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• 胞质溶胶与细胞质基质溶液成分比较：乳胶小球实验 • Paine将乳胶小球用显微注射方法注入非洲爪蟾卵母 细胞，一段时间后取出乳胶小球，聚丙烯酰胺双向凝胶电 泳分析渗入小球中的蛋白质。 • 发现细胞质基质80%多肽未扩散到乳胶小球中。 • 说明结合在细胞质基质中的蛋白不容易渗入乳胶小球。 • 细胞质基质高度组织性的实验证明： • 用免疫荧光技术显示了与糖酵解过程有关的一些酶结 合在微丝上，在骨骼肌细胞中则结合在肌原纤维的某些特 殊位点上。
• 胞质溶胶与细胞质基质： • 胞质溶胶(cytosol)：用差速离心的方法分离细胞匀浆物 中的各种细胞组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、 高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清 液中的成分，主要是细胞质基质的成分。 • 细胞质基质(cytoplasmic matrix or cytomatrix) ：细胞内 形成的粘稠胶体，蛋白质含量约占20～30％，多数水分子 以水化物形式紧密地与蛋白质和其它大分子表面极性部位 结合，仅部分水分子游离态存在，起溶剂作用。众多蛋白 在细胞骨架和游离水分子间形成凝聚和溶解的动态平衡。 • 即细胞质基质中多数蛋白质，多不是以溶解状态存在。 • 胞质溶胶与细胞质基质溶液成分比较实验
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• 蛋白质降解过程： • 多个泛素分子共价结合到含不稳定Aa的蛋白质N-端； • 26S蛋白酶体将蛋白质完全水解。
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• N-寡糖酶(N-glycanase或PNGase) ：可切除错误折叠糖蛋 白上的N-寡糖链，并可与内质网关联降解(endoplasmic reticulum-associated degradation,ERAD)途径中的多种 关键成分相结合。
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（1）蛋白质的修饰 细胞质基质中发生的主要蛋白质修饰类型： ⊙辅酶或辅基与酶的共价结合。 ⊙磷酸化与去磷酸化，以调节很多蛋白质生物活性。 ⊙糖基化。哺乳动物，N-乙酰葡萄糖胺(N—acetyl-glucosamine) 加到蛋白质中Ser羟基。 ⊙甲基化。细胞骨架蛋白和组蛋白等蛋白质N-端甲基化，以 维持其较长寿命，不易被蛋白酶水解。 ⊙酰基化修饰。 最常见一类——内质网合成的跨膜蛋白，在内质网和高 尔基体的转运过程中，把软脂酸链共价地连接在跨膜蛋白的 细胞质基质侧的结构域。 另一类——发生在诸如src和ras癌基因产物上，将脂肪 酸链共价地结合到蛋白质特定位点。如src基因编码的酪氨 酸蛋白激酶，与豆蔻酸共价结合，才能转移并靠豆蔻酸链结 合到细胞质膜上，完成细胞转化。
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• 1.一些学者：细胞质基质主要是由微管、微丝和中间丝等 形成的相互联系的结构体系。 • 即细胞质骨架贯穿细胞质基质中。细胞质基质中多数 的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从 而完成特定的生物学功能。 • 2.另一些学者，将细胞质骨架排出在细胞质基质概念之外。
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二.细胞质基质的功能：担负一系列重要的功能。
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• （2）控制蛋白质寿命：细胞质蛋白大多寿命数天到数月 • 胞质蛋白序列中决定其寿命的信号：N-端第一个Aa，若是 Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro，则蛋白质稳 定；如是其它12种Aa之一，则不稳定。 • 每种蛋白质合成后不久，N-端Met(细菌为甲酰Met)被 特异氨基肽酶水解除去； • 然后由氨酰-tRNA蛋白转移酶(aminoacyl-tRNA-protein transferase)把一个信号Aa加N-端，决定蛋白质稳定性。 • 降解机制：依赖泛素的降解途径(ubiquitin-dependent pathway)识别蛋白质N-端不稳定Aa信号，并降解。
• 1.进行许多物质中间代谢过程。 • 如糖酵解过程，磷酸戊糖途径，糖醛酸途径，糖原、 蛋白质、脂肪酸的合成，部分生物大分子分解等。 • 细胞质基质中，底物和产物定向转运等机制了解有限。 • 2.多种信号通路在细胞质中形成信号网络及对话。第八章 • 3.蛋白质在细胞质基质中的分选及转运。第六、七章 • 根据蛋白自身所带信号运送到线粒体、叶绿体、过氧 化物酶体(微体)、细胞核，或定于细胞质基质。 • 4.细胞质骨架的功能：维持细胞形态、细胞运动、细胞内 物质运输、能量传递、细胞质基质中细胞器和其它成分的 锚定等。完成细胞结构的三维定位。第九章 • 5.对蛋白质修饰、选择性降解、正确折叠等作用。
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• （3）降解变性和错误折叠的蛋白质 • 不管其N-端Aa是否稳定，胞质基质中非正常蛋白，也 会很快被清除。 • 推测原因：畸形蛋白质暴露出的氨基酸疏水基团的识 别，由此启动对蛋白质N-端第一个Aa的作用，形成了N-端 不稳定Aa，依赖于泛素蛋白降解途径彻底水解。
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• （4）帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确 的分子构象 • 主要依靠：热休克蛋白(heat shock protein 或称stressresponse protein，hsp，molecular chaperones分子伴侣)。 • 热休克蛋白分3个家族：25kD，70kD和90kD • 表达时期：有些在正常条件下表达； • 有些则在异常时大量表达，以保护细胞，减少 异常环境的损伤。 • 修复机制：热休克蛋白选择性与畸形蛋白质结合形成聚合 物，利用水解ATP，使聚集的蛋白质溶解，并进一步折叠 成正确构象的蛋白质。
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第一节细胞质基质的涵义与功能
• 细胞质基质(cytoplasmic matrix or cytomatrix)：在真核细胞 的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。 • 细胞质基质体积约占细胞质的一半。
• 一.细胞质基质的涵义 • 二.细胞质基质的功能
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肝细胞中细胞质基质及 其它组分的数目及所占体积比
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• 蛋白质的泛素化过程：三步 • ATP供能，泛素C端与非特异性 泛素活化酶E1的Cys共价结合， 形成E1-泛素复合物。 • 再将泛素转移给泛素结合酶E2。 • 特异性泛素蛋白连接酶E3完成 靶蛋白与泛素连接(E2也可将 泛素直接转移到靶蛋白的Lys)。 • 每次添加一个泛素，多个泛素 结合到含不稳定Aa的蛋白N-端。 • 26S蛋白酶体将蛋白完全水解。
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• 分子伴侣（molecular chaperones） 细胞中的某些蛋白 质分子可以识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽并与多 肽的某些部位相结合，从而帮助这些多肽转运、折叠或装 配，这类分子本身并不参与最终产物的形成，因此称为分lecular chaperones ）和折叠酶 （folding enzymes, foldases)： • GroEL-GroES分子伴侣系统对于新合成蛋白的折叠是 非常重要的。这两种蛋白质组成了一个由两个穴（GroEL） 和一个盖子（GroES）组成的圆柱，底物进入这个圆柱， 进行折叠，然后释放。
细胞生物学
Cell Biology
主讲教师：陈原国 联系方式：3785911，
cyg@
枣庄学院生命科学学院
第七章真核细胞内膜系统、 蛋白质分选与膜泡运输
• 细胞内膜系统(endomembrane system)：真核细胞的细胞 质内具有的结构、功能和发生上相互联系的膜围绕的细胞 器构成的区室化结构(compartmentalization)。主要包括内质 网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等，由膜围绕的 细胞器或细胞结构。 细胞内部被膜分为3类结构： 细胞内膜系统， 细胞质基质(cytoplasmic matrix)、 其它由膜包被的各种细胞器：线粒体、叶绿体、 过氧化物酶体和细胞核。
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“Road map” of protein traffic
1. Gated 2. Transmembrane 3. Vesicular 4. 基质中蛋白转运
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Summary 0f protein synthesis and transport
Cotranslational translocation
• (三)内质网与基因表达的调控
• 1.内质网的发现： • 1897年，Garnier：动质(ergastoplasm），可被碱性染料 显色； • 1945年, K. R. Porter等初次观察到，并命名为内质网 (endoplasmic reticulum, ER)； • 1954年,Palade和Porter等,证实内质网是由膜围绕的囊泡 所组成。
Posttranslation translocation
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*Gated transport **Transmembrane transport ***Vesicular transport
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• 5.细胞质基质对蛋白质修饰、选择性降解、正确折叠等方 面的作用。 • （1）蛋白质的修饰 • （2）控制蛋白质的寿命 • （3）降解变性和错误折叠的蛋白质 • （4）帮助变形或错误折叠的蛋白重新折叠，形成正确的 分子构象。
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第二节细胞内膜系统及其功能
• 细胞内膜系统(endomembrane system)的研究方法：电镜技 术(超微结构)；免疫标记和放射自显影技术(功能定位)； 组分离心技术(组分分析)；遗传突变体分析(膜泡运输和 功能机制研究)
• 一.内质网的形态结构与功能 • 二.高尔基体的形态结构与功能 • 三.溶酶体的形态结构与功能
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第七章真核细胞内膜系统、 蛋白质分选与膜泡运输
• 第一节细胞质基质的涵义与功能 • 第二节细胞内膜系统及其功能 • 第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输 • 复习题
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• Membranes divide the cytoplasm of eukaryotic cells into distinct compartments. • Three categories compartments in eukaryotic cells: • (1) the cytosol. • (2) the endomembrane system: ER, Golgi complex, Lys., secretory vesicles. • (3) mitochondria, chloroplasts, peroxisomes, and the nucleus.