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细胞分子生物学,细胞内蛋白质的合成部位和去向,蛋白质合成部位 -内质网简介,内质网（endoplasmic reticulum, ER）是真核细胞重要的细胞器。它由封闭的膜系统及其围成的腔形成相互沟通的网状结构。内质网通常占细胞膜系统的一半左右，体积约占细胞总体积的10%以上。在不同类型的细胞中，内质网的数量，类型与形态差异很大。同一细胞在不同发育阶段和不同的生理状态下，内质网的结构和功能也发生明显变化。在细胞周期的各个阶段，内质网的变化是极其复杂的。细胞分裂时，内质网要经历解体和重建的过程。,蛋白质合成部位 -内质网简介,由于内质网的存在，大大增加了细胞内膜的表面积，为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合位点。同时内质网形成的完整封闭体系，将内质网上合成的物质与细胞质基质中合成的物质分隔开来，更有利于它们的加工和运输。,内质网的功能,ER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。 ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白，另有30多种位于内质网腔，这些蛋白的分布具有异质性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。,内质网的分类,根据结构和功能，内质网可分为两种基本类型： 一.糙面内质网 （rough endoplasmic reticulum, rER） 二.光面内质网 （smooth endoplasmic reticulum, sER）,糙面内质网,糙面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，因在其膜表面分布着大量的核糖体而命名。它是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构，其主要功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。因此在分泌细胞（如胰腺腺泡细胞）和分泌抗体的浆细胞中，糙面内质网比较发达，而在一些未分化的细胞与肿瘤细胞中则较为稀少。,糙面内质网,图为内质网,其中的颗粒状物质为核糖体,光面内质网,表面没有核糖体结合的内质网称为光面内质网。光面内质网常为分支管状，形成较为复杂的立体结构。光面内质网是脂质合成的重要场所，细胞中几乎不含有纯的光面内质网，它们只是作为内质网这一连续结构的一部分。光面内质网所占的区域通常较小，往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂质转移到高尔基体内。,rER的形态（右图）,sER的形态（左图）,信号肽指导蛋白质转移到内质网合成,C. Milstein（1972）发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞外的N端多出一段。G. Blobel和D. Sabatini等根据进一步的实验，提出了信号假说（Signal hypothesis），认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成。Blobel因此项发现获1999年诺贝尔生理医学奖。,蛋白质转入内质网合成涉及的成分,信号肽（signal peptide），是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽，位于新合成肽链的N端，一般1630个氨基酸残基，含有6-15个带正电荷的非极性氨基酸，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（start transfer sequence）。 信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由6种结构不同的多肽组成，结合一个7S RNA，分子量325KD，属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。,蛋白质转入内质网合成涉及的成分, SRP受体（SPR receptor），是膜的整合蛋白，为异二聚体蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。 停止转移序列（stop transfer sequence），肽链上的一段特殊序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。 转位因子（translocator），由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似炸面圈的结构，每个Sec61蛋白由三条肽链组成。,蛋白质转入内质网合成的过程,信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽切除肽链延伸至终止翻译体系解散。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation。,蛋白质转移到内质网上合成的过程,一些信号肽序列,蛋白质信号序列 Preproalbumin: Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser- Gly-Ser-Ala-Phe-SerArg Pre-IgG light chain: Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly- Thr-Arg-CysAsp Prelysozyme: Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-GlyLys,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化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用是： 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；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠 内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上.,蛋白质的修饰与加工,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： 1. O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。 2. N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺,蛋白质的糖基化,N-连接的糖基化 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002,合成膜脂：大多数膜只是完全在内质网中合成的，例外的情况包括：鞘磷脂是在内质网上开始合成的，但完成于高尔基体；某些线粒体和叶绿体独有的膜脂是驻留在这些细胞器中的酶催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑运输的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移蛋白（phospholipid transfer protein，PTP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。 甾体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中，SER、线粒体，可能还有高尔基体上的一些酶共同参与甾体类激素的合成. 调节血糖浓度：使葡糖6-磷酸水解为磷酸和葡萄糖，释放糖至血液中。细胞中的糖元可被酶转化为葡糖1-磷酸，再转变为葡糖6-磷酸，但由于膜对磷酸化的糖是高度不通透的，葡糖6-磷酸只有在去磷酸化以后才能通过质膜，进入血液。,ER的其它功能,形成一些特殊结构：如肌细胞中的SER特化成的肌质网可储存钙离子，作为细胞内信号物质。 支撑作用：内质网是细胞内最丰富的膜，形成了一种网络结构，提供机械支撑作用，并成为细胞质中酶附着的支架。 解毒作用：SER中的P450酶系属于单加氧酶（monooxygenase），又称为多功能氧化酶 (mixed function oxidase)、羟化酶(hydroxylase)，因其还原态的吸收峰在450nm处，故名。主要分布在SER中，但也存在于质膜、线粒体、高尔基体、过氧化物酶体、核膜等细胞器的膜中，具有解毒作用，通常可将脂溶性有毒物质，代谢为水溶性物质，使有毒物质排出体外。有时也会将致癌物代谢为活性致癌物。P450种类繁多，但都是与其他辅助成分组成一个呼吸链来实现其功能，呼吸链中的P450还原酶实际就是一种黄素蛋白。P450催化O2分子中的一个原子加到底物分子上使之羟化，另一个氧原子被NADH或NADPH提供的氢还原生成水，在此氧化过程中无高能磷酸化合物生成。,ER的其他功能,蛋 白 质 的 去 向,向细胞外分泌的蛋白质 膜的整合蛋白 构成细胞器中的可溶性驻留蛋白,细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞基质之中有些蛋白质刚起始合成不久便转移至内质网膜上，继续进行蛋白质合成在糙面内质网上，多肽链一边延伸一边穿过内质网膜进入内质网腔中，以这种方式合成的蛋白质主要包括：,1.向细胞外分泌的蛋白质,向细胞外分泌的蛋白，如胰腺细胞分泌的酶，浆细胞分泌的抗体，小肠杯状细胞分泌的粘蛋白，内分泌腺分泌多肽类激素以及胞外基质成分等这类蛋白质长以分泌泡的形式通过细胞的胞吐输送到细胞外，而且这种蛋白运输的方式也利于分泌过程的调控,细胞膜上的膜蛋白及内质网，高尔基体和溶酶体膜上的膜蛋白等具有方向性，其方向性在内质网上合成就已确定，在以后的转运过程中，其拓扑学特征始终保持不变,2.膜 的 整 合 蛋 白,有些驻留蛋白需要与其他细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中的酸性水解酶类；内质网，高尔基体和胞内体（endosome）中固有的蛋白以及其他有重要生物活性的蛋白，在合成后进入内质网，便于与其他细胞组分进一步区分，也有利于对他们的加工与活化,3.构成细胞器中可溶性驻留蛋白,Thank you for your attention & concern!,高尔基复合体示意图,一些信号肽序列,蛋白质信号序列 Preproalbumin: Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser- Gly-Ser-Ala-Phe-SerArg Pre-IgG light chain: Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly- Thr-Arg-CysAsp Prelysozyme: Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-GlyLys,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化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用是： 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；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠 内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上.,蛋白质的修饰与加工,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： 1. O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。 2. N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺,蛋白质的糖基化,N-连接的糖基化 引自Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2002,合成膜脂：大多数膜只是完全在内质网中合成的，例外的情况包括：鞘磷脂是在内质网上开始合成的，但完成于高尔基体；某些线粒体和叶绿体独有的膜脂是驻留在这些细胞器中的酶催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑运输的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上，或借磷脂转移蛋白（phospholipid transfer protein，PTP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。 甾体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中，SER、线粒体，可能还有高尔基体上的一些酶共同参与甾体类激素的合成. 调节血糖浓度：使葡糖6-磷酸水解为磷酸和葡萄糖，释放糖至血液中。细胞中的糖元可被酶转化为葡糖1-磷酸，再转变为葡糖6-磷酸，但由于膜对磷酸化的糖是高度不通透的，葡糖6-磷酸只有在去磷酸化以后才能通过质膜，进入血液。,ER的其它功能,形成一些特殊结构：如肌细胞中的SER特化成的肌质网可储存钙离子，作为细胞内信号物质。 支撑作用：内质网是细胞内最丰富的膜，形成了一种网络结构，提供机械支撑作用，并成为细胞质中酶附着的支架。 解毒作用：SER中的P450酶系属于单加氧酶（monooxygenase），又称为多功能氧化酶 (mixed function oxidase)、羟化酶(hydroxylase)，因其还原态的吸收峰在450nm处，故名。主要分布在SER中，但也存在于质膜、线粒体、高尔基体、过氧化物酶体、核膜等细胞器的膜中，具有解毒作用，通常可将脂溶性有毒物质，代谢为水溶性物质，使有毒物质排出体外。有时也会将致癌物代谢为活性致癌物。P450种类繁多，但都是与其他辅助成分组成一个呼吸链来实现其功能，呼吸链中的P450还原酶实际就是一种黄素蛋白。P450催化O2分子中的一个原子加到底物分子上使之羟化，另一个氧原子被NADH或NADPH提供的氢还原生成水，在此氧化过程中无高能磷酸化合物生成。,ER的其他功能,蛋 白 质 的 去 向,向细胞外分泌的蛋白质 膜的整合蛋白 构成细胞器中的可溶性驻留蛋白,细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞基质之中有些蛋白质刚起始合成不久便转移至内质网膜上，继续进行蛋白质合成在糙面内质网上，多肽链一边延伸一边穿过内质网膜进入内质网腔中，以这种方式合成的蛋白质主要包括：,1.向细胞外分泌的蛋白质,向细胞外分泌的蛋白，如胰腺细胞分泌的酶，浆细胞分泌的抗体，小肠杯状细胞分泌的粘蛋白，内分泌腺分泌多肽类激素以及胞外基质成分等这类蛋白质长以分泌泡的形式通过细胞的胞吐输送到细胞外，而且这种蛋白运输的方式也利于分泌过程的调控,细胞膜上的膜蛋白及内质网，高尔基体和溶酶体膜上的膜蛋白等具有方向性，其方向性在内质网上合成就已确定，在以后的转运过程中，其拓扑学特征始终保持不变,2.膜 的 整 合 蛋 白,有些驻留蛋白需要与其他细胞组分严格隔离，如溶酶体与植物液泡中的酸性水解酶类；内质网，高尔基体和胞内体（endosome）中固有的蛋白以及其他有重要生物活性的蛋白，在合成后进入内质网，便于与其他细胞组分进一步区分，也有利于对他们的加工与活化,3.构成细胞器中可溶性驻留蛋白,Thank you for your attention & concern!,高尔基复合体示意图,
