细胞质和内膜系统

关于细胞质和内膜系统第1页，共56页，2023年，2月20日，星期五一、化学组成:1、小分子类：水，无机离子，和溶解其中的气体。2、中分子类：细胞包代谢过程的一些产物，如脂类、糖、氨基酸、核苷酸等。3、大分子类：蛋白质、多糖、核酸等。第一节细胞质基质第2页，共56页，2023年，2月20日，星期五二、功能为细胞提供稳定的内环境；为营养物质贮存及代谢产物的介质，提供生化反应场所；调控细胞内外物质的交换，信息传递；参与细胞表面特化结构形成；胚胎发育中，对细胞分裂增殖、细胞分化发挥作用。第3页，共56页，2023年，2月20日，星期五第二节内膜系统概念：细胞内在结构、功能和发生上相互密切关联的所有膜性结构和膜性细胞器总称。内膜系统是真核细胞特有的结构。包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、各种转运小泡和核膜以及过氧化物酶体等功能结构。第4页，共56页，2023年，2月20日，星期五一、内质网概述1945年，K.R.Porter等在电镜下观察培养的小鼠成纤维细胞时首次发现。命名内质网（endoplasmicreticulum，ER）。内质网占全部膜系统的50％左右；细胞总体积的10％以上；细胞质量的15－20％。第5页，共56页，2023年，2月20日，星期五（一）内质网的化学组成1、脂类和蛋白质是ER的主要化学组成成分脂类和蛋白质比例大约1:2。内质网膜脂质双分子层：磷脂最多，其中磷脂酰胆碱较高，鞘磷脂较少，没有或很少胆固醇。ER中可分辨出有30多种多肽。第6页，共56页，2023年，2月20日，星期五2、内质网膜含有以G-6-Ｐ酶为标志酶的诸多酶系

与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系与脂类物质代谢功能反应相关的酶类与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类参与蛋白质加工转运的多种酶类第7页，共56页，2023年，2月20日，星期五网质蛋白主要有：

内质蛋白可与Ca2+结合，内质网标志性分子伴侣；

钙网蛋白钙平衡调节,蛋白质折叠加工。

蛋白质二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase,PDI）

催化蛋白质中二硫键形成保证其正常折叠。

免疫球蛋白重链结合蛋白分子伴侣，协助蛋白质折叠。

钙连蛋白促使折叠不完全蛋白完全折叠。3、网质蛋白是内质网腔普遍存在的一类蛋白质第8页，共56页，2023年，2月20日，星期五（二）内质网的一般形态结构1、膜性管网结构系统以膜性小管、小泡和扁囊为基本结构单位，彼此连通；向外扩展至质膜下，向内延伸常与核膜相连；具有不同组织类型、同一细胞不同发育阶段及不同生理状态下的形态结构类型与分布的差异性。第9页，共56页，2023年，2月20日，星期五2、ER类型

依形态结构不同，ER分为:

粗面内质网（roughendoplasmicreticulum,RER）光面内质网（smoothendoplasmicreticulum,SER）

第10页，共56页，2023年，2月20日，星期五

粗面内质网（RER)结构：排列整齐的扁平囊状结构，有核糖体颗粒附着。分布：广泛，作为细胞功能状态和分化程度的指标。分泌蛋白合成旺盛细胞更丰富，如浆细胞和胰腺细胞；

分化程度低、生长速度快的细胞含量较少，如肿瘤细胞和未分化细胞。

第11页，共56页，2023年，2月20日，星期五

结构：表面光滑的管、泡样网状结构，可与RER连通。分布：有明显的细胞种类特征，肝细胞含量丰富，与解毒作用相关；肾上腺皮质细胞，能合成类固醇激素；横纹肌细胞特化为肌浆网，能释放和贮存Ca2+。

滑面内质网（SER)第12页，共56页，2023年，2月20日，星期五（三）内质网的主要功能1、RER的功能

与蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运密切相关。核糖体附着的支架新生肽链的折叠与装配蛋白质的糖基化蛋白质的胞内运输第13页，共56页，2023年，2月20日，星期五核糖体附着的支架核糖体是所有细胞内蛋白质合成的唯一场所，一切蛋白质的合成皆起始于游离的核糖体。附着核糖体合成的蛋白质有：

内源性蛋白外输性蛋白膜整合蛋白

第14页，共56页，2023年，2月20日，星期五

内源性蛋白

①构成细胞器的驻留蛋白②定位性分布的胞质溶质蛋白③通过核孔复合体输送转运并定位于胞核的核蛋白④线粒体等所必需的核基因组编码蛋白

膜整合蛋白：如膜抗原，膜受体等功能性膜蛋白。分泌蛋白：通过出胞作用转运至胞外。第15页，共56页，2023年，2月20日，星期五新生肽链的折叠与装配二硫键形成：内质网腔氧化型谷胱甘肽（GSSG）和PDI促使半胱氨酸残基二硫键形成和多肽链折叠。结合蛋白、内质蛋白、钙网蛋白和钙连蛋白等分子伴侣滞留折叠错误的多肽及尚未完成装配的蛋白亚单位，并促使它们的重新折叠、装配与运输。第16页，共56页，2023年，2月20日，星期五

分子伴侣：一类在细胞内能特异性地识别新生肽链并与之结合，帮助多肽链正确折叠、装配和转运及降解的蛋白质分子，并且能识别、阻滞错误装配蛋白质的运输，本身并不参与最终产物的形成，只起陪伴作用。

第17页，共56页，2023年，2月20日，星期五蛋白质的糖基化

在糖基转移酶催化下，糖类与蛋白质天冬酰胺残基侧链氨基共价结合形成糖蛋白的过程，亦称N-连接糖基化（N-linkedglycosylation）。第18页，共56页，2023年，2月20日，星期五蛋白质的胞内运输目前认为有两个途径：1、转运小泡高尔基复合体（加工浓缩）分泌小泡胞吐至胞外；2、膜泡大浓缩泡发育成酶原颗粒排出细胞。共同特点：膜泡形式进行运输。第19页，共56页，2023年，2月20日，星期五

2、SER的功能不同类型细胞，具有不同生物学作用：参与脂质合成参与糖原代谢参与解毒作用参与调节钙离子贮存和浓度参与胃酸、胆汁的合成和分泌第20页，共56页，2023年，2月20日，星期五

参与脂质合成细胞所需的全部脂质都源于SER。合成酶类（内质网膜）脂质合成（内质网胞质侧）底物（胞质）转位酶内质网腔侧运输出芽小泡形式自由扩散形式（磷脂转换蛋白-载体）Golgi.，溶酶体质膜线粒体，过氧化物酶体第21页，共56页，2023年，2月20日，星期五

参与糖原代谢肝细胞SER膜上的葡萄糖-6-磷酸酶催化细胞质基质中糖原的降解产物葡萄糖-6-磷酸去磷酸化，转化为葡萄糖，经ER释放入血液。第22页，共56页，2023年，2月20日，星期五

参与解毒作用肝脏的解毒作用主要由肝细胞SER完成。肝细胞SER通过催化多种物质的氧化或羟化，使药物或毒物的毒性被钝化或被破坏，或增强化合物的极性使之易于排泄。第23页，共56页，2023年，2月20日，星期五

参与调节Ca2+贮存和Ca2+浓度在肌肉细胞，SER特化为肌质网（sarcoplasmicreticulum），肌质网膜上的钙泵将胞质中的Ca2+泵入网腔贮存起来；遇到胞外信号作用，可释放Ca2+到胞质。第24页，共56页，2023年，2月20日，星期五

胃酸、胆汁的合成和分泌

胃壁腺上皮细胞，SER可以使CL-与H+结合生成盐酸；在肝细胞，SER可以合成胆盐，同时在葡萄糖醛酸转移酶作用下使非水溶性胆红素颗粒形成水溶性结合胆红素。第25页，共56页，2023年，2月20日，星期五（四）、新生肽链穿越内质网的转移过程

参与因子：信号肽（signalpeptide）（合成肽链N-末端一段特殊氨基酸序列，指导多肽链穿越内质网）。信号识别颗粒（signalrecognitionparticle,SRP)（位于胞质基质）。SRP受体内质网膜核糖体结合蛋白内质网膜转运体(translocon)第26页，共56页，2023年，2月20日，星期五

转移过程SRP识别并结合信号肽信号肽-SRP-核糖体A位（肽链合成中止）核糖体锚泊于内质网信号肽-SRP-核糖体A位-SRPR（SRP释放）新生肽链进入内质网腔信号肽被切除（信号肽酶）肽链合成完成第27页，共56页，2023年，2月20日，星期五

核糖体附着与肽链的延伸合成第28页，共56页，2023年，2月20日，星期五概述

1898年，意大利学者Golgi在光镜下观察银染的神经细胞时发现，根据其形态特征称为内网器；后更名为高尔基器(Golgiapparatus);高尔基复合体（Golgicomplex）是根据电镜下的形态和结构特征而命名。二、高尔基复合体第29页，共56页，2023年，2月20日，星期五（一）高尔基复合体的形态结构1、三种不同的膜性囊泡构成高尔基复合体的基本结构①小囊泡或顺面高尔基网状结构（形成面）②中间膜囊,位于顺面和反面高尔基网状结构中间③大囊泡或反面高尔基网状结构（成熟面）第30页，共56页，2023年，2月20日，星期五

高尔基复合体电镜图

高尔基复合体形态结构模式图第31页，共56页，2023年，2月20日，星期五2、具有显著的极性功能结构特征

①顺面高尔基网状结构（cisGolginetwork）或称未成熟面（immatureface），凸面朝向细胞核或内质网。分选来自内质网的蛋白质和脂类。对蛋白质进行O-连接糖基化及跨膜蛋白酰基化修饰。第32页，共56页，2023年，2月20日，星期五②反面高尔基网状结构（transGolginetwork）或称成熟面（matureface）,

凹面朝向胞膜。分选蛋白质；对某些蛋白质的修饰。③高尔基中间膜囊（medialGolgicisterna)

顺面和反面膜囊之间的膜囊。进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成。第33页，共56页，2023年，2月20日，星期五1、脂质是高尔基复合体膜结构的基本化学组分高尔基复合体脂质含量介于质膜与内质网膜之间。2、高尔基复合体中含有多种酶类

糖基转移酶作为其标志性酶。还有磺基-糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、α-甘露糖苷酶和磷脂酶等等。（二）高尔基复合体的化学组成第34页，共56页，2023年，2月20日，星期五1、细胞内蛋白质的运输和分泌（三）、高尔基复合体的主要功能

3H-亮氨酸标记的胰腺外分泌细胞。A.脉冲标记完成10分钟后，胰岛素蛋白（黑色银颗粒）从RER进入高尔基复合体；B.脉冲标记完成45分钟后，胰岛素蛋白进入分泌颗粒内。第35页，共56页，2023年，2月20日，星期五2、高尔基复合体是胞内物质加工合成的重要场所

①糖蛋白的加工合成

O-连接糖基化：蛋白质的酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基侧链的羟基与寡糖共价结合形成O-连接糖基化蛋白。

②蛋白质的水解修饰分泌性蛋白质部分肽链的水解：将无活性的酶原蛋白（如胰岛素）形成成熟的蛋白质。溶酶体酶的磷酸化（见溶酶体）。蛋白聚糖类的硫酸化。第36页，共56页，2023年，2月20日，星期五两种糖基化之区别比较第37页，共56页，2023年，2月20日，星期五①通过添加不同的分选信号（如磷酸、半乳糖、唾液酸等）形成不同的蛋白质，被反面高尔基网膜上的受体识别、浓缩、分选，运输。②分选错误时，被特异挽救受体识别，运回高尔基复合体。3、胞内蛋白质分选和膜泡运输第38页，共56页，2023年，2月20日，星期五

目前了解较多的运输小泡有以下三种：

网格蛋白有被囊泡（clathrin-coatedvesicle）

COPI有被囊泡（coatmer-proteinsubunitsⅠ）

COPII有被囊泡（coatmer-proteinsubunitsⅡ）

第39页，共56页，2023年，2月20日，星期五第40页，共56页，2023年，2月20日，星期五COPⅠ和COPII有被囊泡的主要功能正向运输正向运输逆向运输COPⅡCOPⅠ分泌蛋白内质网驻留蛋白第41页，共56页，2023年，2月20日，星期五网格蛋白有被小泡：将外来物质转运至胞质或溶酶体。COPI有被小泡：负责捕捉、回收转运内质网逃逸蛋白，介导高尔基复合体-内质网逆向运输。COPII有被小泡：介导从内质网向高尔基复合体的物质转运。第42页，共56页，2023年，2月20日，星期五

反面高尔基网分拣蛋白的三种转运途径1、溶酶体信号定向运输2、非连续分泌3、连续分泌混合蛋白分拣内质网细胞质溶质胞外细胞膜高尔基复合体M-6-P受体第43页，共56页，2023年，2月20日，星期五

概述

1955年，C.Duve从鼠肝细胞中分离出一种富含各种水解酶的颗粒，即溶酶体（lysosome）。广泛分布于所有动物细胞。电镜下：溶酶体是由一层单位膜构成的球囊状结构。三、溶酶体第44页，共56页，2023年，2月20日，星期五１.高度的异质性大小差别巨大直径：50nm-数微米不同细胞，溶酶体数量不同不同溶酶体，水解酶的种类不同２.共性特征均含有酸性水解酶膜中富含高度糖基化的跨膜整合蛋白膜上嵌有质子泵（一）、溶酶体的主要形态结构及化学特征第45页，共56页，2023年，2月20日，星期五溶酶体电镜图第46页，共56页，2023年，2月20日，星期五1、依生理功能状态不同分为：（1）初级溶酶体（primarylysosome）：刚刚形成的溶酶体。酶常处于非活性状态。（2）次级溶酶体（secondarylysosome）：初级溶酶体与胞内、外物质相互作用的一种功能状态。自噬溶酶体（autophagolysosome）异噬溶酶体（heterophagiclysosome）（3）残余体（residualbody）：底物不能酶彻底消化分解而残留其中。（二）、溶酶体的类型第47页，共56页，2023年，2月20日，星期五

溶酶体系统功能类型转换关系第48页，共56页，2023年，2月20日，星期五2、依形成过程和不同发育阶段分为：（1）内溶酶体（endolysosome）（2）吞噬溶酶体（phagolysosome）

第49页，共56页，2023年，2月20日，星期五酶蛋白前体糖基化修饰（RE