内膜系统-2013-2014上-1恢复.ppt

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1、Endomembrane system,第五章 细胞的内膜系统,内膜系统：在结构、功能以及发生上密切相关的膜性结构细胞器的总称。主要包括：内质网、高尔基复合体、溶酶体、转运小泡、核膜、过氧化物酶体。,讨论:网络教学平台 网址：http：,细胞的内膜系统,第一节 内质网(Endoplasmic reticulum)第二节 高尔基复合体（Golgi complex）第三节 溶酶体（Lysosome）第四节 过氧化物酶体（Peroxisome）,第一节 内质网(Endoplasmic reticulum),发现：,19世纪末，光镜下看到某些腺细胞内含有可被碱性染料着色的区域，其形态和数量与腺细胞的分

2、泌相关，称动质。1945年，Porter等于培养的小鼠成纤维细胞，看到位于细胞核附近内质区的网状结构，故名内质网。1954年，研究表明，内质网并非仅仅分布于内质区，而且常常扩展、延伸至靠近细胞膜的外质区。20世纪60年代初期以前，主要以形态结构为主，60年代中期以后，对内质网的结构和功能的研究，特别是内质网的蛋白质合成功能越来越深入。,概述,广泛分布于除成熟红细胞以外的所有真核细胞的胞质中约占细胞整个膜成分的一半以上由单位膜围成的相互连续的小管、小泡、扁囊样结构组成的三维结构的网状膜系统位于细胞核附近的内质，并可向外延伸。,内质网（endoplasmic reticulum，ER）,内质网（e

3、ndoplasmic reticulum，ER）,一.化学组成二.形态结构三.基本类型四.功能,一.化学组成,（一）脂类约占膜成分的30-40%，主要成分为磷脂；磷脂酰胆碱含量较高（55%），鞘磷脂含量较少（4%-7%）；（二）蛋白质约占膜成分的60-70%，酶蛋白30多种，葡葡糖-6-磷酸酶 普遍存在于内质网，被认为是标志酶网质蛋白普遍存在于内质网腔中,二.形态结构,1.结构单位 小管(tubule)小泡(vesicle)扁囊(lamina)厚度：56nm2.由内质网膜围成内质网腔，是封闭的网络系统结构上，可与高尔基复合体、溶酶体等移行转换，功能上则密切相关内质网膜与外核膜相连，内质网腔与核

4、周间隙相通,3.在不同细胞或同一细胞的不同发育阶段及不同生理功能状态下，内质网的形态结构、数量分布、及发达程度不同旺盛合成分泌蛋白的细胞分布多 eg.浆细胞、胰腺细胞、肝细胞旺盛合成膜的细胞分布多 eg.成熟中的卵细胞、视杆细胞未成熟或未分化的细胞分布少,eg.干细胞、胚胎细胞,（整装电镜技术-宋今丹）,荧光标记内质网,全貌性结构,4.分布,三.基本类型,根据有无核糖体的附着，内质网分成滑面内质网和粗面内质网,1.粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）,(1)结构特点*有核糖体的附着*形态上呈排列整齐的扁平囊状(2)功能：蛋白合成、加工和转运*外输性或分泌

5、性蛋白质酶、肽类激素、抗体*细胞器中的驻留蛋白*膜整合蛋白质膜抗原、膜受体(3)分布特点判断细胞功能状态和分化程度的指标*分泌蛋白合成旺盛的细胞RER发达 如浆细胞*未分化和低分化的细胞中RER不发达 如肿瘤细胞,(1)结构特点*无核糖体附着*呈分支的管状或小泡状(2)功能与分布*多功能细胞器*不同细胞或同一细胞的不同生理时期，形态结构、分布及发达程度差异甚大,2.滑面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）,3.内质网的衍生结构,（一）RER的主要功能是进行蛋白质的合成、加工修饰、分选及转运,合成的蛋白质包括：外输性或分泌性蛋白质，如抗体、消化酶等膜整合蛋白

6、质，如膜抗原、膜受体等细胞器中的驻留蛋白,1.分泌性蛋白的合成2.穿膜驻留蛋白的插入与转移,四.功能.,（1）信号肽指导蛋白多肽链在糙面内质网上合 成与穿膜转移（2）新生多肽链的折叠与装配（3）蛋白质在内质网腔内进行糖基化（4）蛋白质的胞内运输,1.分泌性蛋白的合成,核糖体：其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。,（1）信号肽指导蛋白多肽链在糙面内质网上 合成与穿膜转移,多聚核糖体：核糖体在细胞内并不是单个独立地执行功能，而是由几个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高效地进行肽链的合成，这种核糖体与mRNA的聚合体称为多聚核糖体,

7、多聚核糖体,核糖体的类型,1.游离核糖体(Free-Ribosomes)结合有mRNA的核糖体不与内质网结合而是游离存在于胞质溶胶中。合成的蛋白质,多半是分布在细胞基质中或供细胞本身生长所需要的蛋白质分子(包括酶分子)此外还合成某些特殊蛋白质,如红细胞中的血红蛋白等。2.附着核糖体（Bound-Ribosome）结合有mRNA的核糖体结合于粗面内质网及细胞核外核膜处。合成的蛋白需要经过高尔基复合体的加工包括外输性或分泌性蛋白质，膜整合蛋白质，细胞器中的驻留蛋白,信号肽(signal peptide)：普遍存在于所有分泌蛋白肽链氨基端的一段由不同 数目、不同种类的氨基酸组成的疏水氨基酸序列可指导

8、蛋白多肽链在粗面内质网合成。,注意：细胞中所有蛋白质的合成，都是起始 于细胞质基质中“游离”的核糖体上,（1）信号肽指导蛋白多肽链在糙面内质网上合成 与穿膜转移,核糖体结合位点,信号肽假说*,转运体,信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP),由6个多肽亚单位和1个沉降值为7S的小分子RNA构成的复合体其一端与被翻译后的信号肽结合,另一端结合在核糖体上通过结合SRP-R，介导核糖体附着于转运体上,核糖体结合位点,信号识别颗粒受体(SRP-R),内质网的一种膜整合蛋白 能通过与SRP的识别而使核糖体结合于内质网上又称停靠蛋白质或船坞蛋白质,转运体(transl

9、ocon)：,内质网膜上的亲水的蛋白通道 为动态结构，当与信号肽结合时，呈开放的活性状态；多肽链完全转移后，呈无活性的关闭状态,信号肽假说,转运体易位蛋白,The 1999 Nobel Prize in Physiology or Medicine,Gnter Blobel,（2）新生多肽链的折叠与装配,常见的内质网分子伴侣,蛋白二硫键异构酶免疫球蛋白重链结合蛋白内质蛋白钙网蛋白钙连蛋白,例：蛋白二硫键异构酶,催化蛋白质中二硫键的交换以保证蛋白质的正确折叠,例：免疫球蛋白重链结合蛋白,（3）蛋白质在内质网腔内进行糖基化,（4）蛋白质的胞内运输,2013诺贝尔生理学或医学奖得主发现了细胞内的运输

10、机制之谜,2.穿膜驻留蛋白的插入与转移,（1）单次穿膜蛋白插入转移的机制（2）多次穿膜蛋白质的转移插入,（1）单次穿膜蛋白插入转移的机制,新生肽链共翻译插入机制内信号肽介导的内开始转移肽插入转移的机制,新生肽链共翻译插入机制,起始转移信号肽停止转移序列,疏水的停止转移肽结合位点,内信号肽介导的内开始转移肽插入转移的机制,内信号肽（internal signal peptide）:位于多肽链中间的信号肽序列。,能够以方向不同的两种形式进入转运体,分泌性蛋白,（2）多次穿膜蛋白质的转移插入,两个或两个以上的开始转移肽结构序列 和停止转移肽结构序列以内信号肽作为开始转移信号,（二）滑面内质网的功能,

11、1.脂质的合成和转运2.糖原的代谢3.解毒作用（单加氧酶系）4.肌细胞钙的储存5.胃酸、胆汁的合成与分泌,1.脂质的合成和转运,（1）甘油三酯的合成（2）类固醇的代谢（3）膜脂的合成,膜脂的合成,合成部位:胞质面,膜脂的翻转,高尔基体膜 溶酶体膜细胞膜,1.囊泡,2.水溶性磷脂交换蛋白,线粒体过氧化物酶体,内质网,内质网,膜脂的运输,2.糖原的代谢,SER膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，可使葡萄糖-6-磷酸去磷酸化，去磷酸化的葡萄糖更易于透过脂质双层膜，再被释放到血液中。,3.解毒作用（单加氧酶系）,肝脏，外、内源性毒物及药物由SER上的氧化及电子传递酶系解毒、转化、排出体外。,4.肌细胞钙的储存

12、,肌质网膜上的Ca2+-ATP酶把细胞质基质中的Ca2+泵入网腔储存起来神经冲动的刺激或细胞外信号物质的作用，即可引起Ca2+向细胞质基质的释放,5.胃酸、胆汁的合成与分泌,胃壁腺上皮细胞，SER可使H+与Cl-结合生成HCl肝细胞，SER能够合成胆盐,第二节 高尔基复合体（Golgi complex）,1898年意大利科学家Camillo Golgi 用银染法，在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的结构，因此定名为高尔基复合体。,cis,trans,高尔基复合体是一种膜性的囊、泡结构复合体,高尔基复合体（Golgi complex）,一.形态结构二.化学组成三.功能,中间膜囊,小囊泡,大囊泡,扁

13、平囊泡,高尔基中间膜囊,一.形态结构,1.扁平囊泡（潴泡）顺面高尔基网（cis-Golgi network,CGN)或形成面（forming face）高尔基中间膜囊反面高尔基网（trans-Golgi network,TGN)或成熟面（maturing face）作用：完成物质运输；膜结构及其内含物的 更新和补充。2.小囊泡（小泡、运输小泡）光滑小泡有被小泡3.大囊泡（液泡）,(一)高尔基复合体的三种膜性囊泡,极性：各层膜囊的标志化学反应与执行的功能不尽相同1.顺面高尔基网：蛋白质和脂类的分选 O-连接糖基化，跨膜蛋白酰基化2.高尔基中间膜囊：糖基化修饰 多糖及糖脂的合成3.反面高尔基网：蛋

14、白质的分选 蛋白质的修饰,(二)高尔基复合体的极性,二.化学组成,characteristic enzyme:糖基转移酶（glycosyl transfer enzyme）,三、主要功能,（一）参与细胞的分泌活动（二）加工修饰蛋白质（三）对蛋白质进行分选,（一）参与细胞的分泌活动,20,Rough ER,golgi,cis face,vesicles,trans face,expelled proteins,RNA,Rough ER,golgi,cis face,vesicles,expelled proteins,trans face,RNA,Rough ER,golgi,cis face,

15、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,1.负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出2.过程(1)SER上合成蛋白质进入 ER腔(2)以出芽形成囊泡进入CGN(3)在medial Gdgi中加工(4)在TGN形成囊泡(5)囊泡与质膜融合、排出。,连续分泌与非连续分泌,两种排放形式,N-连

16、接的糖基化*是由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖构成的寡糖，共价地结合到蛋白质的天冬酰胺残基侧链的氨基基团的N原子上。*蛋白质的N-连接糖基化是在内质网中进行的,*而对糖基的修饰则是在高尔基复合体中完成的。O-连接的糖基化*是寡糖与蛋白质的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的OH基共价结合,形成寡糖链。*O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行。,（1）糖基化修饰,（二）加工修饰蛋白质,N-乙酰葡萄糖胺,甘露糖,葡萄糖,岩藻糖,半乳糖,唾液酸,粗面内质网,高尔基体,N-连接与O-连接的比较,糖基化的功能,(1)保护蛋白免受蛋白酶的降解(2)作为蛋白的运输信号(3)形成细胞表面糖被，参与细胞膜的保护、识别以及通

17、讯联络。,(2)蛋白质水解修饰,（三）对蛋白质进行分选,The M-6-P groups are recognized by M6P-receptor proteins in the trans-Golgi networkThese receptor binds the lysosomal hydrolase and help package them into specific transport vesicles that eventually fuse with lysosomes.,第三节 溶酶体（Lysosome）,-异质性的细胞内消化器官,肝Kupper细胞中的溶酶体(肝星形细胞)

18、中不同大小的溶酶体-该细胞主要是吞噬衰老的红细胞。,引言,首次发现：1955年克里斯琴(Christian De Duve)糖代谢酶的分布研究时，在大鼠的肝匀浆中发现了酸性磷酸酶的活性，并找到含有酸性磷酸酶活性的颗粒，命名为溶酶体（Lysosome）。分布：所有动物细胞(哺乳动物成熟RBC除外)功能:细胞内消化器(含多种酸性水解酶)起消化和保护作用,一、溶酶体的形态结构,1.形态结构 单层膜，球状异质性细胞器,（来源-形态、大小,酶的种类）直径为0.20.8m（最大1m，最小 25 50nm)2.溶酶体的酶 酸性水解酶(acid hydrolases)60余种，最适PH值约为5 标志酶：酸性磷

19、酸酶3.溶酶体膜特点（保证膜的稳定性）膜上有质子泵，将H+泵入溶酶体，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。含有较高的胆固醇,促进了膜结构的稳定。,溶酶体的电镜照片,溶酶体水解酶前体,来自内质网,6-磷酸甘露糖(M6P),高尔基体,顺面,反面,ATP,ADP,脱磷酸,成熟溶酶体水解酶,溶酶体,依赖M6P受体的输送,输送小泡,受体再循环,网格蛋白外被,出芽泡中的M6P受体,二.溶酶体的形成（内体性溶酶体）,Formation of lysosomal recognition tag or markermannose-6-phosphate,(一)酶蛋白的N-糖基化与内质网转

20、运 N-连接的甘露糖糖蛋白(二)酶蛋白在高尔基复合体的加工与转移 形成面 分选信号：甘露糖-6-磷酸(M-6-P)(三)酶蛋白的分选与转运 成熟面 M-6-P受体识别，结合 网格蛋白有被小泡(四)前溶酶体的形成 运输小泡与晚内体融合内体性溶酶体(五)溶酶体的成熟 酶前体与M-6-P受体解离 酶前体去磷酸化 M-6-P受体返回,内体性溶酶体的形成过程,三、溶酶体的类型,传统上根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段分为：初级溶酶体(primary lysosome)刚刚从反面高尔基体形成的小囊泡,仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处于非活性状态。次级溶酶体(secondar

21、y lysosome)含有水解酶和相应的底物，将要或正在进行消化作用的溶酶体。其中的酶处于活性状态。残余小体（residual body）,残余小体（residual body）1.形成：吞噬性溶酶体到达末期阶段，水解酶活性下降，还残留一些未消化的物质2.特点：在电镜下观察电子密度较高，色调较深。3.去路：（1）胞吐作用出胞（2）在细胞内长期存留，逐年增多 脂褐质、含铁小体、多泡体、髓样结构。,根据溶酶体形成过程和功能状态分类：,（一）内体性溶酶体(endolysosome)：（二）吞噬性溶酶体(phagolysosome)：根据底物来源和性质不同 1.自噬性溶酶体(autolysosome)

22、-底物是内源性的 2.异噬性溶酶体(heterolysosome)-底物是外源性的,（1）作用底物：内源性底物-自噬体（autophagosome）*细胞内衰老和崩解的细胞器*过量贮存的糖原颗粒（2）形成过程：自噬体与内体性溶酶体结合（3）作用：细胞内结构消化、分解和自然更替 细胞损伤后的自我修复 供能,自噬性溶酶体,异噬性溶酶体,（1）作用底物-外源性（吞噬或吞饮作用）*预定死亡或衰老的细胞、坏死组织碎片*外源细菌、异物*胞外大分子物质，eg.LDL（2）形成过程:胞吞作用形成的吞噬体(phagosome)或吞饮体(pinosome)与内体性溶酶体结合（3）分布于单核吞噬细胞系统：肝细胞和肾

23、细胞有分布（4）作用：机体自我稳定 自我防御、保护 营养功能，分解大分子有机物,四、溶酶体的功能,溶酶体的主要功能是消化作用，根据其消化底物的来源不同,有不同的途径。,1.分解胞内的外来物质及清除衰老、残损的 细胞器 参与细胞的物质代谢2.物质消化与细胞营养功能 细胞饥饿状态3.参与机体防御保护功能 巨噬细胞中发达的溶酶体4.参与腺体组织细胞分泌过程调节 甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素5.参与个体发生与发育,溶酶体通过向胞外释放酶蛋白消化胞外物质，如顶体反应;破骨细胞清除陈旧的骨基质,无尾两栖类蝌蚪变态时的尾部吸收，哺乳类动物子宫内膜的周期性萎缩。,五、溶酶体与疾病,已知有不少疾病与溶酶体

24、有关,如贮积症(storage diseases)、矽肺、休克等。,一.形态结构 圆形或卵圆形，直径0.21.7m，由一层单位膜包裹，内含多种氧化酶，中央常有类核体。标志酶：过氧化氢酶,大鼠肝细胞,第四节.过氧化物酶体(peroxisome),二.过氧化物酶体的酶：1.氧化酶：尿酸氧化酶、D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶；,H2O2在细胞中积累，有毒害作用，过氧化物酶体具有解毒作用。,三.过氧化物酶体的功能：,2.过氧化氢酶：,3.过氧化物酶：,(一)调节细胞的氧张力：,(二)解毒作用：R,H2H2O2,R，2H2O,(三)分解脂肪酸等,四.过氧化物酶体的发生：,已有的过氧化物酶体在细胞分裂时，以分裂方式传给子代细胞。再进行进一步的装配。所有的酶都由核基因编码，在细胞质基质中合成，在过氧化物酶体蛋白分选信号序列的引导下，进入过氧化物酶体。膜脂在内质网上合成后，通过磷脂转移蛋白转移而来。,