细胞内膜系统与囊泡转运

细胞内膜系统与囊泡转运第1页/共56页相对于细胞质膜而言，细胞内部那些在结构、功能以及发生上相互密切关联的所有膜性结构的细胞器被通称为细胞的内膜系统（endomembranesystem），主要包括：内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体等。内膜系统指细胞内在结构、功能及发生上相关的由生物膜包绕形成的细胞器或细胞结构。第2页/共56页第3页/共56页第4页/共56页内膜系统的出现及其形成的腔室性区域化效应的意义在于：1、有效地增加了细胞内有限空间的表面积；2、内膜系统各个组分在功能结构上持续发生的相互移行转换，保证了各种代谢活动的有序稳定性；3、通过各种膜性运输小泡介导的物质转运沟通了细胞与外环境的相互联系。蛋白质的合成和分选是内膜系统的主要功能。第5页/共56页内质网

内质网(endoplasmicreticulum,ER)是普遍存在于动植物细胞中细胞核附近、细胞质区域内的一些由小管和小泡连接而成的三维网状结构，其主要化学组成成分为脂类、蛋白质和多种酶类。内质网膜脂类组成包括磷脂、中性脂等，以磷脂含量为多。蛋白质种类有数十种之多。第6页/共56页

内质网膜中含有30多种酶，其中葡萄糖－6－磷酸酶被看作是内质网的主要标志性酶。内质网网腔中还含有许多网质蛋白，主要有免疫球蛋白重链结合蛋白、内质蛋白、蛋白质二硫键异构酶、钙网蛋白等。各种网质蛋白有各自的结构和功能，但都有一个4氨基酸序列驻留信号，该驻留信号可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而留驻于内质网腔不被转运。第7页/共56页

内质网的基本结构单位是由一层平均厚度约5～6nm的单位膜所形成的大小形状各异的管（ERtubule）、泡（ERvesicle）或扁囊（ERlamina），它们在细胞质中彼此相互连通，构成一个连续的膜性管网系统。内质网在整体结构上可与高尔基复合体、溶酶体等其他组分移行转换，在功能上则与这些结构密切相关。内质网还向内、外延伸，与细胞核外膜直接连通或达到细胞质溶质外侧质膜下的边缘区域。第8页/共56页

第9页/共56页内质网的数量及结构的复杂程度往往与细胞的发育进程呈正相关。在不同种生物的同类组织细胞中的内质网是基本相似的。内质网因其形态差异分为糙面内质网和光面内质网两种基本类型。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，有的细胞中皆为糙面内质网，有的细胞中全部为光面内质网，还有些细胞中则是二者以不同的比例共存，并且可以随着细胞不同发育阶段或生理功能状态的变化而相互发生类型的转换。第10页/共56页第11页/共56页糙面内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）又名颗粒内质网（granularendoplasmicreticulum），其网膜胞质面附有许多核糖体颗粒，两者共同形成一种功能性结构复合体，主要与外输性蛋白质及多种膜蛋白的合成有关。第12页/共56页核糖体（ribosome）也称核蛋白体，是合成蛋白质的机器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白质。几乎所有的细胞里都存在核糖体。核糖体由大、小两个亚基组成。第13页/共56页光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）又称无颗粒内质网（agranularendoplasmicreticulum），网膜表面无颗粒（核糖体），故光滑，常与粗面内质网相通，是一种多功能细胞器，与许多脂类物质的合成有关。第14页/共56页内质网的主要功能与蛋白质和脂类物质的合成及运输有关（一）糙面内质网，与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关1、核糖体附着的支架许多蛋白质多肽链的延伸合成，一旦开始，必须伴随合成活动所在的核糖体一起转移、附着于糙面内质网上才能继续并最终完成。所以糙面内质网最基本的功能之一，就是为那些正在进行蛋白质合成的核糖体提供附着支架。第15页/共56页2、新生多肽链的折叠与装配内质网中的许多酶为新生多肽链的正确折叠和装配提供了有利的环境。3、蛋白质的糖基化许多蛋白质的功能有赖于糖基化形成糖蛋白才能实现，内质网中的许多酶有助于完成这一反应。4、蛋白质的胞内运输外输性蛋白质在糙面内质网中合成、修饰、加工后，最终被内质网膜包裹，并以“出芽”方式形成膜性小泡而转运。第16页/共56页

（二）光面内质网，是作为细胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器。

1、脂质合成与转运食物消化产生的脂类物质进入细胞在内质网中被重新合成为甘油三酯等脂类，这些脂类会与粗面内质网来的蛋白质组成脂蛋白，再经由高尔基复合体分泌出去。滑面内质网是细胞内脂类合成的重要场所，不同的细胞内滑面内质网因其化学组成及所含酶类不同，功能也不同。2、糖原代谢肝细胞中滑面内质网网膜的葡萄糖－6－磷酸酶能催化糖原的降解产物葡萄糖－6－磷酸去磷酸化产生葡萄糖。

第17页/共56页

3、解毒作用肝脏解毒作用主要由肝细胞中的滑面内质网完成。4、参与钙离子的储存和浓度调节肌质网网膜上有Ca++-ATP酶把细胞质中的Ca++泵入网腔储存，必要时释放。5、与胃酸、胆汁的合成、分泌密切相关在胃壁腺上皮细胞中Cl-

、H+结合生成HCl的场所；肝细胞中合成胆红素。第18页/共56页新合成肽链在信号肽指导下穿越内质网进行转移信号肽（singnalpeptide）普遍存在于所有分泌性蛋白肽链的N端，这是一段由不同数目、不同种类的氨基酸组成的疏水性氨基酸序列。在信号肽引导下，合成中的肽链通过核糖体和移位子蛋白共同形成的通道，穿越内质网网膜进入网腔。第19页/共56页

第20页/共56页高尔基复合体高尔基复合体（Golgicomplex）原称内网器，由意大利学者Golgi最先发现，故名之，由于其由几部分组成，故称其为复合体。第21页/共56页高尔基复合体的形态结构（一）由三种不同大小类型的囊泡组成膜性结构复合体。第22页/共56页1、扁平囊泡，又称为潴泡（cisternae）最具特征的主体结构－高尔基堆，其凸面朝向细胞核，称为顺面或形成面，凹面朝向细胞膜，称为反面或成熟面，中间为扁平囊区。2、小囊泡，又称为小泡（vesicles）聚集分布于形成面附近，主要起运输作用。3、大囊泡，又称为液泡（vacuoles）也称分泌泡，常见于成熟面，可能将新合成的物质运出复合体。第23页/共56页（二）具有极性特征的细胞器顺面高尔基网呈现出连续分支的管网状结构，其功能一是分选来自内质网的蛋白质和脂类，并将其大部分转入到高尔基中间囊膜，小部分重新送回内质网而成为驻留蛋白，二是进行蛋白修饰的O－连接糖基化以及跨膜蛋白在细胞质基质侧结构域的酰基化。中间囊膜的主要功能是进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成。反面网状结构的主要功能是对蛋白质进行分选，最终使得这些蛋白或被分泌到细胞外，或被转运到溶酶体。第24页/共56页（三）在不同组织细胞中具有不同分布形式比如围绕细胞核分布、趋于一极分布、分散分布等等，其数量和发达程度，也因细胞的生长、发育、分化程度和细胞的功能类型的不同而出现较大差异，并且会随着细胞的生理状态而变化。第25页/共56页高尔基复合体的化学组成脂类是高尔基复合体结构的最基本化学组分，蛋白质组成含量和复杂程度介于内质网和细胞膜之间。高尔基复合体含有多种酶类，其中糖基转移酶是最具有特征性的标志酶，主要有参与糖蛋白合成的糖基转移酶类和参与糖脂合成的硫化糖基转移酶类。第26页/共56页高尔基复合体的功能（一）细胞内蛋白质运输分泌的中转站（二）细胞内物质加工合成的重要场所糖蛋白的合成和修饰、蛋白质（或酶原蛋白）的水解等。（三）细胞内蛋白质的分选和膜泡的定向运输。（四）参与溶酶体的形成。第27页/共56页第28页/共56页溶酶体溶酶体（lysosome）是一种内含多种水解酶的膜性细胞器，多呈圆形或球形，呈高度异质性。溶酶体的共同特征是含有丰富的酸性水解酶类。第29页/共56页第30页/共56页第31页/共56页溶酶体中可含有60多种能够分解机体中几乎所有生物活性物质的酸性水解酶，这些酶的最适作用pH通常为3.5～5.5。溶酶体在其形态大小、数量分布、生理生化等各方面表现出高度异质性(heterogenous)。第32页/共56页对溶酶体的分类目前有两种方式

（一）以其生理功能状态分为三种基本类型1、初级溶酶体（primarylysosome）形成途径中刚刚产生的溶酶体，囊腔中仅含水解酶，常处于非活性状态。2、次级溶酶体（secondarylysosome）已接受来自胞内外的物质，自噬，异噬（吞噬）。3、残余（三级溶酶）体（tertiarylysosome）完成任务或完不成任务后的溶酶体，残留小体。第33页/共56页（二）基于形成过程不同分为两种类型1、内体性溶酶体（endolysosome）由运输小泡和内体合并形成，也有人将其称为晚期内体(lateendosome)。2、吞噬性溶酶体（phagolysosome?）内体性溶酶体与来自胞内外的作用底物相互融合而成。第34页/共56页溶酶体的形成与成熟是多种细胞器参与的复杂而有序的过程1、内体溶酶体是运输小泡合并晚期内体形成的；2、吞噬性溶酶体是内溶酶体与来源于胞内外的作用底物融合而成的。第35页/共56页第36页/共56页第37页/共56页第38页/共56页第39页/共56页第40页/共56页溶酶体具有多种生物学功能：（一）能够分解胞内的外来物质及清除衰老、残损的细胞器；（二）具有细胞营养功能；（三）是机体防御保护功能的组成部分；（四）参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节；（五）参与个体发生、发育过程。第41页/共56页过氧化物酶体过氧化物酶体（peroxisome）有点类似溶酶体，但其所含酶类主要为氧化酶和过氧化氢酶。过氧化物酶体形态上多呈圆形或卵圆形。第42页/共56页第43页/共56页过氧化物酶体主要包含三种酶类：1、氧化酶类，将氧还原成过氧化氢；2、过氧化氢酶类，将过氧化氢分解为水和氧气；3、过氧化物酶类，作用与2、相似。过氧化物酶体的主要生理功能是解毒作用第44页/共56页囊泡与囊泡运输囊泡(vesicle)是真核细胞中常见的膜泡结构，虽不像内质网、高尔基复合体等作为一种相对稳定的细胞内固有结构而存在，但是却仍然是细胞内膜系统不可或缺的重要功能结构组分。囊泡运输(vesiculartransport)是真核细胞特有的一种细胞物质内外转运的形式。囊泡是细胞内物质定向运输的载体。第45页/共56页三种类型：网格蛋白有被囊泡，含网格蛋白、衔接蛋白、缢断蛋白等；

coatmer-proteinsubunitsI，COPI有被囊泡；

COPII有被囊泡等。第46页/共56页网格蛋白有被囊泡可产生于高尔基复合体，也可由细胞膜受体介导的细胞内吞作用而形成。第47页/共56页

网格蛋白有被囊泡的产生，是一个非常复杂的过程。在囊泡形成中，除网格蛋白与衔接蛋白外，还有发动蛋白等也发挥着及其重要的作用。第48页/共56页COPII有被囊泡由糙面内质网产生，由数种蛋白质参与组成，主要负责介导从内质网到高尔基复合体的物质运输，对物质的转运有一定的选择性。第49页/共56页第50页/共56页COPI有被囊泡可能由高尔基复合体生成，主要负责内质网逃逸蛋白的捕捉、回收转运以及高尔基体膜内蛋白的逆向运输，也能行使从内质网到高尔基体的顺向转移。第51页/共56