细胞生物学内膜系统

1、 细胞质基质 内膜系统细胞质 膜性结构 细胞器 线粒体 非膜性结构1细胞质基质 （cytoplasmic matrix or cytomatrix） 在真核细胞，细胞质膜以内、核以外的部分称为细胞质。细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。 细 胞 组 分 数 目 体 积 比细胞质基质细胞核内质网高尔基体溶酶体胞内体过氧化物酶体线粒体 1 1 1 1 300 200 400 1700 54 6 12 3 1 1 1 22细胞质基质的涵义 细胞质基质的功能 肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比 2 基本概念：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、 线粒

2、体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构 后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学 家多称之为胞质溶胶。 主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。 主要特点：细胞质基质是一个高度有序的体系； 通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质的涵义3 完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 蛋白质的分选与运输 与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质 运输及能量传递等 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命 降解变性和错误折叠的蛋白质 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象细胞质基

3、质的功能4内膜系统56 质膜 内膜生物膜原核细胞 质膜构成的单一区室真核细胞 内膜 各种细胞器内膜系统出现的意义： 各自独立，各司其职 相互依存，协调同一大大提高了细胞代谢反应的效率7真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器(区室)主要功能胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核基因组存在场所，DNA和RNA的合成地内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用内体内吞物质的分选线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用过氧化物酶体毒性分子的氧化8第五章 细胞的内膜系统（ endomembrane system ）内膜系统:指细胞内那

4、些在结构、功能及发生上相互 密切关联的膜性细胞器的总称。主要包括： 内质网（endoplasmic reticulum, ER) * 高尔基复合体（Golgi apparatus) * 溶酶体（lysosome) * 过氧化物酶体（peroxisome) 各种转运小泡（transport vesicles) 核膜9内膜系统可能的进化过程10一、 内质网的化学组成二、 内质网的形态结构三、 内质网的类型四、内质网的主要功能第一节 内质网 ER (endoplasmic reticulum)11微粒体(microsome)12一、内质网的化学组成1.脂类（ 3040 ）以磷脂中的磷脂酰胆碱为主，比

5、细胞膜丰富,鞘磷脂少2.蛋白质（6070）30多种不同的酶或者酶系标志酶：葡萄糖6磷酸酶13二、内质网的形态结构基本结构单位：大小不同、形态各异的小管、小泡或扁囊形态、分布以及数量具有组织细胞特异性14粗面内质网(RER)与滑面内质网(SER)15粗面内质网(RER)滑面内质网(SER)161718三、内质网的基本类型 粗面内质网 滑面内质网19（一）粗面内质网 胞质面附有核糖体，又称颗粒内质网，有核糖体连接蛋白(SRP),主要为排列整齐板层扁平囊状结构；数量多少与细胞类型（分泌型细胞多）以及细胞的机能状态（活动旺盛，分化完善多）有关。20核糖体（ribosome) 核糖体的形态 光镜下核糖体

6、为致密小颗粒. 21胃酶细胞的内质网全部为粗面内质网22（二）滑面内质网表面光滑的小管、小泡样网状结构，无核糖体附着；分泌甾体类(类固醇）激素的细胞、皮脂腺细胞、胃壁细胞等滑面质网丰富常见局部与粗面内质网连通，是多功能细胞器，23滑面内质网 又称无颗粒内质网，其数量与细胞类型有关 RER与SER的关系24肌细胞多为滑面内质网2526四、内质网的功能*区域化、增加表面积，提高代谢效率；*蛋白质、脂类与糖类合成基地；*物质运输、物质交换、解毒作用；*机械支持27四、内质网的功能（一）粗面内质网的功能1.分泌性蛋白质的合成信号肽假说 信号肽信号肽识别颗粒（SRP）粗面内质网蛋白质内质网腔内信号肽被酶

7、切除2.新生肽链的加工：折叠与装配3.蛋白质糖基化N糖基化4.蛋白质附着到糖基磷脂酰肌醇成为脂锚定蛋白5.蛋白质的胞内运输28粗面内质网附着核糖体合成的蛋白*外泌蛋白如抗体、激素、细胞外基质蛋白质*跨膜蛋白*需要与其它细胞组分严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶*需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白29游离核糖体合成的蛋白 *结构蛋白质*细胞核蛋白质*代谢所需的酶*线粒体蛋白质3031附着核糖体与粗面内质网结合的信号假说（J Cell Biol, 1975;1999 Nobel Prize）信号假说:a. 信号肽合成b. SRP-核糖体复合体形成,引导核糖体到内质网c. 核糖体与内质网膜结合d. 新生肽

8、链进入内质网腔e. 肽链转化为高级形式 32信号功能举 例蛋白进入ER+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Ler-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-滞留在ER中-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-蛋白进入线粒体+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-进入细胞核

9、-Pro-Pro-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-进入过氧化 物酶体-Ser-Lys-Leu-信号假说与蛋白质分选信号(表) 33343536工具：分子伴侣（驻留蛋白，共同特点：KDEL序列）37参与胰岛素分子的初步加工 分子伴侣 HSP70 (chaperon)38内质网内蛋白的折叠与调控39N-连接的寡糖蛋白(天冬酰胺Asn) N-乙酰葡萄糖胺、葡萄糖、甘露糖40N-连接的糖基化41内质网腔内蛋白质的糖基化（N-糖基化）424. 蛋白质附着到糖基磷脂酰肌醇成为脂锚定蛋白43蛋白质的胞内运输:44细胞内蛋白质分选途径45（二）滑面内质网的功能1. 脂类合成与转运2. 糖原的合成与分解

10、3. 解毒场所4. 肌细胞Ca+ 储存场所，肌质网Ca+库5. 参与水电解质代谢6. 与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关46滑面内质网上糖原的分解过程47五、内质网与疾病缺氧、中毒或感染可能会导致“浊肿”现象（内质网肿胀、扩张；线粒体肿胀）；糖原累积及恶性营养不良时肝细胞内质网表现为膜断离、脱离等现象；低分化低侵袭力肿瘤细胞内质网稀少，高分化高侵袭力肿瘤细胞内质网发达。内质网应激与心血管和神经系统疾病48第二节 高尔基复合体1898年，Golgi利用银染技术发现内网器高尔基体高尔基复合体除细胞核外，最大的显微结构分布：细胞核周围Electron Micrograph of a Golgi App

11、aratusGolgi apparatus, stacks of cisternae, and vesicles near the nucleus of a nerve cell. The nuclear membrane has pores in it.49电镜下的高尔基复合体50一、高尔基复合体的化学组成1.脂类（约45）成分及含量介于细胞膜与内质网膜之间2.蛋白质（约55）51二、高尔基复合体的形态结构由重叠的扁平囊，小囊泡、大囊泡组成的结构。（一）扁平囊：38层扁平囊组成，呈盘状。凸面：形成面凹面：成熟面（二）小囊泡：4080nm球形小泡 来源：由粗面内质网芽生而来，又称运输小泡。（三

12、）大囊泡：100500nm，又称浓缩泡或分泌泡。来源：由扁平囊周边膨突形成的。5253高尔基复合体是一种极性细胞器分布具有组织细胞特异性54三、高尔基复合体的功能（一）细胞内蛋白质运输分泌的中转站连续分泌非连续分泌55糖蛋白的合成与修饰完成N糖基化开始并完成O糖基化（二）细胞内物质加工合成的重要场所56胰岛素分子的加工与成熟2蛋白质的水解和加工57（三）细胞内蛋白质分选和膜泡定向运输的枢纽58三种膜泡运输方式: 1. 笼形蛋白或网格蛋白(clathrin)包被小泡2. COPII包被小泡3. COPI包被小泡59包被小泡60蛋白质运输61运输小泡寻靶SNARE(soluble NSF atta

13、chment protein receptor,vSNARE,tSNARE)-乙酰基马来酰亚胺敏感因子接合蛋白受体62内膜系统的动态性质（四）参与溶酶体的形成（五）高尔基复合体与细胞内膜的交通：膜流3H脉冲标记63四、高尔基复合体与疾病功能亢进导致高尔基复合体代偿性肥大毒性物质导致高尔基复合体萎缩与损坏肿瘤细胞分化状态影响高尔基复合体形态64第三节 溶酶体1949年，C. de Duve发现含多种水解酶PH值小于5.5形态大小高度异质性几乎存在于所有的动物细胞中Electron micrograph of lysosomes65溶酶体（Lysosome)细胞内“垃圾”处理厂66一、溶酶体的化学

14、组成1.蛋白质 蛋白酶、酸性水解酶（PH5.0）、核酸酶、糖苷酶、酯酶等 标志酶：酸性磷酸酶（ACP） 三偏磷酸酶（TMP）2.糖类糖蛋白家族具有高度同源性分布在非胞质侧3.脂类67二、溶酶体的形态结构球形为主6869三、溶酶体的类型（一）按功能分：1. 初级溶酶体：非活动性溶酶体2. 次级溶酶体：活动性溶酶体异溶酶体：外源性物质 （异溶作用）自溶酶体：细胞内衰老物质（自溶作用）,自噬体或自溶体3. 后溶酶体：残质体（脂褐素、髓样结构）primary lysosome and tertiary lyosome70 自溶酶体71髓样物质 脂褐素72溶酶体类型功能转换示意图7374四、溶酶体的形成与成熟7576溶酶体的形成77五、溶酶体的功能7879吞噬细菌80溶酶体参与免疫过程81溶酶体与分泌颗粒8283溶酶体的外消化作用（顶体反应）84溶酶体在器官发育中的作用85六、溶酶体与疾病溶酶体膜异常与疾病溶酶体异常与遗传性疾病86溶酶体与矽肺矽肺 silicosis 与溶酶体膜受损有关。胶原纤维结节，肺弹性降低。矽肺正常肺87溶酶体与痛风88溶酶体病粘多糖贮积病89泰-萨氏综合征神经元缺少氨基已糖酯酶A，神经节甘脂GM2积累90第四节 过氧化物酶体1954年，Rhodin发现细胞内固有结构小体微体过氧化物酶体91一、过氧化物酶体的化学组成脂类蛋白质：过氧化氢酶为主二、过氧