第六章细胞内膜系统

1、第六章 细胞内膜系统,细胞内膜系统（endomembrane system）,概念：是细胞内在形态结构、功能和发生上具有相互联系的膜相结构的总称。包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物体、线粒体（两层）以及各种膜性小泡和核膜。是细胞进化过程中膜性结构高度分化和特化的产物，是真核细胞特有的结构。,功能：,1）将细胞质分割成许多小区，由这些内膜包裹形成的细胞器使细胞的功能活动区域化，减少了各种生化反应的相互干扰； 2）扩大了各种酶的分布面积，有利于生化反应高效的进行。,6.1 内质网（endoplasmic reticulum，ER),6.1.1 形态结构与分类 1、形态结构 是由一层单位膜围

2、成的一些形状、大小不同的小管（tubules）、小泡（vesicle）和扁囊（sacs）。 小泡是由扁囊或小管末端膨出、溢缩、脱落而成；小管常由分支彼此连成网；扁囊彼此平排列，互相通连成一个整体。,内质网分布的特点,RER膜和SER膜在空间上是连续的或不连续的。 SER和RER在细胞内的分布不同：有的全是 RER，如胰腺外分泌细胞；有的全是SER，如 平滑肌细胞和骨骼肌细胞；有的两者都有，如肾上 腺皮质细胞。一般来说，细胞内RER丰富者，SER 则较少，反之亦然。,2、分类根据膜表面有无核糖体,（1）粗面内质网（RER） （2）滑面内质网（SER）, 特点 A是一种可变的细胞器，随着细胞的分化

3、程度、机能活动状况和病理变化而有形态大小和数量的增减； B在某些情况下，粗面内质网的内含物在囊腔中浓缩，使蛋白质形成中等或高度致密的颗粒，有时甚至形成结晶体贮存在囊腔中，如胞浆中的罗氏小体。 C附着在粗面内质网外表面的核糖体的数量和分布，根据细胞功能活动和病理变化有所不同。,粗面内质网（RER）, 形态 :多为互相连通的扁囊，膜的外表面附着有大量的颗粒样的核糖体。,滑面内质网（SER）,形态：多由小管、小泡构成，常位于粗面内质网的边缘。 分布（合成脂类）：胃壁细胞、骨骼肌细胞、汗腺细胞、皮脂腺细胞以及分泌淄类激素的细胞内,6.1.3 内质网的功能,RER的功能,主要是为核糖体提供支架，同时也进

4、行新合成蛋白质的粗加工和蛋白质的转运。,SER的功能,（1）脂类合成与运输 （2）糖原的合成和分解 （3）解毒作用 （4）肌肉收缩,RER与蛋白质合成, 合成的蛋白质 溶酶体的酶蛋白； 某些可溶性蛋白，如转铁的蛋白； 膜蛋白载体蛋白、受体蛋白、膜抗原、抗体； 分泌蛋白（输出蛋白）排出细胞外的：肽类激素、消化酶、糖蛋白。, 分泌蛋白的转移Ribosome如何与RER结合以及Ribosome中合成的Pr如何转移到RER中？,信号肽假说：,核糖体与粗面内质网膜结合决定于核糖体所携带的mRNA中特定的密码子顺序或信号顺序，具有这种密码子顺序的核糖体才能附着在粗面内质网膜上特定部位。 因此，核糖体与粗面

5、内质网结合属于功能性结合，是特异性和暂时性的，受时间和空间的限制。,A有关成份,a.信号肽：mRNA中特定密码子合成的1530AA； b.信号识别颗粒（SRP）；SRP是一种核糖核酸蛋白质复合体（7S RNA+6条肽链）。SRP的疏水部分与信号肽疏水部分结合，另一部分与核糖体结合，肽链合成暂时终止。 c.SRP受体：ER膜上； d.核糖体受体：ER膜上； e.核糖体分离因子：ER膜上,B转移过程,核糖体从大亚基的中央沟管中转移出信号肽； SRP与信号肽相互识别：SRP的疏水部分与信号肽疏水部分结合，另一部分与核糖体结合，肽链合成暂时终止SRP-信号肽-核糖体复合物由SRP介导引向粗面内质网上的

6、SRP受体； SRP-核糖体与ER上相应受体结合：转移重新活动； 核糖体大亚基与ER膜上相应受体结合，核糖体上肽键通过中央沟管穿过ER膜，进入ER腔，折叠，初加工； 信号肽酶作用切去信号肽； 在核糖体分离因子作用下，核糖体与ER膜分离，大小亚单位解离。 游离核糖体因不能产生信号肽，所以不能附着在ER上。,（2）RER与蛋白质糖基化,粗面内质网中进行的糖基化主要是N-连接糖基化，即低聚糖链与蛋白质的天冬酰氨残基侧链上的-NH2连接。 N-连接的糖蛋白多为分泌性蛋白和溶酶体蛋白。,SER的功能,（1）脂类合成与运输 脂类合成：SER最明显的功能是合成脂类，可合成磷脂、胆固醇和其它脂类。 脂类运输：

7、 A. 通过“芽生”形成运输小泡运送到高尔基体，加工修饰成糖脂、脂蛋白等复合物，再形成小囊泡分送到溶酶体、质膜； B. 可通过特殊的磷脂交换蛋白（PEP）送往各膜性细胞器。,（2）糖原的合成和分解 肝细胞中常见SER与糖原相伴而存在。SER膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，该酶可把肝糖原降解产生的葡萄糖-6-磷酸分解为磷酸和葡萄糖，然后将葡萄糖释放到血液中。 糖原 G-1-P G-6- P G+Pi 血液，维持血糖平衡。,（3）解毒作用 肝细胞中的SER对一些脂溶性药物有解毒作用，其主要是通过SER上的解毒酶对各种脂溶性药物、毒物等进行氧化反应和羟化反应，使药物转化或消除其毒性，且易于排出体外。 苯

8、巴比妥（安眠药） 加O2氧化，-OH化 催眠作用消失 吗啡（类固醇）+葡萄糖醛酸 无毒可溶性物质,（4）肌肉收缩 SER在骨骼肌和心肌细胞中存在一种特殊结构，称为肌浆网。肌浆网膜上有Ca2+泵，它通过调节肌细胞中Ca2+的浓度参与肌肉的收缩运动。,6.2 高尔基复合体,1、形态结构 1）扁平囊（cisternae） 2）小囊泡（vesicle） 3）大囊泡（vacuole）,高尔基体超微结构,1）扁平囊（cisternae）,也称为高尔基囊泡，是高尔基复合体的主体部分。一般一个高尔基复合体含有310个扁平囊，彼此平行排列在一起，称为高尔基堆（Golgi stack），扁平囊之间有小管通连形成复

9、合结构。扁平囊有极性，靠近细胞中心而面向细胞核的为凸面（形成面或顺面cisface），远离细胞中心而靠近细胞膜的为凹面（成熟面或反面transface）。 目前认为，高尔基扁平囊片层至少可分为三个区隔，每个区隔各由一个或多个扁平囊组成，含有不同的酶，行使不同的功能：, 高尔基体顺面的网状结构（cis-Golgi network，CGN）,位于高尔基体顺面最外侧的扁平膜囊，又称cis膜囊，中间多孔而呈连续分支的管网结构。 一般认为CGN接受来自内质网的新合成的物质并将其分类后大部分转入高尔基体中间囊膜，小部分蛋白质与脂类再返回内质网。, 高尔基体中间膜囊（medial Golgi）,由扁平膜囊与

10、管道组成，形成不同区隔，多数糖基修饰、糖脂的形成以及与高尔基体有关的多糖的合成都发生在中间囊膜中。,高尔基体反面的管网结构（trans Golgi network，TGN）,TGN位于反面的最外层，与反面的扁平囊相连，另一侧伸入反面的细胞质中，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。,2）小囊泡（vesicle） 为圆形小泡，数量较多，多分布于扁平囊的形成面和内质网之间。 一般认为小囊泡是运输小泡，由内质网“芽出”而来，携带有粗面内质网合成的蛋白质和脂类，通过膜融合将内含物送入扁平囊中。其也在扁平囊之间定向移动而转运物质。,3）大囊泡（

11、vacuole） 多见于扁平囊的凹面和边缘，泡内含物依其性质和成熟程度而有变化。,2、分布,在某些类型细胞中，如神经细胞和肝细胞，高尔基复合体的形态和位置比较恒定；而在具有极性的上皮细胞和杯状细胞中，高尔基复合体位于细胞核的顶部，顺面朝着内质网，反面朝向质膜，形成环状或半环状。 高尔基复合体的数量根据细胞分化程度和功能状况的不同而不同。,3、高尔基复合体的功能,1) 糖蛋白的合成、加工 2) 细胞的分泌 3）蛋白质分选运输 4）溶酶体蛋白的分选和溶酶体的形成,1）糖蛋白的合成、加工 在细胞质基质和细胞核中，绝大多数蛋白都无糖基化修饰；而溶酶体的水解酶类，多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白

12、，这就说明：在RER上合成的大多数蛋白质在RER和Golgi中发生了糖基化。 糖蛋白由蛋白质和低聚糖共价连接而成。有两种连接方式：N-连接低聚糖蛋白和O-连接低聚糖蛋白。 N-连接低聚糖蛋白在粗面内质网上粗加工合成（甘露糖键形成的半成品）。N-连接低聚糖蛋白有相同的糖基序列，这些糖链在高尔基扁平囊内均需加工修饰。必须依次通过不同的扁平囊区隔。 而O-连接低聚糖蛋白主要或全部是在高尔基复合体内合成。催化O-连接的糖基转移酶位于高尔基扁平膜上。O-连接低聚糖蛋白多为膜嵌入蛋白。,高尔基复合体还对糖蛋白进行修饰。 蛋白质在高尔基复合体扁平囊间的转移是以小囊泡转运或跳跃式方式进行的。 功能 a. 为各

13、种蛋白质打上不同的标志，以利于Golgi的分类和包装，同时保证糖蛋白从RER到G膜囊单方向进行转移； b. 影响多肽的构象：某些蛋白质（如分泌蛋白、IgG）或分送到质膜上的糖蛋白（如血凝素等）。由于缺少糖基而不能正确折叠，滞留在ER中。,2）细胞的分泌,经实验证实，氨基酸在粗面内质网的核糖体上合成蛋白质，经小泡运输到高尔基复合体进一步加工修饰后，浓缩成酶原颗粒，最后通过出胞作用排出胞外。全部过程均在内膜系统的囊腔和小泡内完成，而不与细胞质混合。,Palade的分泌蛋白运输模型：,核糖体阶段：包括分泌型蛋白质的合成和蛋白质跨膜转运； 内质网运输阶段：包括分泌蛋白腔内运输、蛋白质糖基化等粗加工和贮

14、存； 细胞质基质运输阶段：分泌蛋白以小泡形式脱离粗面内质网移向高尔基复合体，在顺面扁平囊融合； 高尔基复合体加工修饰阶段：分泌蛋白从顺面扁平囊向中扁平囊和反面扁平囊定向移行，顺序完成蛋白质加工修饰，在凹面扁平囊芽生形成大囊泡，脱离高尔基复合体进入细胞质基质； 细胞内贮存阶段：大囊泡进一步浓缩，发育成分泌泡，向质膜方向移动，等待释放； 胞吐阶段：分泌泡与质膜融合，将分泌蛋白释放出胞外，同时分泌泡膜加入质膜中。,3）蛋白质分选运输,htt中合成的蛋白质需分别送至细胞各部分，合成的蛋白质必须经过严格分选和准确无误的运送才能保证细胞生命活动正常进行。 蛋白质上存在着分选信号，而相应的细胞器上和膜结构存

15、在着分选信号的受体，分选信号与相应的受体特异性识别并结合从而实现蛋白质的分选。 现已发现多种蛋白质的分选信号：肽链某一段连续的氨基酸序列；氨基酸侧链上的特殊基团；氨基酸侧链上的极性和电荷、蛋白质某种空间构象等。 高尔基复合体内有许多负责蛋白质加工、修饰的蛋白酶。蛋白质在高尔基复合体各扁平囊内按顺序加工、修饰的同时可获得分选信号，依靠该分选信号，经加工、修饰的蛋白质与高尔基扁平囊膜上相应的受体结合，芽生形成特殊的运输小泡，再分别运送到细胞相应的结构区域。 分泌蛋白从合成经高尔基复合体顺序加工到分泌出细胞的过程，同时也是蛋白质分选运输的过程。,4）溶酶体蛋白的分选和溶酶体的形成,溶酶体是细胞内具有

16、消化功能的细胞器，一般认为其由高尔基复合体“芽生”生成。 溶酶体内所含水解酶绝大多数是糖蛋白，在粗面内质网中合成，经高尔基复合体加工修饰,在扁平囊反面膜上膨出脱落而成。 溶酶体蛋白在高尔基扁平囊中可获得分选信号，高尔基扁平囊上有该分选信号的受体，从而选择性地将溶酶体酶聚集在一起形成溶酶体。,6.3溶酶体,1949年，Duve将大鼠肝细胞超速离心，得到一种酸性水解酶颗粒，由酸性蛋白酶、酸性核酸酶、酸性磷酸酶和-葡萄糖醛酸酶组成。 1、大小： 大：0.20.5um；小：250500A （1um=104A）,2、结构特点和类型,1）结构特点 由一层单位膜围成的球形或卵圆形结构。电镜下，内含物的电子密

17、度较高，着色深。溶酶体内含有丰富的水解酶，大致可分为七大类，60种：蛋白酶类、核酸酶类、核甘酶类、糖苷酶类、脂肪酶类、磷脂酶类、硫酸酯酶类等。溶酶体酶均为糖蛋白，由RER合成，带负电荷。酶反应在酸性环境中进行，最佳PH36，可将蛋白质、核酸、脂类及多糖等大分子物质降解成为小分子物质。 不同细胞内溶酶体酶的种类和比例不同，即使在同一细胞内不同的溶酶体中，酶的种类和数量也不同。但所有的溶酶体均含有酸性磷酸酶（ACP酶）和三偏磷酸酶（TMP酶），这两种酶可作为溶酶体的标志酶。,溶酶体膜特点,溶酶体膜比质膜薄，膜脂双层中以鞘磷脂居多，溶酶体膜的屏障作用可将水解酶与胞质隔开，有效地保护细胞自身结构免受溶

18、酶体酶的消化。 溶酶体的内膜蛋白高度糖基化，可防止自身膜蛋白的降解。 溶酶体膜上的H+泵，又称H+-ATP酶系统，可将胞内H+泵入溶酶体内，维持高浓度的H+，比胞质高100倍。 溶酶体内膜存在着特殊的转运蛋白，可将消化产物由载体运输至胞质内。 溶酶体膜内膜高度糖基化,避免水解酶对自身的水解作用.,2）溶酶体的类型,溶酶体是一种异质性细胞器，不同的溶酶体大小及内含物可能有很大差异。根据溶酶体的来源和功能状态，以及有无作用底物等，可将其分为初级溶酶体和次级溶酶体两大类。, 初级溶酶体（Primary lysosome）, 次级溶酶体（Secondary lysosome）, 初级溶酶体（Prima

19、ry lysosome） 没有作用底物及消化产物，由高尔基复合体凹面扁平囊芽生而来的新生溶酶体。该溶酶体体积最小，呈球形，含有尚未被激活的水解酶，最适PH为5左右。, 次级溶酶体（Secondary lysosome） 由初级溶酶体和各种含有消化底物的泡状结构融合而成。其形态大小随作用底物的性质和所处的消化阶段而异。次级溶酶体除含有已被激活的消化酶外，还有作用底物和消化产物。据消化底物来源不同，又可将次级溶酶体分为异生性溶酶体和自生性溶酶体。,溶酶体的形成 RER糖蛋白溶酶高尔基体初级糖蛋白（磷酸化甘露糖M-6-P）与相应受体结合在一起，在高尔基扁囊中以出芽方式形成初级溶酶体，再进一步糖基化有

20、活性的溶酶体,A分类根据作用底物分 异噬作用 溶酶体对外源性异物的消化分解过程。 自噬作用 溶酶体对细胞自身衰亡的细胞器和代谢产物的消 化分解作用。 粒溶作用 溶酶体分解细胞内剩余营养颗粒的作用。,3、溶酶体的功能,细胞内消化消化内源性物质, 异噬作用 溶酶体对外源性异物的消化分解过程。 大分子物质和一些侵入机体的病毒、细菌颗粒经过吞噬作用进入细胞形成吞噬体或吞饮泡与初级溶酶体结合异生性次级溶酶体异物在次级溶酶体内被水解酶消化分解成小分子 胞吐 胞外, 自噬作用 溶酶体对细胞自身衰亡的细胞器和代谢产物的消化分解作用。 细胞内衰老的或病理损伤的细胞器被来自滑面内质网或高尔基复合体的膜所包裹形成自

21、噬体与初极溶酶体结合自生性次级溶酶体被水解酶消化分解残体细胞外, 粒溶作用 溶酶体分解细胞内剩余营养颗粒的作用。,B意义,防御保护作用：病原微生物巨嗜细胞 细胞器的代谢更新：清除衰老、死亡的细胞； 营养代谢：吞饮泡，将Pr、脂肪、糖原等与溶酶体结合，消化产物通过载体运输到胞质。 吞噬处理抗原物质：巨嗜细胞吞噬体（微生物-抗原）+初级溶酶体次级溶酶体 抗原有效成分T、B cell 残体细胞外 消化Ag-Ab复合物：被巨嗜细胞、嗜酸性粒细胞体内的溶酶体消化。,细胞外消化细胞将溶酶排到胞外, 参与骨的生长和再生 生长：破骨细胞 释放溶酶，消化溶解软骨细胞； 成骨细胞 骨质（钙质），形成硬骨。 再生：破骨细胞 释放溶酶，消化溶解损伤骨质碎片； 成骨细胞 骨质，骨愈合。 参与受精作用： 卵子：附属结构：透明带（上有受体）、放射冠 精、卵结合：精子释放顶体酶（透明质酸酶、组织蛋白酶、酸性磷酸酶），分