第一节 细胞质溶质
一、细胞质溶质的化学组成:
小分子:水和无机离子等
中等分子:脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等
大分子:蛋白质、脂蛋白、多糖和RNA等
重要贮存化合物:如糖原等
二、细胞质溶质的属性:
(一)酸度稳定
细胞质溶质的酸度保持在中性水平上,约为pH7.2,而细胞外组织液的酸度为pH7.4。这一中性内环境恰是细胞质溶质内各种酶发挥活性的最佳酸度。
pH值7.2的维持依赖于质膜上的Na+驱动载体蛋白 (Na+ driven carrier protein)和Na+-H+交换体(Na+-H+ exchanger)的共同作用。
二)结构有序
细胞质溶质中含有细胞骨架纤维,酶蛋白和受体蛋白与细胞骨架建立了相互作用关系,使其定位分布,从而使各种代谢生理活动有条不紊的进行。细胞骨架成分对细胞质溶质中各种小泡的运输也具有导向作用。
例如:用免疫荧光技术观察的结果表明,与糖酵解有关的一些酶类是结合在微丝上的。
细胞质溶质是一个复杂但高度有序的结构体系,而在该体系的维持中,细胞骨架又起着必不可少的重要作用。
细胞骨架的存在,使细胞质溶质中的各种大分子均有其精密定位,使各种代谢途径之间相互协调、高效而有序地进行,以完成各种复杂的生命活动。
三、细胞质溶质的功能:
(一) 维持一些代谢反应途径
细胞质溶质中含有许多种酶,若干代谢反应都是在细胞质溶质中进行的。
例如:糖酵解、核苷酸、脂肪酸和氨基酸代谢
细胞质溶质 反应必需的微环境;
反应所需前体物;
合成细胞结构、完成生命活动的大分子前体物
(二)维持细胞内环境(pH、离子环境)的稳定性
缓冲pH值,使酸度保持在~pH7.2 :
为各种中间代谢反应的进行提供了适宜的微环境
离子环境:使某些离子保持适当的浓度
维持细胞器等的正常结构
(三)维持细胞内信号转导通路
各种信号转导途径的级联反应大都在细胞质溶质中进行
(四)蛋白质的合成与修饰
细胞质溶质蛋白、细胞骨架蛋白和核蛋白等都是在细胞质溶质中的游离核糖体上合成的。
蛋白质修饰 N-端甲基化
糖基化
酰基化
磷酸化、去磷酸化
辅酶和辅基的共价结合等
这些修饰在维持和调节蛋白质的生物活性、进而使细胞能完成其各种生命活动等过程中都具有非常重要的作用。
(五)蛋白质的选择性降解
1、蛋白质寿命控制
决定蛋白质寿命的信号:N-端的第一个氨基酸残基:
Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro:稳定!其它12个氨基酸:不稳定 !
细菌也是如此
2、蛋白质的选择性降解
① 带有“不稳定氨基酸信号”的蛋白:
催化限速反应的一些重要酶类
细胞癌基因(如fos和myc)等的产物
没有被及时运出的其它部位的蛋白质
② 带有“稳定氨基酸信号”的不正常蛋白:
错误折叠的不正常蛋白质
变性的不正常蛋白质
带有“稳定氨基酸信号” 不正常蛋白的选择性降解方式:
错误折叠的不正常蛋白质;变性的不正常蛋白质-----帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠成正确的分子构象------降解
例如:在内质网中折叠错误的蛋白质——膜蛋白和分泌蛋白,可通过转移体(translocon)由内质网腔转移到细胞质溶质中,随后通过泛素化途径被降解。
3、蛋白质选择性降解的途径/机制
泛素依赖性蛋白降解途径 (ubiquitin-dependent path of protein degradation)
细胞对不需要的蛋白质通过标记泛素标签来进行选择性降解,蛋白质一旦被标记了泛素标签,就会很快在蛋白酶体中被降解。
泛素化要经过3步:
1、泛素激活酶(E1)的激活:此反应是通过添加泛素分子发生的,需要ATP;
2、泛素分子转移:泛素分子加接到泛素缀合酶(E2)的半胱氨酸残基上;
3、加接泛素标签:由泛素连接酶(ubiquitin ligase)(E3)催化,在E2结合的泛素分子与靶蛋白(要降解)的赖氨酸残基间形成肽键。
此三步反应可反复多次,每次加接上一个泛素分子.
真核细胞中大多数蛋白质的降解由一种大的细胞质溶质蛋白质水解复合物——蛋白酶体(proteasome)来执行。蛋白酶体的结构形态
(A) 根据计算机处理显示出的蛋白酶体图像,呈圆筒状,两端各盖有一帽状结构。
(B) 蛋白酶体纵剖面示意图,中央为圆筒腔。
多泛素链可被蛋白酶体‘帽’识别,将带有多泛素链的蛋白质送入蛋白酶体圆筒腔中降解。蛋白质被切割成许多小的肽片段(7~8个残基),而泛素分子保持完整。
Aaron Ciechanover等三位科学家由于发现了细胞摧毁有害蛋白质的机理(即泛素调节的蛋白质降解), 而荣获2004年诺贝尔化学奖!
(六) 细胞形态与运动、胞内物质运输及大分子定位
细胞的形态、细胞的运动、能量传递、结构的组织者、细胞分裂、胞内物质运输