细胞质基质和细胞内膜系统课件.ppt
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- 细胞质 基质 细胞 内膜 系统 课件
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1、资料仅供参考,不当之处,请联系改正。基本概念:基本概念:用差速离心法分离细胞匀浆物组分,先后除去细胞核、用差速离心法分离细胞匀浆物组分,先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构 后,存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学后,存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学 家多称之为家多称之为胞质溶胶胞质溶胶。主要特点:主要特点:细胞质基质细胞质基质是一个高度有序的体系;是一个高度有序的体系;通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。1、细胞质基质的涵义细胞质基质
2、的涵义一、细胞质基质一、细胞质基质 细胞质基质是细胞的重要的结构成细胞质基质是细胞的重要的结构成 分,其体积约占细胞质的一半分,其体积约占细胞质的一半 资料仅供参考,不当之处,请联系改正。主要成分:中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构主要成分:中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。按其大小可分为三类:按其大小可分为三类:(1)水和无机盐等一些小分子。一部分水分子为结合水,以)水和无机盐等一些小分子。一部分水分子为结合水,以水化物的形式结合在蛋白质或其他大分子的极性位点上,另一水化物的形式结合在蛋白质或其他大分子的极性位点上,另一部分作为溶剂的水分子是游离态存在。无机盐包括部分作为溶剂的
3、水分子是游离态存在。无机盐包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等。等。(2)脂质、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等中等分子。)脂质、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等中等分子。中等分子的糖类包括葡萄糖、果糖和蔗糖等。中等分子的糖类包括葡萄糖、果糖和蔗糖等。(3)蛋白质、脂蛋白、多糖和)蛋白质、脂蛋白、多糖和RNA等大分子。其中含有大量等大分子。其中含有大量的酶,几乎包括了所有参与蛋白质合成的酶、合成的酶,几乎包括了所有参与蛋白质合成的酶、合成DNA、RNA的酶,合成脂肪酸的酶和糖酵解所需的酶。的酶,合成脂肪酸的酶和糖酵解所需的酶。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。完成各种中间代谢过程完
4、成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成途径等如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、脂肪酸合成途径等 细胞质基质作为细胞器的微环境,为维护细胞器正常结构和生理活动提供所需的环境,也为细胞器的功能活动提供底物。2、细胞质基质的功能细胞质基质的功能 与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等,而且而且 细胞质骨架作为细胞质细胞质骨架作为细胞质基质这一结构的组织者,为基质这一结构的组织者,为细胞细胞质质基质的其他成分和细胞器提供了锚定位点,将生物大分子基质的其他成分和细胞器提供了锚定位点,将生
5、物大分子锚定在细胞质骨架三维空间的特定区域,从而使复杂的代谢锚定在细胞质骨架三维空间的特定区域,从而使复杂的代谢反应能高效而有序地进行。反应能高效而有序地进行。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。二、细胞器二、细胞器(一一)细胞内膜系统细胞内膜系统细胞内膜系统细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。主要包括的细胞器或细胞结构。主要包括核膜、内质网和高尔基复合体核膜、内质网和高尔基复合体三大三大部分。部分。质膜、溶酶体和分泌泡均可看作是它的衍生物质膜、溶酶体和分泌泡均可看作是它的衍生物。而线粒体和。而线粒体和
6、叶绿体虽然也是由膜构成的细胞器,但它们含有自身的叶绿体虽然也是由膜构成的细胞器,但它们含有自身的DNA,其功,其功能活动和装配要受到核能活动和装配要受到核DNA和其自身和其自身DNA的共同调控,是一类半自的共同调控,是一类半自主性的细胞器;而内膜系统则不含有主性的细胞器;而内膜系统则不含有DNA,其功能活动和装配完全,其功能活动和装配完全要受到核要受到核DNA控制。此外,各种内膜之间可通过出芽和融合的方式控制。此外,各种内膜之间可通过出芽和融合的方式进行交流,而线粒体和叶绿体不参加这种方式的交流。因此,进行交流,而线粒体和叶绿体不参加这种方式的交流。因此,线粒线粒体和叶绿体不属于内膜系统。体和
7、叶绿体不属于内膜系统。内膜系统是真核细胞完成各种复杂生命活动所必须的基本结构。内膜系统是真核细胞完成各种复杂生命活动所必须的基本结构。也是不同于原核细胞的重要特征。真核细胞中,内膜系统大体上可也是不同于原核细胞的重要特征。真核细胞中,内膜系统大体上可把细胞质分隔为两大区域,即为内膜系统所包围的腔区和细胞质基把细胞质分隔为两大区域,即为内膜系统所包围的腔区和细胞质基质区,因而也使每一层膜的两个面又有腔面和胞质面之分。内膜系质区,因而也使每一层膜的两个面又有腔面和胞质面之分。内膜系统中的各种成分又分为更加精细的区域,从而使细胞质出现了高度统中的各种成分又分为更加精细的区域,从而使细胞质出现了高度分
8、区化分区化。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。真核细胞细胞内的区域化(真核细胞细胞内的区域化(compartmentalization):):微体微体溶酶体溶酶体早期早期内体内体分泌小泡分泌小泡运输运输小泡小泡晚期晚期内体内体资料仅供参考,不当之处,请联系改正。内吞体内吞体过氧化过氧化物酶体物酶体游离多游离多核糖体核糖体细胞质基质细胞质基质溶酶体溶酶体高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体糙面内质网糙面内质网细胞核细胞核质膜质膜细胞内的膜相结构细胞内的膜相结构-细胞器(细胞器(organelles)。)。一个动物细胞模式图一个动物细胞模式图资料仅供参考,不当之处,请联系改正。(二二)在内膜系统
9、中,无论是在结构是还是在功能上,在内膜系统中,无论是在结构是还是在功能上,内质网内质网都都占据了中心地位。内质网是由单层单位膜围成的管状成扁平囊占据了中心地位。内质网是由单层单位膜围成的管状成扁平囊状的封闭管道系统,膜厚约状的封闭管道系统,膜厚约5-6nm,按其胞质面是否结合有核,按其胞质面是否结合有核糖体又分为糖体又分为粗面内质网粗面内质网和和滑面内质网滑面内质网。内质网在蛋白质的合成。内质网在蛋白质的合成与修饰、膜的形成等方面具有重要功能。包围核的膜是由内外与修饰、膜的形成等方面具有重要功能。包围核的膜是由内外两层单位膜构成的膜系统,称为两层单位膜构成的膜系统,称为核膜核膜,每层膜厚约,每
10、层膜厚约7-8nm。外。外层核膜的胞质面上也附着有核糖体,且与粗面内质网相连接。层核膜的胞质面上也附着有核糖体,且与粗面内质网相连接。核膜上有核孔。核膜上有核孔。高尔基体高尔基体是由单层滑面膜围成的扁平囊状和泡是由单层滑面膜围成的扁平囊状和泡状结构组成的封闭管道系统,膜上无核糖体,因此,不能合成状结构组成的封闭管道系统,膜上无核糖体,因此,不能合成蛋白质。高尔基体表现为一定的极性,形状犹如一个圆盘,盘蛋白质。高尔基体表现为一定的极性,形状犹如一个圆盘,盘底向着核或内质网一侧凸出,而盘面凹向着细胞膜一侧。凸面底向着核或内质网一侧凸出,而盘面凹向着细胞膜一侧。凸面称形成面,凹面称成熟面。形成面的膜
11、较薄,与内质网相似称形成面,凹面称成熟面。形成面的膜较薄,与内质网相似(6nm),成熟面的膜较厚,与质膜相似(),成熟面的膜较厚,与质膜相似(10nm)。此外,)。此外,在膜的化学组成上亦介于内质网与细胞膜之间。在膜的化学组成上亦介于内质网与细胞膜之间。作为内膜系统的产物,溶酶体和微体也是由单层单位膜围成的作为内膜系统的产物,溶酶体和微体也是由单层单位膜围成的封闭的泡状结构。封闭的泡状结构。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。1、内质网、内质网(ER)的形态、结构的形态、结构1945年,年,K.B.Porter等人初次观察并命名。内质网是细胞质中由膜围成的管等人初次观察并命名。内质网是细胞质中
12、由膜围成的管状或扁平囊状的结构,互相连通成网,构成细胞质中的扁平囊状系统。内质状或扁平囊状的结构,互相连通成网,构成细胞质中的扁平囊状系统。内质网向内与核膜的外膜相通,核周腔实际就是内质网腔的一部分,向外连质膜网向内与核膜的外膜相通,核周腔实际就是内质网腔的一部分,向外连质膜(细胞膜),这一结构特点为细胞内物质的运输提供了通道。(细胞膜),这一结构特点为细胞内物质的运输提供了通道。内质网根据不同的形态结构,可分为两种类型:一种是内质网根据不同的形态结构,可分为两种类型:一种是粗面内质网粗面内质网(rER),其结构特点是由扁平囊状结构组成,膜的外侧有核糖体附着。现在有大量实其结构特点是由扁平囊状
13、结构组成,膜的外侧有核糖体附着。现在有大量实验证明,各种分泌蛋白质(如血浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素验证明,各种分泌蛋白质(如血浆蛋白、血浆清蛋白、免疫球蛋白、胰岛素等)都主要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。还有种内质网是等)都主要是在粗面内质网的结合核糖体上合成的。还有种内质网是滑面内滑面内质网质网(sER),多由小管与小囊构成不规则的网状结构,膜表面光滑,无核糖,多由小管与小囊构成不规则的网状结构,膜表面光滑,无核糖体颗粒附着。主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。体颗粒附着。主要存在于类固醇合成旺盛的细胞中。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。资料仅供参考,不当之处,请联系改正
14、。2、内质网的功能:、内质网的功能:蛋白质的合成与转运(粗面内质网);蛋白质的合成与转运(粗面内质网);蛋白质的加工(如糖基化);蛋白质的加工(如糖基化);脂类代谢与糖类代谢(滑面内质网);脂类代谢与糖类代谢(滑面内质网);解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。解毒作用(滑面内质网上有分解毒物的酶)。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。分泌蛋白;整合膜蛋白;内膜系统各分泌蛋白;整合膜蛋白;内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白(需要隔离种细胞器内的可溶性蛋白(需要隔离或修饰)。或修饰)。其它的多肽是在细胞质基质中其它的多肽是在细胞质基质中“游离游离”核糖体上合成的:核糖体上合成的:包括:细胞质基质
15、中的驻留蛋白、质包括:细胞质基质中的驻留蛋白、质膜外周蛋白、核输入膜外周蛋白、核输入 蛋白、转运到线蛋白、转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白粒体、叶绿体和过氧化物酶体的蛋白 注意注意:细胞中蛋白质都是在核糖体上:细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的,并都是起始于细胞质基质中合成的,并都是起始于细胞质基质中“游离游离”核糖体。核糖体。信号假说信号假说内容内容 指导因子:指导因子:蛋白质蛋白质N-端的信号肽(端的信号肽(16-26个氨基酸残基序列)个氨基酸残基序列)信号识别颗粒(信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP)信号识别颗粒的受体(又称停泊蛋白信号识别
16、颗粒的受体(又称停泊蛋白docking protein,DP)等)等 资料仅供参考,不当之处,请联系改正。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。修饰加工:糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等修饰加工:糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等 糖基化发生在糖基化发生在ER腔面(腔面(N-连接的糖基化)连接的糖基化)酰基化发生在酰基化发生在ER的细胞质基质侧的细胞质基质侧 新生肽的折叠组装:非还原性的内腔,易于二硫键形成;新生肽的折叠组装:非还原性的内腔,易于二硫键形成;正确折叠涉及驻留蛋白正确折叠涉及驻留蛋白:蛋白二硫键异构酶可以切断二蛋白二硫键异构酶可以切断二 硫
17、键,帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折硫键,帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折 叠的状态。叠的状态。结合蛋白结合蛋白:识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单 位,并促进重新折叠与装配。位,并促进重新折叠与装配。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。类固醇激素的合成(生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质)类固醇激素的合成(生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质)肝的解毒作用肝的解毒作用 肝细胞葡萄糖的释放肝细胞葡萄糖的释放 含有葡萄糖含有葡萄糖6磷酸酶,可使葡萄糖磷酸酶,可使葡萄糖6磷酸脱去磷酸,磷酸脱去磷酸,变成葡萄糖。滑面内质网胞质面上附着许多糖原小颗粒,需
18、变成葡萄糖。滑面内质网胞质面上附着许多糖原小颗粒,需能时,糖原在激素的调节下降解为葡萄糖能时,糖原在激素的调节下降解为葡萄糖1磷酸,再转化磷酸,再转化为葡萄糖为葡萄糖6磷酸磷酸。储存钙离子:肌质网膜上储存钙离子:肌质网膜上(肌细胞内的肌细胞内的滑面内质网滑面内质网)的的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中泵入肌质网腔中sER的功能的功能 ER合成细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇)。合成细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇)。有许多脂类合成有关的酶有许多脂类合成有关的酶l核糖体的类型与结构核糖体的类型与结构l 多聚核糖体与蛋白质的合成多聚核糖体与蛋白质的
19、合成 资料仅供参考,不当之处,请联系改正。核糖体是合成蛋白质的细胞器,其唯一的功能是按照核糖体是合成蛋白质的细胞器,其唯一的功能是按照mRNA的的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。是各类细胞中普遍存指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链。是各类细胞中普遍存在的颗粒状结构,是无膜的细胞器。在的颗粒状结构,是无膜的细胞器。核糖体的基本类型与成分核糖体的基本类型与成分核糖核蛋白体核糖核蛋白体,简称核糖体简称核糖体(ribosome)基本类型基本类型 附着核糖体附着核糖体 游离核糖体游离核糖体 70S的核糖体的核糖体 (原核细胞及叶绿(原核细胞及叶绿 体和线粒体)体和线粒体)80S的核糖体的核糖体 (真
20、核细胞真核细胞)小亚单位:小亚单位:30S大亚单位:大亚单位:50S小亚单位:小亚单位:40S大亚单位:大亚单位:60S二者靠非共二者靠非共价键结合价键结合主要成分主要成分 r蛋白质:蛋白质:40%,核糖体表面,核糖体表面 rRNA:60%,,核糖体内,核糖体内部部(16SRNA+21种蛋白质)种蛋白质)(23SRNA+5SRNA+31种蛋白质)种蛋白质)(18SRNA+33种蛋白质)种蛋白质)(28S、5.8S和和5S RNA+49种蛋白质)种蛋白质)资料仅供参考,不当之处,请联系改正。旋转旋转90侧面观侧面观资料仅供参考,不当之处,请联系改正。概念:核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能,
21、而是由多个甚至概念:核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能,而是由多个甚至 几十个核糖体串连在一条几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成,分子上高效地进行肽链的合成,这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与这种具有特殊功能与形态结构的核糖体与mRNA的聚合体称为的聚合体称为 多聚核糖体。多聚核糖体。多聚核糖体的生物学意义多聚核糖体的生物学意义细胞内各种多肽的合成,不论其分子量的大小或是细胞内各种多肽的合成,不论其分子量的大小或是mRNA的的 长短如何,单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。长短如何,单位时间内所合成的多肽分子数目都大体相等。以多聚核糖体的形式进行多肽合成,对以
22、多聚核糖体的形式进行多肽合成,对mRNA的利用及对其浓的利用及对其浓 度的调控更为经济和有效。度的调控更为经济和有效。资料仅供参考,不当之处,请联系改正。高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构 高尔基体的功能高尔基体的功能 资料仅供参考,不当之处,请联系改正。高尔基复合体高尔基复合体l18981898年最初在神经细胞发现这种细胞器,以发明者的名字命名,称年最初在神经细胞发现这种细胞器,以发明者的名字命名,称高尔基体高尔基体或高尔基器或高尔基器。其主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。其标志酶为。其主要成分是脂类、蛋白质及多糖物质组成。其标志酶为糖基糖基转移酶转移酶。l在电镜下可见高尔基体是一摞封
23、闭的紧密叠置在一起的由滑面膜围成的扁囊在电镜下可见高尔基体是一摞封闭的紧密叠置在一起的由滑面膜围成的扁囊状和泡状结构组成的。膜上无核糖体,因此它不能合成蛋白质。状和泡状结构组成的。膜上无核糖体,因此它不能合成蛋白质。反面顺面资料仅供参考,不当之处,请联系改正。高尔基体是有极性的细胞器高尔基体是有极性的细胞器它的形状犹如一个圆盘,盘底向着它的形状犹如一个圆盘,盘底向着核膜或内质网一侧凸出。核膜或内质网一侧凸出。扁囊弯曲成凸面扁囊弯曲成凸面 又称又称形成面形成面(forming face)或)或顺面顺面(cis face)面向质膜的凹面面向质膜的凹面 又称又称成熟面成熟面(mature face)
24、或)或反面反面(trans face)形成面的膜较薄,与内质网膜似,形成面的膜较薄,与内质网膜似,成熟面的膜较厚,与质膜相似。成熟面的膜较厚,与质膜相似。有的细胞中只有一个高尔基体有的细胞中只有一个高尔基体,在原生生在原生生物、无脊椎动物、高等植物的细胞中往物、无脊椎动物、高等植物的细胞中往往有多个分散的高尔基体,相互连接成往有多个分散的高尔基体,相互连接成网状,便是高尔基复合体。网状,便是高尔基复合体。单个高尔基囊泡的电镜照片单个高尔基囊泡的电镜照片资料仅供参考,不当之处,请联系改正。高尔基器的第一个主要功能是为细胞提供一个内部的运输系统,它把由内高尔基器的第一个主要功能是为细胞提供一个内部
25、的运输系统,它把由内质网合成并转运来的分泌蛋白质加工浓缩,通过高尔基小泡运出细胞,这质网合成并转运来的分泌蛋白质加工浓缩,通过高尔基小泡运出细胞,这与动物分泌物形成有关。高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。与动物分泌物形成有关。高尔基体对脂质的运输也起一定的作用。如将蛋白质如将蛋白质N端或端或C端切除,成为有活性的物质,如胰岛素(端切除,成为有活性的物质,如胰岛素(C端)端)高尔基体的第二个重要功能是能合成和运输多糖,如植物细胞含有的高尔基体的第二个重要功能是能合成和运输多糖,如植物细胞含有的果胶质和纤维素的细胞壁物质是在高尔基体上进行加工和包装,这可果胶质和纤维素的细胞壁物质是在高尔基体上进
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