第七章内膜系统

第七章内膜系统第1页，共45页，2023年，2月20日，星期一

细胞质基质（cytoplasmicmatrixorcytomatrix）是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的一半。第一节细胞质基质的涵义与功能一、细胞质基质第2页，共45页，2023年，2月20日，星期一一、细胞质基质的涵义-基本概念：用差速离心分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、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成分。也称胞质溶胶。-成分:与中间代谢有关的酶类、细胞骨架结构、糖原、脂滴等。第3页，共45页，2023年，2月20日，星期一二、

细胞质基质的功能-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。-蛋白质在细胞质基质中的分选及其转运-与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、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:(磷酸化和去磷酸化、糖基化、

N－乙酰葡萄糖胺、N－端甲基化、酰基化）

控制蛋白质的寿命(N-端的第一个氨基酸)

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第4页，共45页，2023年，2月20日，星期一

细胞内膜系统概述

细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构,主要包括:内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体及分泌泡等-真核细胞的区域化（compartmentalization）：

细胞骨架纤维

细胞内的膜相结构-细胞器（organelles）

原核细胞没有内膜系统第二节细胞内膜系统及其功能

（endomembranesystem）第5页，共45页，2023年，2月20日，星期一内膜系统的组成内质网高尔基体胞内体分泌泡溶酶体微体第6页，共45页，2023年，2月20日，星期一内膜系统的功能蛋白质合成蛋白质修饰蛋白质分选和运输蛋白质贮存等第7页，共45页，2023年，2月20日，星期一一内质网的形态结构与功能

由KR.Porter、A.Claude和EF.Fullam等人于1945年发现-是真核细胞的重要细胞器由封闭的膜系统及其围成的腔形成相互沟通的网状结构部分内质网膜与核膜相连,腔与核被膜的间隙相连-部分外有核糖体-是蛋白质的合成与修饰,脂质的合成场所第8页，共45页，2023年，2月20日，星期一

-粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，rER）多呈扁囊状,排列较为整齐,膜表面分布着大量核糖体,有易位子分布.-光面内质网（smoothendoplasmicreticulum,sER）常呈分支状,形成复杂的立体结构.

移位子（translocon)

密度梯度离心可分离糙面和滑面内质网

-微粒体（microsome）

1、内质网的两种基本类型第9页，共45页，2023年，2月20日，星期一

ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和大多数重要蛋白质都是在内质网合成的。(二)内质网的功能第10页，共45页，2023年，2月20日，星期一蛋白质的合成-rER的主要功能

-分泌蛋白

-膜的整合蛋白

-内膜系统各种细胞器内的可溶性驻留蛋白（需要隔离或修饰）

※注意：细胞中的蛋白质合成都是在细胞质基质中“游离”的核糖体上起始的.

易位子（translocon)第11页，共45页，2023年，2月20日，星期一其它的多肽是在细胞质基质中“游离”核糖体上合成.

-细胞质基质中的驻留蛋白-质膜外周蛋白-核输入蛋白-转运到线粒体、叶绿体的蛋白第12页，共45页，2023年，2月20日，星期一2.光面内质网是脂质合成的重要场所-ER合成细胞所需绝大多数膜脂（包括磷脂和胆固醇）。-两种例外:鞘磷脂和糖脂（ER开始→Golgicomplex完成）。-Mit/Chl某些单一脂类是在它们的膜上合成的。-各种不同的细胞器具有明显不同的脂类组成：表

明在膜上含有不同的磷脂修饰酶。

phosphatidylcholine（PC,磷酸卵磷脂）：

ER→GC→PM（高→低）phosphatidylserine（PS,磷脂酰丝氨酸）：

PM→GC→ER（高→低）第13页，共45页，2023年，2月20日，星期一磷脂的转运:三种方式:-出芽(至高尔基体、溶酶体和细胞质膜)-载体蛋白(磷脂转换蛋白,PEP)协助

-供体膜和受体膜之间通过膜嵌入蛋白直接接触第14页，共45页，2023年，2月20日，星期一3.蛋白质的修饰与加工

修饰加工：

糖基化特异性蛋白水解切割

二硫键形成蛋白折叠和多亚基蛋白的装配糖基化在糖基转移酶作用下进行,在ER腔面

N-连接的糖基化,N-乙酰葡糖胺与Asn直接结合酰基化发生在ER的细胞质基质侧：软脂酸

第15页，共45页，2023年，2月20日，星期一4.新生多肽的折叠与组装新生肽的折叠组装二硫键形成正确折叠涉及驻留蛋白：具有KDELorHDEL信号蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）切断二硫键，帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确折叠的状态。结合蛋白（Bindingprotein，Bip，chaperone）

识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位，并促进重新折叠与装配。第16页，共45页，2023年，2月20日，星期一5.ER的其他功能:光面内质网

类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）

肝的解毒作用（Detoxification）Systemofoxygenases---cytochromep450family-储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+泵入肌质网腔中第17页，共45页，2023年，2月20日，星期一(三)内质网应激及其信号调控-内质网腔内未折叠蛋白的超量积累,UPR反应-内质网超负荷积累,折叠好膜蛋白的超量积累-内质网膜上膜脂成分的变化主要是固醇缺乏

-若内质网功能持续紊乱,细胞将最终启动凋亡程序

第18页，共45页，2023年，2月20日，星期一内质网如何扩大?内质网与细胞凋亡内质网与肿瘤发生内质网应激参与胰岛素抵抗和糖尿病的发病其他……第19页，共45页，2023年，2月20日，星期一

二高尔基体的形态结构与功能

-1898年,意大利医生CamilloGolgi首次观察到

-20世纪50年代证实了其存在

-动物细胞高尔基体数量都较少(一般少于50个)枢纽、分拣站乎？第20页，共45页，2023年，2月20日，星期一-电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成-高尔基体是极性的细胞器：位置、方向、物质转运与生化极性(一)高尔基体的形态结构与极性第21页，共45页，2023年，2月20日，星期一

高尔基体的4个组成部分

高尔基体顺面膜囊或顺面网状结构（cis-Golginetwork，CGN）又称cis膜囊-高尔基体中间膜囊（medialGolgi）

高尔基体反面膜囊及反面网状结构（

（transGolginetwork，TGN）-周围大小不等的囊泡顺面囊泡称ERGIC(ER-Golgiintermediatecompartment)反面体积较大的分泌泡与分泌颗粒第22页，共45页，2023年，2月20日，星期一高尔基体顺面网状结构(CGN)-中间多孔而连续分支状的管状结构,接近内质网逃逸的内质网驻留蛋白(带有KDEL或HDEL标志序列)的返回内质网蛋白丝氨酸(苏氨酸)残基发生O-连接糖基化跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化；第23页，共45页，2023年，2月20日，星期一扁平膜囊与管道组成多数蛋白质糖基化修饰和糖脂形成及高尔基体有关的多糖的合成发生在此高尔基体中间膜囊(medialGaolgi)第24页，共45页，2023年，2月20日，星期一高尔基体反面网状结构(TGN)

呈管网状,有囊泡相连

pH值可能较低参与蛋白质的分类与包装某些晚期的蛋白质的修饰发生在此保证物质的单向转运常可见到体积较大的分泌泡或分泌颗粒

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高尔基体各部膜囊的４种标志细胞化学反应

嗜锇反应的高尔基体cis面膜囊。

焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）化学反应，显示

trans面1～2层膜囊

胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）化学反应，显示

靠近trans面膜囊状和管状结构。GERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP酶和酸性磷酸酶存在于高尔基体的一侧，称此结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成。

烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显示中间扁平膜囊。第26页，共45页，2023年，2月20日，星期一

高尔基体与细胞骨架关系密切，在非极性细胞中，高尔基体分布在MTOC(微管的负端)高尔基体的膜囊上存在微管的马达蛋白（cytoplasmicdynein和kinesin）和微丝的马达蛋白（myosin）。最近还发现特异的血影蛋白（spectrin）网架。它们在维持高尔基体动态的空间结构以及复杂的膜泡运输中起重要的作用。第27页，共45页，2023年，2月20日，星期一(二)高尔基体的功能

主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工,分类与包装,然后分门别类地运送至细胞特定的部位或细胞外.内质网上合成的脂质一部分也通过高尔基体向细胞质膜和溶酶体等部位运输.第28页，共45页，2023年，2月20日，星期一2.蛋白质的糖基化及其修饰蛋白质糖基化类型N-连接的糖基化

O-连接的糖基化第29页，共45页，2023年，2月20日，星期一

特征N-连接O-连接合成部位

粗面内质网高尔基体合成方式

来自同一个寡糖前体一个一个单糖加上去与之结合的氨基酸残基

天冬酰胺

丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸/羟脯氨酸最终长度

至少5个糖残基一般1～4个糖残基，但ABO血型抗原较长第一个糖残基

N—乙酰葡萄糖胺N—乙酰半乳糖胺等N-连接的糖基化与O-连接的糖基化比较最后一个糖残基:唾液酸第30页，共45页，2023年，2月20日，星期一蛋白质糖基化的特点及其生物学意义糖蛋白寡糖链的合成与加工都没有模板

糖基化的主要作用是蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性进化上的意义：第31页，共45页，2023年，2月20日，星期一-蛋白聚糖在高尔基体中组装蛋白聚糖在高尔基体中组装与丝氨酸残基相连的是木糖，而不是N－乙酰半乳糖胺。

-已有的证据表明,糖脂的糖侧链也是以与糖蛋白相同的途径和方式合成加工,最后由高尔基体转运到溶酶体膜或细胞膜上的.-植物细胞中高尔基体合成和分泌多糖。第32页，共45页，2023年，2月20日，星期一3.蛋白酶的水解和其他加工过程类型:-无生物活性的蛋白原（proprotein）高尔基体切除N-端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白等。-蛋白质前体高尔基体水解同种有活性的多肽，如神经肽-含有不同信号序列的蛋白质前体高尔基体

加工成不同的产物。-同一种蛋白质前体不同细胞、以不同的方式加工不同的多肽。第33页，共45页，2023年，2月20日，星期一加工方式多样性的可能原因：-确保小肽分子的有效合成；-弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；-有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起作用。-肽链酪氨酸残基的硫酸化作用第34页，共45页，2023年，2月20日，星期一还有…….高尔基体被证实是另一个微管形成来源高尔基体进行有丝分裂第35页，共45页，2023年，2月20日，星期一

三溶酶体Terminator?-几乎存在于所有的动物细胞中

(植物细胞中的中央液泡,圆球体)-单层膜围绕-内含多种酸性水解酶类(最适pH为5左右)-囊泡状细胞器-主要功能是进行细胞内的消化作用

thecells'garbagedisposalsystem第36页，共45页，2023年，2月20日，星期一溶酶体的结构类型溶酶体的功能溶酶体的发生溶酶体与过氧化物酶体第37页，共45页，2023年，2月20日，星期一(一)溶酶体的形态结构与类型-初级溶酶体（primarylysosome）-次级溶酶体（secondarylysosome）

自噬溶酶体（autophagolysosome）

异噬溶酶体（phagolysosome）-残余小体（residualbody），又称后溶酶体。

溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性（heterogenous）的细胞器。第38页，共45页，2023年，2月20日，星期一溶酶体膜的特征：嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；-具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运;膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解第39页，共45页，2023年，2月20日，星期一

溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）第40页，共45页，2023年，2月20日，星期一(二)溶酶体的功能:强烈的消化作用-清除功能

-防御功能-其他功能

-细胞内的消化“器官”

-参与分泌过程的调节

-受精过程中的精子顶体（acrosome