细胞生物学(翟中和第四版)第1章-第7章.ppt

真核细胞内典型区室化特征示意图（A）与小鼠回肠Paneth细胞超微结构的一部分（B）（图7-1） 第一节 细胞质基质及其功能 一、细胞质基质的含义 二、细胞质基质的功能 一、细胞质基质的含义 细胞质基质（cytoplasmic matrix, cytosol）：在真核细胞的细胞质中，除去可分辨的细胞器以外的液相内容物（黏稠胶体），占据着细胞质膜内和细胞核膜外的细胞内空间。细胞质基质可能是一个高度有序且又不断变化的动态结构体系。 细胞质骨架纤维的组织作用：细胞质骨架纤维贯穿于细胞质基质中，起重要的组织作用，多数蛋白质直接或间接地与骨架结合，或与生物膜结合，其周围又吸附了多种分子，构成高度有序的有着精细区域化的各种复合体，以完成多种复杂的生物学功能。 二、细胞质基质的功能（1）四大主要功能 蛋白质和脂肪酸的合成场所（许多中间代谢途径） 细胞质骨架作为细胞质基质的主要结构成分，贯穿其中，不仅是细胞质基质结构体系的组织者，为细胞质基质中其它成分和细胞器提供锚定位点，而且与维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内物质运输及能量传递有关。 细胞内的膜相把细胞质基质区室化，并通过质膜或细胞器膜上的膜转运蛋白维持细胞内外的跨膜电化学梯度。 蛋白质的修饰和选择性降解 二、细胞质基质的功能（2）蛋白质的修饰和选择性降解 （一）、在细胞质基质中发生的蛋白质修饰的主要类型： 1. 辅因子与酶的共价连接 2. 磷酸化与去磷酸化：磷酸化位点为Ser、Thr、Tyr、His和Lys 3. 糖基化：把N-乙酰葡萄糖胺加到蛋白质的Ser残基的羟基上 4. 酰基化：把src基因编码的酪氨酸蛋白激酶与质膜上豆蔻酸共价连接；Ras的酰基化 5. 甲基化：对很多细胞骨架蛋白N端和组蛋白上Lys和Arg的甲基化修饰 （二）、控制蛋白质的寿命： 1.决定蛋白质寿命的信号：在蛋白质分子的氨基酸序列中，不仅含有决定蛋白质定位和功能的靶向信号和修饰信号，而且还含有决定蛋白质寿命的信号。这种信号存在于蛋白质N端的第一个氨基酸残基，若N端的第一个氨基酸是Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly、Pro，则蛋白质往往是稳定的；若是其它氨基酸，则往往是不稳定的。 2. 识别并降解不稳定或错误折叠蛋白质的机制：在细胞质基质中，有一种识别并降解不稳定或错误折叠蛋白质的机制，即泛素-蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径，这是“细胞给予需要损毁的蛋白质一个化学的死亡之吻”。泛素-蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径具有多种生物学功能：包括蛋白质质量监控、影响细胞代谢、信号转导和受体调整、免疫反应、细胞周期、转录调节和DNA修复等。 泛素-蛋白酶体介导的蛋白质降解途径 蛋白酶体（proteasome）：真核细胞质基质中降解被泛素标记的蛋白质的26S中空桶状多亚基蛋白复合体。其中间由28种蛋白质亚基组成的20S催化核心；两端各结合一个由16~18种蛋白质亚基组成的19S调节和识别帽，其中6种亚基具有ATPase活性，负责为蛋白质降解活动提供能量。 泛素（ubiquitin）：真核细胞中普遍存在的具有热稳定性的高度保守的小分子蛋白（76个氨基酸残基），通过其C端的Gly与要被降解的不稳定的或错误折叠的靶蛋白质的Lys残基的ε-氨基形成异肽键（isopeptide bond）而共价连接，并指引该靶蛋白质运到蛋白酶体中进行降解。 泛素-蛋白酶体介导的蛋白质降解途径（ubiquitin-proteasome-mediated pathway ）：在E1（泛素活化酶）、E2（泛素结合酶或泛素载体蛋白）和E3（泛素连接酶）三种酶的催化下，通过一系列级联反应将泛素通过异肽键连接到靶蛋白上，被泛素化的靶蛋白由19S蛋白酶体帽特异性识别，并利用ATP水解提供的能量驱动泛素分子的切除和靶蛋白解折叠，去折叠的靶蛋白转移至20S的蛋白酶体核心腔内降解，同时释放出泛素单体以备循环利用。 注意：靶蛋白通过寡聚泛素链（至少4个泛素单体）而被泛素化；与靶蛋白相连的泛素分子上不同位点的Lys残基的泛素化修饰往往会产生不同的生理效应。 由泛素和蛋白酶体所介导的蛋白质降解途径示意图（图7-2） （三）、降解异常或畸形的蛋白质：细胞质基质中的变性的、错误折叠的、多肽链不完整的、含有被氧化或其它非正常修饰氨基酸的蛋白质，也常常很快被降解清除。这可能涉及对异常或畸形蛋白质所暴露出来的氨基酸疏水基团的识别，并由此启动对蛋白质N端第一个氨基酸残基的作用，结果形成了N端不稳定信号，同样被泛素-蛋白酶体介导的蛋白质降解途径彻底降解。 （四）、帮助变性或错误折叠的蛋白质重新正确折叠：分子伴侣（chaperone，molecular chaperon）是一种与其他多肽或蛋白质结合的蛋白质，协助细胞内蛋白质合成、折叠、装配与分选。热休克蛋白（HSP