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3.穿膜进入细胞器内; 4.前体物被加工成成熟多肽。
前体物的穿膜活动也符合信号假说原理,即这些前体物具有氨基端顺序或肽链内部顺序——信号肽,特称导肽,高度疏水性。靠此与细胞器膜上的信号肽顺序受体结合,穿膜进入细胞器,被信号肽酶切除信号肽,参与细胞器建成或功能活动。
四、膜泡运输
1.网格蛋白有被小泡:负责蛋白质从高尔基体的TGN向质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡运输。另外,受体介导的内吞负责将胞外物质运往胞内等。
2.COPII有被小泡:负责从ER到高尔基体的物质运输。 3.COPI有被小泡:负责回收转运内质网逃逸蛋白返回内质网(“开放的监狱”)。
第七节:细胞的能量转换——线粒体和叶绿体
一、线粒体的超微结构
本世纪50年代后,在电镜下观察研究线粒体的结构问题。线粒体是由双层单位膜套叠成的所谓“囊中之囊”,在空间结构上人为划分为四大部分,即外膜、内膜、外室、内室。
1.外膜(outer membrane):指包围在线粒体最外面的一层膜,看上去平整光滑而具有弹性,膜厚约6nm。对各种小分子物质(分子量在10KD以内,如电解质、水、蔗糖等)的通透性较高,有人认为外膜上具有小孔)。
2.内膜(inner membrane):也是一单位膜,约厚6-8nm。内膜不同于外膜。首先是在结构上,内膜不是平滑的,而是由许多向线粒体腔内的突起(褶叠或小管),被称为“线粒体嵴”,是线粒体最富有标志性的结构,它的存在大大扩大了内膜的表面积,增加了内膜的代谢效率。
3.外室(outer space):指内、外膜之间的窄小空隙,宽约6-8nm,又称膜间隙(intermembrane space)。
4.内室(mner space):指由内膜包围的空间,其内充满蛋白质性质的物质,称线粒体基质(mitochondria matrix)。
二、线粒体的化学组成及定位
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(一)蛋白质:外膜含量(60%)低于内膜含量(80%),主要为酶类(约120余种)。
1.外膜:单胺氧化酶(标记酶)、NADH-细胞色素C还原酶、脂肪酸辅酶A连接酶等等;
2.内膜:呼吸链酶系(细胞色素氧化酶为标记酶)、ATP合成酶、琥珀酸脱H酶等等;
3.外室:腺苷酸激酶(标记酶)、核苷二磷酸激酶;
4.内室:三羧酸循环酶系(其中苹果酸脱H酶是标记酶)、脂肪酸氧化酶、蛋白质合成酶系等等
(二)脂类:外膜中含量(40%)高于内膜中的含量(20%)。其中内膜不含胆固醇,而含心磷脂较多。
(三)核酸:基质中有DNA,称mt-DNA。 二、线粒体和叶绿体是半自主性细胞器 (一)线粒体的蛋白质合成
线粒体基质中除有DNA外,还有各种RNA、核糖体、氨基酸活化酶等,说明它能合成自我繁殖所需的某些成分,但数量不多,只占线粒体全部蛋白质的10%,约有13种(20个分子)左右。有人估算:×10(每周10个核苷酸)=14705对核苷酸,能编码4902个氨基酸(除以3),假设一个蛋白质分子由150个氨基酸组成,则能编码30个左右蛋白质分子,如果除去编码mRNA、rRNA、tRNA的信息量(占总信息量的30%),余下的信息量只能编码约20个左右的蛋白质分子。综上所述,线粒体有自身的DNA,有一整套蛋白质合成系统,能够复制和再生,使其一代代传下去,所以具有一定的自主性。
(二)叶绿体蛋白质的合成
叶绿体中的蛋白质(酶)一部分是在叶绿体中由它自己的DNA编码,经过mRNA转录和翻译形成的,有一部分则是由核基因编码,在细胞质中形成后转入叶绿体的。还有一部分是由核基因编码,在叶绿体的核糖体上合成。
无论是线粒体还是叶绿体,它们的自主性是有限的。
核质蛋白质合成系统通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。在有氯霉素存在的条件下培养链孢霉细胞,这时线粒体的蛋白质合成受抑制,但线
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粒体的三羧酸循环酶类、电子传递链中的NADH脱氢酶、CytC、以及
DNA-polymerase、RNA-polymerase、核糖体蛋白质、各种氨基酸活化酶等有关线粒体DNA复制和基因表达的酶类依然存在。而这些酶是由核基因编码,在细胞质中合成,然后转移到线粒体的。这说明细胞质的蛋白质合成系统(或者说核-质蛋白质合成系统)通过合成某些酶类来调节线粒体的蛋白质合成系统。
在有放线菌酮存在下培养链孢霉细胞,由于细胞质蛋白质合成系统受抑制,结果培养一段时间后,线粒体的合成活性也显著下降。这足以说明线粒体对细胞核和其他细胞质部分有很大依赖性。实际上也是这样,线粒体DNA所编码的蛋白质只有它自身全部蛋白质的10%,绝大部分是由核DNA编码的。
从上述看出,线粒体的生长增殖是受核基因组和线粒体基因组两套遗传系统的共同控制,故称线粒体为半自主性细胞器。
三、物质进出线粒体的穿膜机制
细胞质中合成的蛋白质运送至线粒体,大多数以前体的形式存在,而且是需能过程。前体蛋白质包括有功能的“成熟”形式和氨基未端引伸出的一段导肽(引肽,在叶绿体特称为“转运肽”)共同组成。导肽含20-80个氨基酸,又叫氨基末端指导肽。进入线粒体的过程大致为:
1.带有N-末端导肽的前体蛋白质首先与外膜上受体结合; 2.蛋白质横跨外、内膜;
3.N-末端导肽被基质中的蛋白酶切制; 4.活化的成熟蛋白质进入基质。
第八节:细胞核与染色体
间期细胞核形态多样,一般为圆形或卵形。其形态与生物的种类、细胞的形状、细胞类型、发育时期以及机能状态有关。多数细胞核在5-30μm。小的不到1μm,大的可达500-600μm(苏铁科某植物的卵细胞核)。通常一个细胞只有一个核,也有两个以上的多核现象及在某一发育时期的无核现象。细胞核多位于细胞中央,但也有各种不同情况,如上皮细胞的核偏于基底侧;横纹肌的细胞核靠近质膜;植物细胞成熟后若有较大液泡,核则被挤在一边。在固定和染色的细胞中,可观察到细胞有下列结构:核被膜、染色质、核仁、核液(质)四部分。
一、核被膜(nuclear envelope)
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亦称核膜(nuclear membrane),由此使遗传物质DNA与细胞质分开。电镜下证实为双层单位膜呈同心性排列。除两膜之间有间隙外,膜上还有些特化结构。所以,认为核被膜含义深刻,包括内容多,并执行重要的生理功能。
(一)核被膜结构
1.外层核被膜:膜厚6.5-7.5nm,相邻细胞质的一面常有核糖体附着,并有时与内质网(RER)相连,因此显得粗糙不平。
2.内层核被膜:膜厚度基本同外层核被膜,膜上无核糖体附着,显得比外层核被膜平滑。但在其内表面常附有酸性蛋白质分子的聚合物组成的纤维网状结构(密电子物质),称纤维层(fibrous Lamina)或核纤层(nuclear lamina),又有内致密层之称。其厚度约在10-20nm,是位于细胞内核膜下的纤维蛋白或纤维蛋白网络。
3.核周隙:又有核围腔或核围池之称。指两膜之间的空隙,宽约20-40nm,内充满液态无定形物质(蛋白质、酶类、脂蛋白、分泌蛋白、组蛋白等),它是核质之间活跃的物质交换渠道(有些部位直接与ER或Golgi池相通)。
4.核孔:核膜并不完全连续,在许多部位,核膜内外两层常彼此融合,形成环状孔道,称为核孔,它们是核质之间的重要通道。
(二)核被膜在细胞周期中的崩解与装配
核膜在细胞周期的不同时期,有相应的变化方式。在S期表面积有增大趋势;在间期表现出周期性崩解(前期末)消失,重建(末期)过程。
二、核孔(nuclear pore)现多称核孔复合体(nuclear pore complex) 核孔直径通常在70-80nm或更大(80-120nm),70nm为常见,通道直径只有9nm。核孔数目在各细胞有所不同,一般占膜面积的8%。代谢旺盛,分化程度低,转录活动强的细胞,数目多,密度大。如两栖类处于灯刷染色体阶段和卵母细胞,密度可达35-65/μm2,总数达30×106个,而同一个体(两栖类)的成熟红细胞密度只有3个/μm2,总数只有150-300个。
核被膜为内膜系统的组成部分,是将DNA局限在细胞核的关键结构,使细胞功能区域化。部分离子、水分子、100D以下的小分子(单糖、双糖、aa、核酸、组蛋白、RNA聚合酶、DNA聚合酶等)可以自由通过核膜;有些大分子物质常以小泡形式排出核外(内膜局部先形成小泡,移向外膜,融合后排出,另外方式是物质先进入核周腔,然后经外膜外排或进入与核周腔相通的内质网腔。
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