医学生物学生命的细胞基础细胞质内膜系统

医学生物学生命的细胞基础细胞质内膜系统第1页，共82页，2023年，2月20日，星期四第二章生命的细胞基础第2页，共82页，2023年，2月20日，星期四第三节细胞质“ABusyFactory”第3页，共82页，2023年，2月20日，星期四细胞质由细胞膜(质膜)包被的细胞内的大部分物质，包括各种细胞器和细胞溶胶。细胞器（organelle）真核细胞中具有特定功能的结构细胞质基质(细胞溶胶cytomatrix)细胞质中除细胞器以外的透明、黏稠、流动的液体

第4页，共82页，2023年，2月20日，星期四内质网核糖体液泡叶绿体

线粒体高尔基体细胞壁细胞膜细胞核植物细胞亚显微结构模式图第5页，共82页，2023年，2月20日，星期四内质网

中心体线粒体高尔基体

细胞膜细胞核核糖体动物细胞亚显微结构模式图第6页，共82页，2023年，2月20日，星期四要研究各种细胞器的组成成分和功能，需要将这些细胞器分离出来，用什么方法呢？差速离心法将匀浆放入离心管破坏细胞膜（形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆）将各种细胞器分离开（利用不同的离心速度所产生的不同离心力）用高速离心机在不同的转速下进行离心第7页，共82页，2023年，2月20日，星期四一、内膜系统（endomembranesystem）内膜是相对于细胞膜而言；指细胞内，在结构、功能和发生上有一定联系的膜性细胞器的总称。组成：内质网、高尔基体、溶酶体、核膜、膜性运转小泡功能：蛋白质、脂类和糖类合成、加工、包装、分选和运输场所第8页，共82页，2023年，2月20日，星期四豚鼠胰腺细胞分泌物

形成过程图解

核糖体→内质网→高尔基体→分泌泡→细胞外

分泌泡内质网细胞核线粒体高尔基体红点代表被标记的分泌蛋白３Ｈ标记亮氨酸供给豚鼠的胰腺细胞以合成蛋白质第9页，共82页，2023年，2月20日，星期四与分泌蛋白合成加工、分泌有关的细胞器：核糖体内质网高尔基体蛋白质的合成过程：核糖体内质网高尔基体细胞膜（初步合成）（加工）（进一步加工）（融合、分泌）第10页，共82页，2023年，2月20日，星期四（一）内质网（endoplasmicreticulum，ER）1.结构：单位膜构成的囊腔和细管组成，且彼此相通第11页，共82页，2023年，2月20日，星期四内质网的结构特点：外与质膜相连，内与细胞核膜相连内膜系统中心地位内质网与核膜相连内质网与质膜相连第12页，共82页，2023年，2月20日，星期四

微粒体：为用蔗糖密度梯度离心法,从细胞匀浆2.内质网化学组成光面微粒体粗面微粒体蔗糖密度梯度液匀浆离心sERrER中分离出的Ф约100nm

膜泡(ER碎片)。第13页，共82页，2023年，2月20日，星期四

微粒体(内质网)化学组成：脂类中性脂缩醛脂神经节苷脂磷脂类磷脂酰胆碱；占55%磷脂酰乙醇胺；占20%~25%磷脂酰丝氨酸；占5%~10%鞘磷脂；占4%~7%磷脂酰肌醇；占5%~10%

蛋白质：

30-40种，15~150KDa,含多种酶类。标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶脂类占30~40%;蛋白质占60~70%。第14页，共82页，2023年，2月20日，星期四

ER膜还有与甘油三脂、磷脂、糖脂、脂肪酸、胆固醇、类固醇激素、胆汁酸等合成有关的众多酶系。

ER部分酶的分布(30~40种)

酶存在位置酶存在位置细胞色素b5

胞质面核苷焦磷酸酶胞质面NADP细胞色素b5

甘露糖基转移酶胞质面NADPH-细胞色素c

胞质面核苷二磷酸酶胞质面

细胞色素P450胞质面葡萄糖-6-磷酸酶ER腔面ATP酶胞质面乙酰苯胺-水解脂酶ER腔面5-核苷酸酶胞质面β-葡糖苷酸酶ER腔面还原酶胞质面磷酸酶胞质面还原酶胆碱磷酸转移酶胞质面

注☞

P450指还原型细胞色素与CO结合时；在450nm波长处有最大吸收峰而命名；它是滑面内质网的标志酶。第15页，共82页，2023年，2月20日，星期四3、内质网类型、数量和分布（1）类型核糖体粗面内质网滑面内质网

A、糙面内质网(roughendoplasmicreticulum;rER):B、光面内质网(smoothendoplasmicreticulum;sER):rER膜表面附有核糖体，粗糙；板层状排列扁囊。

sER膜表面无核糖体，光滑；分枝小管或小泡。第16页，共82页，2023年，2月20日，星期四内质网电镜图第17页，共82页，2023年，2月20日，星期四

分布和数量与细胞的类型和生理状态有关。B、滑面内质网：特化细胞多。如；睾丸间质细胞、肾上腺皮质细胞、骨骼肌细胞（全sER）、肝细胞等。（2）数量和分布

A、糙面内质网：

分化高、分泌功能旺盛细胞多。如；胰腺外分泌细胞(全rER)、唾液腺细胞等。

未成熟细胞、低分化细胞少。如；干细胞、母细胞、胚胎细胞和培养细胞等。第18页，共82页，2023年，2月20日，星期四4、内质网的功能一个多功能细胞器糙面内质网：与蛋白质合成后与加工、运输有关光面内质网：上有许多与糖类、脂质合成有关的酶（氧化酒精的酶，合成磷脂的酶）第19页，共82页，2023年，2月20日，星期四蛋白质合成、折叠、糖基化、转运（1）rER的功能

rER合成分泌蛋白(主要)和部分驻留蛋白。A蛋白合成过程1975-Blobel“信号肽假说（signalpeptidehypothesis）”

分泌性蛋白质首先在细胞质内合成一段信号肽并与信号识别颗粒（SRP）结合，然后再与内质网结合，把新生肽链输入到内质网腔内。第20页，共82页，2023年，2月20日，星期四内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒

(SRP)

转运器蛋白氨酰tRNAAP核糖体mRNA信号肽A信号肽假说新生肽链tRNA18~30aa葡萄糖结合蛋白(BiP)转运器核糖体结合蛋白（SRP受体）翻译停止第21页，共82页，2023年，2月20日，星期四在胞质内合成信号肽(18~30aa)信号识别颗粒-核糖体复合体形成复合体与rER

膜受体结合多肽链进入内质网腔主要过程信号肽识别区核糖体结合区SRP-RNA多肽亚基信号识别颗粒(SRP)模式图(6肽+7SRNA)与受体结合区第22页，共82页，2023年，2月20日，星期四B蛋白质在rER腔内折叠的控制

肽链折叠、盘曲成三维空间结构需分子伴侣参与。eg.结合蛋白（bindingproteinBip)：参与新生肽链的折叠和转运,还能与错误折叠蛋白结合，并予以滞留和改正。蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）：多肽二硫键形成。

能识别新生肽链，帮助新生肽链正确折叠、装配，但自身不参与终产物形成，只起陪伴、监督作用的蛋白质或酶称分子伴侣(分子伴娘)。第23页，共82页，2023年，2月20日，星期四

分子伴侣C端有驻留信号肽(驻留蛋白)，其氨基酸序列为“KDEL”(-赖-天冬-谷-亮-;

Lys-Asp-Glu-Len-)。KDEL能与rER膜上的KDEL受体结合,使分子伴侣滞留在rER腔内，帮助蛋白折叠和装配。※分子伴侣有下列三个方面功能：①保证蛋白质正确折叠和亚基组装。②可使错误聚合的蛋白质解聚。③可改正错误折叠、组装的蛋白质。第24页，共82页，2023年，2月20日，星期四核糖体中间膜囊小囊泡转运小泡蛋白质反面高尔基复合体细胞核顺面有被小泡CrER蛋白质向高尔基复合体的转运外分泌内质网第25页，共82页，2023年，2月20日，星期四D蛋白质糖基化

肽链的特定氨基酸与寡聚糖共价结合生成糖蛋白的过程称糖基化（glycosylation）。①N-连接寡糖蛋白

在ER腔内与肽链的天冬酰氨NH2的N连接。主要有N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖。②O-连接寡糖蛋白:

在高尔基体内与丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸的

OH的O连接生成糖蛋白的过程。

蛋白质与糖的连接方式有以下两种；第26页，共82页，2023年，2月20日，星期四细胞质rER腔多萜醇寡糖链新生肽链NH2焦磷酸天冬酰胺NH2AsnPP

蛋白质在rER腔内的糖基化作用rER膜糖基转移酶核糖体※多萜醇--含75~95个碳原子的长链，其中有15~18个异戊二稀的非饱和脂。第27页，共82页，2023年，2月20日，星期四分泌性蛋白质；粗面内质网的功能膜整合蛋白质；驻留在rER的蛋白质；合成蛋白质对蛋白质进行加工和修饰对蛋白质进行分选与转运蛋白质折叠蛋白质糖基化修饰多肽链上二硫键的形成定位于高尔基复合体、光面内质网和溶酶体的蛋白质；第28页，共82页，2023年，2月20日，星期四（2）滑面内质网的功能

(功能复杂)

A合成脂类及固醇类激素

sER有合成脂类和性激素的全套酶系。除合成膜脂外，还合成脂肪、磷脂、胆固醇、甾醇类激素等。

在肾上腺皮质细胞，睾丸间质细胞、卵巢黄体细胞、小肠上皮细胞sER发达。第29页，共82页，2023年，2月20日，星期四Example磷脂酰胆碱(卵磷脂)合成过程几乎所有生物膜所需脂类的合成都在内质网中完成酰基转移酶磷脂酸酶胆碱转移酶胆碱脂肪酸磷酸甘油三种基本底物三种催化酶（在细胞质基质内）（位于内质网的脂质双层）（磷脂、胆固醇、糖脂）第30页，共82页，2023年，2月20日，星期四

磷脂酰胆碱在rER膜上合成过程酰基转移酶脂酰CoA甘油-3-磷酸脂肪酸磷脂酸磷酸酶甘油二脂磷脂酰胆碱胆碱鳞酸转移酶（胞苷-2-磷酸胆碱）C-P2CoA细胞质ER膜外层类质ER腔ER膜内层类质++CoAC=OCoAC=O脂肪酸CH2-CH-CH2CHOHP脂肪酸脂肪酸C=OC=OCH2-CH-CH2P脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸C=OCOCH2-CH-CH2C=OCOCH2-CH-CH2CH2PC-P-P-胆碱pi（胞苷-1-磷酸）胆碱2脂酰CoA+甘油→磷脂酸→脱鳞酸→甘油二脂+胞苷-2-磷酸胆碱→磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝胺酸、磷脂酰肌醇等均以此法合成。第31页，共82页，2023年，2月20日，星期四胞液面腔液面翻转酶内质网膜上脂类分子从一侧翻转至另一侧示意图脂类分子膜上分布的平衡方式第32页，共82页，2023年，2月20日，星期四光面内质网合成的磷脂运输至质膜，高尔基复合体、溶酶体以及胞内体膜，都是通过膜性小泡进行的；运输至线粒体和微体的膜则是通过磷脂转移蛋白介导的。磷脂转移酶是一种水溶性载体蛋白，可将磷脂埋藏在其分子内转移。磷脂的运输第33页，共82页，2023年，2月20日，星期四

糖原合成？？？

实验动物禁食5天后喂食，肝细胞sER与糖原数量升高，可能sER与糖原合成有关。但有人研究指出；sER无与糖原合成有关的酶(尿苷二磷酸葡萄糖-糖原转移酶；UDPG)，与糖原合成无关。糖原分解

肝糖原需分解为6-磷酸葡萄糖→葡萄糖→血糖。

研究发现；6-磷酸葡萄糖→血糖的过程,需sER膜上的1-磷酸葡萄糖酶把6-磷酸葡萄糖的磷酸脱掉→葡萄糖→血糖。B参与糖原的代谢第34页，共82页，2023年，2月20日，星期四第35页，共82页，2023年，2月20日，星期四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。氧化酶体系转移酶体系细胞色素酶P450NADPH-细胞色素c还原酶细胞色素酶b5NADH-细胞色素b5还原酶细胞色素酶P450还原酶解毒酶系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、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。C与细胞解毒作用有关第36页，共82页，2023年，2月20日，星期四

eg.

将脂溶性药物(巴比妥盐、致癌物质)注射到动物体内，可见肝细胞sER

增生、扩大。

用巴比妥饲鼠，肝细胞sER

增生，葡糖醛酸转移酶含量亦增多，该酶催化葡糖醛酸与巴比妥、类固醇等药物结合，形成易于排泄的水溶性化合物。

另外，肝细胞sER

的酶还可使氨基酸代谢产生的氨

→尿素→经肾排出。第37页，共82页，2023年，2月20日，星期四DsER与钙的储存和释放sER在肌肉细胞特化为肌质网；肌质网有储存和调节肌细胞钙浓度功能（钙泵、钙载体）第38页，共82页，2023年，2月20日，星期四

EsER与盐酸分泌有关在胃底腺壁细胞的胞质分泌小管周围有sER围绕，这些sER能将血浆中的Cl-转运到分泌小管的膜上，并与胞质中H+结合生成HCl。

F与胆汁的生成有关（胆汁酸盐+胆红素=胆汁）胆汁酸盐90%由小肠上皮重吸收后再循环入肝，约

10%的胆汁酸盐由肝细胞的sER合成。第39页，共82页，2023年，2月20日，星期四糖原代谢合成脂类解毒作用储存和调节Ca2＋浓度滑面内质网的功能与胃酸的生成有关与胆汁的生成有关与血小板的形成有关第40页，共82页，2023年，2月20日，星期四肿胀：在缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，ER由于水分和钠的流入，内质网变成囊泡，囊泡相互融合形成更大的囊泡，甚至使内质网胀破。萎缩：在病毒性肝炎，如肝细胞发生水分丢失，粗面内质网的核糖体则脱落，内质网皱缩，肝细胞也呈皱缩状。5内质网的病理变化第41页，共82页，2023年，2月20日，星期四糖原和脂类在ER中积累：α1－抗胰蛋白酶(肝细胞中合成的糖蛋白)缺乏症病人，其血清中缺乏α1－抗胰蛋白酶，而肝细胞的rER、sER中却累积有α1－抗胰蛋白酶。原因：酶（α1－抗胰蛋白酶）分子异常（基因突变造成），因而不能从肝细胞排出，从而血清中缺乏这种酶。第42页，共82页，2023年，2月20日，星期四临床表现：新生儿肝炎，婴幼儿肝硬化.早年发病（30～45岁）的阻塞性肺气肿等。α-1-抗胰蛋白酶是一种急性反应蛋白，主要功能是保护组织免受蛋白酶攻击，因而在应激反应、中和清除毒素、控制感染与炎症、阻止自身消化等过程起重要作用。第43页，共82页，2023年，2月20日，星期四内质网与阿尔茨海默病大脑皮层β-淀粉样蛋白聚集内质网Ca2+信号调节紊乱，将改变β-淀粉样前体蛋白在内质网的加工，过量生成β-淀粉样蛋白，沉积于内质网、胞质和分泌到细胞外，形成AD病变。第44页，共82页，2023年，2月20日，星期四（二）高尔基复合体（Golgicomplex）1898意大利,高尔基（CamilloGolgi)----光镜----枭、猫----神经细胞发现。结构？功能？第45页，共82页，2023年，2月20日，星期四1高尔基体的结构高尔基复合体是由一层单位膜包围而成的复杂的囊泡系统，电镜下由小囊泡、扁平囊和大囊泡组成。第46页，共82页，2023年，2月20日，星期四高尔基复合体的结构可分为三个部分：顺面高尔基网（cis-Golginetwork，CGN），中间高尔基网（medialGloginetwork，MGN）反面高尔基网（transGloginetwork，TGN）第47页，共82页，2023年，2月20日，星期四扁平囊呈盘状，3-10层称——高尔基堆扁平囊间距：20-30nm；凹面：成熟（反）面凸面：形成（顺）面；凸面：形成（顺）面；形成面膜厚：6nm;囊腔内含：中等电子密度的物质.来源：小囊泡融合。凹面：成熟（反）面成熟面膜厚：8nm.囊腔宽：6–15nm第48页，共82页，2023年，2月20日，星期四小囊泡直径：30-80nm球形小泡膜厚：6nm;泡内含物质：低电子密度物质，较透明。来源：由rER‘芽生’而来。直径：100–500nm;膜厚：8nm;泡内含物质：高电子密度物质，浓缩泡。来源：扁平囊周边或局部球状膨突脱落形成。大囊泡凸面、顺面、未成熟面、形成面凹面、反面、成熟面、分泌面第49页，共82页，2023年，2月20日，星期四高尔基体周围有一些膜囊周缘膨大、出芽形成的囊泡，负责膜囊之间的物质运输，称穿梭小泡。第50页，共82页，2023年，2月20日，星期四膜脂种类内质网膜高尔基体膜质膜脂类总量30.035.042.0磷脂26.628.529.8鞘磷脂1.33.55.6卵磷脂13.514.614.0磷脂酰乙醇胺6.46.66.9磷脂酰丝氨酸1.31.21.2磷脂酰肌醇2.12.62.1胆固醇1.01.75.2糖脂0.41.52.52高尔基体的化学组成第51页，共82页，2023年，2月20日，星期四脂类成分脂类成分的含量介于内质网和质膜之间。脂类成分的种类与内质网和质膜相同。酶成分磺基-糖基转移酶：催化糖脂合成。糖基转移酶:催化糖蛋白合成。酰基转移酶：催化磷脂合成。糖苷酶：去除糖分子。其他酶:氧化还原酶、磷酸酶、激酶、磷酯酶。特征性酶第52页，共82页，2023年，2月20日，星期四蛋白质的糖基化溶酶体酶的磷酸化高尔基复合体分选蛋白质分泌性蛋白部分肽链的水解高尔基复合体对蛋白质的加工高尔基复合体与细胞的分泌活动高尔基复合体参与膜相结构转化3高尔基体的功能第53页，共82页，2023年，2月20日，星期四（1）高尔基复合体与细胞的分泌活动高尔基复合体在细胞分泌活动中起着重要的运输作用；在分泌颗粒的形成过程中起着浓缩、修饰、加工等作用。第54页，共82页，2023年，2月20日，星期四3分钟17分钟117分钟3H标记亮氨酸放射性探测第55页，共82页，2023年，2月20日，星期四（2）高尔基复合体对蛋白质的修饰加工A参与糖蛋白的合成和修饰N-连接的寡糖链：在rER腔内合成。糖蛋白3H标记甘露糖3H标记半乳糖；唾液糖3H标记N-乙酰葡萄糖胺O-连接的寡糖链：蛋白质的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基的OH基与寡糖共价结合。第56页，共82页，2023年，2月20日，星期四甘露糖N-乙酰葡萄糖胺半乳糖唾液酸高尔基复合体中糖的终加工内质网中完成糖的初加工第57页，共82页，2023年，2月20日，星期四第58页，共82页，2023年，2月20日，星期四M-6-P是溶酶体酶的分选信号，这种磷酸化甘露糖的形成，一方面保护了甘露糖免受高尔基网中甘露糖酶的切割，同时，也防止了高尔基体中N-乙酰葡萄糖胺，半乳糖，唾液酸等的掺入而形成其他分泌蛋白。B溶酶体酶的磷酸化

溶酶体的酶内含有甘露糖-6-磷酸，高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异与其结合，诱导溶酶体酶聚集并‘出芽’离开高尔基复合体形成溶酶体。第59页，共82页，2023年，2月20日，星期四有些多肽，在转运至高尔基体的TGN或TGN所形成的分泌小泡中时，经特异地水解，才成为有生物活性的多肽。

C蛋白酶的水解第60页，共82页，2023年，2月20日，星期四（3）高尔基复合体对蛋白质的分拣运输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；分拣溶酶体蛋白质在高尔基复合体加工过程中，被加上不同的分选信号(如磷酸、半乳糖、唾液酸等),带有不同分选信号的蛋白质可被反面高尔基网膜上的专一受体识别、浓缩、分选，最后形成不同的运输小泡而输送到细胞的不同部位。第61页，共82页，2023年，2月20日，星期四第62页，共82页，2023年，2月20日，星期四（4）高尔基复合体参与膜的转化化学组成：膜脂45%膜流（membraneflow）——在细胞内膜系统中，各细胞器的膜性成分可以相互移位和转移，这种移行的情况称为膜流。第63页，共82页，2023年，2月20日，星期四第64页，共82页，2023年，2月20日，星期四第65页，共82页，2023年，2月20日，星期四膜流的过程分泌蛋白(rER)→运输小泡→Golgi体顺面→与Golgi体扁平囊融合→Golgi体反面→膨出脱落→分泌小泡→分泌蛋白→出胞小泡膜→与细胞膜融合膜流的意义：①参与物质运输。②使膜性细胞器的膜性成分不断得到补充和更新。第66页，共82页，2023年，2月20日，星期四4高尔基复合体的病理性变化药物中毒高尔基复合体囊泡肿胀肿瘤细胞高尔基复合体囊泡解体或塌陷高尔基复合体中内容物的改变第67页，共82页，2023年，2月20日，星期四电镜下细胞结构：箭头指溶酶体

（三）溶酶体1溶酶体的形态结构与化学组成第68页，共82页，2023年，2月20日，星期四多形

由一层单位膜组成，形态大小不同，多为圆形或卵圆形。异质不同的溶酶体所含溶酶不同。酶的种类已发现有60多种，可分六大类：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、溶菌酶。其中酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶。第69页，共82页，2023年，2月20日，星期四溶酶体中的酶都属酸性水解酶，其最适pH为5左右，pH7左右时酶失活。溶酶体膜上具有H+-ATP酶，可将胞质中的H+泵入溶酶体。第70页，共82页，2023年，2月20日，星期四对水解