医学细胞生物学 第06章 内膜系统2

1、广东医学院生物教研室广东医学院生物教研室 张华华张华华第六章 内膜系统Endomembrane system第六章之二第六章之二 内质网内质网（部分）（部分） 高尔基复合体高尔基复合体内膜系统内膜系统 概概 念念 ：细胞质中由膜围成的、在结构、功能，细胞质中由膜围成的、在结构、功能，乃至发生上有密切关系的小管、小泡和扁囊共乃至发生上有密切关系的小管、小泡和扁囊共同组成的同组成的膜系统膜系统。属于内膜系统的细胞器有：。属于内膜系统的细胞器有：内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、各种运输小泡及核膜等功能结构。体、各种运输小泡及核膜等功能结构。 意意

2、义：义： 内膜系统的出现是真核细胞区别于原内膜系统的出现是真核细胞区别于原核细胞的显著特点之一，其意义在于：大大增核细胞的显著特点之一，其意义在于：大大增加了细胞内膜的表面积，为多种酶特别是多酶加了细胞内膜的表面积，为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合部位。体系提供了大面积的结合部位。内膜系统内膜系统l 内膜系统结构上的统一性内膜系统结构上的统一性l内膜系统功能上的统一性内膜系统功能上的统一性是细胞内蛋白质的加工、分选和运输系统是细胞内蛋白质的加工、分选和运输系统Endoplasmic Reticulum (ER)内内 质质 网网n 内质网的化学组成内质网的化学组成n 内质网的功能内质网的

3、功能u粗面内质网粗面内质网(RER)的功能的功能u滑面内质网滑面内质网(SER)的功能的功能n 内质网的形态结构和类型内质网的形态结构和类型n 内质网的病理改变内质网的病理改变内质网内质网（endoplasmic reticulum,ER） 19451945年年Porter K.RPorter K.R和和Claude A.DClaude A.D用电子显用电子显微镜观察培养的小鼠微镜观察培养的小鼠成纤维细胞发现细胞成纤维细胞发现细胞质中有一些形状大小质中有一些形状大小略有不同的小管、小略有不同的小管、小囊连接成网状的结构囊连接成网状的结构称称内质网内质网。ER的化学组成的化学组成脂质和蛋白质，动

4、物细胞内质网脂质含脂质和蛋白质，动物细胞内质网脂质含量约为量约为60%60%，蛋白质含量约为，蛋白质含量约为40%40%。 1 1、扁平囊排列、扁平囊排列： 内质网膜之间为狭窄内质网膜之间为狭窄的腔，形状扁而长，的腔，形状扁而长，不封闭，相互连通。不封闭，相互连通。 2.2.小泡状排列小泡状排列 泡状，如气球，腔较泡状，如气球，腔较大。大。 3.3.小管状排列小管状排列 呈分支而细长的管子。呈分支而细长的管子。ER的形态结构和类型的形态结构和类型形态形态 内质网的形态变异很大，其形态、数量内质网的形态变异很大，其形态、数量和分布在不同细胞中不同，常与细胞的和分布在不同细胞中不同，常与细胞的类型

5、、生理功能状态、分化程度以及环类型、生理功能状态、分化程度以及环境条件有关。境条件有关。 同一细胞不同区域的内质网其形态也会同一细胞不同区域的内质网其形态也会随发育时期、生理状态不同而不同。随发育时期、生理状态不同而不同。ER的形态结构和类型的形态结构和类型结构结构 1、内质网膜：、内质网膜： 内质网是交织分布在内质网是交织分布在细胞质中高度分化、细胞质中高度分化、十分复杂的内膜管道十分复杂的内膜管道系统。厚约系统。厚约5-6nm .5-6nm . 2、内质网腔：内质网腔： 由内质网膜围成的空由内质网膜围成的空腔。其大小随细胞种腔。其大小随细胞种类和生理状态而不同类和生理状态而不同。ER的形态

6、结构和类型的形态结构和类型光面内质网光面内质网(SER)Smooth endoplasmic reticulum特点特点:膜表面附着核膜表面附着核糖体糖体形态形态:多为板层状排多为板层状排列的扁囊列的扁囊分布分布:多在分泌活动多在分泌活动旺盛的细胞内旺盛的细胞内特点特点:膜表面膜表面无无核糖体核糖体形态形态:多为分支小管或小泡多为分支小管或小泡分布分布: 肌细胞、合成类固醇肌细胞、合成类固醇激素的细胞中较丰富激素的细胞中较丰富核糖体核糖体细胞核细胞核ER的形态结构和类型的形态结构和类型糙面内质网糙面内质网(RER)Rough endoplasmic reticulum类型类型Rough end

7、oplasmic reticulum 糙面内质网糙面内质网Smooth endoplasmic reticulum 光面内质网光面内质网内质网的模式图内质网的模式图浆细胞浆细胞细胞核细胞核Z线线I带带A带带肌原纤维肌原纤维肌纤维膜肌纤维膜肌质网肌质网线粒体线粒体肌细胞肌细胞RER function1.1.蛋白质合成蛋白质合成二、二、ER function 膜整合蛋白膜整合蛋白 分泌蛋白分泌蛋白 溶酶体酶蛋白溶酶体酶蛋白 驻留蛋白驻留蛋白 u合成蛋白质的种类合成蛋白质的种类注意：注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中并都是起始于细胞质基

8、质中“游离游离”核糖体核糖体。编码分泌蛋编码分泌蛋白的白的mRNA附着的多聚核糖体附着的多聚核糖体核糖体的大小亚基贮存库核糖体的大小亚基贮存库编码结构蛋白的mRNARER function1.1.蛋白质合成蛋白质合成l信号肽假说的主要内容信号肽假说的主要内容l参与因子参与因子蛋白质蛋白质N N端的信号肽端的信号肽信号识别颗粒（信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）信号识别颗粒受体（信号识别颗粒受体（SRP-receptor）通道蛋白移位子通道蛋白移位子RER function1.1.蛋白质合成蛋白质合成信号肽信号肽的合成的合成 1信号肽信号肽- -SRP

9、SRP- -核糖体核糖体2123456信号肽信号肽-SRPSRP- -SRPSRP受体受体- -核糖体核糖体3核糖体核糖体-移位子移位子4信号肽信号肽被切被切,多肽链多肽链进入进入RER腔腔5多肽链合成完成多肽链合成完成,核核糖体大小亚基分离糖体大小亚基分离6信号肽信号肽信号肽假说信号肽假说细胞质中核糖体在蛋白质合成启细胞质中核糖体在蛋白质合成启动后动后, , 根据根据mRNAmRNA上特定的信号序上特定的信号序列合成列合成一段短肽一段短肽, ,它可它可引导引导核糖核糖体结合到粗面内质网膜上体结合到粗面内质网膜上SRP receptor通道蛋白移位子通道蛋白移位子信号识别颗粒信号识别颗粒(SR

10、P)(signal recognition particle)1. 1. 蛋白质的合成蛋白质的合成RER function1. 1. 蛋白质的合成蛋白质的合成2.2.新生多肽链的折叠和装配新生多肽链的折叠和装配RER function内质网中含有丰富的内质网中含有丰富的氧化型谷胱甘肽（氧化型谷胱甘肽（GSSG）、）、蛋白二硫蛋白二硫键键异构酶（异构酶（二硫键形成）二硫键形成）和和结合蛋白结合蛋白（Binding protein，Bip 促进促进肽链肽链折叠折叠），为蛋白），为蛋白质的折叠提供了极为有利的环境。质的折叠提供了极为有利的环境。多肽链的氨基酸组成和排列决定蛋白质的多肽链的氨基酸组成和

11、排列决定蛋白质的基本理基本理化特性；化特性；多肽链的折叠而成的三维高级结构决定多肽链的折叠而成的三维高级结构决定蛋白质功能的实现蛋白质功能的实现。 指单糖或寡糖与蛋白质共价指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程结合形成糖蛋白的过程蛋白质的糖基化：蛋白质的糖基化：3. 3. 蛋白质的加工修饰蛋白质的加工修饰RER functionuN-N-连接的糖基化连接的糖基化:(:(始于始于ERER腔腔, ,完成于完成于GC)GC) 寡糖连接到肽链的寡糖连接到肽链的天冬酰胺残天冬酰胺残基侧链的基侧链的氨基氨基(NH2)上上uO-O-连接的糖基化连接的糖基化:(:(全部或主要于全部或主要于GCGC完成完

12、成) )寡糖寡糖寡糖转移酶寡糖转移酶多多萜萜醇醇1414个糖残基个糖残基-连接的糖基化连接的糖基化RER出出芽芽运输小泡运输小泡跨膜蛋白跨膜蛋白分泌蛋白分泌蛋白溶酶体酶蛋白溶酶体酶蛋白驻留蛋白驻留蛋白靶细胞器靶细胞器到高尔基体到高尔基体RER function1. 1. 蛋白质合成蛋白质合成3. 3. 蛋白质的加工和修饰蛋白质的加工和修饰4. 蛋白质的运输蛋白质的运输2. 2. 新生多肽链的折叠和装配新生多肽链的折叠和装配1.1.脂质的合成脂质的合成 二、二、ER functionSER function (多功能的细胞器多功能的细胞器)细胞所需绝大多数膜脂细胞所需绝大多数膜脂( (包括磷脂包

13、括磷脂和胆固醇和胆固醇）是光面内质网最为重要的功能之一。是光面内质网最为重要的功能之一。1.1.脂质的合成脂质的合成 二、二、ER functionSER function (多功能的细胞器多功能的细胞器)脂质合成的脂质合成的底物底物来来源于源于细胞质基质细胞质基质；催；催化脂质合成的化脂质合成的酶系酶系是是定位于定位于内质网膜上的内质网膜上的镶嵌蛋白镶嵌蛋白；脂质的合；脂质的合成成起始并完成于内质起始并完成于内质网的胞质侧网的胞质侧。脂类分子从脂类分子从ER膜的膜的一层翻转到另一层一层翻转到另一层运输小泡运输小泡转运至高尔基转运至高尔基复合体、溶酶体、质膜复合体、溶酶体、质膜磷脂转换蛋白磷脂

14、转换蛋白转运至线转运至线粒体和过氧化物酶体粒体和过氧化物酶体ERER合成磷脂后的两种主要转运方式合成磷脂后的两种主要转运方式2.2.参与糖原分解代谢（肝细胞）参与糖原分解代谢（肝细胞）SER function (多功能的细胞器多功能的细胞器)糖原合成代谢？糖原合成代谢？SER在糖原分解中的作用在糖原分解中的作用 3.3.具有解毒作用（肝细胞）具有解毒作用（肝细胞） sERsER氧化及电子传递酶系氧化及电子传递酶系n由肠道吸收的外源性有毒物质或药物及机由肠道吸收的外源性有毒物质或药物及机体代谢自生的内源性毒物，大多数经过肝细体代谢自生的内源性毒物，大多数经过肝细胞内的胞内的SER通过氧化、通过氧

15、化、羟化羟化方式，使毒性降方式，使毒性降低、失毒或利于排泄。低、失毒或利于排泄。SER function (多功能的细胞器多功能的细胞器)解毒作用 机体内的外源性和内源性毒物以及药物均是通过肝细机体内的外源性和内源性毒物以及药物均是通过肝细胞的光面内质网完成解毒过程。胞的光面内质网完成解毒过程。氧化酶体系氧化酶体系转移酶体系转移酶体系细胞色素酶细胞色素酶P450P450NADPH-NADPH-细胞色素细胞色素c c还原酶还原酶细胞色素酶细胞色素酶b5b5NADH-NADH-细胞色素细胞色素b5b5还原酶还原酶细胞色素酶细胞色素酶P450P450还原酶还原酶解解毒毒酶酶系系形成光面内质网的电子传

16、递体系，在电子传递、形成光面内质网的电子传递体系，在电子传递、氧化还原过程中，催化多种化合物氧化、羟化、氧化还原过程中，催化多种化合物氧化、羟化、从而钝化或破坏毒物或药物的毒性；同时，由于从而钝化或破坏毒物或药物的毒性；同时，由于羟化作用，化合物的水溶性增强，易于排泄。羟化作用，化合物的水溶性增强，易于排泄。 氧化酶系氧化酶系的的核心成员是细胞色素核心成员是细胞色素P-450。它它参与有毒物质以参与有毒物质以及类固醇和脂肪酸的羟基化及类固醇和脂肪酸的羟基化。被氧化的物质同细胞色素被氧化的物质同细胞色素P-450结合结合细胞色素细胞色素P-450中的铁原子被中的铁原子被NADPH还原还原氧氧同细

17、胞色素同细胞色素P-450结合结合底物结合一个氧原子被氧化底物结合一个氧原子被氧化,另一个另一个氧原子用于形成水。被氧化的底物由于带上羟基氧原子用于形成水。被氧化的底物由于带上羟基,增强水溶性增强水溶性,容易被分泌排出。容易被分泌排出。4.4.参与骨骼肌的收缩参与骨骼肌的收缩在肌细胞中肌质网在肌细胞中肌质网( (即即SER)SER)是是CaCa+贮存场贮存场所所, ,可通过释放和回收可通过释放和回收CaCa+调节肌肉收缩调节肌肉收缩 SER function (多功能的细胞器多功能的细胞器)储存和调节Ca2+浓度内质网的病理性改变内质网的病理性改变 ERER是一个敏感的细胞器。是一个敏感的细胞

18、器。 形态结构改变：形态结构改变： 肿胀肿胀水解变性水解变性 肥大肥大药物中毒、病毒感染等药物中毒、病毒感染等 囊池塌陷囊池塌陷膜损伤致合成障碍膜损伤致合成障碍 癌细胞：癌细胞： 低分化低分化ERER少少 高分化高分化ERER多多 低侵袭力低侵袭力ERER少少 高侵袭力高侵袭力ERER多多内质网与阿尔茨海默病内质网与阿尔茨海默病 大脑皮层大脑皮层- -淀粉样蛋白聚集淀粉样蛋白聚集 内质网内质网Ca2+Ca2+信号调节紊乱，将改变信号调节紊乱，将改变- -淀粉样淀粉样前体蛋白在内质网的加工前体蛋白在内质网的加工 ，过量生成，过量生成- -淀粉淀粉样蛋白，沉积于内质网、胞质和分泌到细胞外，样蛋白，

19、沉积于内质网、胞质和分泌到细胞外，形成形成ADAD病变。病变。小结小结1、内质网的形态特征、内质网的形态特征由一层单位膜围成的连续的网状膜系统由一层单位膜围成的连续的网状膜系统2、内质网的功能、内质网的功能粗面内质网和光面内质网粗面内质网和光面内质网RER：与蛋白质的合成、加工、运输有关：与蛋白质的合成、加工、运输有关SER：多功能的细胞器：多功能的细胞器(Golgi complex, GC)高尔基复合体高尔基复合体Camillo Golgi 1843-1926 Italian physician/scientist Shared Nobel Prize (1906) with Santiag

20、o Ramn y Cajal (Spanish)for their work on the structure of the nervous system. (reticularist vs. neuronalist)高尔基复合体高尔基复合体n高尔基复合体的化学组成高尔基复合体的化学组成n高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能n高尔基复合体的形态结构高尔基复合体的形态结构n高尔基复合体的病理改变高尔基复合体的病理改变(Golgi complex, GC) 高尔基复合体是高尔基复合体是由一层单位膜包由一层单位膜包围而成的复杂的围而成的复杂的囊泡系统，电镜囊泡系统，电镜下由小囊泡、扁下由小囊泡、扁平

21、囊和大囊泡组平囊和大囊泡组成成高尔基复合体高尔基复合体(Golgi complex, GC)一一. .Golgi complex 的形态结构的形态结构n光镜下一般为不规则网状、颗光镜下一般为不规则网状、颗n电镜下由扁平囊和大小不等的电镜下由扁平囊和大小不等的n常分布于内质网和细胞膜之间，常分布于内质网和细胞膜之间，粒状或线状粒状或线状囊泡组成囊泡组成有极性有极性；扁平囊凸面称扁平囊凸面称生成面或未生成面或未成熟面成熟面，凹面称，凹面称成熟面或分泌面成熟面或分泌面 凸面：凸面：生成生成(顺顺)面面凹凹 面：面：分泌分泌(反反)面面扁扁平平囊囊小泡小泡 大泡大泡(分泌泡分泌泡)顺面膜囊顺面膜囊反面

22、膜囊反面膜囊中间膜囊中间膜囊反面膜囊反面膜囊( (分选运输分选运输) )中间膜囊中间膜囊( (糖基化糖基化) )顺面膜囊顺面膜囊( (筛选筛选) )顺面顺面反面反面二二. . 化学组成化学组成n标志酶是标志酶是糖基转移酶糖基转移酶高尔基体膜含有大约高尔基体膜含有大约60%的蛋白质和的蛋白质和40%的脂类。的脂类。膜脂含量介于膜脂含量介于ER和质膜之间。和质膜之间。高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、氧化还高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。移酶和磷脂酶等不同的类型。三三. .Golgi comp

23、lex functions（一）参与细胞的分泌活动（一）参与细胞的分泌活动负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出。负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出。RER上合成蛋白质上合成蛋白质进入进入ER腔腔出芽形成囊泡出芽形成囊泡进入进入CGN在高尔基堆加工在高尔基堆加工在在TGN形成囊泡形成囊泡囊泡与质膜融合、排出囊泡与质膜融合、排出3 3H H标记标记亮氨酸亮氨酸3分钟分钟17分钟分钟117分钟分钟放射性示踪实验放射性示踪实验进入进入rERrER腔腔1转移到高尔基体转移到高尔基体2分泌、释放于细胞外分泌、释放于细胞外3分泌蛋白运输途径分泌蛋白运输途径甘露糖甘露糖N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡

24、萄糖胺半乳糖半乳糖唾液酸唾液酸高尔基复合体完成高尔基复合体完成内质网中起始内质网中起始（二）糖蛋白的加工合成（二）糖蛋白的加工合成N-N-连接糖基化连接糖基化: :三三. .Golgi complex functions（二）糖蛋白的加工合成（二）糖蛋白的加工合成O-O-连接糖基化连接糖基化: : 寡糖连接到蛋白质的酪氨酸、丝寡糖连接到蛋白质的酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基侧链的氨酸和苏氨酸残基侧链的羟基羟基(-OH)上上糖基化的结果糖基化的结果、使不同的蛋白质带上不同的标记、使不同的蛋白质带上不同的标记、改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性、改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性蛋白质合成蛋白质合成溶

25、酶体寡聚糖磷酸化溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖切除甘露糖加加N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖加半乳糖加唾液酸；分选加唾液酸；分选溶酶体溶酶体顺面管网顺面管网中层囊中层囊反面囊反面囊反面管网反面管网大泡（分泌颗粒）大泡（分泌颗粒）rER高尔基复合体高尔基复合体顺面囊顺面囊切除甘露糖切除甘露糖扁平囊扁平囊 高尔基体功能区隔化示意图（溶酶体酶蛋白）高尔基体功能区隔化示意图（溶酶体酶蛋白）糖蛋白在高尔基复合体中的加工和修饰在空间和时间上的糖蛋白在高尔基复合体中的加工和修饰在空间和时间上的高度有序性，高尔基复合体具有功能的区域性。高度有序性，高尔基复合体具有功能的区域性。 M-6-P M-6-P是溶酶体酶是溶酶体酶的分选信号，这种磷的分选信号，这种磷酸化甘露糖的形成，酸化甘露糖的形成，一方面保护了甘露糖一方面保护了甘露糖免受高尔基网中甘露免受高尔基网中甘露糖酶的切割，同时，糖酶的切割，同时，也防止了高尔基体中也防止了高尔基体中N-N-乙酰葡萄糖胺，