第七章 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng).ppt

1、第七章 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng), 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 高爾基體 溶酶體與過氧化物酶體 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選與細(xì)胞結(jié)構(gòu)組裝,作 業(yè),胞外基質(zhì) (Extracellular Matrix),概念 功能 成分,概念：,分布于胞外空間，由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。,功能：, 將細(xì)胞粘連在一起構(gòu)成組織，同時提供一個胞外網(wǎng)架，在組織或組織之間起支持作用； 胞外三維結(jié)構(gòu)及成分的變化，可改變細(xì)胞微環(huán)境，從而對細(xì)胞形態(tài)、生長、分裂、分化和凋亡起重要的調(diào)控作用； 胞外基質(zhì)的信號功能； 胞外基質(zhì)與疾病之間的關(guān)系。,成分：, 膠原； 糖胺聚糖和蛋白聚糖； 層粘連蛋白和纖連蛋白； 彈性蛋白； 植物細(xì)胞壁

2、。,組成； 結(jié)構(gòu)； 組織分布區(qū)域； 功能。,第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì), 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng),一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) (cytoplasmic matrix or cytomatrix),細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(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)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞中其它組分的數(shù)目及所占的體積比（肝細(xì)胞）,基本概念： 主要成分： 主要特點(diǎn)：,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義,用差速離心法分離細(xì)胞勻漿物組分，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。,中間代謝有關(guān)的數(shù)千種酶類、細(xì)胞質(zhì)

3、骨架結(jié)構(gòu)。,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系；,通過弱鍵而相互作用處于動態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系。,蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性的降解 蛋白質(zhì)的修飾； 控制蛋白質(zhì)的壽命；（思考題：決定蛋白質(zhì)壽命的信號是如何產(chǎn)生的?） 降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)； 幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構(gòu)象。,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能,完成各種中間代謝過程 如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。,蛋白質(zhì)的分選與運(yùn)輸,與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能 維持細(xì)胞形態(tài)、細(xì)胞運(yùn)動、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等。,二、細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembrane system),細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法,細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)概述,細(xì)胞內(nèi)

4、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)。,細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的研究方法,放射自顯影 (Autoradiography) 生化分析 (Biochemical analysis) 遺傳突變分析 (Genetic mutants),第二節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (endoplasmic reticulum, ER),ER 的形態(tài)結(jié)構(gòu) ER 的功能 ER 與基因表達(dá)的調(diào)控,一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu),內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的

5、兩種基本類型, 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (rough endoplasmic reticulum, rER), 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (smooth endoplasmic reticulum, sER), 微粒體 (microsome),二、ER的功能,ER是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。,rER 的功能 sER 的功能,rER 的功能,蛋白質(zhì)合成 蛋白質(zhì)的修飾與加工 新生肽的折疊與組裝 脂類的合成,蛋白質(zhì)合成,分泌蛋白、整合膜蛋白及內(nèi)膜系統(tǒng)中各 種細(xì)胞器內(nèi)的可溶性蛋白(需要隔離或修飾)。,其它的多肽是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核 糖體上合成的，包括：,細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留

6、蛋白、,質(zhì)膜外周蛋白、,核輸入蛋白,以及轉(zhuǎn)運(yùn)到,線粒體、葉綠體和,過氧物酶體中的蛋白。,注意：細(xì)胞中蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的，并 都是起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核糖體。,蛋白質(zhì)的修飾與加工,N-linked glycosylation (Asn)； O-linked glycosylation (Ser/Thr or Hylys/Hypro)； (O-連接的糖基化主要發(fā)生在高爾基體中),修飾加工：糖基化、羥基化、?；?、二硫 鍵形成等。,糖基化： ?；?在糖基轉(zhuǎn)移酶 (glycosyltransferase) 的作用下發(fā)生在ER腔面,發(fā)生在ER的細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)， 軟脂酸Cys,糖基化,新生

7、肽的折疊與組裝,非還原性的內(nèi)腔，易于形成二硫鍵； 正確折疊涉及駐留蛋白：具有KDEL or HDEL信號； 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI)：切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)； 結(jié)合蛋白 (Binding protein, Bip, chaperone)：識別錯誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進(jìn)重新折疊與裝配。,新生肽的折疊組裝：,脂類的合成,ER合成細(xì)胞所需絕大多數(shù)膜脂（包括磷脂和膽 固醇）,各種不同的細(xì)胞器具有明顯不同的脂類組成；, 磷脂合成酶是 ER 膜整合蛋白，活性位點(diǎn)朝向cytosol； 磷脂

8、的轉(zhuǎn)運(yùn):,兩種例外,鞘磷脂和糖脂(ER開始Golgi complex完成)； Mit/Chl某些單一脂類是在它們的膜上合成的。,phosphatidylcholine (PC): ERGCPM （高低） phosphatidylserine (PS): PMGCER （高低）,phospholipid translocator / flippase與膜質(zhì)轉(zhuǎn)位。,transport by budding： ERGC、Ly、PM； transport by phospholipid exchange proteins (PEP)： ERother organelles (including Mit

9、 and Chl)。,sER 的功能,類固醇激素的合成（生殖腺內(nèi)分泌細(xì)胞和腎上腺皮質(zhì)）； 肝的解毒作用 (Detoxification)； System of oxygenases cytochrome p450 family； 肝細(xì)胞葡萄糖的釋放(G-6PG)； 儲存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中。,三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與基因表達(dá)的調(diào)控,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的合成、加工、折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)及向高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)的復(fù)雜過程顯然是需要有一個精確調(diào)控的過程。 影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞核信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種因素： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)未折疊蛋白的超量積累； 折疊好的膜蛋白的超量積累； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上膜脂成份的變

10、化。,主要是固醇缺乏不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 途徑，最終調(diào)節(jié)細(xì)胞核內(nèi)特異基因表 達(dá)。,第三節(jié) 高爾基體(Golgi body or Golgi apparatus, GB),GB的形態(tài)結(jié)構(gòu) GB的功能 GB與細(xì)胞內(nèi)的膜泡運(yùn)輸,一、高爾基體的形態(tài)結(jié)構(gòu),電鏡下高爾基體結(jié)構(gòu)是由扁平膜囊和大小不等的囊泡構(gòu)成;,高爾基體是有極性的細(xì)胞器：位置、方向、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與生化極性;,高爾基體各部膜囊的種標(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng);,高爾基體至少由互相聯(lián)系的個部分組成，每一部分又可能劃分 出更精細(xì)的間隔;,高爾基體與細(xì)胞骨架關(guān)系密切，在非極性細(xì)胞中，高爾基體分布 在 MTOC（負(fù)端）;,高爾基的膜囊上存在微管的馬達(dá)蛋白 (cytopla

11、smic dynein 和 kinesin) 和微絲的馬達(dá)蛋白 (myosin)。最近還發(fā)現(xiàn)特異的血影蛋 白 (spectrin) 網(wǎng)架。它們在維持高爾基體動態(tài)的空間結(jié)構(gòu)以及復(fù) 雜的膜泡運(yùn)輸中起重要的作用。,扁囊彎曲成凸面 又稱形成面(forming face)或順面(cis face) 面向質(zhì)膜的凹面 (concave) 又稱成熟面(mature face)或反面(trans face),高爾基體各部膜囊的種標(biāo)志細(xì)胞化學(xué)反應(yīng),嗜鋨反應(yīng)的高爾基體 cis 面膜囊； 焦磷酸硫胺素酶 (TPP酶) 細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示 trans 面 12 層膜囊； 胞嘧啶單核苷酸酶 (CMP酶) 細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯

12、示靠近 trans 面膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)； GERL結(jié)構(gòu)：60年代初，Novikoff發(fā)現(xiàn)CMP和酸性磷酸酶存在于高爾基體的一側(cè)，稱這種結(jié)構(gòu)為GERL, 意為與高爾基體 (G) 密切相關(guān)，但它是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)的一部分，參與溶酶體(L)的生成。 煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，顯示中間扁平囊。,高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) (cis-Golgi network, CGN) 又稱cis膜囊； 高爾基體中間膜囊 (medial Golgi)； 多數(shù)糖基修飾； 糖脂的形成； 與高爾基體有關(guān)的多糖的合成。 高爾基體反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) (trans Golgi network, TGN)； 周圍大小

13、不等的囊泡。 順面囊泡稱ERGIC/VTC ERGIC53/58蛋白（結(jié)合Mn）； 反面體積較大的分泌泡與分泌顆粒。,高爾基體的個組成部分,高爾基體順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),rER（蛋白質(zhì)和脂類）（蛋白質(zhì)KDEL 或 HDEL) CGN； 蛋白絲氨酸殘基發(fā)生 O - 連接糖基化； 跨膜蛋白在胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)結(jié)構(gòu)域的?；?日冕病毒的裝配。,高爾基體反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),TGN中的低pH值； 標(biāo)志酶CMP酶陽性。 TGN的主要功能： 參與蛋白質(zhì)的分類與包裝、運(yùn)輸； 某些“晚期”的蛋白質(zhì)修飾（如唾液酸 化、蛋白質(zhì)酪氨酸殘基的硫酸化及蛋 白原的水解加工）在蛋白質(zhì)與脂類的 轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的“瓣膜”作用，保證單向 轉(zhuǎn)運(yùn)。,二、高

14、爾基體的功能,高爾基體與細(xì)胞的分泌活動,蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾,蛋白酶的水解和其它加工過程,高爾基體與細(xì)胞的分泌活動,蛋白質(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運(yùn)的信息僅存在于編碼該蛋白質(zhì)的基因本身； 流感病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運(yùn) 上皮細(xì)胞游離端的質(zhì)膜； 水泡性口炎病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運(yùn) 上皮細(xì)胞基底面的質(zhì)膜； 水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)的雙酸分選信號； Asp-X-Gln 或 DXE 起重要的作用 溶酶體酶的分選：6-磷酸甘露糖(M6P)反面膜囊 M6P 受體在肝細(xì)胞中溶酶體酶還存在不依賴于M6P的另一種分選途徑。,蛋白質(zhì)的糖基化及其修飾,蛋白質(zhì)糖基化類型,蛋白質(zhì)糖基化的特點(diǎn)及其生物學(xué)意義,蛋白聚

15、糖在高爾基體中組裝,植物細(xì)胞中高爾基體合成和分泌多種多糖,蛋白質(zhì)糖基化類型,N-連接與O-連接的寡糖比較,蛋白質(zhì)糖基化的特點(diǎn)及生物學(xué)意義,糖蛋白寡糖鏈的合成與加工都沒有模板，靠不同的酶在細(xì)胞不同間隔中經(jīng)歷復(fù)雜的加工過程才能完成； 糖基化的主要作用是蛋白質(zhì)在成熟過程中折疊成正確構(gòu)象和增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性；多羥基糖側(cè)鏈影響蛋白質(zhì)的水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)。對多數(shù)分選的蛋白質(zhì)來說，糖基化并非作為蛋白質(zhì)的分選信號； 進(jìn)化上的意義：寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它大分子接近細(xì)胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細(xì)胞的祖先具有一個保護(hù)性的外被，同時又不象細(xì)胞壁那樣限制細(xì)胞的形狀與運(yùn)動。,蛋白聚糖在高爾基體

16、中組裝,一個或多個糖胺聚糖（通過木糖）結(jié)合到核心蛋白的Ser殘基上。,蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工的幾種類型,無生物活性的蛋白原(proprotein)高爾基體切除N-端或兩端的序列成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素及血清白蛋白等。 蛋白質(zhì)前體高爾基體水解同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽等。 含有不同信號序列的蛋白質(zhì)前體高爾基體加工成不同的產(chǎn)物。 同一種蛋白質(zhì)前體不同細(xì)胞、以不同的方式加工不同的多肽。 加工方式多樣性的可能原因： 確保小肽分子的有效合成； 彌補(bǔ)缺少包裝并轉(zhuǎn)運(yùn)到分泌泡中的必要信號； 有效地防止這些活性物質(zhì)在合成它的細(xì)胞內(nèi)起作用。 在高爾基體中進(jìn)行的肽鏈酪氨酸殘基的硫酸化作用。,三、高爾基體

17、與細(xì)胞內(nèi)的膜泡運(yùn)輸,高爾基體在細(xì)胞內(nèi)膜泡蛋白運(yùn)輸中起重要的樞紐作用,膜泡運(yùn)輸?shù)闹饕緩?，其中多?shù)與高爾基體直接相關(guān),第四節(jié) 溶酶體與過氧化物酶體(Lysosome and Peroxisome),溶酶體的結(jié)構(gòu)類型 溶酶體的功能 溶酶體的發(fā)生 過氧化物酶體,溶酶體幾乎存在于所有的動物細(xì)胞中。 溶酶體 (lysosome) 是由單層膜圍繞、內(nèi)含 多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器，其主 要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)的消化作用。,一、溶酶體的結(jié)構(gòu)類型,溶酶體膜的特征：,溶酶體的標(biāo)志酶：酸性磷酸酶 (acid phosphatase),類型,嵌有質(zhì)子泵，形成和維持溶酶體中酸 性的內(nèi)環(huán)境； 具有多種載體蛋白用于水解的

18、產(chǎn)物向 外轉(zhuǎn)運(yùn)； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止 自身膜蛋白的降解。,類 型, 初級溶酶體 (primary lysosome), 次級溶酶體 (secondary lysosome) 自噬溶酶體 (autophagolysosome) 異噬溶酶體 (phagolysosome), 殘余小體 (residual body), 又稱后溶酶體。,溶酶體是以含有大量酸性水解酶為共同 特征；不同形態(tài)大小，執(zhí)行不同生理功能的 一類異質(zhì)性 (heterogenous) 的細(xì)胞器。,二、溶酶體的功能,phagocytosis phagosome endocytosis early endosome lat

19、e endosomelysosome autophagy autophagosome,清除無用的生物大分子、衰老的細(xì)胞器 及衰老損傷和死亡的細(xì)胞；,防御功能（病原體感染刺激單核細(xì)胞分化 成巨噬細(xì)胞而吞噬、消化）；,其它重要的生理功能；,溶酶體與疾病。,其它重要的生理功能,作為細(xì)胞內(nèi)的消化“器官”為細(xì)胞提供營養(yǎng)； 分泌腺細(xì)胞中，溶酶體攝入分泌顆粒參與分泌過程的調(diào)節(jié)； 參與清除贅生組織或退行性變化的細(xì)胞； 受精過程中的精子的頂體(acrosome)反應(yīng)。,溶酶體與疾病,溶酶體酶缺失或溶酶體酶的代謝環(huán)節(jié)故障，影響細(xì)胞代謝，引起疾病。如臺-薩氏 (Tay-Sachs) 等各種儲積癥（隱性的遺傳?。?

20、某些病原體（麻瘋桿菌、利什曼原蟲或病毒）被細(xì)胞攝入，進(jìn)入吞噬泡但并未被殺死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞內(nèi)體中的酸性環(huán)境）。,三、溶酶體的發(fā)生, 發(fā)生途徑, 分選途徑多樣化, 酶的加工方式多樣化 糖側(cè)鏈的部分水解、膜蛋白等,溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾 (rER),高爾基體cis膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化,M6P,N-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶,高爾基體trans-膜囊和TGN膜 (M6P受體),溶酶體酶分選與局部濃縮,以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到前溶酶體,磷酸葡萄糖苷酶,磷酸化識別信號：信號斑,發(fā)生途徑,依賴于M6P的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過運(yùn)輸小泡直接分泌到胞外；在質(zhì)膜上存在的

21、依賴于Ca2+的M6P受體，同樣可與胞外的溶酶體酶結(jié)合，通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，將酶送至前溶酶體中，然后，M6P受體返回質(zhì)膜，反復(fù)使用。 還有不依賴于M6P的分選途徑（如酸性磷酸酶、分泌溶酶體的perforin和granzyme)。,分選途徑多樣化,四、過氧化物酶體,過氧化物酶體 (peroxisome) 又稱微體 (microbody)，是由單層膜圍繞的內(nèi)含一種 或幾種氧化酶類的異質(zhì)性細(xì)胞器。,過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別,過氧化物酶體的功能,過氧化物酶體的發(fā)生,過氧化物酶體與溶酶體的區(qū)別,過氧化物酶體和初級溶酶體的形態(tài)與大小類似，但過氧化物酶體中的尿酸氧化酶等常形成晶格狀結(jié)構(gòu)，可作為電鏡下識

22、別的主要特征； 通過離心可分離過氧化物酶體和溶酶體； 過氧化物酶體和溶酶體的差別。,Separation of Lysosomes from Peroxisomes by Equilibrium Density Centrifugation. (a) For organelles obtained from the liver of a normal rat and centrifuged to equilibrium on a sucrose density gradient, lysosomes (marker enzyme: acid phosphatase) have a range

23、of densities between those of mitochondria (marker enzyme: cytochrome oxidase) and peroxisomes (marker enzyme: urate oxidase), making resolution of the three organelles difficult. (b) For organelles obtained from the liver of a rat that was treated with the detergent Triton WR-1339, the lysosomes ar

24、e concentrated at a much lower density, permitting separation of lysosomes from peroxisomes.,微體與初級溶酶體的特征比較,過氧化物酶體的功能,動物細(xì)胞（肝細(xì)胞或腎細(xì)胞）中過氧化物酶體可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。過氧化物酶體中常含有兩種酶： 依賴于黃素(FAD)的氧化酶，其作用是將底物氧化形成H2O2； 過氧化氫酶，作用是將 H2O2 分解，形成水和氧氣。,過氧化物酶體分解脂肪酸等高能分子向細(xì)胞直接提供熱能。 在植物細(xì)胞中過氧化物酶體的功能：,在綠色植物葉肉細(xì)胞中，它催化CO2固定反應(yīng)副產(chǎn)物

25、的氧化， 即所謂光呼吸反應(yīng)；,乙醛酸循環(huán)反應(yīng)，在種子萌發(fā)過程中，過氧化物酶體降解儲 存的脂肪酸 乙酰輔酶A 琥珀酸 葡萄糖。,過氧化物酶體的發(fā)生,氧化物酶體經(jīng)分裂后形成子代的細(xì)胞器，子代的過氧化物酶體還需要進(jìn)一步裝配形成成熟的細(xì)胞器； 組成過氧化物酶體的蛋白均由核基因編碼，主要在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成，然后轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶體中； 過氧化物酶體蛋白分選的信號序列 (Peroxisomal-targeting signal, PTS)； PTS1為Ser-lys-leu，多存在于基質(zhì)蛋白的C端。 PTS2為Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基質(zhì)蛋白N-端。 過氧化物

26、酶體膜上存在幾種可與信號序列相識別的可能的受體蛋白。 過氧化物酶體的膜脂可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成后轉(zhuǎn)運(yùn)而來； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)也參與過氧化物酶體的發(fā)生。,Biogenesis of Peroxisomes. New peroxisomes arise by the division of existing peroxisomes rather than by fusion of vesicles from the Golgi complex.Lipids, membrane proteins, and matrix enzymes are added to existing peroxisomes from

27、cytosolic sources. The enzyme shown here is catalase, a tetrameric protein. The polypeptides are synthesized on cytosolic ribosomes and are threaded through the membrane posttranslationally. Heme, a cofactor, enters the peroxisomal lumen via a separate pathway. The polypeptides are then folded and a

28、ssembled to form the active tetrameric protein. After lipids and protein are added, new peroxisomes are formed by the division of the existing organelle.,第五節(jié) 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選 與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組裝,分泌蛋白合成的模型信號假說 蛋白質(zhì)分選與分選信號 膜泡運(yùn)輸 細(xì)胞結(jié)構(gòu)體系的組裝,一、分泌蛋白合成的模型 信號假說,信號假說 信號肽與共轉(zhuǎn)移 導(dǎo)肽與后轉(zhuǎn)移,信號假說 (Signal hypothesis), 信號假說的建立及其內(nèi)容 (G. Blob

29、el et al.: Signal hypothesis, 1975) 指導(dǎo)因子： 蛋白質(zhì)N-端的信號肽 (signal peptide) 信號識別顆粒 (signal recognition particle, SRP) 信號識別顆粒的受體 (又稱停泊蛋白docking protein, DP)等,A Model for the Signal Mechanism of Cotranslational Import. This figure shows a current model for the signal mechanism. It is now well establishd tha

30、t the growing polypeptides translocates through a hydrophilic pore created by one or more membrane proteins. The complex of membrane proteins that carry out translocation is called the translocon. The most recent evidence suggests that the ribosome fits tightly across the cytoplasmic side of the por

31、e and that the ER-lumen side is somehow closed off untill the polypeptide is about 70 amino acids long (after step ). In any case, after step , the ribosome is released and the pore closes completely (not shown).,信號肽的一級序列,信號肽一級序列由疏水核心 (h)、C端 (c) 和 N 端 (n) 三個區(qū)域構(gòu)成。 以血清白蛋白和 HIV-1 型病毒的糖蛋白 gp160 信號肽為例，顯示

32、出兩者的 n 區(qū)長度明顯不同。,n,h,c,MKWVTFISSLFLFSSAYS,MKVKEKYQHLWRWGWRWGTM LLGMLMTCSA,信號酶作用位點(diǎn),血清白蛋白,HIV-1gp160,N,C,在非細(xì)胞系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的翻譯過程與SRP、DP和微粒體的關(guān)系,* “”和“”分別代表反應(yīng)混合物中存在()或不存在()該物質(zhì)。,共轉(zhuǎn)移 (Cotranslocation),信號斑 (Signal patches) 起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列 起始轉(zhuǎn)移序列和終止轉(zhuǎn)移序列的數(shù)目決定多肽跨膜次數(shù) 跨膜蛋白的取向,Synthesis and Insertion into the ER Membrane o

33、f the GLUT1 Glucose Transporter and Other Proteins with Multiple Transmembrane -helical Segments. The N-terminal helix functions as an internal, uncleaved signal-anchor sequence (red), directing binding of the nascent polypeptide chain to the rough ER membrane and initiating cotranslational insertio

34、n. Both SRP and the SRP receptor are involved in this step. Following synthesis of helix 2, which functions as a stop-transfer membrane-anchor sequence, extrusion of the chain through the translocon into the ER lumen ceases. The first two helices then move out of the translocon into the ER bilayer,

35、anchoring the nascent chain as an helical hairpin. The C-terminus of the nascent chain continues to grow in the cytosol. Subsequent helical hairpins could insert similarly, althrough SRP and the SRP receptor are required only for insertion of the first signal-anchore sequence. Althrough only six tra

36、nsmembrane helices are dipicted here, GLUT1 and proteins of similar structure have twelve or more.,導(dǎo)肽與后轉(zhuǎn)移 (Leader peptide and Post translocation),基本的特征：,蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成以后再轉(zhuǎn)移到細(xì)胞器中，稱為后轉(zhuǎn)移(post translocation)。 蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移過程需要ATP使多肽去折疊，還需要一些蛋白質(zhì)的幫助 (如熱休克蛋白Hsp70) 使其能夠正確地折疊成有功能的蛋白。,后轉(zhuǎn)移,A Model for the Posttranslat

37、ional Import of Polypeptides into the Mitochondrion. Like cotranslational import into the ER, posttranslational import into a mitochondrion involves a signal sequence (called a transit sequence in this case), a membrane receptor, pore-forming membrane proteins, and a peptidase. However, in the mitoc

38、hondrion, the membrane receptor recognizes the signal sequence directly, without the intervention of a cytosolic SRP. Furthermore, chaperone proteins play several crucial roles in the mitochondrial process. They keep the polypeptide partially unfolded after synthesis in the cytosol so that binding o

39、f the transit sequence and translocation can occur (steps -); they drive the translocation itself by binding to and releasing from the polypeptide within the matrix, an ATP-requiring process (step ); and, in many cases, they help the polypeptide fold into its final conformation (step ). The chaperon

40、es included here are cytosolic and mitochondrial versions of Hsp70 (light and dark blue, respectively) and a mitochondrial Hsp60 (not illustrated).,二、蛋白質(zhì)分選(protein sorting) 與分選信號(sorting signals),分選途徑 分選信號（信號序列）,分選途徑 (Road map),門控運(yùn)輸(gated transport) 跨膜運(yùn)輸(transmembrane transport) 膜泡運(yùn)輸(vesicular trans

41、port) 拓?fù)鋵W(xué)等價性(Topologically equivalent)的維持,ENDOPLASMIC RETICULUM,GOLGI BODY,LYSOSOME,ENDOSOME,SECRETARY VESICLES,CELL SURFACE,MITOCHONDRIA,PLASTIDS,NUCLEUS,PEROXISOME,CYTOSOL,=gated transport,=transmembrane transport,=vesicular transport,Key:,三、膜泡運(yùn)輸,三種不同類型的包被小泡具有不同的物質(zhì)運(yùn)輸作用； 膜泡運(yùn)輸是特異性過程，涉及多種蛋白識別、組裝、去組裝的

42、復(fù)雜調(diào)控。,膜泡運(yùn)輸是蛋白運(yùn)輸?shù)囊环N特有的方式，普 遍存在于真核細(xì)胞中。在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中不僅涉及蛋 白本身的修飾、加工和組裝，還涉及到多種不同 膜泡定向運(yùn)輸及其復(fù)雜的調(diào)控過程。,三種不同類型的包被小泡具有不同的物質(zhì)運(yùn)輸作用,網(wǎng)格蛋白包被小泡 COPII包被小泡 COPI包被小泡,在細(xì)胞合成與分泌途徑中不同膜組分之間三種不同的 膜泡運(yùn)輸方式: 1. 籠形蛋白包被小泡介導(dǎo)從高爾基體TGN質(zhì)膜和胞內(nèi)體 及溶酶體的運(yùn)輸； 2. COPII包被小泡介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體的運(yùn)輸； 3. COPI包被小泡負(fù)責(zé)將蛋白從高爾基體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 在從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體和/或從高爾基體的cis面trans 面的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中也可能涉

43、及到COPI包被小泡。 （物質(zhì)沿內(nèi)吞途徑的轉(zhuǎn)運(yùn)未表示在圖中）,網(wǎng)格蛋白包被小泡,負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN 質(zhì)膜、胞內(nèi)體或溶酶體和植物液泡運(yùn)輸； 在受體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞途徑也負(fù)責(zé)將物質(zhì)從質(zhì)膜 內(nèi)吞泡（細(xì)胞質(zhì)） 胞內(nèi)體 溶酶體運(yùn)輸； 高爾基體TGN是網(wǎng)格蛋白包被小泡形成的發(fā)源地。,在高爾基體TGN區(qū)籠形蛋白有被小泡的形成示意圖,COPII包被小泡,負(fù)責(zé)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸； COPII包被蛋白由 5 種蛋白亞基組成；包被蛋白的裝配是受控的； COPII包被小泡具有對轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的選擇性并使之濃縮。,COPII包被小泡的裝配 Sar-GTP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的結(jié)合起始COPII亞基的裝配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受體在腔面捕