1、细胞基质翟中和课件细胞基质翟中和课件ContentSection 1 cytoplasmic matrix细胞质基质细胞质基质Section 2 endomembrane system内膜系统内膜系统（ER-内质网、内质网、Golgi-高尔基体、高尔基体、Lysosome-溶酶体）溶酶体）Section 3 protein sorting and vesicular transport蛋白质的分选与膜泡运输蛋白质的分选与膜泡运输Endomembrane SystemrERsERlysosomeperoxisomevesicleNuclear envelopeGolgi complexEREnd
2、omembrane Systemp a series of interconnected membranous organellespInvolved in the synthesis , transport and secretion of biological moleculespendomembrane system（内膜系统内膜系统）：）：p细胞细胞内内，在结构、功能乃至发生上，在结构、功能乃至发生上相关相关的，的，由由膜膜围绕的细胞器或细胞结构。围绕的细胞器或细胞结构。p组成：核被膜、内质网、高尔基体、溶酶体、组成：核被膜、内质网、高尔基体、溶酶体、运输小泡等。运输小泡等。Nucle
3、ar envelopeERGolgi complexlysosomevesicle(A) A variety of membrane-bounded compartments exist within eucaryotic cells, each specialized to perform a different function. (B) The rest of the cell, excluding all these organelles, is called the cytosol (colored blue). This is the site of many vital cell
4、ular activities. Membrane-enclosed organelles are distributed throughout the cytoplasm. 在真核细胞的细在真核细胞的细胞中胞中,除去可分除去可分辨的细胞器以外辨的细胞器以外的胶状物质。的胶状物质。cytoplasmic matrix or cytomatrix（细胞质基质细胞质基质）：）：Relative volumes occupied by the major intracellular compartments in Liver CellIntracellular compartment % of to
5、tal cell volumeCytosol 54Mitochondria 22Rough ER cisterna 9Smooth ER cisterna plus Golgi cisterna 6Nucleus 6Peroxisome 1Lysosomes 1Endosomes 1显微水平上称为透明质或细胞液；显微水平上称为透明质或细胞液；亚显微水平上称为亚显微水平上称为cytomatrix；细胞生化上称为细胞生化上称为cytosol(胞质溶胶胞质溶胶)即即细胞匀浆经超速离心除去所有细胞器和细胞匀浆经超速离心除去所有细胞器和颗粒后的上清液部分。颗粒后的上清液部分。 cell sapcell
6、saphyaloplasmhyaloplasmThe cytomatrix contains many The cytomatrix contains many particles and cytoskeletalparticles and cytoskeletal fibers. fibers.n细胞质基质的化学组成可按其分子量大小分为三细胞质基质的化学组成可按其分子量大小分为三类，即小分子、中等分子和大分子。类，即小分子、中等分子和大分子。p小分子包括水、无机离子；小分子包括水、无机离子；p属于中等分子的有脂类、糖类、氨基酸、核苷酸属于中等分子的有脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等；及
7、其衍生物等；p大分子则包括多糖、蛋白质、脂蛋白和大分子则包括多糖、蛋白质、脂蛋白和RNARNA等。等。 参与中间代谢参与中间代谢酶酶维持细胞形态维持细胞形态与细胞内物质运输有关与细胞内物质运输有关提供一些酶类的结合位点提供一些酶类的结合位点p状态状态： 细胞质基质是一个高度有序的体系，其细胞质基质是一个高度有序的体系，其中细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质中细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与胶体中，多数的蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的生物学功能。特定的生物学功能。p功能功能1、细胞质基质是部分蛋白质及
8、脂肪酸合成、细胞质基质是部分蛋白质及脂肪酸合成、许多中间代谢反应发生的重要场所。许多中间代谢反应发生的重要场所。2、细胞质骨架维持细胞的形态、细胞的运动、细胞质骨架维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内物质、能量及信息的传递，为细胞细胞内物质、能量及信息的传递，为细胞器及其他成分提供锚定位点。器及其他成分提供锚定位点。3、细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质的选、细胞质基质在蛋白质的修饰、蛋白质的选择性降解等方面起着重要作用。择性降解等方面起着重要作用。Section 2 Endomembrane System一、一、Endoplasmic Reticulum二、二、Golgi Apparatus 三
9、、三、LysosomeStructure and Function内质网内质网K. R. Porter等于等于1945年发现于培养的小鼠成年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因最初纤维细胞，因最初看到的是位于细胞看到的是位于细胞质内部的网状结构，质内部的网状结构，故名内质网故名内质网（endoplasmic reticulum，ER）。）。microsome微粒体微粒体microsomepIn cell biology, a microsome is a small vesicle that is derived from fragmented endoplasmic reticulum (ER)
10、produced when tissues such as liver are mechanically broken (homogenized).在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的在细胞匀浆和超速离心过程中，由破碎的内质网形成的近似球形的囊泡结构。它包内质网形成的近似球形的囊泡结构。它包含内质网膜与核糖体两种基本组分。含内质网膜与核糖体两种基本组分。The endoplasmic reticulum extends as a network throughout the entire cytoplasm so each area of cytosol is close to some po
11、rtion of the ER membrane.ERFluorescent （荧光）（荧光） photographThe ER is a series of interconnect, intracytoplasmic, membrane bounded sacs,looks like a labyrinth.Endoplasmic Endoplasmic reticulumreticulumnThe types of ERnThe functions of ERSacVesicleTubuleConfigurations(rough ER)(smooth ER)the Types of E
12、Rsmooth ER (sER) Regions of ER that lack ribosomes are called smooth ER.rough ER (rER) Cytosolic surface has ribosomes bound to it.The structure of Endoplasmic reticulumpER consists of a network of membranous tubules and sacs called cisternae. (a reservoir for a liquid)pthe network are interconnecte
13、d.pThe ER membrane is continuous with the nuclear envelope.a pancreatic acinar cell粗面内质网（粗面内质网（RER）有核糖体附着。有核糖体附着。RER呈扁平囊状，排列整齐，呈扁平囊状，排列整齐，RER的功能：通过移位子（的功能：通过移位子（translocon）把新合成的多肽移入内质网，合成分泌性把新合成的多肽移入内质网，合成分泌性蛋白和多种膜蛋白。蛋白和多种膜蛋白。ER with attached ribosomesER without ribosomes光面内质网（光面内质网（SER）无核糖体附着。无核糖体附
14、着。SER呈分支管状或小泡状。呈分支管状或小泡状。SER的功能：合成脂质。的功能：合成脂质。eg：睾丸间质细胞：睾丸间质细胞中合成固醇类激素，肝细胞合成的胆固醇中合成固醇类激素，肝细胞合成的胆固醇RER和和SER成分不同，细胞不含成分不同，细胞不含纯粹的纯粹的RER或或SER，它们分别是，它们分别是ER连续结构的一部分。连续结构的一部分。 rERsERMany ribosomes on its surfaceNo ribosomes on its surfaceStacks of flattened sacs or cisternaeFine network of tubules(connec
15、ted to cisternae of rER)2030nm in width (luminal space)3060nm in diameter (tubule)Pancreatic cellLeydig cell in testisHepatocyteThe quantity and types of ER are different in different cells, which are closely interrelated with functions of cells. 关于核膜和内质网膜进化的可能途径关于核膜和内质网膜进化的可能途径的假说的假说细胞质膜的内陷分化细胞质膜的内
16、陷分化。II. Functions of ERnThe functions of ERThe functions of ERpSynthesizes proteinpSynthesizes lipidspModify protein (glycosylation)pfolding and assembly of nascent polypeptidepOther functionsnDetoxifies drugs, alcohol and poisonsnSynthesizes steriods hormones nStores calciumnMetabolizes glycogen在细胞
17、中是蛋白质、脂类、糖等除在细胞中是蛋白质、脂类、糖等除核酸以外的生物大分子合成的场所核酸以外的生物大分子合成的场所. .1.蛋白质合成蛋白质合成向细胞外分泌的蛋白。向细胞外分泌的蛋白。膜的整合蛋白。膜的整合蛋白。构成细胞器中的可溶性构成细胞器中的可溶性驻留蛋白。驻留蛋白。需要与其它需要与其它细胞组合严格分开的酶，细胞组合严格分开的酶，如：溶酶体的各种水解如：溶酶体的各种水解酶；内质网和高尔基体酶；内质网和高尔基体蛋白质。蛋白质。p Proteins synthesized on ribosomes of rER include: n secretory proteins, n integral
18、 membrane proteins, n soluble proteins of organelles. v Proteins synthesized on ribosomes of rER include: secretory proteins, integral membrane proteins, soluble proteins of organelles. pMost plant and animal phospholipids synthesized at rough ER (RER).p磷脂的合成主要是在粗面内质网。磷脂的合成主要是在粗面内质网。pThe enzymes inv
19、olved in the synthesis of phospholipids are themselves integral proteins of the ER membrane with their active sites facing the cytosol.p参与磷脂合成的酶均为内质网膜蛋白，其活参与磷脂合成的酶均为内质网膜蛋白，其活性部位在膜的细胞质基质一侧。性部位在膜的细胞质基质一侧。2. Membrane lipid biosynthesis in the ERpPhospholipids incorporated into cytosolic leaflet of bila
20、yer during synthesis (flippases)。p磷脂合成于脂双分子层胞质侧，转位酶帮助翻转。磷脂合成于脂双分子层胞质侧，转位酶帮助翻转。Lumen of ERcytosolAre all biomembranes created equal?翻转酶翻转酶 How can the membrane compositions of an endomembrane system be different?NO!1. Modification of Head Groups2. Preferential Inclusion into Vesicles3. Phospholipid-E
21、xchange Proteins modified enzymaticallyPEPp转运方式：转运方式：n出芽：到高尔基体、溶酶体和细胞膜出芽：到高尔基体、溶酶体和细胞膜n磷脂转换蛋白：线粒体和过氧化物酶体磷脂转换蛋白：线粒体和过氧化物酶体pMembrane lipids transport are mediated by the membrane vesicles, which bud and pinch of from the ER membrane and bind and fuse with the target organelles. So these target organel
22、les membrane lipid is complementary（补充）（补充）.Budding and fusion:pPhospholipid exchange proteins (PEP): PEP can transfer lipid molecule from ER to compartments that need complementary membrane lipid. pThis protein is differential，each of them can transport only one kind lipid molecule.3.The modificati
23、on of protein包括糖基化、羟基化、酰基化、二包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被质最终被糖基化糖基化。Protein Glycosylation in ER pGlycosylation（糖基化糖基化）:p the process of proteins modify by the addition of Oligosaccharide chains(寡糖链寡糖链). two types of protein glycosylation : N-连接的糖基化连接
24、的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的）：与天冬酰胺残基的NH2连连接，糖为接，糖为N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。O-连接的糖基化连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与）：与Ser、Thr的的OH连接，连接，连接的糖为半乳糖或连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。尔基体上进行。two types of protein glycosylationN-连接的糖基化连接的糖基化N-linked glycosylationO-连接的糖基化连接的糖基化O-linked glycosylation氨基酸氨基酸天冬
25、酰胺天冬酰胺Asn-X-Ser/ThrSer、Thr残基残基NH2OH糖糖N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺修饰部位修饰部位 ERGolgi complex 多多萜萜醇醇pp甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘葡葡葡葡葡葡甘甘甘甘甘甘甘甘多多萜萜醇醇pp甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘sn葡葡葡葡葡葡甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘甘多多萜萜醇醇pprER腔腔rER膜膜核糖体核糖体多多萜萜醇醇pp多萜醇多萜醇N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺甘甘甘露醇甘露醇葡葡葡萄糖葡萄糖糖基转移酶糖基转移酶糖基化过程：寡糖翻转活化寡糖翻转活化糖基转移糖基转移糖基化的作用：糖基化的作用：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用
26、；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；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。折叠。4.The folding and assembly of nascent polypeptide不同的蛋白质在内质网腔中停留的时不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白质完成正间不同，这主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间，这一过程是在确折叠和组装的时间，这一过程是在属于属于hsp70家族的家族的ATP酶的作用下完成酶的作用下完成的，需要消耗能量。的，需要消耗能量。蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（protein
27、disulfide isomerase)结合蛋白结合蛋白（binding protein ， Bip）：）：一级结构一级结构四级结构四级结构三级结构三级结构PDI：切断错误的二硫键，帮助合成新的二：切断错误的二硫键，帮助合成新的二硫键，并处于正确折叠状态。硫键，并处于正确折叠状态。结合蛋白（结合蛋白（binding protein ， Bip）：识）：识别错误或未装配好的蛋白质亚单位，并促进别错误或未装配好的蛋白质亚单位，并促进它们重新折叠与装配。它们重新折叠与装配。有些无法完成正确折叠的蛋白质通过移位子有些无法完成正确折叠的蛋白质通过移位子被输出内质网，被蛋白酶体降解掉。被输出内质网，被蛋白
28、酶体降解掉。the BiP proteinsKDEL信号，保证蛋白质驻留内质网信号，保证蛋白质驻留内质网p解毒：光面内质网内含有一些有解毒功能的酶，解毒：光面内质网内含有一些有解毒功能的酶，如肝细胞的细胞色素如肝细胞的细胞色素P450酶系。酶系。p光面内质网参与甾体类激素的合成。光面内质网参与甾体类激素的合成。 p储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。pDetoxifies drugs, alcohol and poisonspSynthesizes steriods hormones pStores calciumIn muscle cellsa
29、rcoplasmic eticulum in muscle cells, the vesicles and tubules serve as a store of calcium which is released as one step in the contraction process. sarcoplasmic reticulumAxon myofibril内质网与基因表达的调控内质网与基因表达的调控内质网细胞核的信号转导途径内质网细胞核的信号转导途径内质网腔内未折叠蛋白的超量积累内质网腔内未折叠蛋白的超量积累折叠好的膜蛋白的超量积累折叠好的膜蛋白的超量积累内质网膜上膜质成分的变化内质网膜上膜质成分的变化Summary-1Structure Sacs(cisternae) Vesicles TubulesTypes rER sER
