细胞物质运输医学细胞生物学课件

细胞物质运输医学细胞生物学细胞内蛋白质的转运细胞内蛋白质的转运n蛋白质在细胞内的加工、运输、分泌是根蛋白质在细胞内的加工、运输、分泌是根据分选信号（据分选信号（sorting signals）的有无和）的有无和不同性质有选择的进行的不同性质有选择的进行的运输途径运输途径运输方式运输方式n门控转运（门控转运（gated transport）：经核孔复）：经核孔复合体进入细胞核合体进入细胞核n直接穿越细胞器膜：蛋白转位装置直接穿越细胞器膜：蛋白转位装置（protein translocator）；保持线性）；保持线性n膜泡运输：转运小泡膜泡运输：转运小泡分选信号分选信号n信号肽（信号肽（signal peptide）：存在于多肽链）：存在于多肽链上的一段连续的氨基酸序列，可引导蛋白上的一段连续的氨基酸序列，可引导蛋白质定位到内质网，线粒体和细胞核。质定位到内质网，线粒体和细胞核。n部分信号肽完成蛋白质的定向转移后会被部分信号肽完成蛋白质的定向转移后会被切除。切除。n信号斑（信号斑（signal patch）：存在于完成折叠）：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。的信号。n转运往往需要分子伴侣转运往往需要分子伴侣（molecular chaperone）的作用的作用信号假说信号假说signal hypothesisnG.Blobel和和D.Sabatini提出多肽链上的特殊提出多肽链上的特殊氨基酸序列（信号肽）可指导蛋白质转至氨基酸序列（信号肽）可指导蛋白质转至内质网上合成。内质网上合成。nthe 1999 Nobel Prize.-for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the celln进入内质网的蛋白质进入内质网的蛋白质(ER所属蛋白、分泌性蛋白、所属蛋白、分泌性蛋白、溶酶体酶及膜蛋白溶酶体酶及膜蛋白)，其编码基因在起始密码之，其编码基因在起始密码之后有一组编码特定信号肽序列的密码。凡后有一组编码特定信号肽序列的密码。凡能先合成该蛋白序列的核糖体都与内质网能先合成该蛋白序列的核糖体都与内质网靠拢并附着其上。靠拢并附着其上。n信号肽合成信号肽合成信号肽与信号肽与SRP结合结合肽链延伸肽链延伸终止终止SRP与内质网上受体结合与内质网上受体结合SRP脱离脱离信号肽信号肽肽链在内质网上继续合成，同时肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号信号肽切除肽切除肽链延伸至终止肽链延伸至终止核糖体分离，核糖体分离，蛋白质释放。蛋白质释放。合成后去向合成后去向nRER上的蛋白质合成后根据穿膜信号的不上的蛋白质合成后根据穿膜信号的不同可进入网腔中形成游离蛋白质，也可以同可进入网腔中形成游离蛋白质，也可以参与内质网膜的组建。这取决于多肽链上参与内质网膜的组建。这取决于多肽链上与穿膜相关的起始转运信号（与穿膜相关的起始转运信号（start-transfer signal）和终止转运信号（）和终止转运信号（stop-transfer signal）游离蛋白质游离蛋白质跨膜蛋白质跨膜蛋白质蛋白质的门控转运蛋白质的门控转运核内蛋白质运输（门控转运）核内蛋白质运输（门控转运）n小分子物质能较自由的穿过核孔，但蛋白小分子物质能较自由的穿过核孔，但蛋白质、质、RNA等大分子物质就要以门控转运方等大分子物质就要以门控转运方式运输。式运输。n核质蛋白的核质蛋白的C端有一个信号序列即核定位信端有一个信号序列即核定位信号号(nuclear localization signal,NLS)，pro-pro-lys-lys-lys-Arg-lys-Val，可引导蛋白，可引导蛋白质进入细胞核，入核后信号不切除。质进入细胞核，入核后信号不切除。门控转运门控转运n核孔运输还需要有相关的受体蛋白、衔接核孔运输还需要有相关的受体蛋白、衔接蛋白、蛋白、Ran蛋白及其调控蛋白。蛋白及其调控蛋白。nRan是一种是一种G蛋白，在细胞核内蛋白，在细胞核内Ran-GTP的含量高，细胞质内的含量高，细胞质内Ran-GDP的含量高。的含量高。核蛋白向细胞核的输入过程核蛋白向细胞核的输入过程膜泡转运膜泡转运n除胞吞作用和胞吐作用外，细胞内部内膜除胞吞作用和胞吐作用外，细胞内部内膜系统各个部分之间的物质传递也通过膜泡系统各个部分之间的物质传递也通过膜泡运输方式进行。运输方式进行。n从内质网到高尔基体的蛋白质运输由从内质网到高尔基体的蛋白质运输由COP衣被小泡介导，加工成熟后经反面衣被小泡介导，加工成熟后经反面网状结构分泌。网状结构分泌。出芽出芽移动移动n胞内膜泡在动位蛋白（胞内膜泡在动位蛋白（dynein）、驱动蛋）、驱动蛋白（白（kinesin）、肌球蛋白（）、肌球蛋白（myosin）牵）牵引下运输沿微管或微丝运行。通过这些蛋引下运输沿微管或微丝运行。通过这些蛋白的作用，可使膜泡运抵指定区域。白的作用，可使膜泡运抵指定区域。定位定位蛋白质的加工与分泌蛋白质的加工与分泌n糖基化：单糖或寡糖与蛋白质之间通过共糖基化：单糖或寡糖与蛋白质之间通过共价键结合形成糖蛋白的过程。价键结合形成糖蛋白的过程。n大多数内质网上合成的蛋白质最终都被糖大多数内质网上合成的蛋白质最终都被糖基化。基化。n内质网中蛋白质的加工包括糖基化、二硫内质网中蛋白质的加工包括糖基化、二硫键形成、正确折叠装配等，其中最主要的键形成、正确折叠装配等，其中最主要的是糖基化。是糖基化。n糖分子首先连接到糖分子首先连接到RER膜上的多萜醇分子膜上的多萜醇分子上，装配成寡糖链并被活化，再被糖基转上，装配成寡糖链并被活化，再被糖基转移酶催化转到暴露于移酶催化转到暴露于RER腔面的新生肽链腔面的新生肽链的天冬酰胺残基上（的天冬酰胺残基上（N连接）。连接）。N-linked protein glycosylation in the ERnGC中蛋白质的加工包括糖链修饰、糖基化中蛋白质的加工包括糖链修饰、糖基化（O连接）连接）、多余肽链的水解。、多余肽链的水解。蛋白质在高尔基体中糖基化蛋白质在高尔基体中糖基化n糖基化的作用是：糖基化的作用是：使蛋白质能够抵抗消化使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；糖基化后蛋白可用于形成细胞外被。糖基化后蛋白可用于形成细胞外被。n蛋白质在高尔基体的水解：蛋白质在高尔基体的水解：ER中合成前胰中合成前胰岛素原岛素原ER中切除信号肽成为胰岛素原中切除信号肽成为胰岛素原GC中水解多余肽段并折叠成为胰岛素中水解多余肽段并折叠成为胰岛素蛋白质的分拣与分泌蛋白质的分拣与分泌n组成溶酶体的各种成分在组成溶酶体的各种成分在ER中合成、中合成、GC中修饰后经转运小泡参与组建溶酶体。其中修饰后经转运小泡参与组建溶酶体。其中蛋白质的转运由分拣信号和中蛋白质的转运由分拣信号和GC膜上相应膜上相应的受体介导。的受体介导。n溶酶体水解酶的分拣信号为溶酶体水解酶的分拣信号为6磷酸甘露糖磷酸甘露糖溶酶体酶的运输溶酶体酶的运输分拣信号分拣信号-M6P蛋白质的分泌蛋白质的分泌膜流膜流 membrane flown膜流现象：由于细胞的胞吞、胞吐作用和膜流现象：由于细胞的胞吞、胞吐作用和ER、GC的物质合成、加工、运输，使细的物质合成、加工、运输，使细胞膜发生移位、融合、重组，细胞内各膜胞膜发生移位、融合、重组，细胞内各膜性结构实现了相互联系和转移，使细胞构性结构实现了相互联系和转移，使细胞构成一个统一的整体，维持了活体细胞的动成一个统一的整体，维持了活体细胞的动态平衡。态平衡。细胞信号转导细胞信号转导n多细胞生物彼此间多细胞生物彼此间的协调活动有赖于的协调活动有赖于细胞间的信息交流。细胞间的信息交流。n大多数情况下细胞大多数情况下细胞与细胞之间主要通与细胞之间主要通过化学信号分子进过化学信号分子进行信息交流。行信息交流。n通过信号分子与受通过信号分子与受体的相互作用实现体的相互作用实现对细胞的调节以及对细胞的调节以及在此过程中的作用在此过程中的作用机制即细胞的信号机制即细胞的信号转导（转导（signal transduction）。）。信号转导：信号转导：n细胞膜上受体识别膜外的刺激细胞膜上受体识别膜外的刺激n信号跨膜传递到膜的内侧面信号跨膜传递到膜的内侧面n胞内信号传递，引发细胞反应（转录、酶、离子胞内信号传递，引发细胞反应（转录、酶、离子浓度、凋亡浓度、凋亡）n信号分子失活、胞外刺激强度降低，细胞终止反信号分子失活、胞外刺激强度降低，细胞终止反应应气体分子气体分子神经递质神经递质激素激素细胞因子细胞因子(氨基酸或肽氨基酸或肽)胞内第二信使胞内第二信使胞外信号胞外信号（配体、第一信使）（配体、第一信使）特异性、高效性、可灭活特异性、高效性、可灭活受体受体n受体受体(receptor)：一种蛋白质，存在于细胞：一种蛋白质，存在于细胞膜上或细胞核内，能接受外界信号并将该膜上或细胞核内，能接受外界信号并将该信号转化为细胞内的一系列生化反应，引信号转化为细胞内的一系列生化反应，引起细胞结构或功能的改变。起细胞结构或功能的改变。n受体可分为膜受体受体可分为膜受体（membrane receptor）和细胞内受体。和细胞内受体。n膜受体多是糖蛋白（膜受体多是糖蛋白（1次或多次跨膜），次或多次跨膜），有单体型受体和复合型受体之分。有单体型受体和复合型受体之分。n跨膜整合配体识别部分（跨膜整合配体识别部分（discriminator）暴露于细胞外，多有糖链相连；效应部暴露于细胞外，多有糖链相连；效应部分（分（effector）朝向细胞内，具有酶活性，）朝向细胞内，具有酶活性，在受体配体结合后被激活；两者之间是在受体配体结合后被激活；两者之间是转换部分（转换部分（transducer）或传导部）或传导部（inducer）。）。n在结合外界信号分子后，其空间构象发生在结合外界信号分子后，其空间构象发生改变，原本无活性的效应部分活化，受体改变，原本无活性的效应部分活化，受体被激活。被激活。受体的分类受体的分类n生长因子受体生长因子受体/受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶n配体门控离子通道配体门控离子通道nG蛋白偶联受体蛋白偶联受体受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶（tyrosine kinase,trk）酪氨酸激酶活性受体，具有自体磷酸化位点，与酪氨酸激酶活性受体，具有自体磷酸化位点，与配体结合后发生构象变化，此时发生自体磷酸化，配体结合后发生构象变化，此时发生自体磷酸化，形成特殊空间结构，激活效应物。形成特殊空间结构，激活效应物。