醫學細胞生物學5細胞的內膜系統ppt課件

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1、細胞內膜系統Endomembrane System肝細胞主要區室Endomembrane systemCell traffic 細胞的內膜系統包括：內質網、高爾基復合體、溶酶體和過氧化物酶體等細胞器。每種細胞器都是相對封鎖的區室compartment，各種細胞器在細胞都有相對固定的毗鄰關系。內膜系統的出現大大提高了細胞代謝反響的效率。內膜系統中蛋白合成、分選、降解的普通途徑一、細胞內膜系統組成一內質網 Endoplasmic Reticulum1.內質網的構造形狀與類型 內質網是由單位膜圍城的相互延續的小管、小泡和扁囊樣構造組成的三維網狀膜系統。內質網在發生上與細胞膜和核膜關系親密。內質網遍及

2、整個細胞質ER宋今丹教授惠允。對外界要素刺激敏感。粗面內質網最普遍的病理變化是內質網腔擴展構成空泡，核糖體從內質網零落，蛋白合成受阻。間期細胞中內質網的分布常與微管的走向一致，且總沿微管向細胞周緣延伸。已發現微管馬達蛋白驅動蛋白 kinesin與內質網結合，推測內質網一端固定在核膜上，另一端在驅動蛋白的牽引下沿微管向外延伸構成復雜的網絡構造。偽足中ER宋今丹教授惠允粗面內質網rER 多呈扁平囊狀，外有核糖體附著 分泌蛋白合成旺盛的細胞分布多：B細胞、胰腺細胞、侵襲性癌細胞。未分化或分化程度低的細胞分布少：胚胎細胞和干細胞。rER rER膜上存在與蛋白跨膜轉運有關的蛋白如Sec61p、Sec63

3、等，它們構成蛋白復合體，構成外徑8.5nm，內徑2nm的跨膜轉運通道 Translocon。Translocon光面內質網sER 多呈分支管狀，無核糖體附著 參與解毒代謝、脂類合成、類固醇類激素的合成。在肝細胞、睪丸間質細胞、腎上腺皮質細胞分布多。在肌細胞中特化成肌漿網，起鈣庫的作用。sER 大部分細胞中rER和sER同時存在，只是比例不同。但在胰腺細胞中只需rER，在肌細胞中只需sER。rER與sER蛋白組成不同。在內質網中存在一定的機制，限制這些蛋白的流動。sER and rER微粒體 microsome 細胞內膜性細胞器破裂構成的單位膜封鎖的小體，可作為研討相應細胞器的模板。micros

4、omemicrosome2.內質網的化學組成 由蛋白質和脂類組成 標志酶：葡萄糖-6-磷酸酶 Sec61p，Bip，PDI3.內質網的功能rER進展分泌蛋白、膜整合蛋白、細胞器中可溶性駐留蛋白的合成。進展蛋白的糖基化修飾合成膜脂p160 sER的功能 參與固醇激素的合成和脂類代謝 參與糖原的合成和分解 解毒作用 4.內質網的病理變化二高爾基復合體 Golgi complex高爾基復合體的形狀構造由光滑膜組成，扁平囊堆積在一同高爾基復合體是具有極性的膜性細胞器:在細胞內存在一定的方向和位置；物質從高爾基復合體的一側進入，從另一側輸出。高爾基復合體可分成三個區室：接近細胞核和內質網，順面高爾基網C

5、GN，又稱構成面；高爾基中間膜囊cisterna；面向細胞膜，反面高爾基網 TGN，也稱成熟面。在CGN可見許多由粗面內質網芽生的運輸小泡，在反面常有數目不等，體積較大的分泌泡。高爾基中間膜囊又可分為順面扁囊、中間扁囊、反面扁囊三個亞區。CGN是中間多孔、延續的管網狀構造。接受ER合成的物質，分類后專入中間膜囊，一小部分蛋白質和脂質前往ER。前往ER的蛋白具有KDELLys-Asp-Glu-Leu。CGN還可進展蛋白Ser殘基的O-銜接糖基化。cisterna由功能上延續的扁平囊組成。多數糖基化修飾、糖脂構成及與Golgi相關的多糖合成發生在中間膜囊中。TGN呈管網狀分布，有囊泡與之相連。主要

6、進展蛋白質的分類包裝，使蛋白從Golgi輸出。某些晚期的蛋白修飾發生在TGN中。TGN在蛋白和脂質的轉運中起“瓣膜作用，保證物質一方向轉運。TGN形狀變化大。Golgi2.高爾基復合體的化學組成 蛋白質和脂類 標志性細胞化學反響：CGN嗜鋨反響TGN焦磷酸硫胺素酶TPP酶cisterna煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 酶NADP酶Golgi marker3.高爾基復合體功能 參與細胞蛋白和脂類的分選和運輸，包括分泌蛋白、膜蛋白的轉運，細胞器蛋白的分選，細胞中合成脂類的轉運等，是細胞內膜泡轉運的中心。參與蛋白的加工和修飾，包括蛋白的糖基化反響、蛋白前體的加工水解等。三溶酶體 Lysosome 單層膜包被的

7、細胞器，內含高濃度的酸性水解酶，是細胞的消化器官。異質性細胞器:同細胞中，同一細胞的不同條件下，細胞器的形狀、組成成分不同。溶酶體內pH值為5。其酸性環境靠溶酶體膜上的質子泵維持。標志酶是酸性水解酶。組成酶在rER中合成，經高爾基復合體出芽構成運輸小泡，經過運輸小泡轉運到溶酶體。lysosomeacidmatrixpH sensitive probe1.溶酶體的類型吞噬自噬2.溶酶體的功能 細胞內物質消化 細胞外物質消化 溶酶體的自溶作用與器官發育 溶酶體與激素分泌的調理 3.溶酶體與疾病四過氧化物酶體 peroxisome 呈圓形或卵圓形，由單位膜包繞，中央常含有電子密度較高、呈規那么的結晶

8、狀構造，稱類核體尿酸氧化酶結晶。異質性細胞器 組成酶在細胞質中合成，以天然構象轉運至過氧化物酶體。標志酶是過氧化氫酶。功能：參與過氧化物代謝 參與分解有毒成分 參與激素的合成 過氧化物酶體經過分裂增殖二、細胞內蛋白的分選Protein Sorting一蛋白質轉運的根本途徑1.蛋白質的跨膜轉運transmembrane transport 包括:共轉運 cotranslational translocation 和翻譯后轉運 post-translational translocation2.膜泡轉運 vesicular transport3.選擇性的門控轉運 gated transport4.

9、細胞質基質中的蛋白質的轉運Cell TrafficProtein sprting二信號假說 1.信號假說 signal hypothesisPress Release:The 1999 Nobel Prize in Physiology or MedicineNOBELFRSAMLINGEN KAROLINSKA INSTITUTETTHE NOBEL ASSEMBLY AT THE KAROLINSKA INSTITUTE11 October 1999The Nobel Assembly at Karolinska Institutet has today decided to award

10、the Nobel Prize in Physiology or Medicine for 1999 toGnter Blobel for the discovery thatproteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cellNobel Press ReleaseGnter Blobel,born in 1936,works at the Laboratory of Cell Biology,The Rockefeller University,New YorkGnte

11、r Blobel1999 Nobel Physiology or Medicine Laureate Gnter Blobel receiving his Nobel Prize from His Majesty the King Gnter Blobel Prize Award PhotoPrize Award PhotoGnter Blobel-Nobel DiplomaNobel DiplomaAn adult human being is made up of approximately 100,000 billion cells.A cell contains many differ

12、ent compartments,organelles,each surrounded by a membrane.The organelles are specialized to carry out different tasks.The cell nucleus,for instance,contains the genetic material DNA and thus governs all functions of the cell.The mitochondria are the power plants producing energy needed by the cell,a

13、nd the endoplasmic reticulum is,together with the ribosomes,responsible for synthesizing proteins.Several important functionsAll living organisms are made up of cells.The eukaryotic cell contains a number of different types of organelles each of which is surrounded by a tightly sealed memberanecompa

14、rtmentsThe organization of a cell can be compared to that of a big city such as New York.In order to reach its correct destination,a letter has to be provided with an address label and a zip code,similar to the address tags on proteins.signalIn many inherited diseases,proteins are mislocalized in th

15、e cell due to errors in targeting signals and transport.One example is primary hyperoxaluria,a rare disease,which results in kidney stones already at an early age.A signal in the enzyme alanine:glyoxylate aminotransferase normally directs it to the peroxisome.In patients,this signal is altered and t

16、he protein is mislocalized to the mitochondrion where it is unable to perform its normal function.DiseasesToday many important protein drugs e.g.growth hormone,erythropoetin,insulin are produced in living cells.To facilitate easy purification,the proteins are provided with a signal peptide causing t

17、hem to be secreted out of the cell.For scale-up production,cells are grown in bioreactors.Industrial Synthesis三分泌蛋白跨內質網膜轉運1.信號肽引導核糖體結合到內質網膜p155信號肽 signal peptide/sequence分泌蛋白在合成時首先在N端翻譯的主要由疏水性氨基酸組成的肽段，可引導分泌蛋白跨內質網膜的轉運。信號肽進入內質網腔后被信號肽酶切除。參與蛋白分選和定位的肽段。Signal peptide/patch信號識別顆粒 Signal Recognition partic

18、le，SRP 存在于細胞質基質中的由6個多肽和一條小的7SLRNA分子組成的顆粒。SRP 7SLRNA含有約300個堿基。6個蛋白 只需P54不與RNA結合。包含三個區域：信號肽結合區P54、核糖體結合區P9/P14、蛋白轉位區P68/P72。蛋白轉位區協助信號肽進入內質網膜上的轉運通道。信號識別顆粒受體 SRP-Receptor 存在于內質網的細胞質面，可以結合SRP。由2個亞單位組成：亞單位為膜外周蛋白由640個氨基酸組成；亞單位是跨膜蛋白由300個氨基酸組成。用少量的蛋白酶處置可以在亞單位接近ER膜處斷裂SRP-Receptor，構成可溶性SRP-Receptor。它可以在無細胞體系Ce

19、ll-free System中恢復由SRP阻斷的蛋白合成。SRP中的P54亞單位可以和SRP-Receptor中的亞單位共同作用水解GTP。Srp srp-r ribosomeEffection of SRP2.新生肽鏈到內質網腔的轉運 分泌蛋白的以協同翻譯轉運的方式進入內質網腔，此過程耗費GTP。分泌蛋白無停頓轉運信號，因此全部進入ER腔。有些內質網上合成的蛋白可經過翻譯后轉運的方式進入內質網腔，此過程耗費ATP。Co-translational translocationPost translational translocation3.蛋白質在內質網腔中的折疊p156 蛋白折疊需求分子伴

20、侶的輔助。分子伴侶chaperone或伴侶素Chaperonin:能特異地識別新生肽或部分折疊的多肽并與之結合，協助這些多肽進展折疊、裝配和轉運，但本身并不參與終產物的構成。分子伴侶具有熱休克蛋白的特性，在各種應激形狀下可明顯升高。參與協同翻譯轉運的分子伴侶是Hsp70，是一種組成性表達的分子伴侶。參與翻譯后轉運的分子伴侶是Bip。分子伴侶C端存在駐留信號肽，氨基酸序列為KDEL。4.膜整合蛋白的嵌插機制p158 屢次跨膜蛋白通常存在交替陳列的開場轉運信號和停頓轉運信號?？缒^域或錨定區域通常富含-螺旋?？缒さ姆较蛉Q于跨膜區域富含正電荷的部分是位于N-端或C-端，帶正電荷的部分普通在細胞質基

21、質側。5.蛋白合成的質量控制p159Chaperon eand chaperonin四內質網到高爾基復合體的轉運p1581.COPI and COPII2.蛋白的糖基化修飾p164五高爾基復合體到溶酶體的轉運p166六蛋白進入過氧化物酶體轉運 蛋白以折疊的構象進入過氧化物酶體。轉運后定位信號不被切除。七蛋白入線粒體轉運p133signal八 膜泡轉運 蛋白內部存在分選信號，可以被ER和Golgi中的特異性受體識別。包被蛋白激發運輸小泡的構成。運輸小泡構成后包被蛋白與之脫離，暴顯露運輸小泡外表的識別分子。運輸小泡與靶膜的交融經過特異性的識別分子介導。Coated vesicles involved in traffickingLife Cycle of a protein與膜泡轉運有關的分子p67N-乙基順烯二酰亞胺敏感性交融蛋白N-ethylmalermide sensitive fusion protein,NSF2.可溶性NSF附著蛋白Soluble NSF-attachment protein，SNAP3.SNAP受體 SNAP receptor，SNARE NSF是一種ATP酶。SNAP是一組胞質內可溶性蛋白，SNAP與NSF結合后可添加NSF的ATP酶活性。SNARE是一組膜結合蛋白，它是SNAP的受體，NSF只需在SNARE存在的前提下才干與SNAP相結合。