医学细胞生物学细胞的内膜系统.ppt
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1、第四章 细胞内膜系统,一、概念:指位于细胞质内,在结构、功能乃至发生上相关的膜围绕的细胞器或细胞结构的总称二、组成:包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及液泡和其他各种小泡三、特点:内膜系统是真核细胞特有的结构 内膜系统的细胞器在细胞质中有相对固定的毗邻关系,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,内膜系统,第一节 内质网,一、内质网的形态结构,三、内质网的化学组成,四、内质网的功能,五、内质网的病理改变,二、内质网的类型,1945年K.R.Porter等在培养的小鼠成纤维细胞中发现,因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构,故名内质网(end
2、oplasmic reticulum,ER)。,内质网,一、内质网的形态结构,由一层单位膜所构成的相互连续的小管、小泡和扁囊结构组成的连续的三维网状膜系统 约占细胞总膜面积的一半,是封闭的系统,膜厚56nm 内质网形态结构、分布状态、数量与细胞类型、生理状态及分化程度极为相关,内质网,小管,小泡,扁囊,细胞膜,核膜,8,(一)粗面内质网(RER):膜表面附着核糖体;形态多为板层状排列的扁囊;网腔内含低电子或中等电子密度的物质;多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内。,(二)滑面内质网(SER):膜表面无核糖体附着;形态多为分枝小管或小泡;多分布在一些特化的细胞中。,二、内质网的类型,10,1
3、1,ER(内质网),RER(粗面内质网),14,SER(滑面内质网),ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类,脂类主要成分为磷脂,磷脂酰胆碱含量较高,鞘磷脂含量较少,没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白,另有30多种位于内质网腔,这些蛋白的分布具有异质性,如:葡萄糖-6-磷酸酶,普遍存在于内质网,是其标志酶,核糖体结合糖蛋白(ribophorin)只分布在RER,细胞色素P-450只分布在SER,是滑面内质网特有的标记酶。,三、内质网的化学组成,微粒体(Microsome):细胞匀浆和超速离心,特别是密度梯度离心过程中,由破碎的内质网等形成的近似球形的封闭小泡结构,它包括内质网膜与
4、核糖体两种基本成分。,很好的研究材料,17,微粒体(microsome),四、内质网的功能,1.蛋白质合成2.蛋白质折叠3.蛋白质修饰4.蛋白质运输5.脂类的合成,(一)粗面内质网(RER)的功能:,附着核糖体合成的蛋白质包括:向细胞外分泌的蛋白质、抗体、激素 跨膜蛋白 需要与其他细胞组分严格隔离的蛋白质 需要进行修饰的蛋白质,1.蛋白质的合成,核糖体,小亚基mRNA穿通隧道大亚基中央通道正在合成的多肽链,5,22,核糖体是合成蛋白质的细胞器 主要成分蛋白质和rRNA 功 能:按照mRNA 的指令合成多肽链,mRNA,核糖体,A部位:氨基酸部位或受位,接受氨酰基tRNAP部位:肽基部位或放位,
5、肽基tRNA移交肽链后,tRNA被释放的部位,T因子:肽基转移酶催化P位上的氨酰基结合到A位的氨酰tRNA上G因子:GTP酶,催化tRNA从A位P位,核糖体是蛋白质合成的场所,5,tRNA循环,3,mRNA,G.Blobel等1975年提出了信号假说(Signal hypothesis),认为蛋白质N端的信号肽,指导蛋白质转至内质网上合成,为此获1999年诺贝尔生理医学奖。,信号假说,蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分:信号密码 信号肽(signal peptide)信号识别颗粒(SRP)SRP受体(SPR receptor)信号肽酶,信号假说,信号假说,信号密码:位于起始密码(AUG)之后,
6、有一组编码特殊氨基酸序列的密码子。信号肽:蛋白质合成时,首先在游离核糖体上由信号密码翻译出一段肽链,这一小段额外的肽链为疏水的氨基酸序列,约有1530个氨基酸组成。信号肽是个信号,是附着核糖体的标记。,信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP),它是由6条不同的肽链结合在1分子的7S rRNA上组成的11S核糖体蛋白,它能特异识别并结合信号肽。SRP占据了核糖体的A位,阻挡了携带氨基酸的tRNA进入核糖体,使蛋白质的合成暂时中止。SRP受体(SRP receptor),它是结合在内质网膜上的镶嵌蛋白,分子量约72000,它可以识别结合SRP。信号肽酶:水解信
7、号肽的酶。,信号识别颗粒模式图,内质网腔,细胞质,SRP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,附着核糖体与蛋白质的合成过程:1.游离核糖体上信号肽合成;2.胞质中SRP识别信号肽,形成SRP-核糖 体复合体,从而使多肽链合成暂停。3.核糖体与粗面内质网结合,形成SRP-SRP 受体-核糖体复合体;,4.SRP脱离并参加再循环,核糖体上的多 肽链合成继续进行。5.信号肽被ER膜上的信号肽酶切掉,合成 的多肽链落入内质网腔中;6.附着核糖体脱离内质网膜,大小亚基分 开,回到胞质基质中参加再循环,内质网 膜上的受体小管消失。,34,附
8、着核糖体:主要合成分泌性蛋白质游离核糖体:主要合成结构性蛋白质 功能状态都为多聚核糖体,非功能状态为大、小亚基分开,核糖体的存在形式,2.蛋白质折叠,分子伴侣:蛋白质折叠需要内质网腔内的某些可溶性驻留蛋白参与,这类蛋白能特异性地识别新生肽链或部分折叠的多肽并与之结合,帮助这些多肽进行折叠、装配和转运,而其本身并不参与最终产物的形成。,2.蛋白质折叠,有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网,转入溶酶体中降解掉,大约90%的新合成的T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉,而从未到达靶细胞膜。,3.蛋白质修饰,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,几乎所有内质网上合成的
9、蛋白质最终被糖基化。,蛋白质的糖基化,蛋白质的糖基化:是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白。,蛋白质糖基化的意义,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在细胞表面形成糖萼(细胞膜的外表有一层糖蛋白构成的外被),蛋白质糖基化作用方式,N-连接的糖基化:发生在内质网腔内,是糖蛋白中最普遍的一种,O-连接的糖基化:主要或全部在高尔基 复合体中进行。,在粗面内质网中,糖链被连接在多肽链中天冬酰胺残基(Asn)的氨基上,故称之为N-连接糖基化。在内质网腔中N-乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)、甘露糖(Man)和葡萄糖(Glc)的多个分子按顺序先后被连接到
10、内质网膜中叫多萜醇的脂质分子上,成为寡聚糖,并使寡聚糖活化。已活化的寡聚糖即由糖基转移酶催化,转移到天冬酰胺残基(Asn)的氨基上,N-连接的糖基化,44,蛋白质糖基化(protein glycosylation),N-连接,寡聚糖转移酶,Asn=天冬酰胺,O-连接的寡糖的糖基化,O-连接的寡糖是指与蛋白质的丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸残基侧链上的羟基基团连接的寡糖。O-连接的寡糖的糖链中又增加了半乳糖(Gal)、岩藻糖和唾液酸(NANA)等糖残基。,4.蛋白质运输,向细胞外分泌的蛋白质:RER合成糖基化作用小泡(含分泌蛋白)经高尔基体 浓缩泡分泌颗粒 排出;膜嵌入蛋白质,即膜蛋白 需要与其他细胞组
11、分严格隔离的蛋白质需要进行复杂修饰的蛋白质,5.脂类的合成,合成大部分细胞膜和细胞内膜系统的膜脂合成脂类的酶都位于内质网脂质双层,活性部位朝向胞质面翻转酶:能选择性地将合成的脂类分子从细胞质基质面的膜层翻转至内质网腔面的膜层中。磷脂酰胆碱的生物合成过程:酰基转移酶、磷脂酸酶、胆碱磷酸转移酶,(二)滑面内质网(SER)的功能,1.脂类的合成2.糖原的分解3.解毒作用4.肌肉收缩(肌质网)5.盐酸的分泌、渗透压调节,1.脂类的合成,肾上腺皮质细胞、睾丸间质细胞、卵巢共黄体细胞等类固醇激素细胞SER含有合成胆固醇全套酶系和使胆固醇转化为类固醇激素(肾上腺激素、性激素)的酶类及与脂类合成有关的酶类,2
12、.光面内质网在糖原分解中的作用,3.SER的解毒作用,肝细胞的解毒作用-SER通过氧化、甲基化、结合等方式,降低或排除毒性物质药物、毒物(SER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,4.盐酸的分泌、渗透压调节,哺乳动物胃底壁细胞的胞质中,SER能将血浆中的Cl-传递到细胞内分泌小管的膜上,Cl-可与胞质中由碳酸解离的H+在膜上结合产生HCl,排出细胞外,四、内质网的病理改变,病理条件下内质网肿胀(低氧、病毒性肝炎)肥大(B淋巴细胞、巨噬细胞)物质累积(a1-抗胰蛋白酶缺乏病人的血清中缺乏a1-抗胰蛋白酶,而在肝细胞的粗面内质网和滑面内质
13、网中却储存着a1-抗胰蛋白酶)癌变细胞中的内质网变化,第二节 高尔基复合体,最早发现于1855年。1889年,Golgi用银染法在猫头鹰的神经细胞内观察到了清晰的网状结构,定名为高尔基体。20世纪50年代应用电镜技术证实高尔基体是由几个部分膜性结构共同构成的,所以现在一般用高尔基复合体(Golgi complex),高尔基复合体只存在于真核细胞中,通常在分泌功能旺盛的细胞内高尔基复合体数目很多,如杯状细胞、胰腺外分泌细胞、唾液腺细胞等。在未分化的干细胞(或母细胞)中,高尔基复合体往往较同类成熟细胞少得多。,56,一、高尔基复合体的形态结构二、高尔基体的化学组成三、高尔基复合体的功能四、高尔基复
14、合体与疾病,第二节 高尔基复合体,一、高尔基复合体的形态结构,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),一、高尔基复合体的形态结构,扁 平 囊,呈盘状,3-10层称高尔基堆,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
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