细胞生物学3内质网和核糖体

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,内膜系统,内膜系统：,真核细胞的胞质中，,除线粒体和叶绿体之外，,由膜围成的小管、小泡和扁囊组成的细胞器，,它们彼此相互关联，组成复杂膜系统,主要包括：,核膜、内质网和高尔基复合体三大部分，,质膜、溶酶体和分泌泡：可看作是衍生物,内膜系统,内膜系统：不含,DNA，,功能活动和装配完全受核,DNA,控制,各种内膜之间可通过出芽融合式交流,线粒体和叶绿体：含自身,DNA，,功能活动和装配受,DNA,和自身,DNA,共同调控,不参加出芽和融合式的交流,内膜系统：细胞质分区化,形成上具有一定的顺序相关性、膜分化,动态结构，,具有流动性、镶嵌性、不对称性和蛋白质极性,内质网：,一、内质网的形态结构,细胞中只有一个内质网,是连续系统，保证功能上具有连续性,透射电镜：平行的双层膜状，两层膜之间的宽距不等,三维立体：,形状大小不同的小管、小囊或扁平囊,连续网状膜系统,内腔相通,大而扁平的片状结构，内质网的独有特征,细胞核周围：网状三维结构，,细胞质内：树枝状,一、内质网的形态结构,根据形态不同，内质网分为两个区域：,粗面内质网(,RER)：,胞质面附着有核糖体，,多为扁囊状，合成蛋白质,光面内质网(,SER)：,无核糖体附着，,小管或小囊状，合成类固醇,例：肝细胞，,RER,为扁囊状，,SER,为扁囊边缘伸出的小管网,二、内质网的化学组成,主要来源于对微粒体(,microsome,),膜的研究,微粒体：,不是细胞内固有结构,细胞匀浆在差速离心过程中分离出的一种膜泡成分,由内膜系统中各组分的膜断片自然卷曲而成，,根据,RER,和,SER,密度差异、差速离心可分离两种,ER,高盐度介质中，微粒体上核糖体脱落下来。,内质网膜,脂类约占13，蛋白质约占23；,SER,脂类要比,RER,多一些,二、内质网的化学组成,脂类：磷脂、中性脂肪、磷脂酰肌醇、缩醛磷脂,和一些神经节苷脂等,蛋白质含量：比质膜多。,约含30-40种酶，,有些酶与合成甘油三酯、磷脂和胆固 醇有关,至少有两种黄素蛋白和两种血红蛋白,细胞色素,P-450,是,SER,特有标记酶,蛋白质：边周蛋白、整合膜蛋白；,膜上分布不对称，,有的偏向腔面，有的偏向胞质面,三、粗面内质网的功能,1.蛋白质的合成,所有蛋白质的合成起始：均在游离核糖体上,翻译分泌蛋白的核糖体：结合在粗面内质网膜上继续进行,翻译,非,分泌蛋白核糖体：只能留在细胞质基质中继续进,RER,上合成的多肽链：均具有信号肽序列；,内质网膜上含有核糖体亲合蛋白与信号识别颗粒的受体，,在信号识别颗粒协助下，多肽链可被转移到,RER,上合成，,合成的多肽链可穿过内质网膜进入内质网腔。,穿膜时多肽链呈非折叠状态，,HSP70,可能参与了去折叠,三、粗面内质网的功能,RER,合成的蛋白质：主要为分泌蛋白,及装配内膜系统和质膜所需要的蛋白质,当活跃合成蛋白质：内质网扁平囊扩大，,里面充满了浓密的大分子物质,当细胞内必需营养物缺乏、能源不足或受毒素刺激：,ER,具有降低蛋白质合成起始速率的调控作用,三、粗面内质网的功能,2合成蛋白质的修饰与加工,修饰、加工：多肽链的糖基化和羟基化等,糖基化：,内质网腔面；,预先合成的寡糖链，通过焦磷酸键，,连接在一个插入到膜内的磷酸多萜醇上；,当穿过内质网膜的多肽链上出现天冬酰胺残基时，,在膜中糖基转移酶作用下，,将寡糖链从磷酸多萜醇上转移到天冬酰胺残基上,三、粗面内质网的功能,RER,糖基化：多为,N-,连接,寡糖链分两部分：,核心区：各种寡糖链中均相同,与天冬酰胺残基直接相连的第一个糖,总是,N-,乙酰葡萄糖胺,末端区：各种寡糖链中不同,加工修饰只发生在寡糖链的末端区，核心区保持不变,酰基化、羟化、二硫键的形成等修饰，,使新生多肽链折叠成正确的三维结构,3膜的生成,RER,能不断地进行自身装配和生成,实验：蛋白质和脂类前体物用,14,C,-,亮氨酸和,14,C,-,甘油标记,发现：标记前体物掺入到,RER,数量要比掺入到,SER,大得多,表明：膜的生成方向由,RER,到,SER,膜的生成：,首先合成基本膜脂和整合膜蛋白,然后按顺序依次添加酶、专一性糖和脂类,膜分化过程：,膜的生成要经过化学和结构上的改造，,逐步转变为内膜系统中各种膜，以至质膜,三、粗面内质网的功能,三、粗面内质网的功能,4物质的运输,运输各种物质的通道，胞内物质运输循环系统,3,H,-,亮氨酸做脉冲追踪实验表明：,RER,合成分泌蛋白，经内质网腔进入,GC,腔，,包装成分泌颗粒后，运输至胞外或其他细胞器,内质网在离子和小分子物质运输方面也起一定作用,物质在内质网膜上可发生穿膜扩散和主动运输,三、粗面内质网的功能,5贮积钙离子,细胞的基本需求之一：对胞质中钙水平的控制,因为,Ca,2+,变化在细胞内信号系统中起关键作用,胞质中,Ca,2+,浓度极低(10,-7,molL)，,内质网腔中的,Ca,2+,浓度很高 膜上的钙泵来维持,内质网是细胞信号传递途径的,Ca,2+,储备库,一旦受到信号刺激，膜上的钙通道打开，,Ca,2+,迅速涌人胞质中，参与信号的,进一步传递，引起细胞发生一定的反应,内质网含有呈强酸性的网质蛋白,如内质蛋白和钙网蛋白，对,Ca,2+,具有高度亲合性，在贮积,Ca2,方面具有重要作用,四、滑面内质网的功能,1合成脂类,SER,有许多与脂类合成有关酶，,如：乙酰转移酶、磷酸酶和胆碱磷酸转移酶等,合成：除脂肪酸和两种线粒体磷脂外，,新膜所需的各种脂类，,包括磷脂、胆固醇、甾体激素,合成的脂类：掺入到内质网膜自身，,出芽或专一性载体蛋白运往其他细胞器,四、滑面内质网的功能,翻转酶：能把含胆碱的磷脂,从膜的胞质溶质一半反转到邻腔的一半,造成膜两半脂类分布的不对称现象,磷脂交换蛋白：,位于胞质溶质中，水溶性的蛋白；,可同脂类结合，携带脂类随机扩散，,把脂分子从含脂多的膜转运到含脂少的膜中,每一种磷脂都由专一的磷脂交换蛋白转运,四、滑面内质网的功能,2解毒作用,有些酶与外源性有害物质结合，使其发生氧化而失活,清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质,例：,SER,细胞色素,P-450,的解毒反应过程,细胞色素,P-450：,末端氧化酶；在肝中具有解毒作用；,通过羟基化使脂溶性废物或代谢产物失活并溶解于水；,使一些农药或其他药物失活；,排出细胞后送入尿液,服用大量药物的动物，与解毒有关酶活性增加，,SER,增生；,一旦药物消失，多余,SER,被溶酶体消化，几天内又恢复,四、滑面内质网的功能,3糖原代谢,肝细胞,SER,膜胞质面上附着有许多糖原小颗粒,当体内需要化学能时，,糖原在激素的调控下被磷酸化酶降解为葡萄糖-1-磷酸，,于胞质中再转化为葡萄糖-6-磷酸；,内质网膜对葡萄糖-6-磷酸具有不可通透性，,因而无法离开肝细胞，也不能被其他细胞所利用；,SER,含葡萄糖-6-磷酸酶，使之变成葡萄糖,葡萄糖穿越内质网膜进入,SER,腔，再输送至血液中，供使用,核 糖 体,一、核糖体的基本结构,原核、真核、线粒体、叶绿体：均有核糖体,原核、真核核糖体：外形和功能基本相同，大小不同,电镜下分：大、小亚单位,肝核糖体负染色：,大亚单位：,略呈半圆形，直经约为23,nm，,一侧伸出三个突起，中央为一凹陷，,有一垂直通道，新合成的肽链由此通道穿出，,保护新生肽链免受蛋白水解酶的降解,一、核糖体的基本结构,小亚单位：,长条形，,约13长度处有一细的缢痕,大小亚单位结合成核糖体：,凹陷部位彼此对应，从而形成一个隧道，,为蛋白质翻译时,mRNA,的穿行通路,大亚单位：肽基转移酶中心,小亚单位：解码中心,核糖体重要活性部位（6个）,mRNA,的结合位点：小亚单位,能识别并结合,mRNA,的起始端,如：大多数原核细胞16,S,rRNA,的3端有一段序列,同,mRNA,结合位点具有互补关系,A,位点(氨酰基位点，亦称氨基酸受位)：大亚单位,接受新掺入的氨酰-,tRNA,的结合位点,P,位点(肽酰基位点，肽基部位或释放部位)：,小亚单位,为延伸中肽酰,tRNA,的结合位点,核糖体重要活性部位（6个）,E,位点：大亚单位,肽基转移后即将释放的,tRNA,的结合位点；,肽基转移酶的催化位点：大亚单位中的,rRNA,可催化氨基酸间形成肽键，这是蛋白质合成过程中的关键反应,GTP,酶（易位酶）的结合位点：大亚单位,延伸因子,EF-G,的结合位点，简称,G,因子，对,GTP,具有活性，可催化肽酰-,tRNA,从,A,位点转移到,P,位点，促使肽链的延伸,两亚单位常游离于细胞质溶质中,当小亚单位与,mRNA,结合后，大亚单位才与小亚单位结合成完整的核糖体,肽链翻译结束后，大小亚单位解离，重新游离细胞质,两亚单位的结合与分离受,Mg,2+,影响,Mg,2+,lmmol,L,时，两亚单位结合成单核糖体；,Mg,2+,10mmolL,时，两个核糖体则结合成二聚体,细胞进行蛋白质合成时：,常多个核糖体同时结合在一条,mRNA,链上，,卷曲成蜗牛壳状的结构，称为多核糖体，,为细胞正在合成蛋白质的标志。,二、核糖体的化学组成,主要成分：,蛋白质和,RNA,蛋白质占40-50，,RNA,占50-60,RNA：,占细胞中,RNA,总量80以上,rRNA,的磷酸基所带的负电荷量,多于蛋白质所带的正电荷量，,因而核糖体呈现出很强的负电性，,可同阳离子和碱性染料相结合,含核糖体多的细胞，其细胞质可被碱性染料(如甲苯胺蓝)所浓染,二、核糖体的化学组成,核糖体,RNA：,原核生物3种,rRNA,；,真核生物4种,rRNA,rRNA,具有高度复杂的二级结构,线性,rRNA,分子内部有70的区段形成双链螺旋,各种蛋白质则结合到折叠的,rRNA,分子上,16,SrRNA,的3端一段序列：,同大多数原核生物,mRNA,的核糖体结合部位具有互补关系，从而使30,S,亚单位能识别,mRNA,的起始端,5,SrRNA,一段序列：,同,tRNA,中的,TCG,顺序互补，使,tRNA,能结合到核糖体上,二、核糖体的化学组成,核糖体蛋白：,适当条件下，,CsCL,离心，可将核糖体各成分分离出来,蛋白质成分按照一定的顺序一组一组地被分离出来,大部分蛋白质均含有丰富的碱性氨基酸,组成核糖体的蛋白质，,在大小亚单位中均有一定的空间分布,利用专一性抗体，,在电镜下可对各种蛋白质做定位测定,三、核糖体的功能,合成蛋白质的场所,由核糖体、,mRNA,和,tRNA,三者密切配合共同完成,肽链合成的起始、延伸和终止三个阶段的反应,(一)核糖体与,tRNA,相互识别的分子机制,Paul,Schimmel,等(1998)提出一个模型，该模型认为：,1.带有反密码子的呈”,L”,型的,tRNA,具有两个不同的臂：,一个臂：其3端的通用,CCA,单链序列为氨基酸的结合位点,氨基酸通过酯化作用可连接到末端的,A,上；,另一个臂：含有三联体的反密码子，,与,mRNA,上的三联体密码子进行配对结合,(一)核糖体与,tRNA,相互识别的分子机制,2.一旦被氨基酸酰化结合，,tRNA,的反密码子功能区通过密码子-反密码子相结合方式，,作为一个模板阅读探头来破译,mRNA,上三联体密码子,3.根据,mRNA,上的三联体密码子，氨基酸酰化的,tRNA,线性排列在,mRNA,上，,其带电的小螺旋区紧靠在一起，从而使一个氨基酸的氨基端能攻击另一个氨基酸的羧基端，,在两个氨基酸之间便可形成肽键,(二)核糖体在翻译起始复合物形成中的作用机制,转译过程均是由起始密码子,AUG,启动,起始密码子,AUG：,编码产物：甲硫氨酸,可为特定的,tRNA,的反密码子所识别而形成一种特异性的起始物,tRNA,Met,原核生物、线粒体、叶绿体：甲酰甲硫氨酸,对,AUG,正确识别：,原核：16,SrRNA3,端的一段核苷酸序列,和,mRNA5,端起始部位(,AUG,上游),3-9个互补核苷酸序列(,SD sequence),碱基配对,(二)核糖体在翻译起始复合物形成中的作用机制,真核：,异三聚体