细胞生物学 内膜系统的结构与功能

1、 (Golgi complex )(Golgi complex )医生医生光学显微镜蛙脊光学显微镜蛙脊神经节切片银染神经节切片银染常因细胞类型和生长时常因细胞类型和生长时期不同而有很大不同。期不同而有很大不同。 分泌功能旺盛的细胞，分泌功能旺盛的细胞，较发达较发达; ;不具分泌功能的细胞，不具分泌功能的细胞，则很罕见。则很罕见。肠上皮粘液细胞膜结构区隔化肠上皮粘液细胞膜结构区隔化数目：数目：形态：形态：由一些由一些(4(48 8个个) )排列较为整齐的排列较为整齐的扁平膜囊扁平膜囊(saccules)(saccules)堆叠堆叠形成。形成。囊多呈弓囊多呈弓形，也有的呈半形，也有的呈半球形或球形

2、。球形或球形。 顺面初步分选：顺面初步分选：含内质网驻留信号的含内质网驻留信号的蛋白返还内质网蛋白返还内质网; ;分泌蛋白进入中间膜分泌蛋白进入中间膜囊。囊。内质网驻留信号：内质网驻留信号：C 末端有末端有Lys-Asp-Glu-Leu /KDELKDEL序列序列交通枢纽交通枢纽”3 3分钟标记分钟标记2020分钟标记分钟标记120120分钟标记分钟标记标记蛋白标记蛋白分泌泡分泌泡内质网内质网高尔基体高尔基体ER腔腔半乳糖半乳糖甘露糖甘露糖N-乙酰葡萄糖氨乙酰葡萄糖氨N-乙酰神经酰氨乙酰神经酰氨前胰岛素原的加工前胰岛素原的加工意义意义 防止活性蛋白在合成细胞中发挥作用；防止活性蛋白在合成细胞中

3、发挥作用； 小肽分子难以在核糖体上合成（神经肽小肽分子难以在核糖体上合成（神经肽 5aa） 产生包装并转运到分泌泡中的必要信号产生包装并转运到分泌泡中的必要信号溶酶体（溶酶体（lysosomelysosome）是一种外被以单位膜、）是一种外被以单位膜、内含有多种内含有多种酸性水解酶，酸性水解酶，能水解多种内源性和能水解多种内源性和外源性大分子物质的细胞器外源性大分子物质的细胞器, ,被称为被称为细胞内的细胞内的“消化器消化器”。 几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内的圆球体及中央液泡与其功能类似，原生动内的圆球体及中央液泡与其功能类似，原生动物细胞中也存在

4、类似溶酶体的结构。物细胞中也存在类似溶酶体的结构。 酶的最适酶的最适pHpH为为5 5左右。左右。偶然？偶然？ 敏锐的洞察能力敏锐的洞察能力科学发现的两种模式科学发现的两种模式常规模式：常规模式：正确的假说指导，无正确的假说指导，无偶然因素作用下发现科学事实；偶然因素作用下发现科学事实；非常规模式：非常规模式：以意外科学事实为以意外科学事实为契机而作出的科学发现；契机而作出的科学发现；大鼠肝细胞溶酶体大鼠肝细胞溶酶体酶酶天然底物天然底物酶酶天然底物天然底物磷酸酶类磷酸酶类 酸性磷酸酶酸性磷酸酶磷酸单脂磷酸单脂酸性磷酸二脂酶酸性磷酸二脂酶磷酸二脂磷酸二脂酸性焦磷酸酶酸性焦磷酸酶ATP， FAD磷

5、脂酸磷酸酶磷脂酸磷酸酶磷脂酸磷脂酸磷酸蛋白磷酸酶磷酸蛋白磷酸酶磷酸蛋白磷酸蛋白硫酸酯酶硫酸酯酶 芳基硫酸酯酶芳基硫酸酯酶芳基硫酸酯芳基硫酸酯蛋白酶和肽酶蛋白酶和肽酶 组织蛋白酶组织蛋白酶蛋白质蛋白质胶原酶胶原酶胶原胶原肽酶肽酶肽肽核酸酶核酸酶 核糖核酸酶核糖核酸酶RNA脱氧核糖核酸酶脱氧核糖核酸酶DNA脂酶脂酶 磷酸脂酶磷酸脂酶磷脂磷脂酯酶酯酶脂肪酸酯脂肪酸酯-葡萄糖脑苷脂酶葡萄糖脑苷脂酶 葡萄糖脑苷脂葡萄糖脑苷脂糖苷酶糖苷酶 葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶糖原糖原葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶糖蛋白糖蛋白-半乳糖苷酶半乳糖苷酶糖脂、糖蛋白糖脂、糖蛋白溶菌酶溶菌酶细菌的细胞壁细菌的细胞壁 初级溶酶体初级溶酶体前溶

6、酶体前溶酶体溶酶体酶具有溶酶体酶具有信号区信号区/ /信号斑信号斑(Signal patch(Signal patch甘露糖甘露糖6-6-磷酸甘露糖的形成磷酸甘露糖的形成N N乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶胺磷酸糖苷酶N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶磷酸转移酶 顺面膜囊中间膜囊甘甘露露糖糖催化催化部位部位识别识别部位部位M6P受体与受体与M6P在在pH7结合，在结合，在pH6分离分离.H酶的合成酶的合成N-连接糖基化连接糖基化M6p残基形成残基形成酶的分拣、集中酶的分拣、集中酶运输酶运输酶活化酶活化附着核糖体附着核糖体内质网腔内质网腔顺面高尔基网顺面高尔基网反面高尔基网反面高尔基网

7、运输小泡运输小泡 前溶酶体前溶酶体初级溶酶体（受体返回）初级溶酶体（受体返回）含含M6P的酶的运输特异性不强的酶的运输特异性不强次级溶酶体次级溶酶体初级溶酶体初级溶酶体 大纲大纲线粒体线粒体过氧化物酶体过氧化物酶体异噬性溶酶体异噬性溶酶体消化底物是细胞外源性物质自噬性溶酶体自噬性溶酶体消化底物是细胞内源性物质吞噬溶酶体吞噬溶酶体吞噬泡融合吞噬泡融合多泡小体胞饮泡融合底物底物 生活垃圾累积？生活垃圾累积？细胞内垃圾？细胞内垃圾？疾病疾病台萨氏病台萨氏病神经节苷脂累积导致神经节苷脂累积导致杀死入侵的病毒或细菌。杀死入侵的病毒或细菌。 某些病原体某些病原体麻风杆菌麻风杆菌和和利什曼原虫利什曼原虫(

8、(黑热病黑热病) )可可抑制吞噬泡的酸化，从而抑制溶酶体活性；抑制吞噬泡的酸化，从而抑制溶酶体活性； 通过受体介导的内吞作用侵入细胞的病毒，则通过受体介导的内吞作用侵入细胞的病毒，则利用酸性环境脱掉衣壳利用酸性环境脱掉衣壳. .降解内吞及体内存降解内吞及体内存在的大分子物质为在的大分子物质为小分子物质，供其小分子物质，供其他细胞器合成新的他细胞器合成新的大分子大分子.返回返回卵子卵子精子精子顶体顶体精子细精子细胞核胞核皮质颗粒皮质颗粒 精子顶体反应精子顶体反应II型糖原累积病（型糖原累积病（Pompe病）病）：溶酶体缺乏：溶酶体缺乏-1,4-葡葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿萄

9、糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。为小孩，常在两周岁以前死亡。Gaucher病：病：又称脑苷脂沉积病又称脑苷脂沉积病,是巨噬细胞和脑神是巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏经细胞的溶酶体缺乏- 葡萄糖苷酶造成的。大量的葡葡萄糖苷酶造成的。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内,巨噬细胞变成巨噬细胞变成Gaucher 细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，中细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，中枢神经系统发生退行性变化，常在枢神经系统发生退行性

10、变化，常在1 岁内死亡。岁内死亡。肺结核：肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体外表酶。但是菌体外表含有硫酸脑苷脂含有硫酸脑苷脂能抵抗溶酶体能抵抗溶酶体水解酶，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导水解酶，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。类风湿性关节炎类风湿性关节炎患者溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组患者溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎织损伤

11、和发炎 。过过氧氧化化物物酶酶体体中中发发现现的的主主要要酶酶类类酶酶鼠肝鼠肝植物种子植物种子植物叶植物叶过氧化氢酶过氧化氢酶+尿酸氧化酶尿酸氧化酶+D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶+-L-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶+-L-羟酸氧化酶羟酸氧化酶+乙醇酸氧化酶乙醇酸氧化酶+脂肪酸脂肪酸-氧化酶氧化酶+-柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶-+-顺乌头酸酶顺乌头酸酶+-异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶-+-马来酸合成酶马来酸合成酶-+-马来酸脱氢酶马来酸脱氢酶-+乙醛酸还原酶乙醛酸还原酶+-+乙醛酸转氨酶乙醛酸转氨酶-+说明：存在，-；：不存在；空白：未测。乙乙肝中过氧化物酶体中的肝中过氧化物酶体中的乙醇脱氢酶和乙醛脱

12、氢酶乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶可使酒精转化为可使酒精转化为乙醛和乙酸，最后生成二氧化碳乙醛和乙酸，最后生成二氧化碳和水放出能量。和水放出能量。但过渡饮酒会伤害肝脏：但过渡饮酒会伤害肝脏： 乙醇氧化产生的乙醛乙醇氧化产生的乙醛, ,可作为黄嘌呤氧化酶的可作为黄嘌呤氧化酶的底物而产生大量的超氧化阴离子底物而产生大量的超氧化阴离子(O(O2 2) )，O O2 2可引可引起肝细胞膜类脂过氧化而损害肝细胞。起肝细胞膜类脂过氧化而损害肝细胞。 体内超氧化物歧化酶（体内超氧化物歧化酶（SODSOD）可催化）可催化O O2 2生成生成O O2 2和和H H2 2O O2 2，H H2 2O O2 2则由谷胱甘肽

13、过氧化物酶催化转变成则由谷胱甘肽过氧化物酶催化转变成O O2 2和和H H2 2O, O, 从而保护肝脏免受损害。从而保护肝脏免受损害。过氧化物过氧化物酶体成长酶体成长成熟过氧化成熟过氧化物酶体分裂物酶体分裂过氧化物酶体的膜脂在内质网上合成后转运而来过氧化物酶体的膜脂在内质网上合成后转运而来； 内体内体1）网格蛋白包被小泡）网格蛋白包被小泡 结构：结构：网格蛋白组成外层结构骨架；网格蛋白组成外层结构骨架；接合素构成内壳。接合素构成内壳。功能：功能： a.负责蛋白质从高尔基体负责蛋白质从高尔基体TGN到质膜、胞内体或溶酶体到质膜、胞内体或溶酶体和植物液泡和植物液泡的运输。的运输。 b.在受体介导

14、的细胞内吞途径中负责将物质从在受体介导的细胞内吞途径中负责将物质从质膜质膜运运到到细胞质细胞质，以及从，以及从胞内体到溶酶体胞内体到溶酶体的运输。的运输。网格蛋白接合素蛋白受体货物分子 网格（笼形）蛋白网格（笼形）蛋白: 由由3个重链和个重链和3个轻链形成的具个轻链形成的具有有3个曲臂形状（个曲臂形状（triskelion）的蛋白。笼形蛋白的的蛋白。笼形蛋白的曲臂部分可相互交织，形成曲臂部分可相互交织，形成5/6边形网孔的边形网孔的“笼子笼子”。 网格蛋白的网格蛋白的结构，结构，A电电镜照片，镜照片，B分子模型，分子模型，C衣被模型。衣被模型。 重叠臂曲臂末端接合素重链轻链当当笼形蛋白衣被小泡

15、形成时，发动蛋白聚集成一圈围绕在芽的笼形蛋白衣被小泡形成时，发动蛋白聚集成一圈围绕在芽的颈部，将柄部的膜尽可能地拉近（小于颈部，将柄部的膜尽可能地拉近（小于1.5nm），），导致膜融合，导致膜融合，掐断衣被小泡。其还可召集其它可溶性蛋白在小泡的颈部聚集，掐断衣被小泡。其还可召集其它可溶性蛋白在小泡的颈部聚集，通过改变膜的形状和膜脂的组成，促使小泡颈部膜融合，形成通过改变膜的形状和膜脂的组成，促使小泡颈部膜融合，形成衣被小泡。衣被小泡。 网格蛋白有被小泡介导的选择性运输网格蛋白有被小泡介导的选择性运输 2) COPII 包被小泡包被小泡 G蛋白调节蛋白：蛋白调节蛋白： GEF（guanine-n

16、ucleotide exchange factor）:使使G蛋白释放蛋白释放GDP，结合结合GTP而激活。而激活。 GAP（GTPase activating protein）:激活激活G蛋白的酶蛋白的酶活性，水解活性，水解GTP，G蛋白失活。蛋白失活。除单体除单体G蛋白以外，三聚体蛋白以外，三聚体G蛋白也起分子开关的作用控蛋白也起分子开关的作用控制衣被小泡的形成。制衣被小泡的形成。 被运输蛋白被运输蛋白跨膜受体跨膜受体Sec12露出一条脂肪酸的尾巴，插露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，促进其他衣被入内质网膜，促进其他衣被蛋白的活化和组装。蛋白的活化和组装。激活磷脂酶激活磷脂酶D，将一些磷将

17、一些磷脂水解，使形成衣被的蛋脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。白牢固地结合在膜上。形成运输小泡形成运输小泡当衣被小泡从膜上释放后，当衣被小泡从膜上释放后，GTPGTP水解，衣被解体。水解，衣被解体。3) COPI包被小泡包被小泡 组成：组成： COPI包被含有包被含有8种蛋白亚基，其依赖种蛋白亚基，其依赖ARF（GTP酶）酶）调节包被的装配与去装配调节包被的装配与去装配； 功能：功能： 负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网（Golgi ER，逆行转运逆行转运）; 高尔基体中的逆向运输高尔基体中的逆向运输。 在组成性分泌中的在组成性分泌中的非选择性批量运输中行使功能。非选择性批量运输中行使功能。内质网中保留及回收蛋白质内质网中保留及回收蛋白质的两种机制：的两种机制：运输泡将应被保留的驻留运输泡将应被保留的驻留蛋白排斥在外，防止出芽转蛋白排斥在外，防止出芽转运；运； 通过识别驻留蛋白通过识别驻留蛋白C-端的端的回收信号的特异性受体，以回收信号的特异性受体，以COPI-包被小泡的形式捕获逃包被小泡的形式捕获逃逸蛋白。逸蛋白。内质网蛋白的回收信号：内质网蛋白的回收信号：网腔的蛋白：网腔的蛋白：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）；）；膜蛋白（如膜蛋白（如SRP受体）：