细胞质基质及内膜系统
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细胞质基质与内膜系统的思政内容细胞质基质和内膜系统是构成细胞的重要组成部分,对细胞的正常功能发挥起着至关重要的作用。
在探索细胞的奥秘时,我们不仅要关注科学实验和技术手段,更要站在人类的视角思考,感受细胞的奇妙之处。
细胞质基质是细胞内的液体环境,其中包含了许多重要的生化反应发生所需的物质。
这些物质不仅包括水分、离子、有机分子等,还包括一些酶和其他生物催化剂。
细胞质基质的存在为细胞内的各种代谢反应提供了一个相对稳定的环境,使得细胞能够正常运作。
正如人类社会需要一个和谐稳定的环境来推动社会的进步,细胞质基质也为细胞的生存和发展提供了一个适宜的环境。
而内膜系统则是细胞内的一系列膜结构,包括内质网、高尔基体、溶酶体等。
这些膜结构可以看作是细胞内的运输系统和合成工厂,它们相互联系、相互配合,确保细胞内各种物质的运输、合成和降解。
内膜系统的存在使得细胞能够高效地进行各种生物化学过程,从而实现细胞的正常功能。
细胞质基质与内膜系统的关系密不可分。
细胞质基质为内膜系统提供了运输物质所需的环境,同时内膜系统也为细胞质基质提供了更加精确的调控机制。
内质网可以将合成的蛋白质运输到适当的位置,高尔基体则能将蛋白质进行修饰和分拣,溶酶体则负责降解细胞内的废物和垃圾。
这些过程的协调与合作,使得细胞质基质和内膜系统形成了一个高效的整体,保证了细胞的正常运作。
细胞质基质与内膜系统的研究不仅仅是为了理解细胞的生物学机制,更是为了探索人类自身的奥秘。
我们身处在这个复杂多变的社会中,每个人都有自己的定位和角色。
正如细胞质基质和内膜系统在细胞中扮演着重要的角色,我们也需要在社会中扮演好自己的角色,为社会进步和人类发展贡献自己的力量。
细胞质基质与内膜系统的研究不仅需要我们在科学实验中严谨认真,更需要我们在解读数据和发现规律时发挥自己的思维能力和创造力。
正如人类社会需要有思想家和创新者的存在来推动社会的发展,细胞质基质与内膜系统的研究也需要我们思考细胞的本质和机制,为细胞生物学的进步贡献我们自己的思想和创新。
1、细胞质基质:真核细胞的细胞质中除去细胞器和内含物以外的、较为均质半透明的液态胶状物称为细胞质基质或胞质溶胶。
4、内膜系统:细胞内在结构、功能乃至发生上相关的、由膜围绕的细胞器或细胞结构的统称,主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、分泌泡等。
2、微粒体:为了研究ER的功能,常需要分离ER膜,用离心分离的方法将组织或细胞匀浆,经低速离心去除核及线粒体后,再经超速离心,破碎ER的片段又封合为许多小囊泡(直径约为100nm),这就是微粒体。
3、糙面内质网:细胞质内有一些形状大小略不相同的小管、小囊连接成网状,集中在胞质中,故称为内质网。
内质网膜的外表面附有核糖体颗粒,则为糙面内质网,为蛋白质合成的部位。
核糖体附着的膜系多为扁囊单位成分,普遍存在于分泌蛋白质的细胞中,其数量随细胞而异,越是分泌旺盛的细胞中越多。
5、分子伴侣:细胞中,这类蛋白能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽,并与多肽的一定部位相结合,帮助这些多肽的转移、折叠或组装,但其本身并不参与最终产物的形成。
6、溶酶体:溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中,是由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类、形态不一、执行不同生理功能的囊泡状细胞器,主要功能是进行细胞内的消化作用,在维持细胞正常代谢活动及防御方面起重要作用。
7、残余小体:在正常情况下,被吞噬的物质在次级溶酶体内进行消化作用,消化完成,形成的小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运至细胞质中,供细胞代谢用,不能消化的残渣仍留在溶酶体内,此时的溶酶体称为残余小体或三级溶酶体或后溶酶体。
残余小体有些可通过外排作用排出细胞,有些则积累在细胞内不被排出,如表皮细胞的老年斑、肝细胞的脂褐质。
8、蛋白质分选:细胞中绝大多数蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成,随后或在细胞质基质中或转至糙面内质网上继续合成,然后,通过不同途径转运到细胞的特定部位并装配成结构与功能的复合体,参与细胞的生命活动的过程。
又称定向转运。
第七章细胞质基质与内膜系统细胞内区室化(compartmentalization)是真核细胞结构和功能的基本特征之一。
与原核细胞物不同,真核细胞具有复杂的内膜系统,把细胞质区分成不同的功能区隔。
细胞内被膜区分为3类结构:细胞质基质内膜系统(主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等)其它膜相细胞器(如线粒体,叶绿体,过氧化物酶体,细胞核)第一节细胞质基质及其功能细胞质基质:真核细胞的细胞质中,除去可分辨的细胞器以外的胶状物质,占据着细胞膜内、细胞核外的细胞内空间,称细胞质基质。
一、细胞质基质的含义细胞质基质是一种高度有序的、有精细区域化的、动态的凝胶结构体系。
(不是简单、均一的溶液)二、细胞质基质的功能1. 进行各种生化代谢活动(糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等)2. 为部分蛋白质合成和脂肪酸合成提供场所3.和细胞骨架一起,辅助完成物质的运输、细胞的运动、维持细胞形态4. 维持细胞器的实体完整性,供给细胞器行使功能所需要的底物,提供细胞生命活动所需要的离子环境5.修饰或降解蛋白质(1)蛋白质的修饰与辅酶或辅基的结合、磷酸化和去磷酸化、糖基化、甲基化、酰基化等(2)控制蛋白质的寿命真核细胞的细胞质基质中,有一种识别并降解错误折叠或不稳定蛋白质的机制:泛素化和蛋白酶体介导的蛋白质降解途径。
共价结合泛素的蛋白质能被蛋白酶体识别和降解,这是细胞内短寿命蛋白和错误折叠或异常蛋白降解的普遍途径,泛素相当于蛋白质被摧毁的标签。
(3)降解变性和错误折叠的蛋白质变性和错误折叠的蛋白质的降解作用,可能涉及对畸形蛋白质所暴露出的氨基酸疏水基团的识别,并由此启动对蛋白质N端第1个氨基酸残基的作用,结果形成了N端不稳定信号,被依赖于泛素的蛋白酶体途径彻底降解。
(NOTE:另一条途径是溶酶体消化清除。
)(4)帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠,形成正确的分子构象主要靠热休克蛋白(heat shock protein, HSP)来完成。
细胞质基质及内膜系统;
一、细胞质基质(cytoplasmic matrix)
1.细胞质基质(差速离心):细胞液、透明质、胞质溶胶、基质
细胞质中除去细胞器和内膜系统留下的无一定形态结构的胶状物质。
主要含有与中间代谢有关的数千种酶类以及与维持细胞形态和物质运输有关的细胞质骨架结构。
(细胞质基质主要是由微管、微丝和中等纤维等形成的相互联系的结构体系。
)
高度有序,这是它的重要特质
2.细胞质基质的功能
1)中间代谢的场所。
糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径、糖原合成
2)为细胞器提供所需离子环境
3)为细胞器行使功能提供底物。
4)细胞质骨架:提供锚定位点,各种组分区域化.
5)参与蛋白质修饰、选择性降解等
2.1(1)蛋白质的修饰
①辅酶或辅基与酶的共价结合;
②磷酸化与去磷酸化,用以调节很多蛋白质的生物活性;
③糖基化;
④对某些蛋白质的N端进行甲基化修饰;
⑤酰基化;
(2)控制蛋白质的寿命
(3)降解变性和错误折叠的蛋白质
(4)帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠形成正确的分子构象
二.内质网(ER)
RER SER
结构表面有核糖体,层状扁囊无核糖体,分支小管和小泡
分布分泌活动旺盛或分化完善的细胞特化细胞
功能蛋白质合成脂类的合成
①分泌蛋白;②膜蛋白;甘油三酯
③需要与其它细胞组分严格隔离细胞膜所需的膜脂
的蛋白(如内质网、高尔基体磷脂
和溶酶体中的蛋白质);
④需要进行复杂修饰的蛋白
蛋白质的修饰与加工
蛋白质在内质网中的化学修饰主要有:糖基化、羟基化、酰基化与二硫键的形成等。
糖基化伴随着多肽合成同时进行,是内质网中最常见的蛋白质修饰。
糖基化分:N—连接糖基化(主要发生在内质网中)糖:N—乙酰葡萄糖胺氨基酸:天冬氨酸发生部位:内质网(rER)
O—连接的糖基化(主要发生在高尔基体中)糖:N—乙酰半乳糖胺氨基酸:丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸、羟脯氨酸发生部位:高尔基体(主要)
新生多肽的折叠与装配
蛋白二硫键异构酶:切断二硫键,帮助其重新形成二硫键,并处于正确的状态
结合蛋白(Bip):能识别不正确的蛋白或未装配好的蛋白亚单位,并促进其重新折叠与组装内质网的其他功能
1)合成脂蛋白(外输性)——肝细胞中的sER
2)解毒功能——肝细胞中的sER
3)合成固醇类激素——睾丸间质细胞的sER
4)储存Ca2+——肌细胞中的sER
5)为细胞质基质中的Pr、酶提供附着点
6)储存、运输物质,能量与信息传递,细胞的支持和运动
等作用。
三.高尔基体
1.标识细胞的4个化学反应:
①高尔基体的cis面膜囊具嗜锇性;
②高尔基体trans面的膜囊能被焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)的细胞化学反应显示;
③高尔基体中间膜囊能被烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的细胞化学反应显示
④高尔基体trans面囊膜和管状结构的CMP酶细胞化学反应显示
2.结构
①高尔基体的顺面网状结构(CGN)与膜囊:位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊,呈连续分支状的管网结构,接受来自内质网新合成的物质,并将其分类后转入高尔基体中间膜囊,小部分蛋白质与脂类再返回内质网。
②高尔基体中间膜囊:由扁平膜囊与管道组成,多数糖基的修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在这里。
③高尔基体的反面网状结构(TGN)与膜囊:TGN与反面的扁平囊相连,形态呈管网状,并有囊泡与之相连。
TGN的主要功能是参与蛋白质的分类与包装,最后从高尔基体中输出。
3.功能
1、高尔基体与细胞分泌活动
负责对ER合成的蛋白质进行加工,分类,并运出,其过程可概括为:
RER上合成蛋白质→进入ER腔→以出芽形成囊泡→进入CGN→在medial cisternae中加工→在TGN形成囊泡→囊泡与质膜融合、排出。
高尔基复合体在细胞分泌活动中起着重要的运输作用;在分泌颗粒的形成过程中起着浓缩、修饰、加工等作用。
2、蛋白质的糖基化及修饰
N-连接的糖链合成始于ER,完成于高尔基体。
O-连接的糖基化在高尔基体中进行。
高尔基体中含有糖基转移酶,其主要作用是对糖基的寡糖链进行修饰。
高尔基复合体除了对蛋白质进行糖基化外,还对糖脂进行糖基化如脑苷脂、神经节苷脂等含有半乳糖和唾液酸的糖基化末端
3.对蛋白质的水解和加工
⑴直接酶解切除新生蛋白原中的N-端或中间或两端的氨基酸序列,使之成为具有生物活性的蛋白质,如胰岛素原、甲状腺激素原和血清蛋白原等
⑵新生蛋白原中含有多个氨基酸序列相同的区段,经酶解加工后形成多个序列相同的有活性的多肽链,如神经肽。
⑶新生蛋白原中含有数种不同的信号序列,经过不同的加工方式可形成多种不同活性的多肽链,同时增加了分子的多样性,如一些信息分子。
四溶酶体与过氧化物酶体
1.溶酶体是外包单层膜、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。
其主要功能是进行细胞消化。
2.结构:溶酶体是由一层单位膜包围而成的一种异质性(heterogeneous)的细胞器, 不同来源的溶酶体形态、大小, 甚至所含有酶的种类都有很大的不同。
溶酶体呈小球状, 大小变化很大,
直径一般0.25~0.8μm 。
是一种多样性和异质性的细胞器。
3.酸性磷脂酶为溶酶体的主要标志酶
4.溶酶体的功能
4.1.消化无用的生物大分子、衰老的细胞器及细胞。
自噬现象是真核细胞中细胞成分的更新和转化的基本特征
自噬作用:溶酶体消化细胞自身受损伤的细胞结构、衰老的细胞器或细胞器碎片的过程。
发生条件:①细胞内结构衰老、变性;②机体发生饥饿;③细胞本身发生病变④具有分泌功能的细胞调节细胞的分泌活动。
(底物是内源性的)
4.2.防御功能是某些细胞特有的功能,它可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌,形成异噬溶酶体。
在溶酶体的作用理将其杀死并降解。
异噬作用:溶酶体对外源性异物的消化过程。
底物是外源性的,常见于单核吞噬细胞系统
4.3.其它功能
①正常的消化作用,为细胞提供营养。
②在分泌细胞中,溶酶体常常摄入分泌颗粒,可能参与分泌过程的调节。
③细胞的自溶作用。
清除动物发育过程中的某些细胞。
④在受精中的作用。
过氧化物酶体:过氧化物酶体又称微体,是由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器,普遍存在于所有的动物细胞和很多植物细胞中。
功能:1. 防止细胞产生H2O2,对细胞起保护作用2. 使毒性物质失活
3. 对氧的调节作用
4. 脂肪酸的氧化
5. 含氮物质的代谢
在植物中过氧化物酶体主要作用有:
①参与光呼吸,将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢;
②种子萌发时,进行脂肪β-氧化,产生乙酰辅酶A,经乙醛酸循环,产生乙醛酸和琥珀酸,加入三羧酸循环,因涉及乙醛酸循环,又称乙醛酸循环体(glyoxysome)。
过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较
特征溶酶体微体
形态大小大,球形变小,球形,有酶晶体
酶种类酸性水解酶含有氧化酶类
是否需要O2 不需要需要
功能细胞内的消化作用多种功能
发生在粗面内质网合成在细胞质基质中合成
识别的标志酶酸性水解酶等过氧化氢酶。