《内膜系统》PPT课件.ppt

主讲 赵晓 2012.11 第7章 内膜系统 和核糖体 本章要点： 掌握： 1.内膜系统的概念、结构与功能 (在发生、功能上有密切关联的细胞器：核糖体、内质网、高尔基复合体、溶 酶体、内吞体） 2.外分泌蛋白的合成与分泌过程 （例如：胶原的合成与分泌。思考：第6章胶原的合成与组装） 3.信号肽与信号假说 （蛋白质的分选） 了解： 4.膜性细胞器与内膜系统的概念差异。 考试热点： 1.外分泌蛋白的合 成与分泌过程 2.信号假说 关注：蛋白 质的胞内运 输 l内膜系统（endomembrane system）是指真 核细胞内，在结构、功能乃至发生上相关的膜 性细胞器或细胞结构的总称。 l包括：内质网，高尔基复合体，溶酶体，内吞 体，分泌泡、各种转运囊泡及核膜等。 l功能：完成蛋白质、脂类和糖类的合成、加工 、以及包装运输。 注意：内膜系统与 膜性细胞器 第一节 核糖体 l核糖体(ribosome)是细 胞内一种核糖核蛋白颗 粒(ribonucl eoprotein par ticle)， 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。 正在进行蛋白质合成的核糖体 非膜性 细胞器 问题：为什么将核糖体放在本章 讲解？ 原因：蛋白质合成起始于胞质中的核糖 体，蛋白质的合成和分选是内膜系统的 主要功能，因此，核糖体既是蛋白质的 合成场所，又是粗面内质网的结构成分 ，故本章先介绍核糖体的知识。 瑞典皇家科学院10 月7日宣布，万卡特 拉曼-莱马克里斯南 (VenkatramanRama krishnan)、托马斯- 施泰茨(Thomas Steitz)和阿达-尤纳 斯(AdaYonath)因对 “核糖体结构和功能 的研究”做出突出贡 献而获得2009年诺 贝尔化学奖 关于核糖体：2009核糖核蛋白体（诺贝尔化学奖) 一、形态结构与化学成分 （一）形态 核糖体：非膜相结构,大小15-25nm,可 单个或成群分布于细胞质中,也可附着 在核外膜,内质网上,或存在于线粒体, 叶绿体中,用负染色高分辨电镜观察,核 糖体不是圆形颗粒,而是由大、小二个 亚基组成的不规则颗粒。 核糖体的大小两个亚基都是由核糖 体RNA(rRNA)和核糖体蛋白质 (ribosomal protein)组成的， 原核生物 和真核生物细胞质核糖体的大小亚基 在蛋白质和RNA的组成上都有较大的 差别。 在一个生长旺盛的细菌中大约有20000个核糖体， 其中蛋白质占细胞总蛋白质的10%，RNA占细胞总 RNA的80%。 原核细胞核糖体真核细胞核糖体 亚基30S亚基50S亚基40S亚基60S亚基 rRNA16S rRNA23S rRNA 、 5S rRNA 18S rRNA28S rRNA 5.8S rRNA 5S rRNA 蛋白质21种31种约33种约49种 原核细胞和真核细胞核糖体比较 （二）化学成分：典型的原核生物大肠杆菌核糖体是由50S大亚基和 30S小亚基组成的。在完整的核糖体中，rRNA约占2/3， 蛋白质约为1/3。 真核细胞核糖体的沉降系数为80S，大亚基为60S，小亚基为40S。在大亚基中 ，有大约49种蛋白质，另外有3种rRNA：28S rRNA、5S rRNA和5.8S rRNA 。小亚基含有大约33种蛋白质，一种18S的rRNA。 真核生物核糖体的组成 只有蛋白质合成时，核糖体 的大小亚基才结合在一起； 蛋白质合成完成后，大小亚 基分离。 图7-1 原核细胞核糖体的功能位点 核糖体上与蛋白质合成相关的位点 ： 1、核糖体结合位点：位于小亚基上，是核 糖体识别并结合mRNA的位点。 2、氨酰位：位于大亚基上，是tRNA运载 活化氨基酸的结合位点（A位点） 3、肽酰位：位于小亚基上，是延伸中的肽 酰-tRNA结合位点（P位点） 4、出口位：位于大亚基上， tRNA释放位 点（E位点） 5、和肽酰转移酶催化位点：是23SrRNA 催化完成。 6、中央管出口：位于大亚基上，多肽链最 终从中央管出口释放。 （三）结构 起始：甲酰甲 硫氨酸 遗传密码表： 二、蛋白质生物合成过程 过程： （一）氨基酸的活化与转运 （二）肽链合成的起始 （三）肽链的延伸 进位 转肽 移位 （四）肽链合成终止与释放 （一）氨基酸活化 tRNA在翻译过程中起接合体的作 用。tRNA 携带氨基酸按mRNA 的 遗传密码“ 对号入座” 。 所谓tRNA 携带氨基酸，实质是酶 催化的化合反应生成氨基酰-tRNA 。 氨基酰-tRNA合成酶（aminoacyl- tRNA synthetase） 1、此酶具有绝对特异性：对氨基 酸和tRNA两种底物都能高度特异 性地识别。 2、此酶还具有校正活性（editing activity ）：水解酯键把错配的氨 基酸水解下来，换上与密码子对应 的正确的氨基酸。氨基酰-tRNA 合 成酶催化的反应分2 个步骤进行。 上图为氨基酰-tRNA合成酶催化的反应 fMet-tRNA原核生物 起始tRNA携带N-甲酰 甲硫氨酸 相关知识：氨基酰-tRNA的表示方法 氨基酰-tRNA的完整写法： ala-tRNAala（携带丙氨酸的tRNA） Met-tRNAemet（ tRNAemet为延长中的tRNA） Met-tRNAimet（tRNAimet为起始者tRNA） fMet-tRNAfmet原核生物起始tRNA携带N-甲酰甲硫氨酸。 注：前三个缩写代表结合的氨基酸；右上角的缩写代表 tRNA的结合特异性（可省略）。 图示： N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的生成 fMet-tRNA （二）起始： 过程： 在起始因子IF-3介导下，核糖体30S小亚基与mRNA结合，形成IF3- 30S 亚基- mRNA复合物 。 在IF-2作用下,活化的fMet-tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子 ( 翻译开始的信号AUG)之间形成互补碱基对。 形成IF2- 30S亚基- mRNA- fMet-tRNA前起始复合物 。 在GTP 、Mg2+参与下， 50S亚基与30S亚基前起始复合物结合IF-2 、IF-3 从复合物中释放出来，形成“30S亚基- mRNA-50S亚基-fMet-tRNA”70S起 始复合物 。 这时， fMet-tRNA占据核糖体上的肽基-tRNA位置（P位）。 70S起始复合物 已具备了肽链延伸的条件。 （三）肽链延伸包括：进位、成肽、移 位、释放4个环节 进位（entrance）又称注册（registration）：指氨基酰-tRNA按遗传密码指导 进入核蛋白体的A位。此时需要EFT（延长因子）的协助。 成肽：当进位后，P位和A位上各结合了一个氨酰tRNA，两个氨基酸之间在 核糖体转肽酶作用下从而使P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上，这就 是转肽。转肽后，在A位上形成了一个二肽酰tRNA 转肽作用发生后，肽链都位于A位，P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落， 核蛋白体沿着mRNA向3端方向移动一组密码子，使得原来结合二肽酰tRNA 的A位转变成了P位，而A位空出，可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入。 第一次进位 蛋白质合成中钛键的形成 28sr RNA 催化 （四）终止 无论原核生物还是真核生物都有三种终止密码子UAG， UAA和UGA。没有一个tRNA能够与终止密码子作用，而 是靠特殊的蛋白质因子促成终止作用。这类蛋白质因子叫 做释放因子，原核生物有三种释放因子：RF1，RF2、 RF3。RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA和UGA。RF3 的作用还不明确。真核生物中只有一种释放因子eRF，它 可以识别三种终止密码子。 终止过程的描述: 1、当A位出现终止密码（任何一个）时，因无aa-tRNA与之对应（A位不能接纳 aa-tRNA ），RF-1、RF-2能识别终止密码进入A位。 肽链合成的终止包括：终止密码的辨认；肽链从肽酰tRNA水解、 释放出来；mRNA从核蛋白体分离；大小亚基拆开、解体。 终止过程需要的蛋白因子称做释放因子 （1）RF，作用是辨认终止密码和促进肽链C端与tRNA之间酯键的 水解，使肽链从核蛋白体释放。 （2）RR：作用是把mRNA从核蛋白体上释放出来。 2、RF-3激活转肽酶（变构），表现出酯酶水解活性，使P位肽链与tRNA分离。 3、在RR作用下，tRNA、mRNA、RF均从核蛋白体脱落， 然后在IF作用下核蛋白体分出大小亚基 核糖体 游离核糖体：存在于细胞质内 游离于胞浆的核糖体，参与细胞固有蛋白质合成 附着核糖体：附着于粗面内质网上 附着于粗面内质网的核糖体，参与分泌性蛋白质合成 细胞内核糖体的类型： 游离核糖体 附着核糖体 多聚核糖体 多聚核糖体 附着在内质网上的核糖体 多聚核糖体提高蛋 白质的合成效率 某些抗生素对蛋白质合成的抑制作用： 名称 作用对象 阻断过程 影响效果 作用的细胞类型 氯霉素 50S 延伸 肽键形成 原核生物 大肠杆菌素E3 30S 起始、延伸 与mRNA结合、与氨酰tRNA结合 原核生物 放线菌酮 60S 起始、延伸 结合起始tRNA转位（ tRNA从P位点释放） 真核生物 白喉毒素 eEF2 延伸 转位 真核生物 红霉素 50S 起始 起始复合物的形成 原核生物 梭链孢酸 EFG/ eEF2 延伸 转位 原核/真核生物 春日霉素 30S 起始 起始tRNA的结合 原核生物 嘌呤霉素 50S/60S 延伸 肽键形成（触发链式放） 原核/真核生物 壮观霉素 30S 延伸 转位 原核生物 链霉素 30S 起始、延伸 起始tRNA的结合氨酰tRNA结合 （诱发错读） 原核生物 四环素 30S 延伸、终止 氨酰tRNA结合 RF1和RF2的结合 原核生物 紫霉素 50S/30S 阻断P位点 转位 原核生物 内膜系统（endomembrane system）是指真核细胞中在 结构、功能乃至发生上相关的，由单位膜围绕的细胞器或细 胞结构的总称，主要包括内质网，高尔基体，溶酶体，内吞 体，分泌泡等。 第二节 内质网 l由KR.Porter、A.Claude和EF.Fullam等人于1945年发 现，他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞 质内部具有网状结构，建议叫做内质网 endoplasmicreticulum，ER，后来发现内质网不仅仅 存在于细胞的“内质”部，通常还有质膜和核膜相连， 并且与高尔基体关系密切。 一、化学成分 lER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：葡糖-6 -磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是标志 酶，核糖体结合糖蛋白（ribophorin）只分布 在RER，P450酶系只分布在SER。 二、形态结构 ER是由一层单位膜围成的形状大小不同的 小管，小泡，扁囊状结构，相互连接形成一个 连续的网状膜系统。 在电镜下观察，内质网（ ER）由一层单位膜构成的 形状大小不同的扁平囊、小 囊及小管组成，并连成一个 连续网状管道系统。 粗面内质网和滑面内质 网 分类：根据表面是否附着有核糖体，分类：根据表面是否附着有核糖体， 可将内质网分为两类：可将内质网分为两类： 糙面内质网糙面内质网(RER)(RER)和光面内质网和光面内质网(SER)(SER) 这些管腔外与质膜相通，内与核被膜的外膜 相连，核周腔实际上就是内质网腔的一部分 （一）糙面内质网(RER) 行 使 多 种 重 要 功 能 的 复 杂 的 结 构 体 系 。 粗面内质网（rER）排列整齐，细胞质一侧的表 面上结合着核糖体，与蛋白质合成、转运和加 工有关。 粗面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐 ，因在其膜表面分布着大量的核糖体而 命名。它是内质网与核糖体共同形成的 复合机能结构，其主要功能是合成分泌 性的蛋白和多种膜蛋白。 内质网内质网 小管小管 小泡小泡 扁囊状扁囊状 细胞膜细胞膜 核膜核膜 内质网的形态 糙面内质网与光面内质网在细胞中的分布因细胞功能而异： 在分泌细胞（如胰腺腺泡细胞）和分泌抗体的浆细胞中，粗面内质网 非常发达），而在一些未分化的细胞与肿瘤细胞中则较为稀少。 在肝脏细胞中，光面内质网的某些磷酸酶能参与糖原的合成和分解； 而另一些酶能将药物和有潜在毒性的物质分解，如作为镇静剂的巴比 妥盐、作为兴奋剂的安非他命和某些抗体药物等。 肌细胞中含有发达的特化的光面内质网，称肌质网，是肌细胞中Ca+ 蓄库，其上的Ca+泵将细胞质基质中的Ca+泵入肌质网膜中储存起来 。受神经冲动刺激后释放出来，最终引起肌细胞收缩。 （二）光面内质网(SER) l光面内质网（sER）膜 表面光滑，无核糖体颗 粒附着，其主要功能是 参与脂类合成，如磷脂 、固醇、脂肪等。因此 ，睾丸间质细胞、卵巢 黄体细胞和肾上腺细胞 中光面内质网非常发达 。 光面内质网电镜图 （三）微粒体（microsome） 当细胞被匀浆破碎时，破碎的内质网膜或高尔基 体膜等膜碎片能够融合形成直径约100nm的球形小囊泡， 这些小囊泡生物化学家把他们称为微粒体 （一）蛋白质合成 三、糙面内质网的功能： 1、合成蛋白的种类 （三）蛋白质的修饰与加工糖基化 （四）蛋白质运输 （二）多肽链的折叠与组装 2、信号假说 结合蛋白(Bip) 蛋白二硫键异构酶(PDI) 关于细胞内合成蛋白质的种类： 根据合成后蛋白的去向： l非定位分布的细胞质溶质性驻留蛋白，参与细 胞质溶质中的生理生化代谢活动。 l定位分布的细胞质溶质蛋白，与其他成分一起 组成细胞器。核基因编码的线粒体蛋白。 l经核孔进入细胞核的核蛋白，如：组蛋白、非 组蛋白等。 l外输性蛋白：与内膜系统有关的蛋白，包括： 内膜系统驻留蛋白、外分泌蛋白。 RER合成的 蛋白 3 3 H H标记亮氨酸标记亮氨酸 3 3分钟分钟 1717分钟分钟 117117分钟分钟 细胞的分泌 RER合成蛋白的种类： 向细胞外分泌的蛋白 如：抗体、激素、细胞外基质等 穿膜蛋白 如：膜受体、离子通道等等 内膜系统的驻留蛋白 如：溶酶体内的各种酸性水解酶，内质网、高尔基体和内 吞体等腔内的固有蛋白等。 （一）RER的功能之一蛋白质合成 问题： 蛋白质是大分子物质，在糙面内质 网上合成，后如何进入内质网腔？ 信号假说（Signal hypothesis） 研究历史 20世纪60年代，Redman和Sabatini用分离的微粒体研究内质网附着核 糖体合成的蛋白质是否会进入内质网腔。发现内质网附着核糖体合成的蛋 白能够进入内质网腔。 1971年G.Blobel等提出以下两点建议：a分泌蛋白的N-端含有一段特别 的信号序列，可将多肽和核糖体引导到内质网膜上; b多肽通过内质网膜 上的水性通道进入内质网腔中。 1972年，C.Milstein发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比 分泌到细胞外的N端多出一段，这为信号肽存在提供了直接的证据。 1975年，G.Blobel等根据进一步的实验提出了信号假说，认为蛋白质 上的信号肽指导蛋白质到内质网上进行合成。G.Blobel因此项发现获得 1999年诺贝尔生理和医学奖。 诺贝尔奖！ 分泌性蛋白N端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网膜上合成，在蛋白质合 成结束之前信号肽被切除。 Gunter、Blobel的研究 为更好的利用细胞作为 蛋白质工厂，生产重要 药物作出了贡献。 蛋白质转入内质网合成至少涉及的成分 ）信号肽：信号肽是指位于新合成肽链N端一段氨基残基序 列，指导多肽链到内质网上继续进行合成，多肽链进入内质网 后信号肽被切除。 2）信号识别颗粒 ：SRP识别并与信号肽结合，能暂停多肽链 的合成，引导核糖体到内质网上 3）SRP受体：SRP受体也叫停靠蛋白（docking protein，DP） ，有和两个亚单位构成，属于内质网上的一种膜整合蛋白 ，与SRP特异结合。 4）易位子：易位子是内质网上的一种通道蛋白，新合成的多 肽链通过它进入内质网腔。 5）信号肽酶：信号肽位于内质网膜上，在内质网腔内切除信 号肽。 SRP的组成与结构 2）信号识别颗粒 信号识别颗粒是一种核糖核蛋白体，是一种G蛋 白含有6条不同的多肽和一个7S的RNA。有三个功能部位，即核糖体结合位 点、信号识别结合位点和SRP受体结合位点。 1）信号肽的特征：一般16-26个氨 基酸残基，N端含有一个或多个带正电 荷的氨基酸残基，其间至少含有6-12 个疏水性氨基酸残基 3） SRP受体 4）易位子 2.信号识别颗粒（SRP）引导信号 肽与内质网膜上的SRP受体结合 1.信号序列- SRP-核糖体复合体形成 信号肽指导分泌蛋白到内质网上合成的过程 在细胞质基质中游离核糖体起始多肽链的合成，当多肽链延伸到80-100个氨基酸 残基的时候， N端的信号肽就暴露出来，这时SRP识别并结合信号肽，暂停多肽链 的合成并防止新生肽的损伤和成熟前的折叠。 在SRP的引导下，SRP与内质网膜 上的SRP受体结合，核糖体与易位子结合。 之后SRP水解GTP，使SRP脱离信号 肽和核糖体，返回细胞质基质重复利用， 与此同时，易位子通道打开，在信号肽 的引导下，多肽链通过易位子并形成袢环样的结构，核糖体开始继续合成多肽链。 信号肽进入内 质网腔厚，被信 号肽酶识别并切 除，切下的信号 肽将被降解。 多肽链合成结束 后，合成的蛋白 进入内质网腔， 易位子通道关闭 ，核糖体与内质 网分离，进入细 胞质基质再利用 。 单次跨膜蛋白的形成 分子伴侣（molecular chaperone）：能特异地识 别新生肽链或部分折叠的 肽链并与之结合，帮助这 些多肽链进行正确的折叠 和装配，但其本身并不参 与最终蛋白的形成。 Bip结合不正确折叠的蛋白 （二）RER的功能之二蛋白质折叠 肽链的合成仅需要几十秒钟至几分钟，而新合成的多肽在内质网停 留的时间往往长达几十分钟。不同的蛋白质在内质网停留的时间长短 不一，这在很大程度上取决于合成蛋白正确折叠所需要的时间。 Bip蛋白是重链结合蛋白 （heavy-chain binding protein） 的简称，因为它能够同IgG抗体的重链结合 。 功能： 1.Bip同进入内质网的未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止多肽链不正确地折叠和聚合 2.Bip的第二个作用是防止新合成的蛋白质在转运过程中变性或断裂。 PDI参与二硫键的形成 知识延伸：蛋白酶体对蛋白质的降解 ： 蛋白酶体(proteasomes) 蛋白酶体既存在于细 胞核中,又存在于胞质溶胶 中, 是溶酶体外的蛋白水解 体系。蛋白酶体对蛋白质 的降解通过泛素(ubiquitin) 介导,故称为泛素降解途径 。 蛋白酶体对蛋白质的降解作 用分为两个过程: 一是对被降解的蛋白质进 行标记,由泛素完成; 二是蛋白酶解作用,由蛋白 酶体催化(图 6-28)。 图6-28 蛋白酶体对蛋白质的降解作用 泛素(ubiquitin，Ub)是76个氨基残基组成的小分子 多肽，可以以共价结合的方式与蛋白质的赖氨酸相连 。蛋白质一旦接有泛素，称为发生泛素化，泛素化的 蛋白质进入蛋白酶体，然后降解为肽段 （三）RER的功能之三蛋白质的糖基化 1、细胞内所有的糖基化有以下两种类型： 1）N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的氨基（-NH2）连接 （RER腔内完成） 2）O-连接的糖基化：与丝氨酸、苏氨酸或羟脯氨酸的羟基 （-OH）连接 （高尔基复合体内完成) 2、过程 寡糖链从磷 酸多萜醇转 移到相应的 天冬酰胺残 基上 （四）RER的功能之四蛋白质运输 糙面内质网合成 的蛋白质，经加 工、修饰，形成 转运囊泡把蛋白 质从一个空腔带 入另一个腔室， 被转运蛋白质并 不跨膜，而是在 解剖结构相同的 腔内转运。 如：从内质 网转运可溶性蛋 白到高尔基复合 体属于这一类型 四、光面内质网的功能 （一）脂类的合成与转运 （二）解毒作用 （三）钙离子的贮存和释放 （四）糖原代谢 磷脂酰胆碱的合成 光面内质网合成磷脂酰胆碱的过程： 首先，内质网膜中脂肪酸与胞质溶胶中的磷 酸甘油结合，然后脱磷，并在内质网膜中胆 碱磷脂转移酶的作用下，将胞质溶胶中的 CDP-胆碱与内质网膜中的甘油脂肪酸结合形 成磷脂酰胆碱。新合成的磷脂酰胆碱朝向胞 质溶胶一侧，但可在内质网膜中磷脂转位酶 的作用下翻转到内质网的腔面。 磷脂交换蛋白（phospholipid exchang proteins， PEP）与磷脂转运 磷脂的转运方式： 一种是以出芽的方式转 运到高尔基体、溶酶体 和细胞膜上； 一种是凭借磷脂转换蛋 白（phospholipid exchange protein， PEP）在膜之间转移磷 脂 骼肌中内质网调控细胞质 中Ca2+水平的变化。 肌肉细胞中发达的光面内质网 特化为肌质网，储存Ca2+能调节 肌肉收缩与舒张。 光面内质网在糖原裂解中的作用 肝细胞的一个重要功能 是维持血液中葡萄糖水 平的恒定， 这一功能与 葡萄糖-6-磷酸酶的作用 密切相关。 光面内质网中的葡萄糖- 6-磷酸酶将葡萄糖-6-磷 酸水解生成葡萄糖和无 机磷，释放游离的葡萄 糖进入血液供细胞之用 。 第三节 高尔基复合体 1898年，意大利科学家Golgi首次发现， 后人为了纪念他，把这种细胞器称为高尔 基体。也称为高尔基器（Golgi apparatus ）或高尔基复合体（Golgi complex）。 高尔基复合体是普遍存在于真核细胞，在 蛋白质修饰加工及分选中起关键作用，与 细胞的分泌活动密切相关。 一、高尔基体的形态结构 高尔基体是由排列整齐扁平膜 囊（4-8个）堆在一起构成主体部 分，其周围有许多大小不等的囊泡 。高尔基体常分布于内质网与细胞 膜之间，凸出的一面对着内质网称 为形成面或顺面（cis face）。凹 进的一面对着质膜称为成熟面或反 面（trans face）。 高尔基体是一个具有极性的细 胞器。 烟草根尖细胞高尔基体的电镜照片 电镜下，高尔基复合体呈现3种不同形态的 膜性结构: 扁平膜囊 小囊泡 大囊泡 高尔基体的立体构造 扁平膜囊(cisternae)是高尔基复合体中最具特征的 主体部分，其凸面朝向内质网或细胞核，称为形成面 （forming face）或顺面（cis face）；凹面朝向质膜 称为成熟面（mature face）或反面（trans face）。 小囊泡(vesicles)聚集在 扁平膜囊的顺面，一般认 为这些小囊泡由附近的粗 面内质网芽生而来，通过 小囊泡与扁平膜囊的融合 ，粗面内质网中的蛋白质 被转运到高尔基复合体中 。因此，此类囊泡也称为 运输小泡（transfer vesicle）。 大囊泡(vacuoles)位于 扁平膜囊的反面，直径 100500nm，由扁平膜 囊末端膨大断离而形成， 故又称为分泌泡（ secreting vesicles）。 扁平膜 囊也称 为潴泡 高尔基体潴泡的膜囊划分为3部分 ： 1、顺面高尔基管网结构（CGN）：由高 尔基体顺面的扁囊状和小管状潴泡连接 成网络，接受来自内质网的小泡。 2、中间膜囊：位于顺面和反面高尔基网 之间的多层囊管状结构。 3、反面高尔基管网结构（TGN）：由高 尔基体反面的扁囊状和管状潴泡连接成 网络，加工物通过此部位运出高尔基体 ，是蛋白质分拣与包装加工的主要部位 。 2、中间膜囊 3、反面高尔基管网结构（TGN） 1、顺面高尔基管网结构（CGN） a)顺面：锇酸侵染后，CGN可以被特异的染色 b)中间膜囊：烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADPase）阳性反应 c)反面：胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）反应 二、高尔基体的化学组成 三、高尔基体的功能 1、蛋白质加工和修饰 如：蛋白质糖基化与糖链 的加工 2、蛋白质的水解 3、蛋白质的分捡与运输 来自内质网的蛋白在其中加工，最后以分泌物形式送 到胞外。动物体内的消化酶、抗体均采用此方法分泌 。 粗面内质网中合成的蛋白在高尔基体中进行后加工， 然后以出泡形式分泌的胞外 （一）蛋白质的加工和修饰 蛋白质的糖基化：（2种方式） 1）N-连接的糖基化（内质网）：与天冬酰胺残基的氨基（- NH2）连接，寡糖链从磷酸多萜醇转移到相应的天冬酰胺残 基上 2）O-连接的糖基化（高尔基复合体）：与丝氨酸、苏氨酸 或羟脯氨酸的羟基（-OH）连接。把糖链转移到蛋白多肽链 的丝氨酸、苏氨酸或羟脯氨酸的羟基（-OH）上，通常第一 个连接上去的糖是N-乙酰半乳糖胺，然后在不同糖基转移酶 的催化下每次加上一个单糖，最后加上唾液酸残基。 N-连接糖基化及其加工 在内质网中进行的蛋白质的糖基化； N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的氨基（-NH2）连接 （甘露糖）8 （N-乙酰葡萄糖胺）2 在高尔基复合体内对来自内质网的糖蛋白质的 糖基进一步加工加工 N-糖基化 O-糖基化 糖基化部位N-连接的糖基化O-连接的糖基化 连接的氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸，苏氨酸，羟 脯氨酸 糖链长 度525个糖基16个糖基 第一个糖残基N-乙酰葡糖糖胺N-乙酰半乳糖胺或木 糖 连接基团 -NH2 -OH 糖基化方式寡糖连一次性连接单糖逐个加上去 N-连接的糖基化和O-连接的糖基化比较 问题： 蛋白质糖基化有什么 作用？ 蛋白糖基化的意义： 1、各种蛋白质分子带上不同的标记，以利于高尔基体的 分类与包装 2、糖基化影响多肽链构象的正确折叠和蛋白的稳定性， 能够增强蛋白对蛋白水解酶的抗性 3、糖基化还能影响蛋白的水溶性以及蛋白所带的电荷 4、糖基化形成质膜的糖被，对于决定蛋白的抗原性以及 在细胞表面抗原的识别中也起着重要作用 等等 （二）蛋白质的水解 胰岛素的加工 （三）蛋白质分拣与运输 蛋白质分拣：也叫蛋白质靶向运输（protein targeting），是指蛋白质在细胞质基质中开始合成 后，按其氨基酸序列中分选信号的有无以及分选信号 的性质被选择性地运输到细胞的不同部位的过程。 细胞内 蛋白质分 拣的途径 1、细胞质基质中完成多肽链的合 成，然后转运到特定部位 2、细胞质基质中起始多肽链的合 成，然后转移到内质网继续完成合 成，然后运到特定部位 通过高尔基复合体分选的蛋白质包括： 溶酶体酶，来自粗面内质网的溶酶体酶蛋白在高尔基复 合体形成M-6-P标记，经TGN面M-6-P受体的分选浓缩后 转运到溶酶体。 细胞表面蛋白，这类蛋白质没有分选信号，在被自动装 入运输小泡，连续不断地运送到细胞表面与质膜融合，小 泡内容物分泌到细胞外，为细胞外基质提供糖蛋白、蛋白 聚糖和蛋白质；同时，运输小泡的膜蛋白和膜脂加入到质 膜中。 分泌蛋白，这类蛋白质包括肽类激素、神经肽与消化酶 等，按其分选信号形成膜包的分泌泡，储存在细胞质中， 当受到细胞外信号刺激后，分泌泡与细胞膜融合，通过胞 吐作用将内容物分泌到细胞外。 内质网驻留蛋白， 这类蛋白被错误地运送到高 尔基复合体，依据其KDEL或KKXX分选信号在 CGN进行分选。 高尔基复合体驻留蛋白，这类蛋白从内质网转 运到高尔基复合体后，不再转运，留在高尔基复 合体。 注：K:赖D:天冬E:谷L:亮 通过高尔基复合体分选的蛋白质包括： 第四节 溶酶体（lysosome） 20世纪五十年代初 ，de Duve在研究亚细胞组分时发现 一、溶酶体的形态结构 溶酶体呈囊泡状，直径 一般0.2m0.5m， 最大的可超过1m。溶 酶体内含有50多种酶， 均为酸性水解酶类，最 适pH 值约为5左右。 酸性磷酸酶是溶酶体的 标志酶。 溶酶体的电镜图 溶酶体膜的特性 膜上有质子泵：保持腔内pH5的酸性环境 膜蛋白高度糖基化：可保护溶酶体膜不受水解酶的作用 膜中含有较多的胆固醇：能够增加膜的稳定性 膜上有多种载体蛋白：把消化的产物运出溶酶体，供细 胞再利用 问题： 溶酶体的酸性环境怎么维持？ 质子泵：有三种 P-type：存在于真核细胞的细胞质膜上 V-type：存在于动物细胞的溶酶体和植物细胞的液泡 F-type：存在于线粒体和叶绿体内膜上 二、溶酶体的类型 按照传统方式划分： 1、初级溶酶体（primary lysosome）：是刚从高 尔基体分泌形成的囊泡，只有水解酶类，酶处于 非活性状态，没有作用底物。 2、次级溶酶体（secondary lysosome）：正在进 行消化作用的溶酶体，内含酸性水解酶和相应的 底物。根据消化底物的来源不同，可分为自噬性 溶酶体和异噬性溶酶体。 近年根据溶酶体的形成过程和功能状 态划分： 内体性溶酶体、吞噬溶酶体、残余体；3类 初级溶酶体 次级溶酶体 （一）内体溶酶体 内体溶酶体是在高尔基体的反面以出芽的形式形成的，其形成过程如下： （1）糙面内质网上核糖体合成溶酶体蛋白进入内质网腔进行N-连接的糖基化修 饰 （2）进入高尔基体顺面膜囊N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号 斑将N-乙酰葡糖胺磷酸转移在12个甘露糖残基上在中间膜囊切去N-乙酰葡 糖胺形成M6P配体 （3）高尔基体反面膜囊具有M6P 结合的受体，可以识别溶酶体酶上M6P并与之结 合结合触发反面高尔基网局部出芽有被小泡无被小泡（酶无活性） （4）细胞经胞吞作用形成的异质性小泡称为早期内体，其内为碱性环境，与其他胞 内小泡融合形成晚期内体，晚内体的主要特征是酸性的，无被小泡与晚期内体 结合形成内体溶酶体。 6-磷酸甘露糖（M-6-P）途径 分拣信号的发现： I-细胞病与溶酶体的发生 I-细胞病（inclusion cell disease）患者的成纤维细胞溶酶体中几乎缺 乏所有的溶酶体酶，各种底物不能消化而聚集成很大的包涵体。但是在I- 细胞病患者中，所有的溶酶体酶出现在其血液中，说明编码合成溶酶体酶 的基因是正常地。 现在已经清楚，I-细胞病患者先天性缺乏N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶 ，使溶酶体到达高尔基体后不能形成M-6-P分选信号，缺少M-6-P分选信号 的溶酶体酶不能进入溶酶体，而被分泌到细胞外进入血液。 溶酶体酶带上M-6-P标记： 每个溶酶体酶蛋白至少有一个甘露糖残基被磷酸化。 （二）吞噬溶酶体 正在进行或完成消化作用 的溶酶体，内含水解酶和 相应的底物，可分为异噬 溶酶体（phagolysosome ）和自噬溶酶体（ autophagolysosome）， 前者消化的物质来自外源 ，后者消化的物质来自细 胞本身的各种组分。 溶酶体的自噬和吞噬作用 （三）残余体 残余体（residual body）：是 指次级溶酶体消化一段时间 后，随着水解酶活性的逐渐 丧失，而剩下的一些不能消 化的残留物质，可通过外排 作用排出细胞，也可能留在 细胞内逐年增多，如肝细胞 中的脂褐质。 含铁小体和髓 样结构等。 肝细胞中的脂褐质 三、溶酶体的功能 （一）细胞内消化作用 （二）细胞外消化作用 （三）细胞自溶 二氧化硅尘粒吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，由于吞入的 二氧化硅尘粒不能被消化，并在在尘粒的表面形成硅酸；硅 酸的羟基与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键，使膜破坏，吞 噬细胞溶酶体崩解，导致细胞死亡。二氧化硅尘粒释出后， 又被其他巨噬细胞吞噬，如此反复进行，巨噬细胞相继地吞 噬、死亡。受损或已破坏的巨噬细胞释放巨噬细胞纤维化因 子，刺激成纤维细胞分泌大量胶原，这些胶原纤维在肺部大 量沉积形成纤维化结节，使肺的弹性降低，功能受损。 克矽平可以用于治疗硅肺，其原理是克矽平上的氢原子 可以与硅酸分子结合，阻止硅酸分子对溶酶体膜的破坏。 溶酶体与疾病硅肺（silicosis） 溶酶体与疾病休克（shock ） 休克时，由于组织缺血，缺氧，影响功能系统 ，导致膜的不稳定，引起溶酶体酶的外漏，从而造 成细胞和机体的损伤。 在抢救病人时，除了纠正缺血缺氧外，稳定溶 酶体膜也非常重要。在临床上常采用大剂量的糖皮 质类固醇激素，以稳定溶酶体膜，防止溶酶体酶的 泄漏。 第五节 过氧化物酶体 一、形态结构 呈球形或卵球形，直径约0.2m -1.5m。在电镜下可 观察到过氧化物酶体内有电子密度较高，呈规则排列的结晶 状结构，称为类核体，是尿酸氧化酶的结晶 氧化酶（依赖FAD） 过氧化氢酶（标志酶 ） 过氧化物酶（量少，仅 在少量细胞内） 酶 过氧化物酶体不 属于内膜系统 二、过氧化物酶体的功能 （一）调节细胞氧张力 RH2+O2R+H2O2（氧化酶） 在低浓度氧的条件下，线粒体利用氧的能力比过氧化物酶体强，而在高 浓度氧的情况下，过氧化物酶体的氧化反应占主导地位，这种特性使过氧化物 酶体具有保护细胞免受高浓度氧的毒性作用 。 所产生的H2O2对细胞有损伤作用，由过氧化氢酶清除。 2H2O2 2H2O+ O2（过氧化氢酶） （二）解毒作用 氧化各种底物，如酚、亚硝酸盐和乙醇等，使有毒的物质变成无毒 的物质。 RH2+H2O2 R+2H2O（过氧化氢酶） （三）脂肪酸氧化 溶酶体与过过氧化物酶体的比较较 特征溶酶体过过氧化物酶体 形态态多呈球形，直径0.2m 0.5m 多呈球形，直径0.2m 1.5m 酶酸性水解酶，无酶结结， 标标志酶是酸性磷酸酶 氧化酶类类，常有尿酸氧化酶结结 晶 标标志酶是过过氧化氢氢酶 腔内pH5左右7左右 功能消化，调节调节 分泌，机体防御 ，器官发发生等 解毒，调节细调节细 胞氧张张力，脂 肪酸水解等 发发生酶在ER合成，经经高尔基体和 晚期内吞体的加工分选选形成 。 酶在胞质质中合成后转转入过过氧化 物酶体， 通过过分裂增殖。 耗氧情况不需要氧气需要氧气 是否属于 内膜系统统 属于内膜系统统不属于内膜系统统 第六节 内膜系统与小泡运输 胞外大分子及颗粒状物 质进入细胞、细胞内合成 的蛋白质转运到细胞的其 他部位或分泌到细胞外。 这些物质的转运都是通过 膜泡（vesicle）进行的。 其转运过程称为膜泡运输 （vesicular transport）。 细胞内蛋白质合后的转运机制 ： 跨膜转运： 膜泡运输 选择性门 控转运： 网格蛋白有被小泡 COP有被小泡 COP有被小泡 进入线粒体，过氧化物酶体 ，内质网腔的蛋白 核孔复合体的 转运 转运方式 一、有被小泡的类型 目前研究得较为清楚的有3种： 网格蛋白有被小泡：网格蛋白有被小泡介导 质膜到内体，高尔基复合体到内体、溶酶体 的物质运输； COP 有被小泡： COP有被小泡介导高 尔基复合体向粗面内质网的逆向物质运输； COP有被小泡：COP有被小泡介导粗 面内质网到高尔基复合体的物质运输。 有被小泡的形成过程 （一）网格蛋白有被小泡： 图7-17网格蛋