大学细胞生物学-第五章-细胞的内膜系统课件

第六章细胞的内膜系统

Internalmembranesystem一、内质网二、高尔基复合体三、溶酶体真核细胞（eucaryoticcells）基本结构细胞膜（plasmamembrane）细胞核(nucleus)细胞质(cytoplasm)

细胞器(organelles)

细胞质基质（cytoplasmicmatrix/cytosol）内含物(inclusions)：一些有形成分，如糖原

真核细胞平面结构模式图

细胞的内膜系统(internalmembranesystem)内膜系统：细胞内结构、功能及发生上密切相关的膜性结构细胞器通称为内膜系统，主要包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体和核膜等膜性结构。内膜系统形成的意义：区室化Compartmentaliztion

分隔式区域，互不干扰地执行特定的功能，提高细胞的代谢效率Internalmembranesystem

过氧化物酶体高尔基体

粗面内质网细胞核溶酶体第一节内质网

(EndoplasmicReticulum,ER)一、内质网的基本形态小管（tubules)Φ50～100nm小泡(vesicles)

扁囊(lamina)连接成网状膜系统膜厚约5-6nm，围成内质网腔(ERlumen)合成蛋白质和脂类鼠肝细胞扁囊状粗面内质网，叠层排列睾丸间质细胞众多小管或小泡，呈网状结构横纹肌细胞连成网状分布于肌原纤维之间，称肌质网卵细胞和胚胎细胞含量少，随发育与分化内质网增加，结构逐步复杂化荧光抗体显示的ER显微图像AculturedmammaliancellAlivingplantcellrERsER附着核糖体(attachedRibosome)rER&sER模式图

在肝细胞，通过葡萄糖-6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷酸转变为葡萄糖两种类型的内质网在不同组织细胞中的分布状况各不相同皆为粗面内质网，或全为滑面内质网，还可以不同比例共同存在细胞中过渡型内质网(transitionalelements)

ER膜一半有核糖体附着，另一半没有核糖体附着，常在此形成运输小泡(ER腔)Freeribosome(游离核糖体)Attachedribosome(附着核糖体)rER电镜超微结构图微粒体的形成rER分布特点可占整个细胞的膜成分一半以上与细胞类型、生理状态、分化程度密切相关，可作为细胞分化程度和功能状态的指标，如胰腺外分泌细胞分泌旺盛时与分泌静止活动期相应成熟细胞与未分化或未成熟细胞分化程度高的细胞与分化程度低的细胞rER的解聚和脱粒细胞中毒时，膜上的多聚核糖体解聚为单个，并失去正常而有规律的排列，该现象称为解聚；进而脱离内质网膜，称为脱粒。内质网膜磷脂含量磷脂酰胆碱55％磷脂酰乙醇胺20％～25％磷脂酰丝氨酸5％～10％磷脂酰肌醇5％～10％鞘磷脂4％～7％磷脂酰胆碱（卵磷脂）丰富鞘磷脂含量很少膜流动性大四、

rER功能主要功能：参与蛋白质合成激素、膜蛋白、驻留蛋白等蛋白质的糖基化N-连接（天冬酰胺的氨基）

运输蛋白质和脂类（一）参与蛋白质合成核糖体如何结合到内质网膜上？游离核糖体：主要合成细胞自身所需的蛋白

附着核糖体：主要合成分泌蛋白、膜蛋白、溶酶体蛋白等信号假说1975年Blobel&Doberstein提出

SRP结构模式图SRP受体/停泊蛋白(dorkingprotein)：

位于rER膜上移位子内质网移位子蛋白通道与蛋白转运有关核糖体连接蛋白（ribophorin)：

只位于rER膜上，有I、II两型，与核糖体大亚基结合信号肽假说图示肽链进入内质网腔协同转运翻译（co-translationaltranslocation）多肽链的翻译以及进入内质网腔同时进行译后转运（post-translationaltranslocation）多肽链翻译完成后被转运进入内质网腔新生肽进入ER腔ER中与新生肽进入以及折叠有关的蛋白分子伴侣：

在内质网内对蛋白质进行折叠和转运的蛋白质。如结合蛋白、葡萄糖调节蛋白94、蛋白二硫键异构酶和钙网素等。

ER驻留蛋白（residentproteins）

在C-端有4个aa（Lys-Asp-Glu-Leu）的ER滞留信号肽（KDEL），使该蛋白质最终留在ER内。作为催化剂，帮助许多进入ER的蛋白质正确的折叠和装配。结合蛋白（Bip）：

Bip是ER的驻留蛋白，能和折叠不正常的肽链结合，并予以滞留，待折叠成正确的蛋白质后才被转运。蛋白二硫键异构酶（PDI）：

蛋白二硫键异构酶，催化–Cys–SH生成–S-S-，完成合成蛋白的修饰

蛋白二硫键异构酶(PDI)催化胱氨酸游离巯基（–SH）的氧化，形成二硫键(S-S)葡萄糖调节蛋白94（Grp94）又称内质网素，是内质网的标志分子伴侣受蛋白激酶激活参与新生肽链的折叠和转运与c-myc癌基因相关在高侵袭力的癌细胞表达增多（二）rER与蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化（glycosylation）：单糖或低聚糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程糖与蛋白的2种连接方式：N-连接主要发生在ER腔，寡糖链与天冬酰胺侧链-NH2连接O-连接发生在高尔基复合体蛋白质N-连接寡糖的过程寡糖与ER膜上的一种脂质分子多萜醇连接而活化在糖基转移酶的作用下，转移到天冬酰胺（Asn）残基上糖基转移酶活性部位只存在于ER膜腔，游离核糖体合成的蛋白质不能进入ER腔，故不能糖基化大部分在rER合成的蛋白通过N-连接寡糖糖基化ER的主要功能之一就是将糖共价连接到蛋白寡糖前体(由N-乙酰葡萄糖胺，甘露糖,和葡萄糖组成，共含有14个糖)，转移到蛋白的天冬酰胺侧链-NH2基团，即N-连接或者是天冬酰胺连接催化该反应的酶：寡糖基转移酶，是一种膜结合酶，其活性位点暴露在内质网的腔面。大多数蛋白的转入内质网腔与蛋白的翻译同步，所以，N-连接的寡糖总是在蛋白质合成过程中加入寡糖前体先由一种特殊的脂类分子：多萜醇dolichol连接当新生肽转移进内质网腔过程中一旦出现天冬酰胺，寡糖通过一个酶促反应转移到天冬酰胺上O-连接寡糖发生在高尔基体内发生在丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基侧链上的-OH上（三）rER与脂类及蛋白的运输参与脂类代谢

参与脂类合成，合成的量与sER可能有差异过渡型内质网无核糖体的一面以芽生方式生出运输小泡，将ER合成的分泌蛋白、可溶性蛋白、膜蛋白、膜脂运送到靶部位

新生的膜脂和膜蛋白

芽生小泡与靶膜融合靶细胞器或分泌到细胞外

芽生小泡与ER分离

运输小泡直接形成

经G

（情况很少）

浓缩泡

与膜融合排到细胞外

线粒体和过氧化物酶体的蛋白质和脂类补充蛋白质由细胞质基质直接输入；膜脂通过磷脂交换蛋白（一种可溶性载体蛋白）来实现输入滑面内质网：一种多功能的细胞器与脂类的代谢与类固醇激素的生成与糖原代谢与横纹肌的收缩解毒作用其它胃底腺壁细胞sER与盐酸分泌、渗透压肝细胞与胆汁的生成1.脂类合成的主要部位：合成磷脂与胆固醇原料：来自细胞质基质脂类合成酶：位于脂质双层，活性部位都朝向细胞质基质面，新合成的磷脂也位于此磷脂转位蛋白(转位酶)：位于ER膜的细胞质基质面，协助磷脂分子翻转,使脂双层的磷脂分子达到平衡脂类代谢如小肠中，脂肪酸、草酸甘油等→甘油三酯→与磷脂、固醇、蛋白质结合→乳糜颗粒→高尔基复合体→细胞侧面进入淋巴管磷脂酰胆碱的合成乙酰转移酶催化2分子脂肪酸连续加到磷酸甘油，产生磷脂酸(非水溶性)磷脂酶去除磷脂酸上的1分子磷酸基团生成二脂酰甘油脂胆碱磷酸转移酶将二磷酸胞苷酸-胆碱（CDP-胆碱）加到二脂酰甘油脂生成磷脂酰胆碱和

CMP

磷脂酰胆碱在内质网的合成过程磷脂酸二脂酰甘油脂磷脂酰胆碱sER与类固醇的合成sER膜上有合成胆固醇、转化胆固醇为激素的全部酶系过程：脂肪酸→乙酰辅酶A→→类固醇激素肾上腺皮质细胞,睾丸间质细胞,卵巢黄体细胞中sER丰富

分泌类固醇激素的睾丸组织细胞sER2.与糖原代谢ER膜上有葡萄糖-6-磷酸酶，使基质中糖原产生的葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖→ER腔→血液3.与横纹肌的收缩心肌、骨骼肌肌细胞的肌质网（特化的sER）肌质网膜上有大量的钙泵，肌质网释放Ca2+,肌细胞收缩；肌肉松弛，Ca2+又泵回肌质网

4.解毒作用sER有参与解毒作用的各种酶系含丰富的氧化及电子传递酶系外源性毒物或药物、内源性毒物在sER中以氧化、还原、水解和结合方式解毒第二节高尔基复合体

Golgicomplex(apparatus)

一、高尔基体的形态结构(structure)

二、高尔基体的化学组成(composing)

三、高尔基复合体的功能(function)GolgiApparatus形成面

CisFace小囊泡

Vesicle扁平囊

Cistema成熟面

TransFaceGolgiComplex一、高尔基体的形态结构（一）扁平囊泡（cistema）

1、结构：盘状扁囊，囊腔直径10～15nm。

2、排列：3～10个扁平囊平行排列

3、极性：凸面为顺面或形成面（靠核）凹面为反面或成熟面（靠膜）

﹡三个区室：顺面、反面、中间区室

Cisface,Transface,Middleregions

（二）小囊泡（vesicle）Ф40~80nm球形vesicle，位于cisface。载有endoplasmicreticulum合成的protein，又称运输小泡（transitionalvesicle）。由粗面内质网(roughendoplasmicreticulum,rER)芽生

（三）大囊泡（vacuole）

Ф为100~150nm球形泡，位于transface；带有扁平囊泡所含secretorymatter；由反面扁平囊形成，又称secretoryvacuole。

GolgiApparatus二、高尔基体的化学组成

1、蛋白质（protein）：约占60%，包含多种enzyme，糖基转移酶是高尔基复合体的特征性酶。2、脂类(fatandlipid)：约占40%，主要为磷脂(phospholipid)、中性脂类(neutrallipid)和糖脂(glycolipid)。三、高尔基体的功能

（一）参与细胞的分泌活动secretionactivity

高尔基体的主要功能是为蛋白质和脂质提供运输系统(providebeltlineforproteinandlipid)。粗面内质网→分泌蛋白→内质网腔→运输小泡→高尔基体→分泌小泡→细胞外。（二）糖蛋白的合成、加工、修饰

1、形成O-连接寡糖糖蛋白糖基转移酶

Pr-OH+寡糖Pr-O-寡糖丝（酪、苏）氨酸2、糖链的加工、修饰

processinganddecorateofsugarchain

从ER运来的糖蛋白上糖链有三种成分：N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖。在GB(Golgibody)中，对分泌性蛋白、膜蛋白先去除大部分甘露糖，再加上半乳糖、唾液酸；对溶酶体蛋白的糖链加上6-磷酸甘露糖。N-乙酰氨基葡萄糖M-甘露糖G-半乳糖S-唾液酸F-海藻糖蛋白质糖基化的意义保护蛋白质，免遭水解酶降解带上运输信号，有助于分选运输形成细胞膜表面糖被，识别与传递信息3、糖蛋白的定向运输

分选信号(sortingsignal)sortingsignal→receptor→sortingtransportofprotein某些蛋白质的分选信号糖蛋白分选信号分泌蛋白、膜蛋白半乳糖、唾液酸溶酶体蛋白6-磷酸甘露糖杯状细胞分泌蛋白糖链上硫酸基团运输方向·生化区室(biochemistrycompartmentation)

Cisface：磷酸转移酶Middlelayer：N-乙酰葡萄糖胺转移酶ITransface：半乳糖转移酶·运输途径(transportroute)：

rER合成protein→Golgi→糖蛋白→

lysosomeexcrete→celloutsidemembrane、cytoplasm

（三）参与溶酶体的形成

运输小泡与内体结合形成内体性lysosome。（四）参与膜的转变(change)

*

形态上介于内质网膜与细胞膜之间。*化学成分上处于ER与质膜的中间过渡水平。

*功能上物质浓度从顺面至反面由稀变浓，并产生膜流（membraneflow）。高尔基产生的运输小泡BriefSummaryGolgiapparatusconsistsofastackofflatandmembranoussacsThestackincludesthreedistinctregions,cisface,transface,middleregionsThemajorprocessingactivityisglycosylation:theaddingofsugarmoleculestoformglycoproteinsTherearethreetrackingolgi*Integralmembraneproteins*Endupinlysosome*Besecretedbyexocytosis第三节溶酶体

（Lysosome，Ly）

溶酶体的形态结构(shapeandstructure)溶酶体的类型(type)溶酶体的功能(function)溶酶体与疾病(lysosomeanddisease)电镜下细胞结构：箭头指示溶酶体电镜下细胞结构：箭头指溶酶体

Ly—redMit—greenN—blue一、溶酶体的形态结构

1、溶酶体的一般特征(commonlycharacter)

圆形或卵圆形囊状结构。直径约0.2~0.8µm,内含多种水解酶。2、溶酶体的酶类(enzymesinlysosome)

含60多种酸性水解酶，最适pH5.0。标志酶是酸性磷酸酶。3、溶酶体膜的特点Ly膜有质子泵(protonpump)，保证Ly腔内pH为5.0。Ly膜有特殊转运蛋白(transferprotein)，可把分解产物运出Ly外。Ly膜蛋白（IgpA和IgpB）高度糖基化(glycosylation)，保护Ly膜不被水解酶作用。二、溶酶体的类型(type)

1、按作用底物分初级溶酶体（primarylysosome）次级溶酶体（secondarylysosome）三级溶酶体（tertiarylysosome）（残余小体）2、按形成及其功能分内体性溶酶体（endolysosome）吞噬性溶酶体（phagolysosome）PrimaryAndSecondaryLysosomeEndolysosomeAndPhagolysosomeTheFormingOfEndolysosome活动性溶酶体

activelysosome

自噬性溶酶体异噬性溶酶体

autophagolysosomeheterophagolysosome作用底物内源性的外源性的过程自噬小泡吞噬泡、吞饮泡产物去向①重新利用②排出胞外③残余胞内（residualbody）

example:lipofuscinandmyelinfigure残余体(residualbody)残余体：是末期阶段的吞噬性Ly，已失去消化功能，积聚着不能消化的物质。常见的残余体：脂褐质(lipofuscin)

多泡体(multivesicularbody)

髓样结构(myelinfigure)

含铁小体(siderosome)

三、溶酶体的功