第7章细胞质基质与内膜系统 1. 真核细胞的区室化，细胞质基质。 2.真核细胞中内质网结构和功能。 3.高尔基体结构和功能。 4. 溶酶体结构和功能。 5.过氧化物酶体功能
第7章 细胞质基质与内膜系统 1. 真核细胞的区室化，细胞质基质。 2. 真核细胞中内质网结构和功能。 3. 高尔基体结构和功能。 4. 溶酶体结构和功能。 5. 过氧化物酶体功能
7.1 真核细胞的区室化及细胞质基质。 ?生物膜把真核细胞细胞质化分成明显的隔室，细胞区室化 (compartmental ization)是真核细胞结构与功能的基本特征之一。 ?真核细胞中被膜分隔的三类结构： (1) 细胞内膜系统：内质网(E)、高尔基体、溶酶体、分泌小泡等。 (2)其他膜包围的细胞器：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核。 (3)细胞质基质。 细胞质 质膜 溶酶体 线粒休 质膜 糙面内质网 线粒体 高尔基体 多核糖体 糙面内质网 细胞核 光面内质网 过氧化酶体 细胞核 高尔基体 胞内体 9U0 2μm
7.1 真核细胞的区室化及细胞质基质。 ❖生物膜把真核细胞细胞质化分成明显的隔室，细胞区室化 （compartmentalization）是真核细胞结构与功能的基本特征之一。 ❖真核细胞中被膜分隔的三类结构: (1) 细胞内膜系统：内质网（ER）、高尔基体、溶酶体、分泌小泡等。 (2) 其他膜包围的细胞器：线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核。 (3) 细胞质基质
肝细胞中主要细胞区室（细胞器）所占的相对体积 细胞内区室 所占体积(%) 细胞质基质 54 线粒体 22 粗面内质网 9 滑面内质网及高尔基体 6 细胞核 6 过氧化物酶体 溶酶体 胞内体
细胞内区室 所占体积（％） 细胞质基质 54 线粒体 22 粗面内质网 9 滑面内质网及高尔基体 6 细胞核 6 过氧化物酶体 1 溶酶体 1 胞内体 1 肝细胞中主要细胞区室（细胞器）所占的相对体积
A.细胞质基质 细胞质基质及其功能。 > 细胞质基质：细胞质中膜类细胞器之外的液体成 分区域。是包括细胞骨架纤维在内的大分子、小分 子形成的动态的、有组织的结构体系。 >细胞质基质与胞质溶胶的区别： 两个实验： 原位杂交显示卵细胞不同mRNA分布。 爪蟾卵母细胞蛋白乳胶球扩散实验
❖细胞质基质及其功能。 ➢细胞质基质: 细胞质中膜类细胞器之外的液体成 分区域。是包括细胞骨架纤维在内的大分子、小分 子形成的动态的、有组织的结构体系。 ➢细胞质基质与胞质溶胶的区别： 两个实验： 原位杂交显示卵细胞不同mRNA分布。 爪蟾卵母细胞蛋白乳胶球扩散实验。 A.细胞质基质
细胞质基质的功能： 细胞质基质是蛋白质、脂肪酸合成及细胞中多种中间 代谢的区域。完成各种中间代谢过程：例如糖酵解、核苷酸和氨基酸代谢： 糖原的合成与部分分解过程：蛋白质和脂肪酸的合成。 >基质中细胞骨架：增大细胞质中大分子物质附着面 积，细胞运动，物质运输等。维持细胞的形态、细胞运动、细胞内 的物质运输和能量传递；也为细胞质基质中的其它成分和细胞器提供锚定位点。 >蛋白质修饰：辅酶与酶连接，磷酸化去磷酸化，糖 基化，甲基化，酰基化。 >蛋白质降解：控制蛋白质的寿命，如泛素化降解。 >蛋白质折叠：控制蛋白质的寿命，降解变性和错误折叠的蛋白质；帮助 变性或错误折叠的蛋白质重新折叠
细胞质基质的功能: 细胞质基质是蛋白质、脂肪酸合成及细胞中多种中间 代谢的区域。 完成各种中间代谢过程 ：例如糖酵解、核苷酸和氨基酸代谢； 糖原的合成与部分分解过程; 蛋白质和脂肪酸的合成。 ➢基质中细胞骨架：增大细胞质中大分子物质附着面 积，细胞运动，物质运输等。维持细胞的形态、细胞运动、细胞内 的物质运输和能量传递；也为细胞质基质中的其它成分和细胞器提供锚定位点。 ➢蛋白质修饰：辅酶与酶连接，磷酸化去磷酸化，糖 基化，甲基化，酰基化。 ➢蛋白质降解：控制蛋白质的寿命，如泛素化降解。 ➢蛋白质折叠： 控制蛋白质的寿命，降解变性和错误折叠的蛋白质； 帮助 变性或错误折叠的蛋白质重新折叠
真核细胞中蛋白质的选择性降解有两条途径： (1)不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降解外源 蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 (2)依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋 白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要 泛素化与蛋白酶体介导的蛋白质降解途径 蛋白质的化学死亡之吻 1)泛素化和蛋白酶体介导的蛋白质讲解途径具有多种生物学功能：包括蛋白质质 量监控、影响细胞代谢、信号转导与受体调整、免疫反应、细胞周期、转录调节和 DNA复制等： 2)泛素(ubiquitin)：由76个氨基酸残基组成的分子量为8.5kd的小分子蛋白质，普 遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a残基，它能与被 降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。 3)蛋白酶体(proteasome):细胞内降解蛋白质的大分子复合体，约由50种蛋白质 亚基组成，相对分子量为2-24x106,富含ATP依赖的蛋白酶活性，若然细胞内蛋白 质破碎机(protein shredder)
真核细胞中蛋白质的选择性降解有两条途径： （1）不依赖ATP的溶酶体途径，没有选择性，主要降解外源 蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。 （2）依赖ATP的泛素途径，在胞质中进行，主要降解异常蛋 白和短寿命蛋白，此途径在不含溶酶体的红细胞中尤为重要。 1）泛素化和蛋白酶体介导的蛋白质讲解途径具有多种生物学功能：包括蛋白质质 量监控、影响细胞代谢、信号转导与受体调整、免疫反应、细胞周期、转录调节和 DNA复制等； 2）泛素（ubiquitin）：由76个氨基酸残基组成的分子量为8.5kd的小分子蛋白质，普 遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个a.a残基，它能与被 降解的蛋白质共价结合，使后者活化，然后被蛋白酶降解。 3）蛋白酶体（proteasome）：细胞内降解蛋白质的大分子复合体，约由50种蛋白质 亚基组成，相对分子量为2-2.4x106，富含ATP依赖的蛋白酶活性，若然细胞内蛋白 质破碎机（protein shredder）。 泛素化与蛋白酶体介导的蛋白质降解途径 ——蛋白质的化学死亡之吻
依赖泛素的蛋白质降解 Ubiquitin-and proteasome-mediated protein degradation Ub泛素 ©AMP OATP ePPi 19S帽 E1 E1 Ub Ub 6 Ub Ub 蛋白质解折叠 Ub E2 20S核心 E3 胞质靶蛋白、 Ub 蛋白质被切割 19S帽 多次进行 1,2,3步反应 OATP OADP \5/ Ub Ub Ub Ub 通过电镜负染色照片获得的蛋白酶体结构图(A)及蛋白酶体识别与降解泛素化蛋白 的示意图(B)：1.E1活化泛素分子；2.泛素分子转移至E2;3.3催化形成异肽 键；4.蛋白酶体识别泛素化靶蛋白、ATP水解驱动泛素移除、靶蛋白折叠转入蛋白酶 体核心内被降解。E1:泛素活化酶；E2:泛素结合酶；E3:泛素连接酶
通过电镜负染色照片获得的蛋白酶体结构图（Ａ）及蛋白酶体识别与降解泛素化蛋白 的示意图（Ｂ）：1. E1活化泛素分子；2. 泛素分子转移至E2；3. E3催化形成异肽 键；4. 蛋白酶体识别泛素化靶蛋白、ATP水解驱动泛素移除、靶蛋白折叠转入蛋白酶 体核心内被降解。E1：泛素活化酶；E2：泛素结合酶；E3：泛素连接酶。 依赖泛素的蛋白质降解 Ubiquitin-and proteasome-mediated protein degradation
变性与错误折叠蛋白质的重新折叠 discard by 0 8 hsp70 machinery 0 proteolysis hsp70 ATP ADP ATP ADP machinery 00 hsp60-like hsp60-like machinery machinery ribosome correctly folded protein correctly folded protein 细胞精密监测细胞中错误折叠的蛋白数量，胞质溶胶中错误蛋白的积累可以诱发细 胞热休克反应，激活编码胞质溶胶中分子伴侣蛋白等基因的转录。这些蛋白的产生 可帮助蛋白分子重新折叠
变性与错误折叠蛋白质的重新折叠 细胞精密监测细胞中错误折叠的蛋白数量，胞质溶胶中错误蛋白的积累可以诱发细 胞热休克反应，激活编码胞质溶胶中分子伴侣蛋白等基因的转录。这些蛋白的产生 可帮助蛋白分子重新折叠
B.内膜系统 Plasma membrane Extracellular medium Endocytic vesicle Lysosome Perinuclear space Nuclear envelope Transport vesicles Early endosome Late endosome 62 Golgi complex 网、高尔基体、溶酶体、胞内体运输小泡、 内膜系统：由结构和功能相关的细胞器组成 Secretory vesicles Smooth endoplasmic Ribosomes reticulum Rough endoplasmic reticulum Peroxisomes Cytosol 分泌泡等。 包括内质 膜性细胞器： 指细胞质中所有具有膜结构的细胞器。包括细胞核、内质网 高尔基体、胞内体、溶酶体、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体
B. 内膜系统 内 膜 系 统: 由 结 构 和 功 能 相 关 的 细 胞 器 组 成 ， 包 括 内 质 网 、 高 尔 基 体 、 溶 酶 体 、 胞 内 体 运 输 小 泡 、 分 泌 泡 等 。 膜性细胞器： 指细胞质中所有具有膜结构的细胞器。包括细胞核、内质网、 高尔基体、胞内体、溶酶体、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体
C.内膜系统的动态特征 冬内膜系统处于动态变化中。其中的大多数细胞器之 间通过运输小泡联系。在细胞分裂时解体与重建。 在生物合成中，蛋白质、碳水化合物、脂类在细胞 内移动。 在细胞分泌过程中，向胞外排出蛋白等。 公在内吞途径中，内吞物质转运至细胞内
C. 内膜系统的动态特征 ❖内膜系统处于动态变化中。其中的大多数细胞器之 间通过运输小泡联系。在细胞分裂时解体与重建。 ❖在生物合成中，蛋白质、碳水化合物、脂类在细胞 内移动。 ❖在细胞分泌过程中，向胞外排出蛋白等。 ❖在内吞途径中，内吞物质转运至细胞内