MindMap Gallery 第九章 内膜系统与蛋白质
内质网是蛋白质合成的主要场所之一,它能够合成各种类型的蛋白质,包括向细胞外分泌的蛋白质、膜整合蛋白、构成细胞器中的可溶性驻留蛋白等。在细胞生命活动中都扮演着重要角色。
Edited at 2023-11-01 20:27:12Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
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Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
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内膜系统与蛋白质分选
概述
膜性细胞器与内膜系统
内膜系统的概念
广义:细胞质中所有具有膜结构的细胞器。
狭义:指哪些膜间相互流动,处于动态平衡,并在功能上相互协调的细胞器,包括内质网、高尔基体、细胞核、溶酶体和液泡。
膜性细胞器的作用与分布
都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输。
内膜系统的动态性
1.生物合成途径
2.分泌途径
3.内吞途径
内膜系统的进化及其意义
进化
起因:遗传信息信息量的扩大,体积的增大、表面积与体积比值失调、物质代谢速度受损。
对策:细胞内部结构区域化。
途径:内共生途径、细胞质膜内陷途径。
意义
1.内膜系统中各细胞器膜结构的合成和装配是统一进行的,这不仅提高了合成的效率,更重要的是保证了膜结构的一致性。
2.内膜系统在细胞内形成了一些特定的功能区和微环境。
3.内膜系统通过小泡分泌的方式完成膜的流动和特定功能蛋白质的定向运输。
4.内膜系统的形成使这些酶反应互不干扰。
5.扩大了膜的表面积,提高了表面积与体积的比值。
6.区室的形成,相对提高了重要分子的浓度,从而提高了反应速率。
膜性细胞器的再生
细胞通过分裂进行增殖时,除了复制染色体外,也必须复制细胞内的膜性细胞器。
蛋白质分选与膜运输
蛋白质分选运输的时空概念
合成的蛋白质何时转运?
合成的蛋白质在运输中所要逾越的空间障碍是什么?
蛋白质分选运输的空间障碍及克服机制
穿膜运输
核孔运输
膜泡转运
信号序列指导蛋白质的正确运输
信号序列
15-60个 aa长度,不同的膜结合细胞器具有不同的蛋白质定位的信号序列。
运输方式
入核信号
指导核蛋白的运输。
导肽
指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白质的运输。
信号肽
指导内膜系统蛋白质运输。
内膜系统的研究方法
放射自显影术
确定了分泌的路线,从内质网开始经高尔基体运向细胞外。
差速离心分离
确定了参与合成和分泌的主要细胞器的作用,内质网是参与蛋白质合成和转运的,高尔基体不仅是中转站,而是具有加工的作用。
突变体研究
揭示了分泌活动的相关基因及分泌的机理。
内质网
概述
Porter 和 Palade 在电镜观察下鸡胚成纤维细胞,发现各种大小管道相连成的网状,并在细胞质的内质部位,称内质网。
概念
内质网是由一层单位膜所形成的囊状、泡状和管状结构,并形成一个连续的网膜系统,由于靠近细胞质的内侧,称内质网。
内质网的形态结构与化学组成
内质网的形态结构
扁平囊状排列
管道状排列
小泡状排列
内质网的化学组成
蛋白质与脂、代谢酶系、细胞色素P450与电子传递链。
标志酶:葡萄糖-6-磷酸酶
滑面内质网的功能
糖原分解释放游离的葡萄糖
碳水化合物的代谢。
膜脂与脂双层的合成
类固醇激素的合成
通过小泡形式分泌。
通过转运蛋白结合。
参与肝细胞的解毒作用
滑面内质网含有丰富的氧化酶系统(如细胞色素P450、NADH细胞色素C还原酶)能使许多有毒物质解毒,转化为易于排出的物质。
混合功能的氧化酶
每分子底物被氧化需要一分子氧,将NADH转变为NADH 。
该氧化过程消耗的氧分子中有一个氧原子出现在水中,另一个氧原子出现在产物中。
参与信号传导与肌收缩
Ca2 的调节作用
糙面内质网的功能——蛋白质转运
信号序列的发现和证实
一般特征
15-35个氨基酸残基,N-端含有一个或多个带正电荷的氨基酸,在蛋白质合成中引导核糖体进入内质网,后被切除。
信号假说
1.分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体。
2.新生蛋白的N端信号序列露出核糖体后,靠自由碰撞与内质网膜的转运蛋白结合,接着N端信号序列插入转运蛋白的水性通道。
3.蛋白质继续合成,并以袢环形式穿过内质网膜的转运蛋白。
4.信号肽酶将信号肽切除,完全合成的新生态进入内质网的腔。
信号识别颗粒及作用
信号识别颗粒
核糖体蛋白复合物
信号识别颗粒受体
是内质网膜上与SRP结合的内质网膜蛋白,二聚体,由α与β亚基构成,α是SRP识别与结合位点,β亚基是穿膜蛋白。
作用
与结合有内质网信号的SRP结合,将正在合成蛋白质的核糖体引导到内质网的膜。
介导核糖体与非偶联的内质网膜中转运蛋白结合,然后将SRP与α亚基上的GTP水解释放SRP,核糖体上的mRNA 继续完成多肽的翻译,并通过转运蛋白进入内质网的腔。
分泌蛋白质共翻译转运机制
内质网信号序列有两个基本作用
与结合有内质网信号的SRP结合,将正在合成蛋白质的核糖体引导到内质网的膜。
通过信号序列的疏水作用,引导新生态穿膜转运。
分泌蛋白进入内质网腔的过程
1.分泌性蛋白质在核糖体上起始合成。
2.信号序列与SRP结合。
3.核糖体附着在内质网上。
4.SRP释放与蛋白质转运通道的打开。
5.在信号肽酶的作用下,信号肽被切除,分泌蛋白被释放到内质网的腔中。
蛋白质翻译后进入内质网
酵母中有很多蛋白质,以及哺乳动物中少数蛋白质的内质网寻靶不是通过共翻译转运的,而是在游离核糖体翻译后转运到内质网。
蛋白质插入内质网的膜及定向
单次穿膜蛋白
整合方式
N端游一个可切割的信号肽,内部有一个停止转移信号。
两次穿膜与多次穿膜的膜蛋白形成
两次穿膜是指蛋白质多肽内部有两个疏水的转移序列。一个是起始转移序列,另一个是停止转移序列。
多次穿膜即有多个疏水的起始转移序列及多个疏水的停止转移序列。
蛋白质在内质网中折叠与修饰
分子伴侣在内质网中帮助蛋白质折叠
重链结合蛋白(Bip):一类分子伴侣,能与lgG抗体的重链结合。
蛋白质的糖基化修饰
蛋白质在内质网中糖基化修饰的意义
证明了蛋白质的糖基化对其在内质网中正确折叠具有重要作用。
错误折叠蛋白质的消除
清出内质网,运回细胞质中被蛋白酶体水解。
需要解折叠、分子伴侣、消耗能量、转运蛋白。
内质网中错误折叠的信号应答
引起热休克反应、未折叠蛋白反应。
糖基磷脂酰肌醇的合成与蛋白质的锚定
与蛋白质的糖基化非常相似,不过是由转氨酶复合物催化的。
很多蛋白质都是通过GPI锚被锚定在细胞质膜的内表面,参与信号反应。
GPI锚定蛋白可引导质膜蛋白进入脂筏,从而将蛋白质相互隔开。
溶酶体与液泡
溶酶体的酶与溶酶体的发现
溶酶体的发现
是动物细胞中一种膜结合细胞器,小球状,外面由一层单位膜包被。
溶酶体的酶
寡糖链由磷酸化甘糖露残基。
相当于植物细胞的圆球体以及液泡。
溶酶体的类型
初级
次级
自噬溶酶体
异噬溶酶体
混合性
参与小体
溶酶体形态
溶酶体膜特征
嵌有质子泵,形成和维持溶酶体中酸性的内环境。
具有多种载体蛋白用于水解产物向外运输。
膜蛋白高度糖基化,有利于防止自身蛋白膜的降解。
含有能促进膜稳定的胆固醇。
标志酶:酸性磷酸酶。
溶酶体的功能
主要:消化作用
自噬作用
清除降解细胞内受损的细胞结构、衰老的细胞器以及不再需要的生物大分子等。
吞噬作用
细胞吞噬感染的病毒、细菌或其他一些颗粒,保护细胞免受细菌与病毒的浸染,是细胞的防御功能。
自溶作用
是细胞的自我毁灭,即溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解。
其他功能
分泌腺细胞中,溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节。
受精过程中的精子的顶体反应。
溶酶体与疾病
溶酶体贮积症
Ⅱ型糖原贮积症
硅肺
休克
生物反应
溶酶体蛋白的合成、修饰及分选
新生多肽链通过共翻译转运途径进入RER。
在RER腔内进行N-连接的糖基化修饰。
膜泡转运,进入GC顺面囊膜。
N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶催化形成M6P。
与GC反面膜囊的M6P受体结合。
运输小泡形成与内体结合。
酶前体与M6P受体分离,受体再循环。
溶酶体酶通过去磷酸化成熟。
植物细胞的液泡
植物细胞中含有一个或多个充满液体的囊泡,叫液泡,其体积占细胞体积的30%,高的达90%。
含有多种水解酶类。
功能
作为营养和废物的储存器,也是物质降解的场所。
能调节细胞的大小,也能控制细胞的膨压。
使细胞耐受不同的环境变化。
调节细胞的渗透压,调节聚合物的降解与合成。
在某些情况,还能改变糖、氨基酸、某些代谢物穿过质膜与液泡膜的运输速度。
高尔基体
高尔基体的一般特性
发现命名
Camillo Golgi 用硝酸银染色,在猫头鹰的小脑浦肯野氏细胞中发现,呈黑色的网状结构,命名”内网器“,后改为高尔基体。
高尔基体是内膜系统的一部分,结构复杂,由许多扁囊、小泡、大泡组成,现称这种现象为高尔基体复合体。
高尔基体的形态结构
一些排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起。扁平膜囊多呈弓形,也有的呈半球形或球形。
扁平潴泡
小泡
高尔基体的极性
结构
顺面,或形成面。
高尔基体中间膜囊。
反面高尔基网络。
功能
高尔基体执行功能时是“流水式"操作,上一道工序完成了,才能进行下一道工序。
高尔基体的数量与分布
数量不等,平均为每细胞20个。
高尔基体复合物只存在于真核细胞中,原核细胞中则无。
高尔基体的化学组成
蛋白质和脂
标志酶:糖基转移酶。
高尔基体的功能
高尔基体对蛋白质的分选作用
分选作用
是由信号序列和受体之间的相互作用决定的。
高尔基体囊膜的腔是一个水溶性环境,其中的工作蛋白都是膜蛋白。
对蛋白质寡糖的加工是在各个特异的功能区室进行的,其中最重要的加工修饰是蛋白质的糖基化。
N-连接寡糖链的加工
高甘露糖寡糖
只切除3分子的甘露糖。
复合寡糖
切除5分子甘露糖,添加上2分子N-乙酰葡萄糖胺、2分子半乳糖、2分子唾液酸,有时还要添加岩藻糖。
蛋白质的Q-连接糖基化修饰
N-连接
Q-连接
将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸羟基的氧原子上。
意义:糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性;另外多羟基糖侧链3影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。
高尔基体中鞘磷脂与糖脂的合成
鞘磷脂是利用神经酰胺合成的。
半纤维素与果胶也是在高尔基体中合成的。
植物细胞中高尔基体80%的代谢活性都贡献给了多糖的合成。
高尔基体的运输作用
ER与高尔基体顺面间的蛋白质运输。
蛋白质从顺面高尔基网络向反面高尔基体网络运输,穿梭小泡从顺面高尔基体网络向反面高尔基体网络移动。