包裝成分泌小泡 出芽形成的溶酶體酶的運(yùn)輸小泡只同酸性的次級內(nèi)體融合 通過次級內(nèi)體的分選作用使受體再循環(huán) M6P分選途徑的特點(diǎn) M6

7、P作為分選信號內(nèi)體(endosome) 內(nèi)體有初級內(nèi)體(early endosome)和次級內(nèi)體(late endosome)之分, 內(nèi)體的主要特征是酸性的、不含溶酶體酶的小囊泡。初級內(nèi)體是由于細(xì)胞的內(nèi)吞作用而形成的含有內(nèi)吞物質(zhì)的膜結(jié)合的細(xì)胞器。次級內(nèi)體中的pH呈酸性, 且具有分揀作用。內(nèi)體膜上具有ATPase-H+ 質(zhì)子泵，利用H+ 質(zhì)子的濃度，保證了內(nèi)部pH的酸性。內(nèi)體(endosome) 內(nèi)體有初級內(nèi)體(early end溶酶體酶運(yùn)輸小泡與次級內(nèi)體的融合及次級內(nèi)體的分選作用 溶酶體酶運(yùn)輸小泡與次級內(nèi)體的融合及次級內(nèi)體的分選作用 溶酶體的M6P分選途徑溶酶體形成的非M6P途徑溶酶體的M6P

8、分選途徑溶酶體形成的非M6P途徑 非磷酸化的溶酶體酶非M6P途徑的可能方式 溶酶體形成的非M6P途徑 非磷酸化的溶酶體酶在粘脂病的病人細(xì)胞的溶酶體中發(fā)現(xiàn)有未被磷酸化的水解酶, 推測這些酶是通過非M6P依賴性的分選途徑進(jìn)入溶酶體的。這種推測從I-細(xì)胞病人的肝細(xì)胞溶酶體酶分析中得到證實(shí)。I-細(xì)胞病人的肝細(xì)胞中溶酶體的酶也沒有M6P標(biāo)記,但是能夠進(jìn)入溶酶體, 這就說明這些溶酶體必然是通過非M6P依賴的途徑進(jìn)入溶酶體的，但機(jī)理尚不清楚。 非磷酸化的溶酶體酶在粘脂病的病人細(xì)胞的溶酶體中發(fā)現(xiàn)有未被磷酸化的水解酶, 推測兩種可能:一是作為膜蛋白,合成時(shí)就插在膜上；另一種可能就是作為前體合成并結(jié)合在膜上, 進(jìn)

9、入溶酶體膜后水解釋放到溶酶體腔中。非M6P途徑的可能方式兩種可能:一是作為膜蛋白,合成時(shí)就插在膜上；另一種可能就是作概述溶酶體發(fā)生的過程相關(guān)的疾病概述相關(guān)的疾病矽肺(silicosis)型糖原貯積癥(glycogen storage disease type )休克(shock)相關(guān)的疾病矽肺(silicosis) 矽肺(silicosis) 空氣中的矽(SiO2 )被吸入肺后，被肺部的吞噬細(xì)胞所吞噬，由于吞入的二氧化硅顆粒不能被消化，并在顆粒的表面形成硅酸。硅酸的羧基和溶酶體膜的受體分子形成氫鍵，使膜破壞，釋放出水解酶，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，結(jié)果刺激成纖維細(xì)胞產(chǎn)生膠原纖維結(jié)節(jié)，造成肺組織的彈性降低，

10、肺受到損傷，呼吸功能下降。 矽肺(silicosis) 空氣中的矽(SiO2 )被吸入型糖原貯積癥(glycogen storage disease type )是最早發(fā)現(xiàn)的貯積癥。由于常染色體上的一個(gè)隱性基因突變，造成了溶酶體缺乏葡萄糖苷酶，缺少了這種酶的溶酶體不能把肝細(xì)胞中或肌細(xì)胞中過剩的糖原進(jìn)行水解而大量積累在溶酶體內(nèi)，造成溶酶體超載。此病多發(fā)于嬰兒，表現(xiàn)為肌肉無力，心臟增大，心力衰竭, 通常于兩周內(nèi)死亡。型糖原貯積癥(glycogen storage disea休克(shock)在休克中，由于組織缺血、缺氧，影響了供能系統(tǒng)，造成膜的不穩(wěn)定，引起溶酶體酶的外漏，造成細(xì)胞與機(jī)體的損傷。溶酶體的酶外漏的可能機(jī)理是：由于缺氧，引起細(xì)胞pH值的下降，酸性水解酶活化，水解溶酶體的膜, 使膜漏增強(qiáng)，最終導(dǎo)致溶酶