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细胞生物学 内膜系统结构与功能

在内质网或高尔基体中进行,由不同的糖基转移 酶催化,每次加上一个单糖。最后一步是加上唾 液酸残基,(高尔基体反面膜囊和TGN中)
糖基化的意义: ①标记蛋白,便于分类包装,保证糖蛋白从RER至高尔
基体膜囊单方向转移;
②影响多肽构象确保正确折叠;糖的羟基可影响蛋白水 溶性和所带电荷的性质; ③保护蛋白,抵御水解酶降解;(溶酶体酶)
天然底物
磷酸单脂 ATP, FAD 磷酸蛋白
芳基硫酸酯
蛋白质 肽
RNA
磷脂 葡萄糖脑苷脂
糖原 糖
磷酸二脂 磷脂酸
胶原酶
胶原
脱氧核糖核酸酶 DNA
酯酶
脂肪酸酯
β葡萄糖苷酶 溶菌酶
糖蛋白 细菌的细胞壁
异质性细胞器(形态,内含物质上的差异)
溶酶体膜的特点:
位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊,又称cis 膜囊,是中间多孔而呈连续分支状的管网结构。
• 锇酸特异性染色;
• 功能:初步分选来自内质网的蛋白质;蛋白的o
-连接糖基化及酰基化。
顺面初步分选: 含内质网驻留信号的 蛋白返还内质网;
分泌蛋白进入中间膜 囊。
内质网驻留信号:
C 末端有Lys-Asp-Glu-
• 偶然:样品经长时间放置或蒸馏水处理后酸性磷酸酶
• •
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意义 • 防止活性蛋白在合成细胞中发挥作用; • 小肽分子难以在核糖体上合成(神经肽 5aa) • 产生包装并转运到分泌泡中的必要信号;
4 参与膜脂合成和膜的转化
• 合成鞘磷脂和鞘糖脂 • 膜转化:高尔基体膜在厚度
和化学组成上处于内质网和 质膜之间。在内质网上合成 的新膜转至高尔基体后,经 修饰加工,形成运输泡与质 膜融合,使新形成的膜整合 到质膜上。
1)初级溶酶体(primary lysosome)
• 由高尔基复合体分选 产生的运输小泡和前 溶酶体融合形成;
• 内含各种酸性水解酶, 未与底物结合
• 均质球形
初级溶酶体
初级溶酶体的发生
①溶酶体酶的分选 ②含溶酶体酶的无被小泡形成 ③无被小泡结合前溶酶体形成初级
溶酶体
初级溶酶体的形成过程图
前溶酶体
次级溶酶体
初级溶酶体和次级溶酶体模式图
初级溶酶体
2)次级溶酶体(secondary lysosome)
• 由初级溶酶体与胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡 或吞噬泡融合形成,分为自噬溶酶体 (autophago1ysosome)和异噬溶酶体(phagolysosome),
• 包含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细 胞器乃至细菌等,形态不规则,直径可达几微米。
• 反面侧囊泡: 为分泌泡和分泌颗粒;
• 高尔基体膜囊周缘也可膨大出芽形成囊泡: 用来 完成膜囊间的物质运输;
高尔基体各部分的特异细胞化学反应
顺面膜囊 被锇酸特异地染色
中间几层扁平囊 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的反应
trans面的1—2层膜囊 焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)反应
近反面的一些膜囊状和管状结构 胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)的细胞化学反应,CMP 酶也是溶酶体的标志酶。
分布:
常因细胞类型和生长时 期不同而有很大不同。
数目:
分泌功能旺盛的细胞, 较发达;
不具分泌功能的细胞, 则很罕见。
肠上皮粘液细胞膜结构区隔化
一 高尔基复合体的形态结构
形态:
由一些(4~8个) 排列较为整齐的 扁平膜囊 (saccules)堆叠 形成。囊多呈弓 形,也有的呈半 球形或球形。
1 极性细胞器
自噬性溶酶体和异噬性溶酶体
电镜下初级溶酶体和次级溶酶体
大纲
①异噬性溶酶体(heterophagolysosome)
底物是外源性的.
• 吞噬性溶酶体 (phagolysosome) :吞噬 泡和初级溶酶体结合
• 多泡体(multivesicular body):胞饮泡和初级溶酶体 结合
②自噬性溶酶体
1)排列有方向性 2)物质转运方向性 物质从顺面进入, 从反面输出 3)功能区隔性 不同区隔功能不同
2 高尔基复合体的结构
• 高尔基体顺面膜 囊及顺面网状结 构(CGN)
• 高尔基中间膜囊
• 高尔基体反面膜 囊及反面网状结 构(TGN)
1)顺面膜囊及顺面网状结构 (cis Golgi network,CGN):
④在细胞表面形成糖萼,起细胞识别和保护质膜作用。
3 前体蛋的加工和改造 无活性的蛋白前体 加工 活性蛋白
前胰岛素原的加工
前体蛋白的加工类型及其意义 类型
①切除N端或C、N两端后成为成熟蛋白(胰岛素、 胰高血糖素、血清蛋白); ②水解含重复氨基酸序列的前体蛋白成多个相同的 活性小肽(神经肽); ③根据前体蛋白的信号序列将其加工成不同产物;
溶酶体酶的分选
溶酶体酶具有 信号区/信号斑 (Signal patch)
CGN区中的 磷酸转移酶 识别溶酶体 蛋白的信号 斑,并对其 上的甘露糖 进行磷酸化,
甘 露 糖
顺面膜囊
N-乙酰葡萄糖胺 磷酸转移酶
催化 部位
识别 部位
6-磷酸甘露糖的形成
中间膜囊
N—乙酰葡萄糖 胺磷酸糖苷酶
TGN区M6P受体 识别并结合M6P, 在反面膜囊聚积 并出芽形成有被 小泡.
• 依靠自噬泡降解无用的蛋白、脂和核酸等 大分子物质和细胞器;
• 巨噬细胞清除衰老细胞;
生活垃圾累积? 细胞内垃圾?
台-萨氏病 神经节苷脂累积导致
疾病
2 防御功能:
杀死入侵的病毒或细菌。
某些病原体麻风杆菌和利什曼原虫(黑热病)可抑 制吞噬泡的酸化,从而抑制溶酶体活性;
通过受体介导的内吞作用侵入细胞的病毒,则 利用酸性环境脱掉衣壳.
①嵌有质子泵,以形成和维持酸性内环境。 ②具有多种载体蛋白,用于水解的产物向外转运; ③膜蛋白高度糖基化,防止自身膜蛋白的降解。
2 溶酶体的类型
根据所处功能阶段不同可分为: • 初级溶酶体(primary lysosome) • 次级溶酶体(secondary lysosome) • 残余体(residual body)
Leu /KDEL序列
2)高尔基中间膜囊(medial Golgi)
• 由扁平膜囊与管道组成,形成不同间隔,功 能上是连续、完整的膜囊体系。
• NADP酶是其标志酶 • 功能:
合成多糖、蛋白质和脂类的糖基化。
3)高尔基体反面膜囊(trans golgi)和反面 高尔基体网状结构(trans Golgi network, TGN)
• 蛋白质在高尔基体中的分选及转运信息存在于 其基因本身。
• 高尔基体识别各蛋白所携带的分选信号,进而
对其分类、包装与运送的机制?!
2蛋白和脂类的糖基化
蛋白糖基化: RER上合成的大多数蛋 白质在从内质网向高尔 基体及在高尔基体各膜 囊之间的转运过程中, 连接在蛋白侧链上的寡 糖基会发生一系列有序 的加工与修饰。
糖鞘脂糖基化: 磺基-糖基转移酶
甘露糖
N-乙酰葡萄糖氨
半乳糖 N-乙酰神经酰氨
糖基化的两种形式:
N—连接糖基化:
寡糖连接到蛋白质天冬酰胺的酰胺氮原子上
发生在糙面内质网中
成熟的N—连接的寡糖链都含有2个N—乙酰葡萄 糖胺和3个甘露糖残基
O—连接糖基化:
寡糖与蛋白质丝氨酸、苏氨酸或在胶原纤维中的 羟赖氨酸或羟脯氨酸的羟基(-OH)结合 ;
依赖于M6P的分选途径效率不高:
含M6P的溶酶体酶可直接分泌到细胞外; 质膜上有依赖Ca++的M6P受体,结合胞外溶酶体酶,将其内吞 至前溶酶体中,M6P受体返回质膜,反复使用。
M6P分选途径只限于溶酶体的酸性水解酶,溶酶 体中还存在不依赖于M6P的分选途径:
如溶酶体膜蛋白的分选和转运等
含M6P的酶的运输特异性不强
底物
初级溶酶体
次级溶酶体
自噬性溶酶体
消化底物是细胞内源性物质
异噬性溶酶体
消化底物是细胞外源性物质
多泡小体 胞饮泡融合
吞噬溶酶体 吞噬泡融合
残余小体
二 溶酶体的功能
• 细胞内消化与营养作用 • 免疫与防御功能 • 参与器官、组织形成与更新 • 协助受精
1. 清除无用的生物大分子、衰老的细胞器 及衰老损伤和死亡的细胞
高尔基体对溶酶体蛋白的分类与转运机制:
溶酶体中的酸性水解酶类在内质网上合成 ER腔 N—连接的糖基化修饰
酶分子中的天冬酰氨残基上共价结合一个寡糖链
高尔基体顺面膜囊 N—乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 N—乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶
酶分子寡糖链中多个甘露糖被磷酸化产生6—磷酸甘露糖。
高尔基体反面膜囊上的6—磷酸甘露糖的受体特异结合溶酶体 酶,使其分离,并局部浓缩
二 高尔基复合体的化学组成
• 脂类 介于内质网和质膜之间 粗面内质网 高尔基复合体 质膜 神经鞘磷脂、胆固醇 磷脂酰胆碱
• 多糖 形成面 成熟面 梯度上升
• 蛋白质 各种酶,糖基转移酶是高尔基复合体的特征性酶
三 高尔基复合体的功能
接收由粗面内质网合成的物质 进一步加工、分选、包装 输出至细胞不同区域及胞外 “交通枢纽”
• TGN位于反面的最外层,与反面的扁平膜囊相连, 另一侧伸入反面的细胞质中;
• 形态呈管网状,周围有一些成熟的分泌囊泡; • 对蛋白质进行分类和包装。
高尔基体各膜囊之间有膜性结构相连
4)高尔基体周围囊泡:
• 顺面侧囊泡:为ER和Golgi之间的运输小泡,称为 ERGIC (endoplasmic reticulm-golgi intermediate compartment)或VTCs(Vesicular-tubular clusters), P53为其标志蛋白;
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