细胞器生物化学.ppt

细胞生物化学的特点在于阐明各种生命化学反应与细胞结构和功能的内在联系，有助于理解细胞结构的生物学意义、生命化学反应的区域定位和协调、生命有序化进程的机制以及细胞结构与功能的统一。 本章内容主要介绍：各种细胞结构的化学组成及功能定位、生化反应及代谢特点。 整联蛋白（integrin)属整合蛋白家族，是细胞外基质受体蛋白。 整联蛋白是一种跨膜的异质二聚体，由两个非共价结合的跨膜亚基，即α和β亚基组成，都是糖基化的。 整联蛋白的细胞粘着作用。整联蛋白作为跨膜接头在细胞外基质和细胞内肌动蛋白骨架之间起双向联络作用，将细胞外基质同细胞内的骨架网络连成一个整体。 整联蛋白的信号转导作用。当整联蛋白的细胞外结构域同细胞外配体如纤粘连蛋白或层粘连蛋白结合时会诱导整联蛋白细胞内结构域的末端发生构型变化，进而改变整联蛋白的细胞质结构域同相邻蛋白的相互作用，如同粘着斑激酶（FAK）的作用，引起信号放大的级联反应，可启动一些基因的表达。 整联蛋白（以及其他的一些细胞表面分子）进行的信号转到对细胞的许多行为造成影响，包括运动、生长等。整联蛋白同细胞外基质中的粘着蛋白的识别与结合有同RGD区域结合和不需要RGD区域两类。 膜蛋白的分离：外周蛋白（20～30％）分布在膜的内外表面，通过极性基团或电荷基团间的静电作用或范德华引力与脂双层膜结合，易于分离。外周蛋白分离下来后呈水溶性，不能再与类脂聚合重新形成膜结构。整合蛋白（70～80％）一般呈水不溶性，通过非极性氨基酸与脂双层疏水相互作用而牢固地结合于膜上，只能用较剧烈的条件才能从膜上溶解下来，一旦去除有机溶剂或表面活性剂，膜整合蛋白又能重新聚合为水不溶性或与类脂形成膜结构。 1.H链首先合成：在复制起点处以L链为模板，合成RNA引物，然后由DNA聚合酶γ催化合成一个500-600bp长的H链片段。该片段与L链以氢键结合，将亲代的H链置换出来，产生D环复制中间物。 2.H链片段的继续合成：上述产生的H链片段由于太短而很容易被挤出去恢复线粒体DNA完整的双螺旋结构。但有时这个片段会继续合成，这需要依靠拓扑异构酶和螺旋酶的作用将双链打开。 3.L链合成开始：以被置换下来的亲代H链为模板，离H链合成起点60%基因组的位置开始合成L链DNA，合成也需要RNA引物。 4.复制的完成：H链的合成提前完成，L链的合成随后结束。 线粒体DNA合成速度相当缓慢，约每秒10个核苷酸，整个复制过程需要1个小时。刚刚合成的线粒体DNA是松弛型的，需要40分钟将其变成超螺旋型。 从已知的一些叶绿体基因组，其所含的基因包括3～5个rRNA基因、30～31个tRNA基因和100左右的蛋白质基因，包括叶绿体的结构蛋白、光合作用所需的酶以及合成糖、脂、蛋白质的酶，还存在一类有待鉴定的潜在的多肽基因。叶绿体基因组中存在着内含子，且其位置不是固定的。还有假基因与重叠基因存在。 叶绿体基因组的结构以及表达调控的研究对叶绿体起源问题的探索具有重要意义。 叶绿体的起源问题有两种互相对立的学说，即内共生假说和分化假说。按照内共生假说，叶绿体的祖先是蓝藻或光合细菌，它们在生物进化的早期被原始真核细胞捕获(吞噬)，逐步进化为叶绿体。分化假说认为叶绿体是原始的真核细胞内质逐步分化而形成。已有的一些研究成果更有利于叶绿体起源的内共生假说，例如叶绿体DNA的大小及形状类似于蓝细菌DNA，DNA的组成中也都无5-甲基胞嘧啶，它们的DNA都不与组蛋白结合在一起。此外，它们的蛋白质合成都受氯霉素抑制，而对放线菌酮不敏感等。但是叶绿体基因具有内含子以及增强子的现象表明它具有核基因的一些特性，叶绿体中许多蛋白质也是由核基因编码的，对此，石田政弘认为在叶绿体内共生起源进化过程中发生过核基因组和叶绿体基因组之间的DNA重组事件。 　　  核糖体的生物合成及其调控： 原核细胞核糖体5S、23S和16SrRNA的基因聚集于一个操纵子上，作为一个单位进行转录。这个操纵子只有少数复本。产生的RNA立即从DNA上直接释放出来, 然后转变为三种成熟的rRNA。 真核细胞核糖体的生物合成则复杂得多, 它包括一个历时很长的、在细胞的几个区域内进行的过程。18S和28SrRNA的基因位于核仁内, 通过基因扩增现象被复制成许多复本。为5SrRNA编码的DNA也是高度重复性的, 但它们位于核仁外的常染色质区。分析各种rRNA在核仁内的合成与演变的过程，结果显示，最先转录下来的是45SrRNA，它含有14,000个核苷酸，这一rRNA分子以一些间隔分成若干区段，转录的顺序为5 ’端-18S-5.8S-28S-3 ’端。一个rRNA基因在转录时同时有100个RNA聚合酶一边读码, 一边沿DNA移动, 使转录合成的rRNA逐渐加长。在核仁内,45SrRNA迅速甲基化, 主要是戊糖基甲基化。甲基化的区