[细胞生物学]内膜系统

1、l内膜系统概述内膜系统概述l内质网内质网(endoplasmic reticulum, ER)l高尔基复合体高尔基复合体(Golgi complex, GC)l溶酶体溶酶体(lysosome)l过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)l复习题复习题第五章第五章 内膜系统内膜系统 endomembrane systemn概念：概念：内膜系统内膜系统指指真核细胞真核细胞内在内在结构结构上、上、功能功能上及上及发生发生上有一定联系的由上有一定联系的由膜膜构成的细胞器。包括核膜、内质网、构成的细胞器。包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体和过氧化物酶高尔基复合体、溶酶体和过氧化物酶体、液泡等。

2、体、液泡等。n 意义：提高了细胞的代谢效率。意义：提高了细胞的代谢效率。扩大了细胞内代谢活动的表面积；扩大了细胞内代谢活动的表面积；使细胞内部区域化：使细胞内部区域化：独立性、协作性独立性、协作性；n 主要功能主要功能：细胞内蛋白质的合成与分选；细胞内蛋白质的合成与分选；酶类、脂类和糖类的合成。酶类、脂类和糖类的合成。n内质网的形态结构内质网的形态结构n内质网的化学组成内质网的化学组成n内质网的分类内质网的分类n内质网的功能内质网的功能n多肽链在信号肽指导下进入内质网多肽链在信号肽指导下进入内质网n内质网与医学内质网与医学u一层单位膜构成的膜性细胞器。一层单位膜构成的膜性细胞器。u细胞膜细胞膜

3、内质网内质网外核膜。外核膜。u内质网是细胞内最大的细胞结构。内质网是细胞内最大的细胞结构。(50%(50%、10%)10%)u单位结构单位结构：小管小管、小泡小泡和和扁囊扁囊三种结构并存或三种结构并存或有其中有其中1 12 2种组成的三维网状膜系统种组成的三维网状膜系统。u内质网腔内质网腔：内质网膜围成的腔。：内质网膜围成的腔。u内质网膜与核外膜相连续，内质网腔与核内质网膜与核外膜相连续，内质网腔与核膜腔相通。膜腔相通。u可增加细胞内膜的面积，并将细胞质基质可增加细胞内膜的面积，并将细胞质基质分割成不同区域。分割成不同区域。u 粗面内质网粗面内质网(rough endoplasmic reti

4、culum, rER)：膜上有许多颗粒状的核糖体附着，：膜上有许多颗粒状的核糖体附着，由于表面粗糙而得名。由于表面粗糙而得名。u 滑面内质网滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum, sER)：无核糖体附着，因而光滑。：无核糖体附着，因而光滑。电镜下电镜下粗面内质网粗面内质网呈囊状或扁平囊状呈囊状或扁平囊状。主要功能是合成蛋白质，此外还包括蛋主要功能是合成蛋白质，此外还包括蛋白质的加工修饰及物质的运输。白质的加工修饰及物质的运输。分布广泛，在蛋白质合成旺盛的细胞中分布广泛，在蛋白质合成旺盛的细胞中发达，如胰腺外分泌细胞和浆细胞。发达，如胰腺外分泌细胞和浆细胞。电镜下

5、电镜下滑面内质网滑面内质网呈分支管状或小泡状。呈分支管状或小泡状。功能众多：固醇激素的合成和脂类代谢、糖功能众多：固醇激素的合成和脂类代谢、糖原的合成与分解、解毒作用等。原的合成与分解、解毒作用等。在某些特化细胞发达，如肝细胞在某些特化细胞发达，如肝细胞-解毒；解毒；在在肌细胞中肌细胞中SER以肌质网的形式存在。以肌质网的形式存在。 u主要成分为蛋白质和脂类，其中蛋白质占主要成分为蛋白质和脂类，其中蛋白质占20%，标志酶：葡萄糖标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶。磷酸酶。u微粒体（微粒体（microsome）：为用蔗糖密度梯度离）：为用蔗糖密度梯度离心方法，从细胞匀浆中分离出的内质网碎片。心方法，从细

6、胞匀浆中分离出的内质网碎片。u组织组织 细胞及细胞器碎片细胞及细胞器碎片 内质网内质网碎片碎片( (微粒体微粒体) ) 分离粗面微粒分离粗面微粒体和滑面微粒体体和滑面微粒体研究研究ERER的结构和功能。的结构和功能。匀浆匀浆分离分离蔗糖密度梯度离心蔗糖密度梯度离心ABuRER主要功能是合成蛋白质。主要功能是合成蛋白质。uSER主要合成脂类、固醇类、主要合成脂类、固醇类、解毒等复杂功能。解毒等复杂功能。1、合成蛋白质的种类主要有：合成蛋白质的种类主要有：分泌蛋白质：包括消化酶、抗体、肽类激分泌蛋白质：包括消化酶、抗体、肽类激素等；素等；膜镶嵌蛋白质：包括镶嵌在膜镶嵌蛋白质：包括镶嵌在ER膜、高尔

7、膜、高尔基体膜、溶酶体膜以及质膜上的蛋白质；基体膜、溶酶体膜以及质膜上的蛋白质；可溶性蛋白质可溶性蛋白质：包括包括ER腔内可溶性蛋白腔内可溶性蛋白质、少量的胞质可溶性蛋白质；质、少量的胞质可溶性蛋白质；溶酶体酶蛋白：如酸性磷酸酶等。溶酶体酶蛋白：如酸性磷酸酶等。2、出芽方式：将加工修饰后的分泌性蛋白质包出芽方式：将加工修饰后的分泌性蛋白质包裹形成膜性转运小泡从内质网分离出来，保裹形成膜性转运小泡从内质网分离出来，保证证RER上合成蛋白不与细胞质基质混合。上合成蛋白不与细胞质基质混合。膜镶嵌蛋白质的运输方式：合成的同时直接膜镶嵌蛋白质的运输方式：合成的同时直接与内质网膜组合，或注入内质网腔内再组

8、合与内质网膜组合，或注入内质网腔内再组合到膜上。到膜上。可溶性蛋白质的运输方式：蛋白质合成可溶性蛋白质的运输方式：蛋白质合成后，直接进入后，直接进入ER或转入细胞质中。或转入细胞质中。蛋白质的折叠蛋白质的折叠 进入进入ER腔的新生多肽链需要进一步的折叠和组装。腔的新生多肽链需要进一步的折叠和组装。 肽链折叠需分子伴侣携助。肽链折叠需分子伴侣携助。 分子伴侣分子伴侣(Chaperone)：能识别不正确折叠的或未装能识别不正确折叠的或未装配好的蛋白质，并帮助它们重新折叠、装配和转运，配好的蛋白质，并帮助它们重新折叠、装配和转运，但其本身并不参与最终产物的形成，只起着陪伴作但其本身并不参与最终产物的

9、形成，只起着陪伴作用，故得名。如用，故得名。如HSP家族。家族。 分子伴侣能检查多肽的折叠情况，并与不正确折叠分子伴侣能检查多肽的折叠情况，并与不正确折叠的多肽结合，并把它们滞留在内质网腔内。的多肽结合，并把它们滞留在内质网腔内。蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。白质共价结合形成糖蛋白的过程。糖与蛋白质糖与蛋白质的连接方式的连接方式N-连接的寡糖蛋白：发生在内连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内。（质网腔内。（Asn-NH2）O-连接的寡糖蛋白：发生在高连接的寡糖蛋白：发生在高尔基复合体内。（尔基复合体内。（Ser/Thr-OH）p脂

10、类的合成脂类的合成p糖原的代谢糖原的代谢p解毒作用解毒作用1、脂类的合成、脂类的合成SER的主要功能是合成脂类，生物膜的膜脂几的主要功能是合成脂类，生物膜的膜脂几乎都是由乎都是由SER合成和运输的。合成和运输的。卵磷脂的合成为例：原料在胞质溶胶中，酶系卵磷脂的合成为例：原料在胞质溶胶中，酶系在在ER的脂质双分子层中，所以脂类的合成在的脂质双分子层中，所以脂类的合成在SER的胞质侧，而后由翻转酶从胞质侧翻转到的胞质侧，而后由翻转酶从胞质侧翻转到ER腔面，达到分布平衡。腔面，达到分布平衡。C=OC=OC=OC=OC=OC=OC=OC=OCoACoACH2CH CH2OH OHp2CoACHCH2C

11、H2 p123酰基转移酶酰基转移酶脂酰脂酰CoACHCH2CH2 OH磷酸酶磷酸酶pCHCH2CH2 胆碱磷酸胆碱磷酸 转移酶转移酶胆碱胆碱CDP-胆碱胆碱胆碱胆碱磷脂酸磷脂酸二酰基甘油二酰基甘油卵磷脂卵磷脂细胞质侧细胞质侧RER腔侧腔侧p卵磷脂的合成过程卵磷脂的合成过程外叶外叶内叶内叶酰基转移酶酰基转移酶磷脂酸磷脂酸卵磷脂卵磷脂翻转酶翻转酶细细 胞胞 质质ER腔腔糖原糖原葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶葡萄糖葡萄糖Pi到一般循环到一般循环2、糖原的代谢、糖原的代谢 在肝与肌肉细胞中，在肝与肌肉细胞中，SER的数量与糖的数量与糖原的合成呈正相关。原的合成呈正相关。 肝细

12、胞的肝细胞的ER膜上含有葡萄糖膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，磷酸酶，可以分解糖原。可以分解糖原。酰基转移酶酰基转移酶磷脂酸磷脂酸卵磷脂卵磷脂翻转酶翻转酶细细 胞胞 质质ER腔腔糖原糖原葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶葡萄糖葡萄糖Pi到一般循环到一般循环3、解毒作用、解毒作用 实验观察：给动物服用大量的苯巴比妥，肝细胞的实验观察：给动物服用大量的苯巴比妥，肝细胞的sER大量增生。毒物消失，大量增生。毒物消失，sER被溶酶体消化。被溶酶体消化。 肝脏解毒主要是因为肝脏解毒主要是因为SER含有大量的酶系：含有大量的酶系： 氧化作用：毒物、药物氧化作用：毒物、药物 解毒（或转化成

13、解毒（或转化成排泄物）。排泄物）。 转化作用：转化作用：代谢产生的氨转化为无毒的尿素代谢产生的氨转化为无毒的尿素排出排出 。 结合作用：类固醇结合作用：类固醇(巴比妥巴比妥)葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸 水溶性物质水溶性物质排出排出 。氧化酶氧化氧化酶氧化葡萄糖醛葡萄糖醛酸转移酶酸转移酶u信号假说的提出信号假说的提出:70年代初分泌蛋白质的体外合成试验。年代初分泌蛋白质的体外合成试验。p 合成体系中有微粒体，合成的蛋白质与体内合成相同。合成体系中有微粒体，合成的蛋白质与体内合成相同。p 合成体系中无微粒体，合成的蛋白质肽链比体内合成合成体系中无微粒体，合成的蛋白质肽链比体内合成的长。的长。u信号假说信

14、号假说(signal hypothesis)：蛋白质的合成起始：蛋白质的合成起始于细胞质溶胶中的核糖体，通过新生肽链上的信于细胞质溶胶中的核糖体，通过新生肽链上的信号肽将核糖体引导到内质网膜上，并在内质网中号肽将核糖体引导到内质网膜上，并在内质网中完成蛋白质的合成，而信号肽本身则在蛋白质合完成蛋白质的合成，而信号肽本身则在蛋白质合成完成之前就被内质网腔中的信号肽酶切除。成完成之前就被内质网腔中的信号肽酶切除。 u信号假说的组成体系：信号假说的组成体系：p蛋白质分选信号：信号肽和信号斑蛋白质分选信号：信号肽和信号斑p信号识别颗粒信号识别颗粒SRPp信号识别颗粒受体信号识别颗粒受体p蛋白质转运通道

15、蛋白质转运通道p 信号肽（信号肽（signal peptidesignal peptide）：）：是蛋白质合成中最先被是蛋白质合成中最先被翻译的氨基酸序列翻译的氨基酸序列，由，由15153030个疏水个疏水aaaa组成，组成，是将核是将核糖体引导到内质网的一段糖体引导到内质网的一段aa序列序列。 疏水核心区疏水核心区易形成易形成 螺旋，有利于与磷脂双分子层相螺旋，有利于与磷脂双分子层相互作用。互作用。 信号肽在肽链成熟过程中常被信号肽酶剪切信号肽在肽链成熟过程中常被信号肽酶剪切信号肽酶作用位点信号肽酶作用位点NHC疏水核心区疏水核心区信号肽的信号肽的N端端信号肽的信号肽的C端端1、信号肽和信号

16、斑信号肽和信号斑p信号斑（信号斑（signal patchsignal patch）：位于蛋白质的不）：位于蛋白质的不同部位的氨基酸顺序在多肽链折叠后形成的同部位的氨基酸顺序在多肽链折叠后形成的一个斑块，为三维结构。一个斑块，为三维结构。2、信号识别颗粒p信号识别颗粒（信号识别颗粒（Signal Recognition Particle, SRP）：存在于细胞质基质中，由）：存在于细胞质基质中，由1 1分子分子7 7SLRNA与与6 6个多肽亚单位组成。个多肽亚单位组成。SRP可识别可识别信号肽信号肽并与并与核糖体核糖体A位点位点结合，此结合，此外还可以识别并结合内质网膜上的外还可以识别并结合

17、内质网膜上的 SRP受体受体蛋白蛋白。通常通常SRP与核糖体的亲和力很低，但是当与与核糖体的亲和力很低，但是当与信号肽结合后增加其与核糖体的亲和力，并信号肽结合后增加其与核糖体的亲和力，并与核糖体的与核糖体的A位点结合形成位点结合形成SRP-核糖体复合核糖体复合体。占据核糖体的体。占据核糖体的A位点。位点。3、信号识别颗粒受体pSRP受体：受体：rER膜上的膜整合蛋白，可特异膜上的膜整合蛋白，可特异地识别地识别SRP-核糖体复合物并与之结合，使核糖体复合物并与之结合，使SRP-核糖体复合体接合到内质网膜上。核糖体复合体接合到内质网膜上。信号肽信号肽SRP 细胞细胞质质 ERER腔腔SRP 受体

18、受体(SRP receptor)4、蛋白质转运通道p核糖体结合蛋白核糖体结合蛋白、：为：为rER膜上结合蛋膜上结合蛋白，可与核糖体大亚基结合，加强核糖体与白，可与核糖体大亚基结合，加强核糖体与rER结合的稳定性。信号肽可穿过通道引导结合的稳定性。信号肽可穿过通道引导新合成肽链进入内质网腔。新合成肽链进入内质网腔。内质网腔内质网腔细胞质细胞质SRP受体受体信号识别颗粒信号识别颗粒 (SRP)核糖体结合蛋白核糖体结合蛋白tRNAAP核糖体核糖体mRNA信号肽信号肽A信号假说信号假说q这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为协同翻译转运（为协同翻译转运（co

19、-translation translocation）信号肽引导核糖体结合到内质网膜上信号肽引导核糖体结合到内质网膜上q新生肽链（信号肽）新生肽链（信号肽） SRP-核糖体复合物核糖体复合物（肽链延伸暂停）（肽链延伸暂停）SRP与受体结合，核糖体与受体结合，核糖体与与ER的结合蛋白结合的结合蛋白结合SRP脱离信号肽脱离信号肽肽链肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔链进入内质网腔信号肽切除信号肽切除肽链延伸至终肽链延伸至终止止翻译体系解散。翻译体系解散。SRPSRP游离核糖体游离核糖体附着核糖体附着核糖体胞质中的蛋白质胞质中的蛋白质线粒体蛋白线粒体蛋白过氧化物酶体蛋白过氧化物酶体蛋白核蛋白（组蛋白）核蛋白（组蛋白）细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白分泌蛋白分泌蛋白膜蛋白膜蛋白溶酶体蛋白溶酶体蛋白内质网内蛋白内质网内蛋白高尔基内蛋白高尔基内蛋白u肿胀：在缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件肿胀：在缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，下，ER由于水分和钠的流入，内质网变成囊泡，由于水分和钠的流入，内质网变成囊泡，囊泡相互融合形成更大的囊泡，甚至使内质网囊泡相互融合形成更大的囊泡，甚至使内质网胀破。胀破。u萎缩：在病毒性肝炎，如肝细胞发生水分丢