細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)課件

第七章細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能一、細(xì)胞基質(zhì)的涵義二、細(xì)胞基質(zhì)的功能第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能二、高爾基體的形態(tài)與功能三、溶酶體的形態(tài)與功能第三節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選與膜泡運輸一、信號假說與蛋白質(zhì)分選信號二、蛋白質(zhì)分選的根本途徑與類型三、膜泡運輸四、細(xì)胞機構(gòu)體系的組裝細(xì)胞內(nèi)被膜區(qū)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)〔Cytoplasmicmatrix)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)〔endomembranesystem)其他被膜包被的細(xì)胞器〔線粒體、葉綠體、過氧化酶體和細(xì)胞核)第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義與功能細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)〔Cytosol,Cytoplasmicmatrix〕細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)〔Cytosol,CytoplasmicMatrix〕細(xì)胞質(zhì)基質(zhì):在細(xì)胞中，除去可分辨的細(xì)胞器以外的膠狀物質(zhì)，細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半。細(xì)胞組分?jǐn)?shù)目體積比細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞核內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體胞內(nèi)體過氧化物酶體線粒體

1111300200400170054612311122肝細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和細(xì)胞其他組分的數(shù)目及所占的體積比一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義在細(xì)胞基質(zhì)中，各種復(fù)雜的代謝反響是如何有條不紊地進(jìn)行，各個代謝環(huán)節(jié)之間又是如何相互關(guān)聯(lián)、相互制約的？數(shù)以千種的生物大分子和代謝產(chǎn)物〔或底物〕又是如何定向地轉(zhuǎn)運？

調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、衰老與凋亡等重大生命活動的細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑又是怎么傳遞與整合的？細(xì)胞基質(zhì)細(xì)胞液〔Cellsap)透明質(zhì)(Hyaloplasm)胞質(zhì)溶液(Cytosol)細(xì)胞基質(zhì)(CytoplasmicMatrix)細(xì)胞基質(zhì)看成是酶溶液細(xì)胞基質(zhì)很可能是高度有組織的體系根據(jù)細(xì)胞基質(zhì)中各種生物大分子結(jié)構(gòu)的實際數(shù)目與相對大小所繪制的細(xì)胞基質(zhì)結(jié)構(gòu)的示意圖Themicrotrabecularlattice〔微梁網(wǎng)絡(luò)〕ofthecytoplasmicmatrixinanunextractedcell.根本概念用差速離心的方法別離細(xì)胞勻漿物中個組分，先后除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，存留在上清液中的主要是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的成分。生物化學(xué)家多稱之為胞質(zhì)溶膠。主要成分中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)。細(xì)胞基質(zhì)的成分細(xì)胞分裂期的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系，其中細(xì)胞質(zhì)骨架纖維貫穿在粘稠的蛋白質(zhì)膠體中，多數(shù)的蛋白質(zhì)直接或間接地與骨架結(jié)合，或與生物膜結(jié)合，完成特定的生物學(xué)功能。細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)與生物化學(xué)等不同的側(cè)面互相結(jié)

合來研究細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的特殊的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系。在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間，蛋白質(zhì)與其它大分子之間的相互作用都是通過非常弱的鍵來進(jìn)行，并且常常處于動態(tài)平衡之中，這種結(jié)構(gòu)體系的維持只能在高濃度的蛋白質(zhì)及特定的離子環(huán)境的條件之下實現(xiàn)。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與胞質(zhì)溶膠細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)主要是由微管、微絲和中等纖維等形成的相互聯(lián)系的結(jié)構(gòu)體系，其中蛋白質(zhì)和其它分子以凝聚狀態(tài)或暫時的凝聚狀態(tài)存在，它與周圍的溶液即周圍水相中的分子處于動態(tài)平衡。胞質(zhì)溶膠的成分是否與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)周圍溶液的成分相同？用差速離心的方法所獲得的胞質(zhì)溶膠的成分與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)周圍的溶液成分有很大的不同。胞質(zhì)溶膠中的多數(shù)蛋白質(zhì)，特別是分子量較大的蛋白質(zhì)，可能通過較弱的次級鍵直接或間接地結(jié)合在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的纖維上?！惨弧掣拍睢捕郴瘜W(xué)組成成分復(fù)雜，不易分析，所以，反映了大局部細(xì)胞生化成分，即是許多細(xì)胞器生化反響的底物和產(chǎn)物的運輸通道，本身又涉及了幾種細(xì)胞代謝途徑。離心別離中，易發(fā)生混雜和喪失，破碎的細(xì)胞器及液泡內(nèi)含物可能混入可溶相，而另外一些本屬基質(zhì)的物質(zhì)，如可溶性酶又可依附在細(xì)胞器碎片上被別離掉。

1、是進(jìn)行某些細(xì)胞生化活動的場所，糖酵解、脂肪酸合成，有些供細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)和代謝所需蛋白，如組蛋白、非組蛋白、肌球蛋白，核糖體蛋白都在游離核糖體中合成。2、維持細(xì)胞器穩(wěn)定，提供適宜離子環(huán)境3、供給細(xì)胞器內(nèi)發(fā)生反響的底物4、對蛋白質(zhì)修飾選擇性降解和構(gòu)象修正

磷酸化與去磷酸化，糖基化，甲基化，?；?/p>

依賴泛素標(biāo)記的蛋白酶體中的蛋白質(zhì)降解途徑

熱休克蛋白HSP幫助變性或畸形蛋白質(zhì)重新折疊5、物質(zhì)貯存和運輸，如:膜系統(tǒng)和細(xì)胞骨架系統(tǒng)解聚后的物質(zhì)均貯存于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，被稱為“分子庫〞，當(dāng)需重新組裝時由此提供元件。二、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能

第二節(jié)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)〔endomembranesystem〕及其功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與功能

高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能一、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)是指細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能及發(fā)生上相關(guān)的由膜包繞形成的細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)。真核細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化〔compartmentalization〕：細(xì)胞骨架纖維為組織者的Cytomatrix形成有序的動態(tài)結(jié)構(gòu)；細(xì)胞內(nèi)的膜相結(jié)構(gòu)—細(xì)胞器〔organelles〕。二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法放射自顯影〔Autoradiography〕生化分析〔Biochemicalanalysis〕遺傳突變分析〔Geneticmutants〕蛋白質(zhì)分泌的同位素追蹤實驗：胰腺組織放射性同位素標(biāo)記的培養(yǎng)基上短轉(zhuǎn)培養(yǎng)固定、切片放射自顯影檢測。

發(fā)現(xiàn)放射性出現(xiàn)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。蛋白質(zhì)合成始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

3’labelingandtheimmediateautoradiography3’labeling,7’chase,andautoradiography3’labeling,120’chase,andautoradiography脈沖追蹤實驗〔Pulse-chaseexperiment〕LabelcellswithradioisotopesChasew/coldaminoacidsFindtheradioisotopeintimecourseEMAutoradiographyfattyacidsaminoacidsIntroduceradio-labeledmembraneprecursorsintothecytosol@T=0cellRadiolabelincytosolWait10,30,60,90..minutesOverlayanemulsion“sensitive〞toradiationwaitRadiationtriggerstheformationofsilverparticleswhicharephotonandelectrondenseEMautoradiographyprovidesthebestresolutionSilverGrainscorrespondingtotheapproximatepositionofradiolabeledproteins30min-1hr:ERmembraneandlumen radiolabeledanother30min-1hr:Transport/ShuttleVesicles labeled30another30min-1hr:GolgiMembrane&Lumen labeledanother30min-1hr:PostGolgiVesicleslabeledanother30min-1hr:PlasmaMembranelabeledand someradiolabeledproteinsfound intheextracellularspacePalade’soriginaldataProteinswerelocalizedtoi)rERii)Golgiiii)SecretoryvesiclesERGolgiSecretoryVesiclescellexteriordeDuve，G.Palade，別離到了但八只合成和分泌功能的結(jié)構(gòu)。細(xì)胞被破碎，膜碎片形成小囊泡，小囊泡來自于不同的膜結(jié)合細(xì)胞器(細(xì)胞核、線粒體、質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等)來自于內(nèi)膜系統(tǒng)的小囊泡稱微粒體〔microsome)差速離心別離與功能分析

微粒體(microsomes)別離微粒體的功能研究用酵母突變體研究分泌過程及與分泌相關(guān)的基因揭示了小泡運輸過程。用突變體研究內(nèi)膜系統(tǒng)的運輸作用Mutagenizecellsandallowtogrowatpermissivetemp.(24oC).Shiftcellsto37oC(non-permissivetemp.)forseveralhours.SeparatecellsbydensitygradientcentrifugationPlatethedensecellsat24oC.Screenindividualcoloniesfordefectsinsecretion*permissivevsnonpermissivetemperature

sec

突變體的5種不同種類sec4-225oCsec15-1after2hr@37oCWildtypemorphologyAccumulationofvesicles野生型是分泌正常的酵母,A、B、C、D、E是五類不同的sec基因(secretorygenes)突變,代表了蛋白質(zhì)分泌的五個過程。A:分泌蛋白不能進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng),B:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽缺陷,C:分泌小泡不能與高爾基體融合:D:高爾基體不能形成分泌泡;E:分泌泡不能與質(zhì)膜融合。膜結(jié)合細(xì)胞器與內(nèi)膜系統(tǒng)●膜結(jié)合細(xì)胞器(membrane-boundorganelles)或膜結(jié)合區(qū)室(membrane-boundcompartments)●細(xì)胞質(zhì)膜系統(tǒng)(cytoplasmicmembranesystem)●內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembranesystems)膜結(jié)合細(xì)胞器的種類和功能真核細(xì)胞膜結(jié)合區(qū)室的主要功能細(xì)胞器(區(qū)室)主要功能胞質(zhì)溶膠代謝的主要場所；蛋白質(zhì)合成部位細(xì)胞核基因組存在場所，DNA和RNA的合成地內(nèi)質(zhì)網(wǎng)大多數(shù)脂的合成場所，蛋白質(zhì)合成和集散地高爾基體蛋白質(zhì)和脂的修飾、分選和包裝溶酶體細(xì)胞內(nèi)的降解作用內(nèi)體內(nèi)吞物質(zhì)的分選線粒體通過氧化磷酸化合成ATP葉綠體進(jìn)行光合作用過氧化物酶體毒性分子的氧化膜結(jié)合細(xì)胞器在細(xì)胞內(nèi)的分布內(nèi)膜系統(tǒng)的動態(tài)性質(zhì)主要是由細(xì)胞中三種不同的生化活動引起的:①蛋白質(zhì)和脂的合成活動:在動物細(xì)胞中主要涉及分泌性蛋白的合成和脂的合成和加工。脂的合成在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),而分泌蛋白的合成起始于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),完成于高爾基體。②分泌活動:③內(nèi)吞活動(endocytosispathway),是分泌的相反過程,細(xì)胞將細(xì)胞外的物質(zhì)吞進(jìn)內(nèi)體和溶酶體。內(nèi)膜系統(tǒng)與蛋白質(zhì)分選(proteinsorting)蛋白質(zhì)分選定位的時空概念時間上蛋白質(zhì)的合成分選有兩種情況:先合成,再分選一邊合成一邊分選。為了適于蛋白質(zhì)分選的時間上的需要,核糖體在合成蛋白質(zhì)時就有兩種存在狀態(tài):游離的或與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的?？臻g上包括了細(xì)胞內(nèi)各個局部,蛋白質(zhì)合成機器的線粒體和葉綠體也需要從細(xì)胞質(zhì)中獲取所需蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分選定位的空間障礙及運輸方式蛋白質(zhì)定位的細(xì)胞內(nèi)空間部位結(jié)構(gòu),可分為三種類型:①沒有膜障礙的,如胞質(zhì)溶膠,包括胞質(zhì)溶膠中的細(xì)胞骨架蛋白和各種酶及蛋白分子；②有完全封閉的膜障礙,如線粒體、葉綠體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等；③有膜障礙,但是膜上有孔,如細(xì)胞核。核孔運輸(transportthroughnuclearpore)跨膜運輸(acrossmembranetransport)小泡運輸(transportbyvesicles)一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能〔一〕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種根本類型粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔roughendoplasmicreticulum，rER〕光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔smoothendoplasmicreticulum，sER〕微粒體〔microsome〕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmiceticulum,ER):由封閉的管狀或扁平囊狀膜系統(tǒng)及其包被的腔形成相互溝通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔roughendoplasmicreticulum，rER〕多呈扁囊狀,排列較整齊，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體共同形成的復(fù)合機能結(jié)構(gòu),主要功能：合成分泌性蛋白和多種膜蛋白分泌細(xì)胞和分泌抗體的漿細(xì)胞中的rRE非常發(fā)達(dá)，未分化的細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞中較為稀少移位子〔translocon〕:新合成多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)〔Sec61p〕有20余種與光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)不同的蛋白質(zhì)；光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)〔smoothendoplasmicreticulum，sER〕

呈分支管狀或小泡狀，無核糖體附著。脂質(zhì)合成的場所細(xì)胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一局部。與高爾基體結(jié)構(gòu)、功能與發(fā)生上的關(guān)系密切驅(qū)動蛋白與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合肌肉細(xì)胞中的肌質(zhì)網(wǎng)是一種特化的SER，稱為肌質(zhì)網(wǎng)，可貯存Ca2+，引起肌肉收縮。