细胞质基质与内膜系统

第五版细胞生物学第五章 细胞质基质与内膜系统思维导图

第五章 细胞质基质与内膜系统

• 细胞内部被膜系统大致分割为三类结构：结构质基质、内膜系统和其他由膜所包被的细胞器，诸如线粒体、叶绿体、过氧化氢酶体和细胞核等。
• 细胞质基质及其功能
  • 细胞质基质的涵义
    • 在真核细胞中，除去可辨识的细胞器以外的胶状物质称为细胞质基质。
    • 细胞质基质是是一种高度有序的体系，细胞骨架在其中发挥重要作用。
  • 细胞质基质的功能
    • 1.细胞质基质是蛋白质和脂肪和合成的重要场所
    • 2.细胞质基质另一方面的功能与细胞骨架相关。细胞骨架是细胞体系的组织者，为细胞质基质中其他成分和细胞器提供锚定位点。
    • 3.与蛋白质的翻译后修饰和选择性降解等方面有关
      • 蛋白质的修饰
        • 辅酶或辅基与酶结合
        • 磷酸化和去磷酸化
        • 蛋白质糖基化作用
          • 主要发生在内质网和高尔基体中
        • 甲基化修饰
          • 细胞骨架通过甲基化防止被蛋白酶水解
        • 酰基化
          • 最常见是内质网上合成的跨膜蛋白在通过内质网和高尔基体的转运过程中发生
      • 控制蛋白质的寿命
        • 蛋白质寿命的信号
          • 蛋白质N端的第一个氨基酸若是Met、Ala、Val、Cys、Gly、Pro，蛋白质常常是稳定的，若是其他的氨基酸，则不稳定。
        • 对于错误或不稳定的蛋白质，有泛素化和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径
          • 生物学功能
            • 蛋白质质量监控
            • 影响细胞代谢
            • 信号转导和受体调整
            • 免疫反应
            • 细胞周期调控
            • 转录调节
            • DNA修复
          • 蛋白酶体
            • 概念
              • 是细胞内降解蛋白质的大分子复合体，由50多种亚基组成，具有蛋白酶的活性
            • 功能
              • 细胞内蛋白质破碎机
          • 泛素
            • 概念
              • 是由76个氨基酸残基组成的小分子蛋白，具热稳定性，普遍存在于真核细胞中
            • 蛋白质的泛素化
              • 需要多种酶的先后催化完成，包括泛素活化酶（E1），泛素结合酶（E2），泛素连接酶（E3）
      • 帮助变性或错误折叠的蛋白质正确折叠
        • 靠热激蛋白（HSP）完成
          • 一类演化上高度保守的蛋白质家族，作为分子伴侣发挥多种作用，大多数是组成型表达和执行多种基本功能，有的是细胞在胁迫条件下高水平表达，以维持细胞稳态
          • 分类
            • Hsp100
            • Hsp90
            • Hsp70
            • Hsp60
            • 小分子HSP
      • 大多是的修饰都是由专一的酶作用于蛋白质侧链特定位点上
• 细胞内膜系统及其功能
  • 概念
    • 细胞内膜系统是指在结构、功能乃至发生上相互关联，由单层膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、内体和分泌泡等。
  • 内质网的结构与功能
    • 内质网是真核细胞中最普遍且形态多变，适应性最强的细胞器之一。内质网由封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相联通的三维网络结构。微粒体即是囊泡。
    • 内质网受外界因素的作用非常敏感，糙面内质网发生最普遍的病变是内质网腔扩大并形成空泡
    • 组成
      • 外周内质网（ER）
        • 片层状内质网
          • 结构特点
            • 一般位于核膜周围，多呈囊状，排列整齐，是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构
          • 功能
            • 合成分泌性蛋白和多种膜蛋白
          • 分布
            • 在分泌活动旺盛的细胞中含量较多
        • 管状内质网
          • 结构特点
            • 表面没有附着核糖体的内质网，常为分支管状，形成复杂的三维网状
          • 功能
            • 合成细胞所需包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部磷脂
          • 磷脂运输的方式
            • 出芽转运到高尔基体
            • 凭借磷脂交换蛋白（PEP）在供体膜与受体膜之间转换磷脂
            • 供体膜和受体膜之间通过膜嵌入蛋白所介导的直接接触
      • 核膜
    • 内质网的功能
      • 蛋白质和脂质的合成
      • 蛋白质的修饰与加工
        • 发生在内质网和高尔基体的糖基化修饰
        • 在内质网腔内形成二硫键
        • 蛋白质的折叠和装配
        • 在内质网。高尔基体和分泌泡发生特异性的蛋白质水解切割
      • 新生多肽的折叠和组装
        • 蛋白二硫键异构酶（PDI）可以切断异常的二硫键
        • 内质网中的一种结合蛋白（Bip），是Hsp家族的分子伴侣，
          • 作用
            • 与进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸残基结合，防止错误折叠
            • 防止蛋白质在转运过程中变性或断裂
      • 其他功能
        • 肝细胞解毒作用
        • 心肌细胞对细胞质中的钙离子起调节作用
    • 内质网应激及信号调控（ERS）
      • 未折叠蛋白质应答反应
      • 内质网超负荷反应
      • 固醇调节级联反应
      • 如果内质网功能持续紊乱，细胞会启动细胞凋亡程序
  • 高尔基体的形态结构与功能
    • 高尔基体的形态结构与极性
      • 高尔基体特征结构
        • 由排列整齐的扁平膜囊堆叠而成。扁平囊膜多呈弓形或半球形。囊膜周围又有许多大小不等的囊泡结构，是有极性的细胞器。
      • 结构分类
        • 高尔基体顺面囊膜与顺面网状结构（CGN）
        • 高尔基体中间膜囊
        • 高尔基体反面膜囊与反面网状结构（TGN）
    • 高尔基体的功能
      • 高尔基体与细胞的分泌功能
        • 高尔基体的TGN区是蛋白质包装分选的关键枢纽
          • 分选途径
            • 溶酶体酶的包装与分选途径
            • 调节型分泌途径
            • 组成型分泌途径
      • 蛋白质的糖基化及其修饰
      • 蛋白质的水解和其他加工过程
  • 溶酶体的结构与功能
    • 溶酶体形态结构
      • 多层膜围绕，内含多种酸性水解酶的囊泡状细胞器
    • 分类
      • 初级溶酶体
        • 直径0.2~0.5um,内容物单一
      • 次级溶酶体
        • 初级溶酶体和细胞内的自噬泡融合形成消化作用的复合体
    • 功能
      • 消化由胞吞作用进入细胞的内容物
      • 细胞自噬与生物大分子、损伤的细胞器的降解
      • 防御功能
  • 过氧化物酶体
    • 概念
      • 也称微体，是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器
    • 过氧化物酶体与溶酶体的区别
      • 过氧化物酶体高浓度的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构
    • 功能
      • 单细胞中含有很多种类和功能
      • 动物细胞肝细胞中可氧化分解血液中的有毒成分
    • 成分
      • 依赖于黄素（FAD）的氧化酶
      • 过氧化氢酶