细胞的内膜系统与囊泡转运

细胞的内膜系统与囊泡转运第1页，共60页，2023年，2月20日，星期二第2页，共60页，2023年，2月20日，星期二内膜系统:指细胞质内在结构、功能及发生上有一定联系的膜性结构的总称。原核细胞–质膜构成的单一区室真核细胞–内膜–各种细胞器功能：区室化，保证各种生化反应所需的独特的环境。增加细胞内表面积，提高代谢和功能效率。成员：内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体及胞质内的囊泡。第3页，共60页，2023年，2月20日，星期二核被膜和内膜系统进化的可能途径起源于质膜的内陷起源于内共生设想中的线粒体进化起源第4页，共60页，2023年，2月20日，星期二一、内质网

(EndoplasmicReticulum,ER)第5页，共60页，2023年，2月20日，星期二粗面内质网：封闭的扁平囊结构，与核膜外层相连，外附核糖体。滑面内质网：封闭的管状和泡状结构，表面光滑。（一）内质网的类型与形态第6页，共60页，2023年，2月20日，星期二粗面内质网与滑面内质网的形态结构第7页，共60页，2023年，2月20日，星期二（二）内质网的化学组成细胞匀浆密度梯度超速离心直径100nm的球囊状封闭小泡（微粒体，实为破碎的内质网）

第8页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.脂类（约占1/3）：

磷酯含量丰富,卵磷脂最多，约55%，鞘磷脂最少。2.蛋白质（约占2/3）：

（1）氧化反应电子传递酶；（2）与脂质代谢相关的酶；（3）与碳水化合物代谢相关的酶，其中的葡萄糖-6-磷酸酶是内质网的标志酶。（二）内质网的化学组成第9页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.粗面内质网的功能：

与蛋白质的合成、加工修饰及转运密切相关。Q1:哪些蛋白由粗面内质网上附着的核糖体合成？

A:（1）外输性或分泌性蛋白（2）膜整合蛋白（3）驻留蛋白（留在内质网内的蛋白）

（三）内质网的功能第10页，共60页，2023年，2月20日，星期二Q2:游离核糖体是怎样附着到内质网上的？A：信号肽假说（G.Blobel,1999年诺贝尔生理学或医学奖）第11页，共60页，2023年，2月20日，星期二

信号肽的作用

第12页，共60页，2023年，2月20日，星期二Q3:膜整合蛋白是怎样形成的？（1）单次跨膜蛋白的形成：

①协同翻译插入机制（cotranslationinsertion）

多肽链中含有一段由疏水氨基酸构成的停止转移信号肽（stop-transfersignalpeptide）。在肽链穿膜过程中，当含停止转移信号的肽段进入转移子时，穿膜停止，该肽段停留在脂质双分子层中，成为单次跨膜的α-螺旋结构，形成氨基端在内质网腔，羧基端在胞质腔的单次跨膜蛋白。第13页，共60页，2023年，2月20日，星期二

②内信号肽机制（internalsignalpeptide）

信号肽位于多肽链中，在多肽链穿膜过程中，内信号肽停留在脂质双分子层中，成为单次跨膜的α-螺旋结构，内信号肽不会被切除。内信号肽两端的电荷性质决定肽链的插入方向（含正电荷较多的那端朝外，含负电荷较多的那端穿膜）。第14页，共60页，2023年，2月20日，星期二（2）多次跨膜蛋白的形成：与单次跨膜的基本原理相同，内信号肽与停止转移信号肽在多肽链中多次出现，导致多肽链多次穿过内质网膜，形成多次跨膜蛋白。第15页，共60页，2023年，2月20日，星期二Q4:新生肽链在内质网腔中怎样被加工修饰？A：（1）蛋白质的糖基化（N-连接糖基化）Asn=天冬氨酸糖基：14寡糖连接位点：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr序列中的Asn的-NH2基团（X代表除Pro以外的所有氨基酸）Ser=丝氨酸，Thr=苏氨酸，Pro=脯氨酸第16页，共60页，2023年，2月20日，星期二（2）蛋白质折叠与装配内质网腔中的氧化性谷胱甘肽（GSSG），网膜腔面的蛋白二硫键异构酶通过促进蛋白质二硫键形成，使蛋白质折叠。结合蛋白BiP、葡萄糖调节蛋白94、钙网素等分子伴侣帮助蛋白质折叠，并能识别、滞留错误折叠的蛋白质,也帮助形成驻留蛋白。第17页，共60页，2023年，2月20日，星期二Q5:粗面内质网如何转运蛋白质？粗面内质网以出芽方式形成膜性小泡高尔基复合体加工形成大浓缩泡酶原颗粒分泌至细胞外分泌颗粒内含外输性蛋白的膜泡含跨膜蛋白的膜泡与细胞膜或其他细胞器膜融合含驻留蛋白的膜泡返回内质网第18页，共60页，2023年，2月20日，星期二2.滑面内质网的功能：（1）参与脂质合成与转运甘油甘油一酯脂肪酸滑面内质网细胞质脂质合成酶系甘油三酯转位酶甘油三酯甘油三酯高尔基复合体膜脂脂蛋白磷脂转换蛋白溶酶体线粒体过氧化物酶体粗面内质网蛋白第19页，共60页，2023年，2月20日，星期二（2）参与糖原代谢（肝细胞）糖原葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡萄糖葡萄糖滑面内质网葡萄糖-6-磷酸酶细胞质第20页，共60页，2023年，2月20日，星期二

3.细胞解毒的主要场所（肝细胞）毒、药物氧化及电子传递酶系（羟化酶或加单氧酶系）毒性降低或极性增加、易于排泄的分子滑面内质网细胞质第21页，共60页，2023年，2月20日，星期二

3.肌细胞Ca2+的储存场所（肌细胞）受到刺激时释放滑面内质网细胞质Ca2+-ATP酶钙结合蛋白Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+第22页，共60页，2023年，2月20日，星期二

4.滑面内质网的其他功能：

胃壁细胞分泌胃酸（HCl），肝细胞合成、分泌结合性胆红素。第23页，共60页，2023年，2月20日，星期二小结本节课重点：1.什么是内膜系统？包含哪些细胞器？2.内质网的形态结构特点？3.内质网的功能？4.内质网的标志酶？第24页，共60页，2023年，2月20日，星期二二、高尔基复合体（一）高尔基复合体的形态结构光镜：网状结构（猫脊神经节硝酸银染色）第25页，共60页，2023年，2月20日，星期二1、扁平囊：顺面：凸面，靠近细胞核与内质网，又称形成面

反面：凹面，靠近细胞膜，又称成熟面2、小囊泡：由粗面内质网芽生而来，又称运输小泡3、大囊泡：由扁平囊成熟面芽生而来，又称分泌泡电镜观察：高尔基复合体具有极性！第26页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.蛋白质加工：糖基化、水解等2.蛋白质分拣、定向运输3.参与形成溶酶体（二）高尔基复合体的功能第27页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.蛋白质的加工（1）蛋白质糖基化

意义：增加蛋白质的稳定性；蛋白质的分选标记；形成膜糖，稳定细胞膜，介导细胞识别

（例如：红细胞膜表面的寡糖决定血型；

选择素特异性识别膜表面的糖基）。

（二）高尔基复合体的功能第28页，共60页，2023年，2月20日，星期二蛋白质糖基化的类型：N-连接糖基化（粗面内质网、高尔基复合体）

糖碳原子上的羟基与肽链天冬酰胺残基上的-NH2脱水形成糖苷键O-连接糖基化（高尔基复合体）

糖碳原子上的羟基与肽链中丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、羟赖氨酸和羟脯氨酸残基上的-OH脱水形成糖苷键。

糖基转移酶是高尔基复合体的标志酶。（二）高尔基复合体的功能第29页，共60页，2023年，2月20日，星期二以丝氨酸、羟脯氨酸为例：丝氨酸O-连接糖基化的连接位点OH羟脯氨酸脯氨酸亮氨酸第30页，共60页，2023年，2月20日，星期二（-NH2）（-OH）天冬氨酸第31页，共60页，2023年，2月20日，星期二（2）蛋白质水解加工

某些蛋白质的N端或C端需要在高尔基体被切除才能成为成熟的多肽。例如：胰岛素原水解胰岛素（3）其它加工方式：

蛋白质磷酸化（溶酶体酸性水解酶）、蛋白聚糖硫酸化等。（粗面内质网）（高尔基体）第32页，共60页，2023年，2月20日，星期二2.高尔基复合体是细胞内蛋白质分拣、运输的枢纽

粗面内质网运输小泡高尔基复合体溶酶体分泌小泡（蛋白质合成、加工）（蛋白质进一步加工、分拣）分泌至细胞外（连续分泌）暂存于细胞内（非连续分泌）（内质网驻留蛋白）第33页，共60页，2023年，2月20日，星期二第34页，共60页，2023年，2月20日，星期二（二）高尔基复合体的功能区隔1.顺面的网状结构

分选蛋白质和脂类，进行蛋白质糖基化、磷酸化和脂质酰基化。2.中间膜囊:

蛋白质糖基化、多糖及糖脂合成。3.反面的网状结构:

蛋白质的修饰与分选。

Man甘露糖，GlcNAcN-乙酰葡糖胺，Gal半乳糖，NANA唾液酸第35页，共60页，2023年，2月20日，星期二小结本节课重点：1.高尔基复合体的形态结构特点？2.高尔基复合体的功能？3.高尔基复合体的标志酶？4.为什么说高尔基复合体具有极性？第36页，共60页，2023年，2月20日，星期二三、溶酶体（Lysosome)第37页，共60页，2023年，2月20日，星期二张海超“开胸验肺”事件尘肺病长期接触粉尘肺纤维化溶酶体？第38页，共60页，2023年，2月20日，星期二（一）溶酶体的形态特征电镜下呈单层膜包裹而成的囊球状结构，直径一般为0.2-0.8μm，大小不一。第39页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.溶酶体基质内含多种酸性水解酶，酸性磷酸酶是其标志酶。3.溶酶体基质的pH值约为3.5-5.5，其膜上嵌有H+质子泵。4.溶酶体的膜蛋白高度糖基化，有利于增加膜稳定性。自身膜蛋白降解（二）溶酶体的结构与化学组成第40页，共60页，2023年，2月20日，星期二三.溶酶体的形成酶蛋白甘露糖磷酸1.酶蛋白前体在内质网网腔中加甘露糖基（N-连接糖基化）；2.甘露糖残基在高尔基复合体形成面囊腔中被磷酸化，形成甘露糖-6-磷酸残基（M-6-P），此为溶酶体蛋白的分选标记。3.携带M-6-P标记的酶蛋白到达高尔基复合体成熟面，被位于囊腔面的M-6-P受体识别，触发囊泡形成、脱落；4.囊泡与内吞体融合，形成前溶酶体；5.前溶酶体腔内pH值下降，受体脱落循环再用，溶酶体成熟。第41页，共60页，2023年，2月20日，星期二四.溶酶体的分类(一)按功能1.初级溶酶体2.次级溶酶体

①自噬溶酶体

②异噬溶酶体3.三级溶酶体（后溶酶体/残留小体）(二)按形成1.内体性溶酶体（=初级溶酶体）2.吞噬性溶酶体第42页，共60页，2023年，2月20日，星期二溶酶体对细胞内吞物质的消化：

外源异物（如细菌、营养物质）

吞噬

吞噬体

初级溶酶体

异噬溶酶体

酶消化

分解物入胞质未分解物

残留小体

外吐第43页，共60页，2023年，2月20日，星期二衰老细胞器、大分子物质

膜包裹

内质网或高尔基体

自噬体

初级溶酶体

自噬溶酶体

分解物入胞质未分解物

残留小体外吐

溶酶体对细胞内物质的消化：第44页，共60页，2023年，2月20日，星期二自噬对细胞生命活动的意义?

酶系统的更新:细胞质中某些暂时不需要的酶系统,需要通过自噬作用进行更新。旧细胞器的清除:细胞器都有一定的寿命,为了保证细胞正常的代谢活动,必须不断地清除衰老的细胞器和生物大分子。很多生物大分子的半衰期只有几小时或几天。肝细胞中线粒体的寿命平均约10天左右。参与细胞发育:如红细胞发育成熟后,所有的细胞器都要通过自噬作用被清除。应激反应:在细胞饥饿条件下,自噬作用也特别强,主要是为细胞提供能量,维持细胞的生命活动。

第45页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.机体防御保护；2.清除衰老、损伤的细胞器及死亡细胞（如红细胞）；3.消化物质并提供营养；5.参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节，如甲状腺素；6.在个体发生发育中起重要作用，如受精、两栖类动物的变态发育、骨组织发生与重建等。五.溶酶体的功能第46页，共60页，2023年，2月20日，星期二先天性溶酶体疾病

多由于溶酶体内某种酶缺乏，导致相应底物蓄积或代谢障碍。如：Ⅱ型糖原累积病、Gaucher病、神经鞘磷脂沉积病、Tay-Sachs病、黏多糖沉积病等。六.溶酶体与疾病第47页，共60页，2023年，2月20日，星期二2.溶酶体膜异常与疾病：

各种因素导致的溶酶体膜破裂，水解酶溢出，导致细胞、组织损伤及炎症。

矽肺：空气中的矽(SiO2)吸入肺部，被肺的吞噬细胞吞噬，矽尘颗粒不能被溶酶体消化，反而使溶酶体膜破坏，释放出水解酶，导致细胞自溶，进而溶解周围组织，释放出的矽尘颗粒再次被吞噬细胞吞噬，重复上述过程。肺组织损伤刺激成纤维细胞增生并分泌胶原纤维，最终导致肺纤维化。第48页，共60页，2023年，2月20日，星期二

痛风：尿酸盐沉积在关节、肾脏等组织，白细胞吞噬尿酸盐导致溶酶体破裂，引起局部组织炎症。第49页，共60页，2023年，2月20日，星期二休克：在休克中，由于组织缺血、缺氧，影响了供能系统，造成膜的不稳定，引起溶酶体酶的外漏，造成细胞与机体的损伤。因此，在抢救休克病人时，临床上采用大剂量的糖皮质类固醇，以稳定溶酶体膜。

类风湿性关节炎：溶酶体膜脆性增加，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。消炎痛和肾上腺皮质激素具有稳定溶酶体膜的作用，因此用于治疗类风湿性关节炎。第50页，共60页，2023年，2月20日，星期二四、过氧化物酶体又称微体，是由一层单位膜包裹形成的圆形或卵圆形小体，直径约0.5μm，内含氧化酶类、过氧化氢酶类（标志酶）及过氧化物酶类。尿酸氧化酶结晶，类核体实为过氧化物酶体中电子密度较高、规则的结晶状结构，由尿酸氧化酶所形成。类核体第51页，共60页，2023年，2月20日，星期二过氧化物酶体的功能：

1.清除细胞代谢过程中产生的过氧化氢及其他有毒物质（例如酒精的氧化解毒）2.调节细胞氧张力3.参与对脂肪酸等高能分子物质的分解转化第52页，共60页，2023年，2月2