1、第五章 細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)與囊泡轉(zhuǎn)運定義：指位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在結(jié)構(gòu)，功能乃至發(fā)生上有一定 聯(lián)系的膜性結(jié)構(gòu)的總稱，是一連續(xù)的統(tǒng)一體。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基復(fù)合體溶酶體過氧化氫體線粒體雖然也是由膜結(jié)構(gòu)組成的，但不屬于內(nèi)膜系統(tǒng)。Endomenbrane system核膜各種內(nèi)體 內(nèi)膜系統(tǒng)分布于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)也稱為胞質(zhì)溶膠，是細(xì)胞質(zhì)中除各種細(xì)胞器和內(nèi)含物以外的較為均質(zhì)而半透明的液體部分?；瘜W(xué)組成小分子：包括水、無機離子（K+、Na+、Ca2+等）中等分子：脂類、糖類、氨基酸、核苷酸及其衍生物等。大分子：多糖、蛋白質(zhì)、脂蛋白和RNA等。此外，細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中還含有大量的酶，它們是大分子合成和代謝所必需的。 細(xì)胞質(zhì)

2、基質(zhì)的主要功能有離子環(huán)境、提供底物和反應(yīng)場所。Cytoplastic matrix第一節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic reticulum,ER)K. R. Porter等于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞，因最初看到的是位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故名內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）。Microsome（微粒體）細(xì)胞勻漿經(jīng)過超速離心所得到的微細(xì)顆粒。分粗面微粒體和滑面微粒體。一 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成核膜外層 二.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)ER是由一層單位膜圍成的形狀大小不同的小管、小泡、扁囊狀結(jié)構(gòu)，相互連接形成一個連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。ER約占細(xì)胞總膜面積的一半，是封閉的網(wǎng)

3、絡(luò)系統(tǒng)小管小泡扁囊狀細(xì)胞膜核膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)腔相互連通。RERSER粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（RER):膜表面附著核糖體；形態(tài)多為板層狀排列的扁囊；多分布在分泌活動旺盛或分化較完善的細(xì)胞內(nèi)?；鎯?nèi)質(zhì)網(wǎng)（SER):膜表面無核糖體附著；形態(tài)多為分枝小管或小泡；多分布在一些特化的細(xì)胞中。核糖體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續(xù)結(jié)構(gòu)的一部分。 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)：信號肽假說-1975年-Bloble提出游離核糖體上信號肽的合成 信號識別顆粒（SRP）識別信號肽， SRP-核糖體復(fù)合體形成，翻譯暫停核糖體停泊于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜通道蛋白移位子上，形成SRP-SR

4、P受體-核糖體復(fù)合體核糖體在一種脫落因子作用下被分解主 要 過 程目前普遍用信號肽假說來解釋分泌蛋白質(zhì)的合成過程的。SRP脫離并參加再循環(huán)，核糖體翻譯繼續(xù)進行信號肽被切除，成熟的蛋白質(zhì)落入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽(signal peptide)信號識別顆粒(signal recognition particle,SRP)信號序列特征:16-26個氨基酸殘基，其中含有4-12個疏水殘基特異性:位置:N-端突出的一段肽;內(nèi)信號肽存在于胞質(zhì)中的核糖體結(jié)合蛋白顆粒，由6個蛋白質(zhì)亞基和一個小的7S RNA組成。含三個功能域: 翻譯暫停結(jié)構(gòu)域(P9/P14)信號肽識別結(jié)合位點(P54)SRP受體蛋白結(jié)合位點(P68

5、/P72)。錨泊蛋白（Docking protein, DP）/SRP-R 是SRP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體蛋白兩個亞基:親水的亞基, 疏水的亞基移位子( translocon):內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上親水通道信號肽酶( signal peptidase)分離因子( detachment factor)核糖體循環(huán)多聚核糖體(polyribosome)新生肽鏈協(xié)同翻譯插入內(nèi)信號肽介導(dǎo)2 參與糖原代謝肝細(xì)胞的一個重要功能是維持血液中葡萄糖水平的恒定，這一功能與葡萄糖-6-磷酸酶的作用密切相關(guān)。在肝細(xì)胞中，糖原裂解釋放葡萄糖-1-磷酸，然后再轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸，由于磷酸化的葡萄糖不能通過細(xì)胞質(zhì)膜，滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的葡

6、萄糖-6-磷酸酶將葡萄糖-6-磷酸水解為葡萄糖和磷酸后，葡萄糖就可穿過細(xì)胞質(zhì)膜進入血液。3 肝細(xì)胞解毒的主要場所混合功能的氧化酶（mixed-function oxidases）：在氧和NADPH存在下，將一些有毒物質(zhì)氧化， 并且每氧化一分子底物，要消耗一分子的氧，進而將NADPH轉(zhuǎn)變成NADP+.由于這種反應(yīng)的一個氧原子出現(xiàn)在產(chǎn)物中，其他則存在于水分子中，所以將催化這種類型氧化作用的酶稱為混合功能的氧化酶。細(xì)胞色素P-450 （cytochrome P-450）的羥基化作用：微粒體的混合功能的氧化酶系統(tǒng)類似一條呼吸鏈，由幾個組分組成，核心成員是細(xì)胞色素P-450.細(xì)胞色素P-450參與有毒物

7、質(zhì)以及類固醇和脂肪酸的羥基化， 羥基化涉及四個基本反應(yīng)被氧化的物質(zhì)同細(xì)胞色素P-450結(jié)合細(xì)胞色素P-450中的鐵原子被NADPH還原氧同細(xì)胞色素P-450結(jié)合底物結(jié)合一個氧原子被氧化，另一個氧原子用于形成水。被氧化的底物由于帶上羥基，增強水溶性，容易被分泌排出。4 Ca2+的儲存場所肌質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)特化的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是貯存Ca2+的細(xì)胞器。肌質(zhì)網(wǎng)膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶， 滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可構(gòu)成心肌和骨胳肌肌原纖維周圍的肌質(zhì)網(wǎng)。當(dāng)肌細(xì)胞膜的興奮信號傳遞到肌質(zhì)網(wǎng)時則引起肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+ ，從而導(dǎo)致肌細(xì)胞的收縮活動。當(dāng)肌肉松弛時，鈣離子又重新泵回肌質(zhì)網(wǎng)。所以肌質(zhì)網(wǎng)實際上是作為鈣庫， 其內(nèi)有

8、鈣結(jié)合蛋白， 每個鈣結(jié)合蛋白可以結(jié)合30個左右的Ca2+ 。 5 與胃酸、膽汁合成與分泌有關(guān)合成HCl合成膽鹽1898 意大利神經(jīng)解剖學(xué)家高爾基（Camillo Golgi)：光鏡下觀察梟、貓的神經(jīng)細(xì)胞發(fā)現(xiàn)。第二節(jié) 高爾基復(fù)合體(Golgi complex)一.高爾基體的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成光鏡：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)電鏡扁平囊泡成熟面小囊泡大囊泡形成面反面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高爾基中間膜囊順面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)扁 平 囊呈盤狀，3-10層 高爾基堆 凹面：成熟面、反面； 凸面：形成面、順面；凸面/形成面/順面小 囊 泡囊腔內(nèi)含：中等電子密度的物質(zhì)泡內(nèi)含物質(zhì)：低電子密度，較透明。來 源：小囊泡融合。來 源：由rER芽生而來

9、。大 囊 泡泡內(nèi)含物質(zhì)：高電子密度，濃縮泡。來 源：扁平囊周邊或局部膨突脫落形成。凹 面/成熟面/反面培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中高爾基體的分布（高爾基體為紅色，核為綠色） 高爾基體膜含有大約60%的蛋白和40%的脂類，具有一些和ER共同的蛋白成分。膜脂中磷脂酰膽堿的含量介于ER和質(zhì)膜之間，中性脂類主要包括膽固醇，膽固醇酯和甘油三酯。高爾基體中的酶主要有糖基轉(zhuǎn)移酶、磺基-糖基轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、轉(zhuǎn)移酶和磷脂酶等不同的類型。 二.高爾基復(fù)合體的化學(xué)組成標(biāo)志酶：糖基轉(zhuǎn)移酶高爾基體各部分標(biāo)志的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)：嗜鋨反應(yīng)：經(jīng)鋨酸浸染后，cis面膜囊被特異地染色；焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)

10、：可特異顯示高爾基體的trans面的12層膜囊；煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可顯示高爾基體中間幾層扁平囊；胞嘧啶單核苷酸酶(CMP酶)：可顯示靠近trans面上的一些膜囊狀和管狀結(jié)構(gòu)，CMP酶也是溶酶體的標(biāo)志酶。 二.高爾基復(fù)合體的功能（一）與細(xì)胞的分泌活動有關(guān)3H標(biāo)記亮氨酸3分鐘17分鐘117分鐘高爾基復(fù)合體在細(xì)胞分泌活動中起著重要的運輸作用；在分泌顆粒的形成過程中起著濃縮、修飾、加工等作用。Golgi complex and cells secretion連續(xù)分泌Continual,unregulated discharge of material from the cells

11、非連續(xù)分泌The discharge of products stored in cytoplasmic granules, in response to appropriate stimuli.1. 糖蛋白的加工合成N-連接的寡糖鏈：在rER腔內(nèi)合成。O-連接的寡糖鏈：在高爾基復(fù)合體內(nèi)合成。糖蛋白3H標(biāo)記甘露糖3H標(biāo)記半乳糖；唾液酸糖3H標(biāo)記N-乙酰葡萄糖胺高爾基復(fù)合體對糖蛋白的合成和修飾過程具有嚴(yán)格的順序性。二 胞內(nèi)物質(zhì)的加工修飾等2. 蛋白質(zhì)的水解加工無活性的前體物質(zhì)（某些肽類激素）加工改造有生物活性的物質(zhì)（激素）三 高爾基復(fù)合體是胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分選和膜泡定向運輸?shù)臉屑~蛋白質(zhì)合成溶酶體寡聚

12、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；分揀溶酶體順面管網(wǎng)中層囊反面囊反面管網(wǎng)大泡（分泌顆粒）rER高爾基復(fù)合體順面囊高爾基堆第三節(jié) 溶酶體20世紀(jì)40年代末鼠肝勻漿離心酸性磷酸酶1955年de Duve等人電鏡鼠肝細(xì)胞細(xì)胞化學(xué)顯示(lysosome)一 溶酶體的形態(tài)特點和化學(xué)組成1 溶酶體是一種具有高度異質(zhì)性的膜性細(xì)胞器溶酶體的酶溶酶體含60多種水解酶，這些水解酶多為酸性水解酶；PH值4-6。酶蛋白酶（肽酶）核酸酶磷酸酶糖苷酶酯 酶硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）標(biāo)志酶：酸性水解酶1、初級溶酶體（primary lysosome）（內(nèi)體性溶酶體）：只含酶，不含底物。直徑約0.20.

13、5um，有多種酸性水解酶，但無活性，含蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余種，反應(yīng)的最適PH值為5左右。二.溶酶體的類型2、次級溶酶體（secondary lysosome）是正在進行或完成消化作用的溶酶體，內(nèi)含水解酶和相應(yīng)的底物，可分為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體(phagolysosome) 。次級溶酶體異噬性溶酶體：初級溶酶體+外源性物質(zhì)異噬過程自噬性溶酶體：初級溶酶體+內(nèi)源性物質(zhì)自體吞噬（自噬過程）Secondary lysosome后溶酶體殘余小體三級溶酶體脂褐質(zhì)含鐵小體多泡體髓樣結(jié)構(gòu)3、殘余小體（residual body）又稱后溶酶體（post-l

14、ysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘渣，故名。殘體可通過外排作用排出細(xì)胞，也可能留在細(xì)胞內(nèi)逐年增多，如表皮細(xì)胞的老年斑，肝細(xì)胞的脂褐質(zhì)。肝細(xì)胞脂褐質(zhì)內(nèi)體初級溶酶體吞噬體異溶酶體吞飲體異溶酶體自噬體自溶酶體分泌顆粒分泌溶酶體次 級 溶 酶 體殘質(zhì)體異噬作用自噬作用三 溶酶體形成與成熟過程（一）內(nèi)體性溶酶體是由運輸小泡和內(nèi)體合并而成Mannose 6-phosphate residues target proteins to lysosomesTargeting of soluble lysosomal enzymes to endosomes and lysosomes by M-6-P

15、 tag四.溶酶體的功能一 分解外來物質(zhì)及清除衰老、殘損細(xì)胞器溶酶體可謂是細(xì)胞內(nèi)的消化器官，能把攝入到細(xì)胞內(nèi)的各種大分子物質(zhì)借助于水解酶的作用分解為簡單物質(zhì)。自體吞噬：清除無用的生物大分子，衰老細(xì)胞、細(xì)胞器、個體發(fā)育中多余的細(xì)胞。許多生物大分子的半衰期只有幾小時至幾天，肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命約10天左右。二 具有物質(zhì)消化及細(xì)胞營養(yǎng)功能簡單分子可透過次級溶酶體的膜，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)繼續(xù)代謝而被利用，以補充細(xì)胞內(nèi)所需營養(yǎng)，故溶酶體對細(xì)胞有消化營養(yǎng)作用。三 機體防御保護功能的組成部分巨噬細(xì)胞細(xì)胞吞噬的細(xì)菌、病毒顆粒均在溶酶體作用下殺滅四 參與某些腺體組織細(xì)胞分泌過程調(diào)節(jié)如甲狀腺素則是在溶酶體的參與下形成

16、的。甲狀腺濾泡上皮細(xì)胞甲狀腺球蛋白在濾泡腔內(nèi)碘化后重新進入濾泡上皮細(xì)胞內(nèi)形成大膠滴大膠滴與細(xì)胞內(nèi)的溶酶體融合蛋白酶將碘化的甲狀腺球蛋白水解生成甲狀腺素甲狀腺素通過細(xì)胞基部進入血液無尾兩棲類蝌蚪變態(tài)時的尾部吸收、哺乳類動物子宮內(nèi)膜的周期性萎縮，均與溶酶體有密切關(guān)系。溶酶體在某些情況下可通過胞吐方式釋放到細(xì)胞外，消化分解細(xì)胞外物質(zhì)，這種現(xiàn)象體現(xiàn)在受精過程和骨質(zhì)更新方面。在骨發(fā)生和骨再生過程中，溶酶體對骨質(zhì)的更新起著重要作用。破骨細(xì)胞的溶酶體酶能釋放到細(xì)胞外，分解和消除陳舊的骨基質(zhì)，這是骨質(zhì)更新的一個重要步驟。五 在生物個體發(fā)生與發(fā)育過程中起重要作用第四節(jié) 過氧化物酶體1954年Rhodin電鏡小鼠

17、腎小管上皮細(xì)胞微體一.過氧化物酶體的形態(tài)特征(peroxisome)二.過氧化物酶體所含的酶標(biāo)志酶：過氧化氫酶。 囊泡以出芽的方式從細(xì)胞的一種內(nèi)膜細(xì)胞器脫離后又與另一內(nèi)膜細(xì)胞器發(fā)生融合，這種轉(zhuǎn)運過程稱為囊泡轉(zhuǎn)運（Vesicular transport ）。第五節(jié) 囊泡與囊泡轉(zhuǎn)運特點：真核細(xì)胞；雙向；有序。也可稱為高度有組織的定向運輸。作用：保證穩(wěn)定交換細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)，傳遞信號。一 囊泡的來源與類型依被膜小泡(coated vesicles)包被蛋白的不同分類：網(wǎng)格蛋白包被囊泡 (clathrin-coated vesicle)COPII被膜小泡 (COPII coated vesicles)CO

18、PI被膜小泡 (COPI coated vesicles)一、網(wǎng)格蛋白包被囊泡(Clathrin-Coated Vesicles) 網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導(dǎo)高爾基體反面到內(nèi)體、溶酶體、植物液泡的運輸，以及質(zhì)膜到內(nèi)膜區(qū)隔的膜泡運輸。（1）網(wǎng)格蛋白：包被囊泡表面，提高囊泡表面張力網(wǎng)格蛋白由3個重鏈和3個輕鏈組成，形成一個具有3個曲臂的形狀。許多籠形蛋白的曲臂部分交織在一起，形成具有多邊形網(wǎng)孔的籠子網(wǎng)格蛋白小泡Clathrin coated vesicles（2）銜接蛋白：可分別與網(wǎng)格蛋白和被轉(zhuǎn)運的分子相結(jié)合，位于網(wǎng)格蛋白和囊泡之間，能催化網(wǎng)格蛋白的聚合、捕獲轉(zhuǎn)運分子。（3）發(fā)動蛋

19、白：囊泡頸部，水解GTP使囊泡釋放二、COP包被囊泡介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運輸。外被蛋白由五種蛋白質(zhì)亞基構(gòu)成。三、COPI包被囊泡 Cop I Vesicles二 囊泡轉(zhuǎn)運SNAREs的作用是保證識別的特異性和介導(dǎo)運輸小泡與目標(biāo)膜的融合，位于運輸小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREsSNAREs在神經(jīng)細(xì)胞中SNAREs負(fù)責(zé)突觸小泡的停泊和融合。破傷風(fēng)毒素和肉毒素等細(xì)菌分泌的神經(jīng)性毒素實際上是一類特殊的蛋白酶，能夠選擇性地降解SNAREs，從而阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)。病毒融合蛋白的工作原理與SNAREs相似，介導(dǎo)病毒與宿主質(zhì)膜的融合。 除了融合錨定蛋白，Rab也促進和調(diào)節(jié)運輸小泡的停泊和融合。Rabs與衣被召集GTP酶相似，起分子開關(guān)作用，結(jié)合GDP失活，位于細(xì)胞質(zhì)中，結(jié)合GTP激活，位于細(xì)胞