《分子 细胞与组织教学课件》6.细胞质：蛋白质合成，加工和转运相关的亚细胞结构.ppt

细胞在演化过程中，随着内膜（internal membrane）的出现，使细胞有了核和质的分界。,内膜是真核细胞有别于原核细胞的一个主要特征。,细胞内膜 （internal membrane）：,内膜构成的细胞器：线粒体，过氧化物酶体，细胞核，内体，内质网，高尔基体，溶酶体，运输小泡等。,内膜是真核细胞有别于原核细胞的一个主要特征,内膜的作用：区域化（区室），增加反应表面积,细胞器（organelles） 细胞质骨架（cytoskeleton） 细胞质内含物（cytoplasmic inclusions） 细胞质基质（cytoplasmic matrix）,细胞质 （cytoplasm）,细胞器（organelles）,具有独特的结构特点和化学组成，行使各自的功能。 彼此之间存在联系。 处于动态变化之中。,第一节 核糖体（ribosome） 第二节 内质网（endoplasmic reticulum） 第三节 高尔基体（Golgi complex）,第六章 细胞质： 蛋白质合成、加工和转运相关的亚细胞结构,第一节 核糖体（ribosome）,核糖体是蛋白质合成场所，使蛋白质合成能够高效有序地进行。,“for the studies of the structure and function of the ribosome“,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968,“for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis“,The Nobel Prize in Chemistry 2009,电镜结构：大、小亚基，一定Mg2+浓度下聚合和解聚,化学组成：rRNA和蛋白质,（一）核糖体的形态结构和化学组成,一、核糖体的大小亚基,核糖体的种类,原核生物（70S） 真核生物（80S）,真核生物线粒体和叶绿体（70S）,核糖体在细胞内的存在形式，两者在结构、功能上无差异,Membrane-bound ribosome： attached to membrane of Endoplasmic Reticulum,Free ribosome：freely suspended in the cytoplasm,（二）游离核糖体和膜结合核糖体,蛋白质合成的模板mRNA 蛋白质合成的衔接分子tRNA 蛋白质合成机器核糖体中的关键分子rRNA,（一）蛋白质合成中三类RNA的作用,二、核糖体上进行的蛋白质生物合成,遗传密码（genetic codes）,1.蛋白质合成的模板mRNA,DNA或mRNA上每三个相邻核苷酸（碱基序列）编码(代表)多肽链中的一个氨基酸,此三联体称为密码子。,遗传密码（genetic codes）,共有64个密码子，代表20种氨基酸、翻译起始信号、翻译终止信号。,遗 传 密 码 表,遗传密码（三联密码）的特点：,遗传信息的翻译是指以mRNA为模板，把核苷酸链上的三联遗传密码转换成蛋白质多肽链的氨基酸序列的过程，是基因表达的最终目的。,mRNA的合成、加工和运输,真核生物mRNA的输出,2.蛋白质合成的衔接分子tRNA,tRNA如何解译mRNA上的遗传密码子？,密码子和反密码子的配对有时并不十分严格的,3.蛋白质合成机器核糖体中的关键分子 rRNA,* 催化肽键的形成 核酶（ribozyme）,* 决定核糖体的形状,* 决定tRNA在mRNA上的定位,核糖体小亚基rRNA的分子结构,* 为mRNA及辅助蛋白质提供结合位点,mRNA结合位点 tRNA结合位点 （P位，A位，E位） 催化位点 其他蛋白因子结合 位点,核糖体为mRNA和tRNA提供了结合位点,1.氨基酸的活化及与特异tRNA结合 2.蛋白质合成的起始（initiation） 3.蛋白质合成的延长（elongation） 4.蛋白质合成的终止（termination）,（二）蛋白质的生物合成过程：,氨基酸的活化及与特异tRNA结合,保证参与合成的每一种氨基酸都能与正确的tRNA分子结合,大亚基,进位 转肽 由转肽酶(核酶)催化 核糖体移动 需延长因子（EF）和GTP,多肽链合成的延长,延长（elongation）,需延长因子（EF）和GTP,终止密码子 释放因子（RF） 多肽链释放出来 肽链合成装置解离,多肽链合成的终止,DNA makes RNA makes protein,多聚核糖体（polyribosome）,蛋白质合成时，一条mRNA上结合多个核糖体，同时进行多条多肽链的合成。,第二节 内质网 （endoplasmic reticulum）,内质网（endoplasmic reticulum）,一、内质网的形态结构,（一）糙面内质网(rER) (rough endoplasmic reticulum),（二）光面内质网(sER) (smooth endoplasmic reticulum),（三）微粒体（略）,多核糖体,细胞内两部分核糖体的关系,（一）糙面内质网与蛋白质合成 （二）糙面内质网与蛋白质糖基化 （三）糙面内质网与蛋白质的折叠和组装 （四）糙面内质网与膜脂合成,二、糙面内质网的功能,（一）糙面内质网与蛋白质的合成,合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上,信号肽 （signal peptide）,信号识别颗粒（Signal recognition particle，SRP） 信号识别颗粒受体,糙面内质网合成的三类蛋白：,内质网、高尔基体、溶酶体的驻留蛋白 分泌蛋白 膜蛋白（内质网、高尔基体、溶酶体、质膜）,合成的蛋白质进入内质网或定位于内质网膜上,糙面内质网与蛋白质的合成,ER-resident proteins have KDEL sequence,ER驻留蛋白（resident proteins）的运输,糖基化是把整个寡聚糖链转移到多肽链上，寡聚糖在细胞质基质面形成，随后翻转到内质网腔面。,蛋白质糖基化（protein glycosylation）,（二）糙面内质网与蛋白质糖基化,细胞中许多蛋白质都与糖结合形成糖蛋白,细胞膜上的蛋白质,N-连接 O-连接,寡聚糖与多肽链连接的形式：,蛋白质糖基化（protein glycosylation）,N-连接,寡聚糖转移酶,Asn=天冬酰胺,蛋白质糖基化（protein glycosylation）,糖基化包括对糖链结合后的修饰,糙面内质网中进行初步修饰：核心糖基化,蛋白多肽的正确折叠和装配 伴侣蛋白（chaperone protein）,（三）内质网与蛋白质的折叠和装配,多肽链必须经过正确的折叠和组装后才能成为有功能的蛋白质，否则容易发生聚集而影响细胞功能。,蛋白多肽的正确折叠和装配 伴侣蛋白（chaperone protein）,蛋白二硫键异构酶（PDI） 结合蛋白(Bip) 结合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集 钙联蛋白（calnexin）、钙网蛋白（calreticulin）,蛋白二硫键异构酶（Protein disulfide isomerase，PDI ）,结合蛋白（Binding protein，Bip）,结合暴露的疏水氨基酸，防止蛋白聚集,伴侣蛋白帮助新合成的蛋白质正确折叠,（四）糙面内质网与膜脂合成,合成的膜脂包括磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等,细胞膜和细胞内膜中的膜脂（磷脂和胆固醇）都在糙面内质网中生成。,磷脂酰胆碱的合成过程,膜脂形成后最先都插在内质网膜的细胞质一侧, 随后在酶的作用下一部分转移到另一侧，以保证膜脂双层中脂类分子数量的平衡和种类的不对称分布。,磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺,磷脂转位子维持膜脂在脂双层之间的平衡和造成膜脂的不对称分布,磷脂的膜间转运,膜泡运输,磷脂的膜间转运,磷脂交换蛋白,磷脂交换蛋白,未正确折叠和装配的蛋白质进入内质网降解途径，被送到细胞质基质先被去糖基化，然后通过泛素-蛋白酶体途径被降解。,三、糙面内质网对蛋白质的质量控制,三、糙面内质网对蛋白质的质量控制,内质网应激（ER stress） （endoplasmic reticulum stress）,在缺氧、饥饿、氧化应激、异常糖基化反应以及钙离子稳态失衡等情况下，内质网内未折叠的蛋白质会明显增多，当超出内质网的处理能力时，细胞会激活一些相关的信号级联反应，来应对条件的变化和恢复内质网内良好的蛋白质折叠的环境，细胞的这种改变称为内质网应激。,1.光面内质网与类固醇激素的合成 2.光面内质网与脂类代谢 3.光面内质网与糖原代谢 4.光面内质网与钙的储存和释放 5 .光面内质网与解毒作用,四、光面内质网的功能（略）,高尔基体是一种有极性的细胞器，蛋白质从内质网运入高尔基体的一面称顺面（cis face）;蛋白质在高尔基体中经过加工修饰形成分泌泡出去的一面称反面（trans face）。,第三节 高尔基体（Golgi Complex）,顺面管网结构 （cis Golgi network,CGN） 顺面膜囊 （cis saccules） 中间膜囊 （medial saccules） 反面膜囊 （trans saccules） 反面管网结构 （trans Golgi network,TGN）,反面,顺面,一、高尔基体的形态结构,（一）高尔基体的加工和修饰作用 （二）高尔基体的分选作用,二、高尔基体的主要功能,（2） 蛋白聚糖的糖基化,（3） 糖脂的糖基化,（4） 糖蛋白和蛋白聚糖的硫酸盐化,（5） 分泌蛋白前体的蛋白水解作用,（1）糖蛋白的糖基化,（一）高尔基体的加工和修饰作用,糖蛋白的糖基化,糖基化过程具有空间和生化的程序,N-连接的两种寡聚糖,back,蛋白聚糖、糖脂的糖基化,back,蛋白聚糖,糖脂,胰岛素原的 有限水解,分泌蛋白前体的有限水解,高尔基体的加工和修饰作用在一系列膜囊中有序进行,分选信号,（二）高尔基体的分选作用,高尔基体根据蛋白所携有的特定分选信号（特殊的氨基酸序列或糖链），以相应的受体与这些分选信号结合，并将不同的蛋白分装到各自的运输小泡中，分别运送至不同的目的地。,主要分选的蛋白,分选（sorting）,高尔基体进行的蛋白质分选,内质网蛋白,溶酶体酶蛋白,分泌颗粒蛋白质,细胞表面蛋白质,高尔基体蛋白,高尔基体 主要分选的蛋白,（1）回输到内质网的内质网驻留蛋白,回输到内质网的内质网驻留蛋白,（2） 运送到溶酶体的蛋白质,（3）运送到分泌颗粒的蛋白质,（4）运送到细胞表面的蛋白质,膜蛋白、分泌蛋白的分选,（5）驻留在高尔基体的蛋白质,细胞的分泌途径,