第五章内膜系统ppt课件.ppt
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1、第五章 内 膜 系 统,第一节 内质网第二节 高尔基复合体第三节 溶酶体第四节 过氧化物酶体,本章要求,了解内质网、高尔基复合体、溶酶体和过氧化物酶体的形态、结构和化学组成掌握它们各自的功能以及相互间在结构、功能上的联系,第五章 内 膜 系 统,细胞膜 高尔基体 内 单膜 内质网 膜 细 生 膜相结构 溶酶体 系 胞 物 过氧化物酶体 统 内 膜 有孔双膜核膜 膜 双膜 线粒体,内膜系统(internal membrane system),定义真核细胞位于细胞质中膜相结构,包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体等,它们在结构、功能乃至发生上具有一定联系,故称为内膜系统。组成 内质网 高尔基体
2、溶酶体 过氧化物酶体 分泌泡 核膜,特性:单位膜构 成;动态结构功能:为各种重要的生命活动提供足够的膜表面区域化作用,第一节 内 质 网,1945 KR.Porter、A.Claude 和 EF.Fullam等人在培养的小鼠成纤维细胞发现细胞质内部具有网状结构,命名为内质网。,一.形态结构,内质网(endoplastic reticulum,ER)由封闭的膜系统及其围成的腔形成互相沟通的网状结构。管状 泡状 一层单位膜,厚度56nm 扁平囊状 内质网腔内质网膜围成的腔。,内质网,小管,小泡,扁囊状,细胞膜,核膜,Endoplasmic reticulum,ER约占细胞整个膜成分的1/2以上。E
3、R的形态结构、分布状态和数量多少与细胞类型、生理状态以及分化程度有关。,二、内质网的类型,粗面内质网(rough endoplasmic reticulum)有核糖体附着的内质网滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum)没有核糖体附着的内质网附着核糖体:合成分泌蛋白、膜嵌入蛋白和 溶酶体蛋白游离核糖体:可溶性蛋白,胃酶细胞的内质网全部为粗面内质网,两种内质网分布情况,肌细胞全部为滑面内质网,ER的分布胰腺外分泌细胞中,全部为rER;肌细胞中全为sER;肾上腺皮质细胞中则两种类型并存。鼠肝细胞内的ER在鼠出生前大部分为rER,出生后都是sER。,粗面内质网 rough
4、 endoplasmic reticulum,形态:板层状排列的扁囊,膜表面附着大量的颗粒状核糖体,又称颗粒内质网(granular endoplasmic reticulum,GER),RER的发达程度,是判断细胞的功能状态和分化程度的一个指标。分化较完善的细胞RER亦发达;未成熟或未分化好的细胞(干细胞、各种母细胞、胚胎细胞和培养细胞),RER不发达。对肿瘤细胞:凡是分化程度高、生长慢的癌细胞,其RER较发达;在分化低、生成快的癌细胞中,RER不发达。,脱粒,当用四氯化碳引起大鼠肝细胞中毒,粗面内质网上的多聚核糖体失去规则的排列,呈解聚状态,进而从膜上脱落,此现象称为脱粒。解聚和脱粒现象说
5、明细胞或粗面内质网受到损伤,结果是输出蛋白质合成减少。,滑面内质网smooth endoplasmic reticulum,sER常由分支小管或小囊泡构成,sER膜表面没有核糖体附着,又称无颗粒内质网agranular endoplasmic reticulumAER。,sER的分布,肝细胞中sER较丰富,与解毒作用相关,sER的分布,合成类固醇激素的细胞,如睾丸间质细胞、肾上腺皮质细胞中sER较丰富。,脂类:40%较细胞膜少,主要成分为磷脂。磷脂酰胆碱含量较高,鞘磷脂含量较少。蛋白质:60%较细胞膜多,约有30多种膜结合蛋白。,内质网膜,三、内质网的化学组成,rER和sER有许多共同的膜蛋白
6、但rER特有核糖体结合蛋白和核糖体结合蛋白,ER上含有很多酶类,其中葡萄糖-6-磷酸酶是其标志酶。其它酶:细胞色素b5、NADH-细胞色素b5还原酶、NADPH-细胞色素C还原酶等,四.功能,(一)粗面内质网的功能 为蛋白质的合成提供一个支架结构 Blobel提出信号肽假说,信号假说(Signal hypothesis),C.Milstein(1972)提出信号肽G.Blobel和D.Sabatini等根据进一步的实验,提出了信号假说(Signal hypothesis)Blobel获1999年诺贝尔生理医学奖。,信号肽,(signal peptide)在游离的核糖体合成1830个AA,位于新
7、合成肽链的N端,是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽,可被细胞质中信号识别颗粒所识别,信号识别颗粒signal recognition particle,SRP,由6种结构不同的多肽组成,结合一个7SRNA,属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。,SRP与信号序列结合,导致蛋白质合成暂停(占据A位点)。SRP既能识别露出核糖体之外的信号肽,又能识别粗面内质网膜上的SRP受体。,SRP受体(SRP receptor,SRPR):为ER膜上的跨膜蛋白,为异二聚体蛋白,含有、两个亚基,亚基含有SRP的结合部位,亚基以疏水区锚定在ER膜上。,信号肽,SRP,内质网腔,细胞质,S
8、RP受体,信号识别颗粒,(SRP),核糖体结合蛋白,tRNA,A,P,核糖体,mRNA,信号肽,A,信号假说,SRP与核糖体的结合与分离,新生肽链上的信号肽,SRP,SRP-核糖体复合体与内质网膜上的SRP受体结合,核糖体结合蛋白,蛋白转运器,粗面内质网膜上的SRP受体蛋白,SRP与信号肽的结合使翻译暂停,细胞质,内质网腔,继续翻译并开始穿过内质网膜,SRP释放并再循环,信号肽假说,在核糖体上合成信号肽 SRP(在细胞质基质中)SRP-核糖体复合体(蛋白质合成暂停)SRP受体(在rER上)SRP受体-SRP-核糖体复合体核糖体结合蛋白和(在rER)SRP 进入细胞质中再循环核糖体结合蛋白和-核
9、糖体(大亚基)复合体(核糖体结合到rER)信号肽进入内质网腔,蛋白质合成继续 蛋白质合成完成,核糖体大小亚基分离,进入核糖体再循环,分泌蛋白、膜蛋白的合成与跨膜过程,2.蛋白质的修饰与加工,包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等,其中最主要的是糖基化。在内质网腔内蛋白质与单糖或低聚糖结合成糖蛋白的过程。,糖基化的作用,使蛋白质能够抵抗消化酶的作用;赋予蛋白质传导信号的功能;某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。,蛋白质的糖基化过程,活化:低聚糖通过焦磷酸与多萜醇分子连接 糖基化:被活化的低聚糖在糖基转移酶的作用下,转位到天冬酰胺残基上(-NH2)。N-连接寡糖,N-连接的寡糖必需在ER膜上多
10、萜醇介导下才能转移到蛋白质上。,p,p,糖基转移酶,mRNA,5,3,Asn,mRNA,5,3,Asn,NH2,NH2,多萜醇,糖基化,N-连接的糖基化 与天冬酰胺残基的NH2连接,糖为N-乙酰葡糖胺。ER上进行N-连接的糖基化。O-连接的糖基化 与Ser、Thr和Hyp的OH连接,连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺,在高尔基体上进行O-连接的糖基化。,蛋白质的运输,实验:5min 17分钟 117min3Hleucell rER Golgi 浓缩泡分泌颗粒出胞Palade 分泌蛋白运输模型:出芽 融合 分泌蛋白内质网腔糖基化 转运小泡 加工浓缩 加工 胞吐 Golgi扁平囊 浓缩泡 分泌颗粒
11、 出胞,内质网、高尔基复合体与细胞的分泌活动,3H标记亮氨酸,5分钟,17分钟,117分钟,内质网、高尔基复合体在细胞分泌活动中起着重要的运输作用。,糖基化,分泌颗粒,分选信号M6P,内体,运输 小泡,融合,融合,内体,脱Pi,转运小泡,4.蛋白质在内质网腔的折叠,新合成的多肽必须正确折叠,才有功能,否则会在胞质降解。帮助多肽进行正确折叠的是内质网中的驻留蛋白。其中蛋白二硫键异构酶,可帮助形成正确的二硫键;还有一类小分子多肽,称为分子伴侣,分子伴侣,能识别正在合成的或一部分折叠的多肽并与之结合,予以正确折叠。但在这一过程中其本身并不参与最终产物的形成,只起陪伴作用,故这类蛋白称为分子伴侣,滑面
12、内质网的功能,脂类的合成(存在各种相关酶类)糖原的合成与分解 分解:磷酸化酶 变位酶 G-6-P酶糖原(n)G-1-P G-6-P glucose 内质网腔 糖原(n-1)Pi 解毒作用 sER氧化酶系毒物 毒物被氧化、羟化 解毒,排除体外 其他作用,胆固醇的合成,在肾上腺皮质细胞、睾丸间质细胞和卵巢黄体细胞,滑面内质网很发达,实验证明这些滑面内质网含有合成胆固醇的全套酶系。,糖原的分解,sER在糖原分解中的作用,解毒功能,肝细胞中的sER,清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质。药物、毒物(ER膜上的氧化酶系)解毒或转化 如:氨基酸代谢氨尿素(无毒);苯巴比妥类药物+葡萄糖醛 酸水溶性物质,其他
13、作用,4.合成固醇类激素睾丸间质细胞,sER上有一系列使胆固醇转化为类固醇激素的酶。5.肌肉收缩肌质网(骨骼肌和心肌),可摄取和释放钙离子,以参加肌肉收缩的活动。,Muscle contraction,高尔基体(Golgi body),1898年意大利学者C.Golgi,第二节 高尔基复合体内网器(internal reticular apparatus)高尔基器(Golgi apparatus)或高尔基体(Golgi body)(光镜)高尔基复合体(Golgi complex)(电镜),一.形态结构,光镜:网状结构,电镜,扁平囊,成熟面(反面),小囊泡,大囊泡,形成面(顺面),扁 平 囊,呈
14、盘状,3-10层称高尔基堆,扁平囊间距:20-30nm;囊腔宽:6-15nm,凹面:成熟(反)面,凸 面:形成(顺)面;,凸面:形成(顺)面;,形成面膜厚:6nm;成熟面膜厚:8nm,小 囊 泡,30-80nm球形小泡,膜厚:6nm;,囊腔内含:中等电子密度的物质,泡内含物质:低电子密度物质,较透明。,来 源:小囊泡融合。,来 源:由rER芽生而来。,大 囊 泡,100-500nm;,膜厚:8nm;,泡内含物质:高电子密度物质,浓缩泡。,来 源:扁平囊周边或局部球状膨,突脱落形成。,凹 面:成熟(反)面,扁平囊:310个,囊腔宽1015nm,囊间距2030nm 凸面(顺面)形成面或未成熟面,6
15、nm 凹面(反面)分泌面或成熟面,膜厚约8nm 小囊泡:位于形成面,膜厚约6nm,直径4080nm 大囊泡:位于成熟面,膜厚约8nm,直径100150nm,又称浓缩泡。,三维结构,顺面网状结构 cis-Golgi network(形成面)中间膜囊 medial Golgi stack反面网状结构 trans-Golgi network(成熟面),GC的精细结构,trans Golgi network,TGN,trans cisterna,Medial cisterna,cis cisterna,cis Golgi network,CGN,消化道上皮细胞的GC,顺面高尔基网状结构(形成面),靠近
16、内质网,顺面最外侧,呈连续分支的管网状结构化学特征:被锇酸特异地染色。功能:分选由内质网新合成的蛋白质和脂类,高尔基中间膜囊,顺、反面之间的扁平囊状结构标志酶:烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)功能:糖基修饰、糖脂形成、多糖合成,反面高尔基网状结构(成熟面),反面最外层,管网状,与囊泡相连用焦磷酸硫胺素酶和胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)可显示出该结构 功能:对蛋白质进行分选、修饰,高尔基复合体的分布和数量,分布位置主要取决于细胞的类型。神经细胞中常位于细胞核周围肝细胞中则沿着胆细管分布在细胞的边缘具有生理极性的细胞中,如胰腺细胞、肠上皮粘液细胞等,分布靠近腔面的细胞核附近;少数细胞如卵细胞、
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