第四次 内膜系统

1、第十二章 内膜系统1一.内膜系统 (Endomembrance system)定义：位于细胞质内，在结构、功能以及发生上具有一定联系的膜性结构的总称。包括:内质网，高尔基复合体，溶酶体等细胞器和细胞质内的膜转运小泡等。真核细胞特有2意义 大大提高了细胞的代谢效率，各细胞器执行不同功能，互不干扰 各细胞器间以及细胞器和胞质间又彼此相互依存，高度协调地进行各种代谢活动。一.内膜系统 (Endomembrance system)31945年，K.R.Poter-电子显微镜-小鼠成纤维细胞-内质网第一节 内质网（endoplasmic reticulum,ER）4核膜外层 一、内质网的形态结构和类型

2、内质网是由一层单位膜围成的相互连续的小管，小泡，扁囊样结构组成的连续网状膜系统。内质网内质网的内腔相互连通。细胞膜5图：细胞中内质网与细胞核、高尔基体的立体结构 6核糖体粗面内质网滑面内质网二、内质网的类型根据内质网上是否附有核糖体,将内质网分为两类:粗面内质网光面内质网 7粗面内质网（RER）附有大量的核糖体以扁囊为主，管腔与核膜腔相通。分布于几乎所有细胞（除哺乳动物红细胞）8滑面内质网（SER）膜面光滑，无核糖体附着以分支小管和小泡为主，和RER相通主要分布于一些特化细胞：如肝细胞肌肉细胞等9RER10特殊类型的内质网：微粒体和肌质网电镜下的微粒体微粒体(microsome) ：在细胞匀浆

3、和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构。（糙面和光面）11 细胞粉碎、匀浆 分级离心 ER破碎成封闭的 小囊腔 微粒体（有的有核糖体、 有的无核糖体）12三、内质网的化学组成脂类：约40%较细胞膜少，主要成分为磷脂。 磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少。蛋白质：约60%较细胞膜多，约有30多种膜结合蛋白。 大量酶类 葡萄糖-6-磷酸酶被认为是标志酶， 内质网膜13内质网功能：使细胞质区域化，为物质代谢提供特定的内环境；扩大膜的表面积，有利于酶的分布提高代谢效率；为蛋白质，脂类和糖类的重要合成基地；参与物质运输，物质交换和解毒作用；对细胞起机械支持作用。四、内质

4、网的功能14（一）粗面内质网的功能粗面内质网的主要功能是进行蛋白质的合成、修饰加工、分选和转运。15粗面内质网的功能蛋白质的合成16RER合成的蛋白质： 分泌蛋白细胞外基质蛋白、消化酶、抗体、肽类激素、细胞因子等； 膜蛋白细胞膜、内质网、溶酶体、高尔基复合体膜上的膜蛋白； 细胞器中驻留蛋白内质网、高尔基复合体、溶酶体中的驻留蛋白；17 Blobel等（1975）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获1999年诺贝尔生理医学奖。Blobel with members of his laboratoryGnter Blobel1.粗面内质网与分泌蛋白质的合成18信号肽

5、的合成 信号识别颗粒(SRP)-核糖体复合体形成核糖体与内质网膜结合多肽链进入内质网腔主要过程19信号肽（signal peptide）：由信号密码翻译出的肽链，叫做信号肽。一般1630个氨基酸残基。信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由6种多肽组成，结合一个7S RNA。能与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。 SRP受体（SPR receptor），可与SRP特异结合。也成为停靠蛋白。蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：20SRP与核糖体的结合与分离 新生肽链上的信号肽SRPSRP-核糖体复合体与内质网膜上的SRP受体结合核糖体结合蛋白蛋白转运器粗

6、面内质网膜上的SRP受体蛋白SRP与信号肽的结合使翻译暂停细胞质内质网腔继续翻译并开始穿过内质网膜SRP释放并再循环21信号肽与移位子通道蛋白的特殊部位结合，开启孔道，新生肽链以襻环形式插进孔道。22信号肽与SRP结合肽链延伸暂时停止SRP与受体结合核糖体附着到内质网膜上 SRP脱离信号肽肽链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信号肽切除肽链延伸至终止。总结：蛋白质转入内质网合成的过程23粗面内质网的功能蛋白质的合成蛋白质的折叠242.蛋白质在内质网腔的折叠 蛋白质折叠需要内质网腔的可溶性驻留蛋白，如蛋白二硫键异构酶（PDI)和分子伴侣的参与。分子伴侣（molecular c

7、haperon)：这类蛋白能识别正在合成的或一部分折叠的多肽并与之结合，予以正确折叠。但在这一过程中其本身并不参与最终产物的形成，只起陪伴作用。2526粗面内质网的功能蛋白质的合成蛋白质的折叠蛋白质的糖基化修饰273.粗面内质网与蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化：蛋白质的糖基化有两种： 即N-连接和O-连接的糖基化。前者在内质网进行，后者在高尔基复合体进行。28蛋白质的糖基化修饰：N-连接的糖基化作用。 把寡糖链(N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖组成）连接在多肽链天冬酰胺残基侧链的氨基基团上； 29糖基化的作用：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正

8、确折叠。30粗面内质网的功能蛋白质的合成蛋白质的折叠蛋白质的糖基化修饰蛋白质的运输314.蛋白质由内质网向高尔基体的运输 新合成的分泌蛋白内质网腔小泡出芽经高尔基体 分泌泡发育成酶原颗粒移到细胞的游离端排出分泌蛋白32粗面内质网的功能蛋白质的合成蛋白质的折叠蛋白质的糖基化修饰蛋白质的运输膜脂的合成33脂肪酸 + 磷酸甘油 磷脂酸+磷酸甘油酰基转移酶磷脂酸酶二脂酰甘油酯 + CDP-胆碱卵磷脂胆碱磷酸转移酶5、粗面内质网与膜脂的合成34滑面内质网的功能351.脂类的合成与转运磷脂酸甘油二酯二磷酸胞苷胆碱2脂肪酰CoA +甘油磷酸磷脂酸乙酰转移酶磷酸酶甘油二酯 + 二磷酸胞苷-胆碱磷脂酰胆碱胆碱磷

9、脂转移酶36内质网中的磷脂不断合成，使得内质网的膜面积越来越大，必须有一种机制将磷脂转运到其它的膜才能维持内质网膜的平衡, 这就是磷脂转运。 (a)通过小泡运输将内质网上合成的脂转运到其他内膜系统的膜上包括细胞核膜。(b)通过磷脂转运蛋白将内质网上合成的脂 转运到线粒体、叶绿体和过氧化物酶体的膜中。 372.解毒作用 光面内质网能够对外来的有毒物质, 多数解毒反应与氧化作用有关,有些也涉及还原和水解,或者三者结合,使有毒物质由脂溶性转变成水溶性而被排出体外,此过程称为肝细胞的解毒作用。图：混合功能氧化酶将底物羟基化的机制383.糖原的合成与分解 光面内质网中的葡萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷

10、酸水解生成葡萄糖和无机磷，释放游离的葡萄糖进入血液，供细胞之用。394. Ca 2+离子的调节作用 肌质网是细胞内特化的光面内质网, 是贮存Ca2+的细胞器。肌质网膜上重要的膜蛋白是Ca2+ -ATP酶. 光面内质网可构成心肌和骨胳肌肌原纤维周围的肌质网。 受到神经冲动的刺激时，将Ca2+释放入基质40五、内质网的病理改变内质网在病理条件下，会发生肿胀、肥大和某些物质的积累、解聚和脱粒。41内质网：可作为判断细胞分化程度和功能状态的形态学指标已分化细胞：内质网发达未分化细胞（增殖能力旺盛）：内质网不发达42RER侧面反应细胞分化程度和功能状态：癌细胞生长慢、分化程度高RER发达癌细胞生长快、分

11、化程度低RER不发达 （判断肿瘤细胞恶性程度的亚微指标）43阿尔茨海默病阿尔茨海默病：早老性痴呆临床表现：进行性远近的记忆力障碍，行为失常，甚至意识模糊等。病因： 淀粉样蛋白在大脑皮层的凝集、沉积（内质网过量生成淀粉样蛋白）。44第二节 高尔基体（Golgi complex)最早发现于1855年，1889年，Golgi用银染法，在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基体。20世纪50年代以后才正确认识它的存在和结构。45一. 高尔基复合体的形态结构光镜：网状结构电镜扁平囊成熟面（反面）小囊泡大囊泡形成面（顺面）46靠近内质网朝向细胞膜顺面高尔基网中间高尔基网顺面扁囊中间扁囊反面

12、扁囊反面高尔基网形成面成熟面47高尔基体的三维结构顺面高尔基网：分选来自内质网新合成的蛋白质、脂类。高尔基体中间膜囊：多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。反面高尔基体网：出口区域，参与蛋白质的分类与包装，最后输出。 48蛋白质 脂类 （膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜之间) 大量酶。标志酶为糖基转移酶。二、高尔基复合体的化学组成49三、高尔基复合体的功能（一）与细胞的分泌活动有关内质网相当于“生产基地”高尔基体相当于“产品的精加工和质量检测分配部门”而细胞质膜相当于“海关”。50 3H-标记氨基酸或糖，放射性自显影跟踪分泌蛋白的合成：内质网高尔基体分泌泡51分泌泡

13、（分泌颗粒）大泡 高尔基体 小泡RER 质膜末端膨大融合并入芽生转移小泡52（二）对蛋白质的加工蛋白质的糖基化53参与糖蛋白的合成和修饰0-连接的寡糖链（高尔基体）：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链的0H基团与寡糖共价结合、糖基化、形成糖蛋白。N-连接的寡糖链（内质网）：切除大部分甘露糖，加上其他一些糖基如半乳糖、唾液酸。54（二）对蛋白质的加工蛋白质的糖基化溶酶体酶的磷酸化55（三）溶酶体酶的磷酸化甘露糖 -6- 磷酸途径：56 出芽 移入 出芽参与溶酶体的形成 酸性磷酸酶核糖体合成 各种水解酶 内质网腔 小泡 高尔基体 溶酶体 聚集溶酶体酶 膜上6-磷酸甘露糖专一性 受体再循环 受

14、体（甘露糖在顺面高尔基网被磷酸化，形成6-磷酸甘露糖）57（二）对蛋白质的加工蛋白质的糖基化溶酶体酶的磷酸化分泌性蛋白质部分肽链的水解58例如：胰岛素分子的合成前胰岛素原胰岛素原（无活性）含A，B，C三个肽链胰岛素（有活性）A，B链连接信号肽酶蛋白酶59（五）分选蛋白质的功能出芽去衣被蛋白质释放运输小泡与靶部位的膜融合蛋白质分选产物 分选作用主要是由信号序列和受体之间的相互作用决定的，不同部位的蛋白具有不同的信号，在反面高尔基网络被分选包装到不同的小泡,没有特别信号的则进入非特异的分泌小泡。 60蛋白质合成溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖加N-乙酰葡萄糖胺加半乳糖加唾液酸；分选溶酶体顺面管网中层囊

15、反面囊反面管网大泡（分泌颗粒）rER高尔基复合体顺面囊切除甘露糖高尔基堆61膜流：细胞的各种膜性结构之间相互联系和转移的现象称膜流。内质网运输小泡高尔基复合体大囊泡（六）参与膜的转化细胞膜回收膜62“出芽”形成溶酶体或分泌泡穿梭小泡从顺面高尔基体网络向反面高尔基体网络移动ER与高尔基体顺面间的蛋白质运输63第三节 溶酶体 (lysosome) 1955年: 发现具酸性磷酸酶活性颗粒， 1956年: 确认为细胞器， 定名为溶酶体。 现在: 发现几乎所有的真核细胞都具有溶 酶体，原核细胞无. 细胞内的消化器官64一、溶酶体的形态与特征形态特征：单位膜，6nm，内含多种 酸性水解酶，具有异质性，0.

16、20.8m，呈球形、卵圆形小体。65lysosome661、主要成分：脂类（鞘磷脂含量多） 、蛋白2、特殊性质： 质子泵：保持溶酶体基质内的酸性环境。 特殊的转运蛋白：用于水解产物向外转运。 高度糖基化：可能有利于防止自身膜蛋白降解。 （一）溶酶体的膜67溶酶体含有60多种水解酶，这些水解酶多为酸性水解酶； PH值5标志酶：酸性磷酸酶（AcP酶)（二）溶酶体的酶68溶酶体的形成粗面内质网附着核糖体上合成内质网：连接的糖基化高尔基体标记（甘露糖磷酸化形成甘露糖6磷酸）、分选（甘露糖6磷酸与受体结合）、转运形成内体性溶酶体（小泡和内体融合）形成成熟溶酶体（pH下降，溶酶体前体与受体分离，去磷酸化成

17、熟）69内吞体rER顺面管网反面管网高尔基复合体 溶酶体水解酶前体加入磷酸基团M-6-P溶酶体酶前 溶 酶 体ATPADP+PiH+去除磷酸pH=6成熟溶酶体溶酶体的形成（复习）70二、溶酶体的类型溶酶体内体性溶酶体（初级溶酶体）：运输小泡+内体。吞噬性溶酶体（次级溶酶体）：内体性溶酶体+底物(endolysosome)(phagolysosome)内体性溶酶体71初级溶酶体高尔基体反面膨大，脱离形成内含多种酸性水解酶不含底物，无活性 72次级溶酶体（消化泡）外源或内源物质和初级溶酶体结合所形成含水解酶，含作用底物及消化产物正进行消化按底物来源可分为： 异噬溶酶体:底物为细胞外的外源性物质：如

18、细菌、组织碎片等，大分子复合物。 自噬溶酶体:作用底物来源于细胞内，是细胞本身物质：如衰老退变的细胞器等。 73 3、残余小体（残质体） 消化作用的末期阶段， 酶活性降低或消失，未被 消化分解的残渣物质，残 留在吞噬性溶酶体内，形 成残余小体。如：脂褐质、74三、溶酶体的功能（1）对细胞内吞物质的消化：消化内源性、外源性有机大分子供细胞利用。异噬作用：消化产物参加细胞代谢，还可形成残余小体。自噬作用：清除衰老、病变的细胞器及细胞器碎片。粒溶作用：如断奶时消化多余的乳汁颗粒。75（2）参与机体组织器官的变态和退化：如：胚胎发育早期有两套管道为Walffian管 11Mullers管 2发育过程中

19、：1被消化2发育雌性个体2被消化1发育雄性个体76（3）参与受精过程：溶酶体除了在细胞内具有消化作用外，也可以将水解酶释放到细胞外消化细胞外物质。如：受精。 77（4）溶酶体调节激素的分泌血管滤泡腔甲状腺球蛋白I2溶酶体甲状腺素甲状腺滤泡上皮细胞 参与激素的成熟过程：如甲状腺激素的合成78四、溶酶体与疾病的关系（一）溶酶体与矽肺二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡 巨噬细胞吞噬 吞噬细胞溶酶体破裂 水解酶释放 细胞自溶 矽尘释出 又被其他巨噬细胞吞噬 巨噬细胞不断死亡成纤维细胞分泌大量胶原胶原纤维结节肺弹性下降矽肺7980（二）贮积病 1、由先天性缺乏某些酶引起代谢障碍造成溶酶体过载而致病 如：型糖原

20、蓄积病(先天性缺乏葡萄糖苷酶，致使糖原无法被分解而积累于溶酶体内，使溶酶体越变越大，以致大部分细胞质被溶酶体所占据，严重损伤器官正常功能)。2、由于酶的转运异常造成 如：I-细胞病81第四节 过氧化物酶体(peroxisome)82一、过氧化物酶体的形态结构电镜：由一层单位膜包围、高电子密度、圆形或卵圆形的细胞器。中央常含有电子密度较高，呈规则的结晶状结构，称类核体化学本质尿酸氧化酶结晶。83二、过氧化物酶体所含的酶 过氧化物酶体约含40多种酶。氧化酶：在氧化底物的同时将氧还原成过氧化氢。过氧化氢酶：标志酶，约占酶总量的40%。催化过氧化氢还原成水和氧气。84三、过氧化物酶体的功能2H2O2过氧化氢酶2H2O +O2防止H2O2在细胞内堆积，起保护细胞的作用。功 能对有