1、Endomembrane system,第五章 細胞的內膜系統(tǒng),內膜系統(tǒng)： 在結構、功能以及發(fā)生上密切相關的膜性結構細胞器的總稱。主要包括：內質網(wǎng)、高爾基復合體、溶酶體、轉運小泡、核膜、過氧化物酶體。,討論: 網(wǎng)絡教學平臺 網(wǎng)址：http：/4/,細胞的內膜系統(tǒng),第一節(jié) 內質網(wǎng)(Endoplasmic reticulum) 第二節(jié) 高爾基復合體（Golgi complex） 第三節(jié) 溶酶體（Lysosome） 第四節(jié) 過氧化物酶體（Peroxisome）,第一節(jié) 內質網(wǎng)(Endoplasmic reticulum),發(fā)現(xiàn)：,19世紀末，光鏡下看到某些腺細胞內含有可被堿性染

2、料著色的區(qū)域，其形態(tài)和數(shù)量與腺細胞的分泌相關，稱動質。 1945年，Porter等于培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞，看到位于細胞核附近內質區(qū)的網(wǎng)狀結構，故名內質網(wǎng)。 1954年，研究表明，內質網(wǎng)并非僅僅分布于內質區(qū)，而且常常擴展、延伸至靠近細胞膜的外質區(qū)。 20世紀60年代初期以前，主要以形態(tài)結構為主，60年代中期以后，對內質網(wǎng)的結構和功能的研究，特別是內質網(wǎng)的蛋白質合成功能越來越深入。,概述,廣泛分布于除成熟紅細胞以外的所有真核細胞的胞質中 約占細胞整個膜成分的一半以上 由單位膜圍成的 相互連續(xù)的小管、小泡、扁囊樣結構組成的三維結構的網(wǎng)狀膜系統(tǒng) 位于細胞核附近的內質，并可向外延伸。,內質網(wǎng)（endop

3、lasmic reticulum，ER）,內質網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER）,一.化學組成 二.形態(tài)結構 三.基本類型 四.功能,一.化學組成,（一）脂類 約占膜成分的30-40%，主要成分為磷脂； 磷脂酰膽堿含量較高（55%），鞘磷脂含量較少（4%-7%）； （二）蛋白質 約占膜成分的60-70%， 酶蛋白30多種， 葡葡糖-6-磷酸酶 普遍存在于內質網(wǎng)，被認為是標志酶 網(wǎng)質蛋白普遍存在于內質網(wǎng)腔中,二.形態(tài)結構,1.結構單位 小管(tubule) 小泡(vesicle) 扁囊(lamina) 厚度： 56nm 2.由內質網(wǎng)膜圍成內質網(wǎng)腔，是封閉的網(wǎng)絡系統(tǒng) 結構上，可

4、與高爾基復合體、溶酶體等移行轉換，功能上則密切相關 內質網(wǎng)膜與外核膜相連，內質網(wǎng)腔與核周間隙相通,3.在不同細胞或同一細胞的不同發(fā)育階段及不同生理功能狀態(tài)下，內質網(wǎng)的形態(tài)結構、數(shù)量分布、及發(fā)達程度不同 旺盛合成分泌蛋白的細胞分布多 eg.漿細胞、胰腺細胞、肝細胞 旺盛合成膜的細胞分布多 eg.成熟中的卵細胞、視桿細胞 未成熟或未分化的細胞分布少,eg.干細胞、胚胎細胞,（整裝電鏡技術-宋今丹）,熒光標記內質網(wǎng),全貌性結構,4.分布,三.基本類型,根據(jù)有無核糖體的附著，內質網(wǎng)分成滑面內質網(wǎng)和粗面內質網(wǎng),1.粗面內質網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum，RER）,(1)結構特

5、點 *有核糖體的附著 *形態(tài)上呈排列整齊的扁平囊狀 (2)功能：蛋白合成、加工和轉運 *外輸性或分泌性蛋白質酶、肽類激素、抗體 *細胞器中的駐留蛋白 *膜整合蛋白質膜抗原、膜受體 (3)分布特點判斷細胞功能狀態(tài)和分化程度的指標 *分泌蛋白合成旺盛的細胞RER發(fā)達 如漿細胞 *未分化和低分化的細胞中RER不發(fā)達 如腫瘤細胞,(1)結構特點 *無核糖體附著 *呈分支的管狀或小泡狀 (2)功能與分布 *多功能細胞器 * 不同細胞或同一細胞的不同生理時期， 形態(tài)結構、分布及發(fā)達程度差異甚大,2.滑面內質網(wǎng)（smooth endoplasmic reticulum，SER）,3.內質網(wǎng)的衍生結構,（一）

6、RER的主要功能是進行蛋白質的合成、加工修飾、分選及轉運,合成的蛋白質包括： 外輸性或分泌性蛋白質，如抗體、消化酶等 膜整合蛋白質，如膜抗原、膜受體等 細胞器中的駐留蛋白,1.分泌性蛋白的合成 2.穿膜駐留蛋白的插入與轉移,四.功能.,（1）信號肽指導蛋白多肽鏈在糙面內質網(wǎng)上合 成與穿膜轉移 （2）新生多肽鏈的折疊與裝配 （3）蛋白質在內質網(wǎng)腔內進行糖基化 （4）蛋白質的胞內運輸,1.分泌性蛋白的合成,核糖體：其惟一功能是按照mRNA的指令將氨基酸合成蛋白質多肽鏈，所以核糖體是細胞內蛋白質合成的分子機器。,（1）信號肽指導蛋白多肽鏈在糙面內質網(wǎng)上 合成與穿膜轉移,多聚核糖體：核糖體在細胞內并不

7、是單個獨立地執(zhí)行功能，而是由幾個甚至幾十個核糖體串連在一條mRNA分子上高效地進行肽鏈的合成，這種核糖體與mRNA的聚合體稱為多聚核糖體,多聚核糖體,核糖體的類型,1.游離核糖體( Free-Ribosomes) 結合有mRNA的核糖體不與內質網(wǎng)結合而是游離存在于胞質溶膠中 。 合成的蛋白質,多半是分布在細胞基質中或供細胞本身生長所需要的蛋白質分子(包括酶分子) 此外還合成某些特殊蛋白質,如紅細胞中的血紅蛋白等。 2.附著核糖體（Bound-Ribosome） 結合有mRNA的核糖體結合于粗面內質網(wǎng)及細胞核外核膜處。 合成的蛋白需要經(jīng)過高爾基復合體的加工 包括外輸性或分泌性蛋白質，膜整合蛋白質

8、，細胞器中的駐留蛋白,信號肽(signal peptide) ： 普遍存在于所有分泌蛋白肽鏈氨基端的一段由不同 數(shù)目、不同種類的氨基酸組成的疏水氨基酸序列 可指導蛋白多肽鏈在粗面內質網(wǎng)合成。,注意：細胞中所有蛋白質的合成，都是起始 于細胞質基質中“游離”的核糖體上,（1）信號肽指導蛋白多肽鏈在糙面內質網(wǎng)上合成 與穿膜轉移,核糖體結 合位點,信號肽假說*,轉運體,信號識別顆粒(signal recognition particle,SRP),由6個多肽亞單位和1個沉降值為7S的小分子RNA構成的復合體 其一端與被翻譯后的信號肽結合,另一端結合在核糖體上 通過結合SRP-R，介導核糖體附著于轉運體

9、上,核糖體結合位點,信號識別顆粒受體(SRP-R),內質網(wǎng)的一種膜整合蛋白 能通過與SRP的識別而使核糖體結合于內質網(wǎng)上 又稱?？康鞍踪|或船塢蛋白質,轉運體(translocon)：,內質網(wǎng)膜上的親水的蛋白通道 為動態(tài)結構，當與信號肽結合時，呈開放的活性狀態(tài)； 多肽鏈完全轉移后，呈無活性的關閉狀態(tài),信號肽假說,轉運體易位蛋白,The 1999 Nobel Prize in Physiology or Medicine,Gnter Blobel,（2）新生多肽鏈的折疊與裝配,常見的內質網(wǎng)分子伴侶,蛋白二硫鍵異構酶 免疫球蛋白重鏈結合蛋白 內質蛋白 鈣網(wǎng)蛋白 鈣連蛋白,例：蛋白二硫鍵異構酶,催化蛋

10、白質中二硫鍵的交換以保證蛋白質的正確折疊,例：免疫球蛋白重鏈結合蛋白,（3）蛋白質在內質網(wǎng)腔內進行糖基化,（4）蛋白質的胞內運輸,2013諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主 發(fā)現(xiàn)了細胞內的運輸機制之謎,2.穿膜駐留蛋白的插入與轉移,（1）單次穿膜蛋白插入轉移的機制 （2）多次穿膜蛋白質的轉移插入,（1）單次穿膜蛋白插入轉移的機制,新生肽鏈共翻譯插入機制 內信號肽介導的內開始轉移肽插入轉移的機制,新生肽鏈共翻譯插入機制,起始轉移信號肽 停止轉移序列,疏水的停止轉 移肽結合位點,內信號肽介導的內開始轉移肽插入轉移的機制,內信號肽（internal signal peptide）: 位于多肽鏈中間的信號肽序列

11、。,能夠以方向不同的兩種形式進入轉運體,分泌性蛋白,（2）多次穿膜蛋白質的轉移插入,兩個或兩個以上的開始轉移肽結構序列 和停止轉移肽結構序列 以內信號肽作為開始轉移信號,（二） 滑面內質網(wǎng)的功能,1.脂質的合成和轉運 2.糖原的代謝 3.解毒作用（單加氧酶系） 4.肌細胞鈣的儲存 5.胃酸、膽汁的合成與分泌,1.脂質的合成和轉運,（1）甘油三酯的合成 （2）類固醇的代謝 （3）膜脂的合成,膜脂的合成,合成部位: 胞質面,膜脂的翻轉,高爾基體膜 溶酶體膜 細胞膜,1. 囊泡,2. 水溶性磷脂交換蛋白,線粒體 過氧化物酶體,內質網(wǎng),內質網(wǎng),膜脂的運輸,2.糖原的代謝,SER膜上含有葡萄糖-6-磷酸

12、酶，可使葡萄糖-6-磷酸去磷酸化，去磷酸化的葡萄糖更易于透過脂質雙層膜，再被釋放到血液中。,3.解毒作用（單加氧酶系）,肝臟，外、內源性毒物及藥物由SER上的氧化及電子傳遞酶系解毒、轉化、排出體外。,4.肌細胞鈣的儲存,肌質網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶把細胞質基質中的Ca2+泵入網(wǎng)腔儲存起來 神經(jīng)沖動的刺激或細胞外信號物質的作用，即可引起Ca2+向細胞質基質的釋放,5.胃酸、膽汁的合成與分泌,胃壁腺上皮細胞，SER可使H+與Cl-結合生成HCl 肝細胞， SER能夠合成膽鹽,第二節(jié) 高爾基復合體（Golgi complex）,1898年意大利科學家Camillo Golgi 用銀染法，在貓頭鷹的

13、神經(jīng)細胞內觀察到了清晰的結構，因此定名為高爾基復合體。,cis,trans,高爾基復合體是一種膜性的囊、泡結構復合體,高爾基復合體（Golgi complex）,一.形態(tài)結構 二.化學組成 三.功能,中 間 膜 囊,小囊泡,大囊泡,扁平囊泡,高爾基中間膜囊,一. 形態(tài)結構,1.扁平囊泡（潴泡） 順面高爾基網(wǎng)（cis- Golgi network, CGN) 或形成面（forming face） 高爾基中間膜囊 反面高爾基網(wǎng)（trans - Golgi network,TGN) 或成熟面（maturing face） 作用：完成物質運輸；膜結構及其內含物的 更新和補充。 2.小囊泡（小泡、運輸小

14、泡） 光滑小泡 有被小泡 3.大囊泡（液泡）,(一)高爾基復合體的三種膜性囊泡,極性：各層膜囊的標志化學反應與執(zhí)行的功能不盡相同 1.順面高爾基網(wǎng)： 蛋白質和脂類的分選 O-連接糖基化，跨膜蛋白?；?2.高爾基中間膜囊：糖基化修飾 多糖及糖脂的合成 3.反面高爾基網(wǎng)： 蛋白質的分選 蛋白質的修飾,(二)高爾基復合體的極性,二.化學組成,characteristic enzyme: 糖基轉移酶 （glycosyl transfer enzyme）,三、主要功能,（一）參與細胞的分泌活動 （二）加工修飾蛋白質 （三）對蛋白質進行分選,（一）參與細胞的分泌活動,20,Rough ER,golgi,

15、cis face,vesicles,trans face,expelled proteins,RNA,Rough ER,golgi,cis face,vesicles,expelled proteins,trans face,RNA,Rough ER,golgi,cis face,vesicles,expelled proteins,trans face,RNA,Rough ER,golgi,cis face,vesicles,expelled proteins,trans face,RNA,Rough ER,golgi,cis face,vesicles,expelled proteins,

16、trans face,RNA,1.負責對細胞合成的蛋白質進行加工，分類，并運出 2.過程 (1)SER上合成蛋白質進入 ER腔 (2)以出芽形成囊泡進入CGN (3)在medial Gdgi中加工 (4)在TGN形成囊泡 (5)囊泡與質膜融合、排出。,連續(xù)分泌與非連續(xù)分泌,兩種排放形式,N-連接的糖基化 *是由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖構成的寡糖，共價地結合到蛋白質的天冬酰胺殘基側鏈的氨基基團的N原子上。 *蛋白質的N-連接糖基化是在內質網(wǎng)中進行的, *而對糖基的修飾則是在高爾基復合體中完成的。 O-連接的糖基化 * 是寡糖與蛋白質的絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸的OH基共價結合,形成寡糖鏈。

17、* O-連接的糖基化主要在高爾基體中進行。,（1）糖基化修飾,（二）加工修飾蛋白質,N-乙酰葡萄糖胺,甘露糖,葡萄糖,巖藻糖,半乳糖,唾液酸,粗面內質網(wǎng),高爾基體,N-連接與O-連接的比較,糖基化的功能,(1) 保護蛋白免受蛋白酶的降解 (2) 作為蛋白的運輸信號 (3) 形成細胞表面糖被，參與細胞膜的保護、 識別以及通訊聯(lián)絡。,(2)蛋白質水解修飾,（三）對蛋白質進行分選,The M-6-P groups are recognized by M6P -receptor proteins in the trans-Golgi network These receptor binds the l

18、ysosomal hydrolase and help package them into specific transport vesicles that eventually fuse with lysosomes.,第三節(jié) 溶酶體（Lysosome）,-異質性的細胞內消化器官,肝Kupper細胞中的溶酶體(肝星形細胞)中不同大小的溶酶體-該細胞主要是吞噬衰老的紅細胞。,引言,首次發(fā)現(xiàn)： 1955年克里斯琴(Christian De Duve) 糖代謝酶的分布研究時，在大鼠的肝勻漿中發(fā)現(xiàn)了酸性磷酸酶的活性，并找到含有酸性磷酸酶活性的顆粒，命名為溶酶體（Lysosome）。 分布： 所有動物

19、細胞(哺乳動物成熟RBC除外) 功能: 細胞內消化器(含多種酸性水解酶) 起消化和保護作用,一、溶酶體的形態(tài)結構,1.形態(tài)結構 單層膜，球狀異質性細胞器,（來源-形態(tài)、大小,酶的種類） 直徑為0.20.8m（ 最大1m ，最小 25 50nm) 2.溶酶體的酶 酸性水解酶(acid hydrolases)60余種 ，最適PH值約為5 標志酶：酸性磷酸酶 3.溶酶體膜特點（保證膜的穩(wěn)定性 ） 膜上有質子泵，將H+泵入溶酶體，使其PH值降低 膜蛋白高度糖基化，有利于防止自身膜蛋白降解。 含有較高的膽固醇, 促進了膜結構的穩(wěn)定。,溶酶體的電鏡照片,溶酶體水解酶前體,來自內質網(wǎng),6-磷酸甘露糖(M6P

20、),高爾基體,順面,反面,ATP,ADP,脫磷酸,成熟溶酶體水解酶,溶酶體,依賴M6P受體的輸送,輸送小泡,受體再循環(huán),網(wǎng)格蛋白外被,出芽泡中的M6P受體,二. 溶酶體的形成（內體性溶酶體）,Formation of lysosomal recognition tag or marker mannose-6-phosphate,(一)酶蛋白的N-糖基化與內質網(wǎng)轉運 N-連接的甘露糖糖蛋白 (二)酶蛋白在高爾基復合體的加工與轉移 形成面 分選信號：甘露糖-6-磷酸(M-6-P) (三)酶蛋白的分選與轉運 成熟面 M-6-P受體識別，結合 網(wǎng)格蛋白有被小泡 (四)前溶酶體的形成 運輸小泡與晚內體融

21、合內體性溶酶體 (五)溶酶體的成熟 酶前體與M-6-P受體解離 酶前體去磷酸化 M-6-P受體返回,內體性溶酶體的形成過程,三、溶酶體的類型,傳統(tǒng)上根據(jù)溶酶體處于完成其生理功能的不同階段分為： 初級溶酶體(primary lysosome) 剛剛從反面高爾基體形成的小囊泡, 僅含有水解酶類，但無作用底物，外面只有一層單位膜，其中的酶處于非活性狀態(tài)。 次級溶酶體(secondary lysosome) 含有水解酶和相應的底物，將要或正在進行消化作用的溶酶體。其中的酶處于活性狀態(tài)。 殘余小體（residual body）,殘余小體（residual body） 1.形成： 吞噬性溶酶體到達末期階段

22、，水解酶活性下降，還殘留一些未消化的物質 2.特點： 在電鏡下觀察電子密度較高，色調較深。 3.去路： （1）胞吐作用出胞 （2）在細胞內長期存留，逐年增多 脂褐質、含鐵小體、多泡體、髓樣結構。,根據(jù)溶酶體形成過程和功能狀態(tài)分類：,（一）內體性溶酶體(endolysosome) ： （二）吞噬性溶酶體(phagolysosome) ： 根據(jù)底物來源和性質不同 1.自噬性溶酶體(autolysosome)-底物是內源性的 2.異噬性溶酶體(heterolysosome)-底物是外源性的,（1）作用底物：內源性底物-自噬體（autophagosome） * 細胞內衰老和崩解的細胞器 * 過量貯存的糖原顆粒 （2）形成過程：自噬體與內體性溶酶體結合 （3）作用： 細胞內結構消化、分解和自然更替 細胞損傷后的自我修復 供能,自噬性溶酶體,異噬性溶酶體,（1）作用底物-外源性（吞噬或吞飲作用） * 預定死亡或衰老的細胞、壞死組織碎片 * 外源細菌、異物 * 胞外大分子物質，eg.LDL （2）形成過程: 胞吞作用形成的吞噬體(phagosome)或吞飲體(pi