醫(yī)學細胞生物學細胞質(zhì)和細胞器第四講-趙崴課件

細胞質(zhì)和細胞器Cytoplasmandorganelles細胞質(zhì)基質(zhì)(胞質(zhì)溶膠)：

細胞質(zhì)中除去有形結(jié)構(gòu)之外的無定形膠狀物質(zhì)體系。細胞質(zhì)基質(zhì)的功能:

是活細胞進行新陳代謝的主要場所，為新陳代謝的進行，提供所需要的物質(zhì)和一定的環(huán)境條件。直接或間接地影響并體現(xiàn)于細胞生命活動的各個方面。一、形態(tài)結(jié)構(gòu)：由大小兩個亞基組成中央管二、化學組成真核細胞核糖體小亞基：40S(18S的rRNA＋

33個Pr.)

大亞基:60S(5S、5.8S、28S的rRNA＋49個Pr.)

80S以mRNA為模板，在核糖體上由氨基酸合成多肽鏈的過程－－翻譯。三、核糖體的功能核糖體蛋白質(zhì)的合成1.附著核糖體(freeribosome)：分泌蛋白2.游離核糖體(polyribosome)：結(jié)構(gòu)蛋白四、核糖體的存在形式內(nèi)膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上是一個統(tǒng)一的整體，是細胞合成蛋白質(zhì)、酶、脂類和糖類的場所，同時對合成產(chǎn)物具有加工、包裝和運輸?shù)墓δ?。?nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystem)真核細胞的細胞質(zhì)內(nèi)，與質(zhì)膜在結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上有一定聯(lián)系的膜性結(jié)構(gòu)的總稱。高等細胞區(qū)室化

Compartmentalization

質(zhì)膜內(nèi)膜生物膜原核細胞–質(zhì)膜構(gòu)成的單一區(qū)室真核細胞–內(nèi)膜–各種細胞器內(nèi)膜系統(tǒng)出現(xiàn)的意義：各自獨立，各司其職相互依存，協(xié)調(diào)同一大大提高了細胞代謝反應的效率一.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由磷脂和蛋白質(zhì)組成的一層單位膜(5~6nm)形成的小管、小泡和扁平囊相互聯(lián)通、封閉成腔的系統(tǒng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小管小泡扁囊狀細胞膜核膜

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與外層核膜相連。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔與核間隙相通。向內(nèi)折疊的細胞質(zhì)膜有時與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連接，有管道溝通。1.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(rER)：表面附著大量顆粒狀核糖體。由板層狀排列的扁平囊構(gòu)成。在分泌蛋白質(zhì)旺盛及大量合成膜的細胞中豐富多種蛋白質(zhì)的合成場所(酶、肽類激素、抗體)2.滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(sER)：表面光滑，無核糖體附著多為管狀或泡狀脂類代謝旺盛的細胞中含量豐富三.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學組成

微粒體(microsome)：

在細胞勻漿和超速離心過程中，由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的球狀的囊泡結(jié)構(gòu)。四.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能rER：蛋白的合成、加工、轉(zhuǎn)運sER：

脂類合成、解毒、糖原分解、肌肉運動信號肽假說(signalhypothesis)信號密碼：mRNA的5ˊ端，編碼特殊氨基酸的密碼子，位于起始密碼AUG之后。信號肽(signalpeptide)：由信號密碼翻譯出的肽鏈，位于蛋白的N端，由18~30個疏水氨基酸組成。可被SRP識別，將核糖體引導到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，并繼續(xù)進行蛋白的合成。信號識別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)

SRP是由6個多肽亞單位和一個小的RNA(7S)組成的復合物。SRP既能識別露出核糖體之外的信號肽，又能識別粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的SRP受體。幫助多肽轉(zhuǎn)運。SRPRNA與核糖體A位點結(jié)合區(qū)域識別SRP受體區(qū)域SRP識別信號肽區(qū)域信號肽假說：核糖體被信號肽引導，經(jīng)SRP介導，與

SRP受體結(jié)合，進行蛋白質(zhì)合成。

mRNAtRNA信號肽核糖體SRP蛋白質(zhì)繼續(xù)合成，信號肽被切除SRP循環(huán)蛋白質(zhì)合成結(jié)束，核糖體脫離內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，進入下一個循環(huán)SRP受體膜蛋白的合成:(2)新生多肽鏈的折疊與裝配1.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(PDI):反復切斷錯誤結(jié)合的二硫鍵，使新生肽形成正確折疊的蛋白質(zhì)。2.結(jié)合蛋白(bindingprotein,Bip):與折疊不正常肽鏈結(jié)合予以滯留，待折疊正確后被進一步轉(zhuǎn)運至高爾基體。3.

葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(Grp94):參與新生肽折疊轉(zhuǎn)運。4.鈣網(wǎng)素(calreticulin):參與糖蛋白折疊。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔駐留蛋白分子能識別正在合成或部分折疊的多肽，并與多肽的一定部位結(jié)合，促使正確折疊。這一類分子本身并不參與最終產(chǎn)物的形成，稱為分子伴侶(molecularchaperone)

駐留蛋白(retentionprotien):內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)分子伴侶的C端末尾具有滯留信號肽Lys-Asp-Glu-Leu(KDEL),與KDEL受體結(jié)合，使之駐留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔而不被轉(zhuǎn)運。(3).蛋白質(zhì)的糖基化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的寡糖與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的多萜醇連接，并使其活化。在糖基轉(zhuǎn)移酶催化下，轉(zhuǎn)移到多肽鏈的天冬酰胺上的NH2端（N-連接糖基化）。(4)rER合成的蛋白質(zhì)的分泌途徑分泌蛋白糖基化折疊ER腔運輸小泡高爾基體濃縮泡細胞外分泌顆粒（二）滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能1.脂質(zhì)合成2.糖原代謝3.解毒作用4.Ca2+的貯存與Ca2+濃度的調(diào)節(jié)5.胃酸、膽汁的合成與分泌1.卵磷脂的合成二脂酰甘油磷脂酸磷脂酰膽堿脂酰CoA3-磷酸甘油磷酸酶膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶酰基轉(zhuǎn)移酶CDP-膽堿翻轉(zhuǎn)酶：合成脂類的酶和底物位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞質(zhì)側(cè)。由結(jié)合于膜上的翻轉(zhuǎn)酶將合成的脂類分子翻轉(zhuǎn)至腔面的膜層中。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞質(zhì)側(cè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞腔側(cè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞質(zhì)側(cè)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細胞腔側(cè)翻轉(zhuǎn)酶脂類的合成細胞質(zhì)基質(zhì)面脂質(zhì)雙層腔面五、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的病理變化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一個敏感的細胞器，在各種因素如缺氧、輻射、毒物作用和感染等條件下，會產(chǎn)生病理變化，如腫脹、破裂、核糖體脫落，萎陷的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和其他細胞成分濃縮成團塊。高爾基體最早發(fā)現(xiàn)于1889年，Golgi用銀染法，在貓頭鷹的神經(jīng)細胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾基體。20世紀50年代以后才正確認識它的存在和結(jié)構(gòu)。一、形態(tài)結(jié)構(gòu)：

由一層單位膜包圍形成的囊泡系統(tǒng)。由排列較整齊的扁平囊和囊泡構(gòu)成。高爾基復合體有極性順面高爾基網(wǎng)(cisGolginetwork，CGN)中間高爾基網(wǎng)(medialGolginetwork，MGN)反面高爾基網(wǎng)(transGolginetwork，TGN)1.順面高爾基網(wǎng)(cis-Golginetwork,CGN)：膜厚6nm，呈連續(xù)分支管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.扁平囊區(qū)(cisterna):

由扁平囊和管道組成的連續(xù)、完整的膜囊體系標志酶：NADP酶3.反面高爾基網(wǎng)(trans-Golginetwork,TGN)：

靠近質(zhì)膜，呈管網(wǎng)狀，有囊泡與之相連，膜厚7.5nm。有濃縮泡或分泌泡。

運輸小泡：直徑40~80nm，膜厚6nm。

由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)芽生而來，分布于高爾基體的形成面，載有粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)、脂類并運送到高爾基體的扁平囊中。分泌泡：直徑100~500nm，膜厚8nm。內(nèi)含濃縮分泌物，由扁平囊的成熟面的膜局部膨大而成，亦稱濃縮泡。在分泌功能旺盛的細胞內(nèi)多，如肝細胞、胰腺細胞。RegionaldifferencesinmembranecompositionacrosstheGolgistack二、化學組成1.蛋白質(zhì)60%；脂類40%。介于細胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)之間2.高爾基體的酶：糖基轉(zhuǎn)移酶；磺基糖基轉(zhuǎn)移酶；氧化還原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂酰轉(zhuǎn)移酶；磷脂酶。1.胞內(nèi)物質(zhì)的轉(zhuǎn)送運輸和分泌活動2.糖蛋白的加工合成3.蛋白質(zhì)的水解4.蛋白質(zhì)的分選與胞內(nèi)膜泡運輸三.高爾基體的功能四、高爾基體的病理變化肥大、萎縮、內(nèi)容物及形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變等。中毒細胞：萎縮、結(jié)構(gòu)破壞消失。癌細胞：低分化不發(fā)達、高分化發(fā)達。損傷：擴張、崩解。3分鐘17分鐘117分鐘3H標記亮氨酸（一）與細胞的分泌活動有關(guān)2.糖蛋白的加工合成：O-連接的糖基化：蛋白質(zhì)上的酪氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基側(cè)鏈的-OH基團與寡糖共價結(jié)合。主要或全部在高爾基體進行。AsnAsnAsnAsnAsnN-乙酰葡萄糖胺甘露糖葡萄糖巖藻糖半乳糖唾液酸粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體

寡糖鏈經(jīng)一系列酶的加工切除和添加特定的單糖（半乳糖、唾液酸），形成成熟糖蛋白并在結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)多樣化差異。蛋白質(zhì)合成寡糖磷酸化除甘露糖加N-乙酰葡萄糖胺加半乳糖、唾液酸分選溶酶體分泌泡糖基化有關(guān)的酶固定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及高爾基體不同的區(qū)室內(nèi)，為整合膜蛋白。O-連接糖基化：由不同的糖基轉(zhuǎn)移酶催化，每次加上一個單糖，最后加唾液酸殘基。3.蛋白的水解和加工：有些蛋白質(zhì)在rER合成后，須經(jīng)高爾基體水解加工才具有活性。

胰島B細胞前胰島素原胰島素原信號肽C段肽胰島素粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體轉(zhuǎn)變酶4.蛋白的分選和運輸：1）溶酶體酶：帶有分選信號，高爾基體生成的運輸小泡膜上有分選信號的受體。2）分泌蛋白：在成熟面，通過分選信號與相應受體結(jié)合，選擇性地將分泌蛋白送到分泌泡中。3）膜蛋白：由運輸小泡送至不同部位蛋白質(zhì)分選信號及運輸途徑分選信號典型的信號序列ER腔內(nèi)Lys-Asp-Glu-Leu-COO－膜蛋白Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala線粒體N-螺旋細胞核Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val過氧化物酶體Ser-Lys-Leu溶酶體M-6-P堿性氨基酸；酸性氨基酸核定位信號螺旋信號過氧化物酶體C端3肽信號肽N端信號肽結(jié)構(gòu)性分泌小泡濃縮信號調(diào)節(jié)性分泌小泡信號M-6-P駐留內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)帶有(-Lys-Asp-Glu-Leu-COO－)信號。駐留高爾基復合體的蛋白質(zhì)帶有跨膜螺旋信號。蛋白質(zhì)的分選CopIandIIVesicles不能運輸途徑的衣被類型衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運輸方向clathrinARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質(zhì)膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COPIISar1Sec23/S