内膜系统PPT课件.ppt

原核细胞 质膜构成的单一区室 真核细胞 内膜 各种细胞器 2013年诺贝尔生理学或医学奖 詹姆斯E罗斯曼（James E. Rothman） 兰迪谢克曼（Randy W. Schekman） 托马斯聚德霍夫（Thomas C. Sdhof） 第五章 内膜系统 endomenbrane system 刘慕君刘慕君 内膜系统：内膜系统：指位于细胞质内，在结构结构，功能功能 乃至发生发生上有一定联系联系的膜性结构的总称。 为细胞提供了足够的表面积， 各种重要生命活动区域化。 内质网内质网 高尔基复合体高尔基复合体 溶酶体溶酶体 过氧化物酶体过氧化物酶体 uu线粒体虽然也是由膜结线粒体虽然也是由膜结 构组成的，但不属于内膜构组成的，但不属于内膜 系统。系统。 转运小泡转运小泡 内质网内质网 Endoplasmic reticulum 19451945年，年，K.R.Poter-K.R.Poter-电子显微镜电子显微镜-小鼠成纤维细胞小鼠成纤维细胞 图 A 图 B 图A 荧光标记培养的哺乳动物细胞内质网透射电镜图 图B 荧光标记生活的植物细胞内质网透射电镜图 主要内容：主要内容： 一、形态结构 二、类型 三、化学组成 四、功能 五、病理变化 核膜外层核膜外层 一一. .内质网的形态结构内质网的形态结构 内质网 内质网内质网是膜性结构细胞是膜性结构细胞 器，由一层单位膜围成器，由一层单位膜围成 的形状大小不同的的形状大小不同的小管小管 ，小泡小泡，扁囊状扁囊状结构，结构， 相互连接形成一个连续相互连接形成一个连续 的网状膜系统。的网状膜系统。 小管 小泡 扁囊状 细胞膜 核膜 内质网内质网细胞膜细胞膜 内质网的内腔相互连通。 2、内质网腔： 是由内质网 膜围成的腔。 1、内质网膜： 厚度约5 -6nm，面积占整 个内膜系统的一 半左右。 二、内质网的类型 依据不同的形态结构特征，可将内质 网划分为两种基本类型，即： 粗面内质网 （ rough endoplasmic reticulum,RER） 滑面内质网 （ smooth endoplasmic reticulum,SER ） 粗面内质网滑面内质网 特点 膜表面附着大量颗粒状的核 糖体，常由板层状排列的扁平囊 构成，腔内有蛋白质等物质。 是一种动态的可变的细胞器 ，变化体现在形态、大小、数量 和附着的核糖体数目。 （一）粗面内质网（一）粗面内质网 特点 表面光滑无核糖体附着，通 常由分支小管或圆形小泡组成。 某些特化细胞中，滑面内质 网非常丰富。例如肌细胞的肌浆 网。 （二）滑面内质网 两种内质网的分布根据细胞类 型的不同而不同 胰腺外分泌细胞 全为粗面内质网 肌细胞 全为滑面内质网 肾上腺皮质细胞 两者均存在 三、内质网的化学组成 粗面微粒体：粗面内质网 滑面微粒体：滑面内质网 高尔基复合体 线粒体 细胞膜 保存内质网的基本特征 （一）脂类和蛋白质是内质网的主 要化学组成成分 1. 脂类和蛋白质二者比例大约为1:2 。 2.内质网膜类脂双分子层组成以磷酯 含量最多。 3 .内质网中可分辨出30多种不同的 多肽。 （二）内质网膜含有以G-6-酶为标 志酶的诸多酶系 主要包括： 与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系 与脂类物质代谢功能反应相关的酶类 与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类 与蛋白质加工转运的多种酶类 四、粗面内质网的功能 与外输性蛋白质的合成、加工修饰及转运过程 密切相关 v蛋白质合成时，为什么有的 核糖体能与内质网膜结合？ v是什么机制引导核糖体与内 质网的结合？ v合成后的蛋白质怎样穿过内 质网膜进入腔,并进行加工？ The 1999 Nobel Prize in Physiology or Medicine Gnter Blobel 信号密码：signal codon 在mRNA的5端起始密码AUG之后 ，有一组编码特殊氨基酸序列的密码 ，称为信号密码。 信号肽： signal peptide 当氨基酸合成时，先在游离核糖 体上由信号密码翻译出一段肽链，由 16-30个氨基酸组成，称为信号肽。 识别信号肽区域与核糖体的A位点 结合的区域 5 3 7sRNA 信号识别颗粒 信号识别颗粒 (SRP) ： signal recognition particle 存在于细胞质基质中，由6条多 肽链和一个7sRNA分子组成。能够识 别信号肽，并与核糖体结合，形成 SRP-核糖体复合体。 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 AP 核糖体 mRNA 信号肽 A 信号假说 v信号肽（signal peptide） v信号识别颗粒 (signal recognition particle,SRP) v SRP受体(SRP receptor) v 核糖体结合蛋白（ ribophorin） v核糖体（ribosomes) 信号假说 游离核糖体上合成信号肽； SRP识别信号肽，形成SRP-核糖 体复合体，翻译暂停； 核糖体与粗面内质网结合，形成 转运体-SRP受体-核糖体复合物； SRP脱离核糖体，多肽链继续合成； 新生肽在信号肽引导通过运转体通道 穿膜； 信号肽切除，肽链延伸。 2、新生肽链的折叠与装配 PDI 蛋白二硫键异构酶 Bip Bip同未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止蛋同未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止蛋 白质不正确折叠和聚合，并促使它们重新折叠和装白质不正确折叠和聚合，并促使它们重新折叠和装 配。配。 3 3、蛋白质、蛋白质的修饰的修饰 新生肽链进入内质网腔之后，要经过各种不同的修饰和正确的折叠 之后才能运送到其他的部位。 如：糖基化、糖基化、羟基化、酰基化、羟基化、酰基化、 二硫键的形成等二硫键的形成等 蛋白质糖基化蛋白质糖基化 是指单糖或寡糖与蛋 白质共价结合成糖蛋白的 过程。 蛋白质和寡糖的连接方式 N-连接糖基化 寡糖连接 在蛋白质的天 冬酰氨残基侧 链上的氨基上 。 O-连接糖基化 寡糖连接在 蛋白质的丝氨 酸、苏氨酸、 酪氨酸等残基 侧链的羟基上 。 多 萜 醇 p p 甘 甘甘 甘 甘 葡 葡 葡 甘 甘 甘 甘 多 萜 醇 p p 甘 甘 甘 甘 甘 sn 葡 葡 葡 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 多 萜 醇 p p rER腔 rER膜 核糖体 多 萜 醇 p p 多萜醇 N-乙酰葡萄糖胺 甘 甘露糖 葡 葡萄糖 糖基转移酶 、蛋白质的转运 分泌蛋白 膜蛋白 驻留蛋白 溶酶体蛋白 1）分泌蛋白质的转运 分泌蛋白进入内质网腔 糖基化 高尔基复合体 修饰加工 分泌泡 细胞外 运输小泡 细胞外 糖基化 2）跨膜蛋白的膜转移 单次跨膜蛋白 多次跨膜蛋白 起始转移信号 (start transfer signal） 信号肽除了引导核糖体到内质网上外，还具 有作为肽链穿过内质网膜进行转移的作用。 终止转移信号 （stop transfer signal） 肽链中有些序列与内质网膜有很强的亲和力 而能结合在内质网膜中，这段序列不再转移到内质 网腔中。 协同翻译插入协同翻译插入 内信号肽作为起始转移信号启动 多肽链的转移，当内信号肽到达转移 器时，则保留在内质网膜的脂质双层 中，成为单次跨膜的-螺旋结构。内 信号肽能以两个不同的方向与转移器 结合，转移的方向取决于内信号肽两 端氨基酸节段携带的电荷。 内信号肽内信号肽 （internal signal peptideinternal signal peptide） 多次穿膜蛋白 3）驻留蛋白 带有驻留信号（retenton signal) -Lys(赖）-Asp（天冬）-Glu（谷）-Leu（亮 ）-COO- 例 蛋白二硫键异构酶 结合蛋白 作用 能对新生成的肽链进行修饰、转运和折叠等。 分泌性蛋白质 粗 面 内 质 网 的 功 能 膜整合蛋白质 驻留在rER的蛋白质 合成蛋 白质 对蛋白质进行 加工和修饰 对蛋白质转运和分选 蛋白质糖基化 肽链折叠装配 多肽链上二硫键的形成 定位于高尔基复合体、光面内质 网和溶酶体的蛋白质 （二）滑面内质网的功能 脂类的合成与转运 糖原代谢 解毒作用 Ca2+的储存及调节 1.脂类的合成与转运 ExampleExample 磷脂酰胆碱(卵磷脂)合成过程 几乎所有生物膜所需脂类的合成都在内质网中完成几乎所有生物膜所需脂类的合成都在内质网中完成 酰基转移酶 磷脂酸酶 胆碱转移酶 胆碱胆碱 脂肪酸 磷酸 甘油 三种基本底物 三 种 催 化 酶 （在细胞质基质内）（位于内质网的脂质双层） （磷脂、胆固醇、糖脂） （2）脂类分子合成后的转运 翻转：翻转：从细胞质基质面从细胞质基质面“ “翻转翻转” ”到腔到腔 面的膜层中。面的膜层中。 磷脂转移蛋白：磷脂转移蛋白：转运至线粒体和过转运至线粒体和过 氧化物酶体上。氧化物酶体上。 运输小泡：运输小泡：转运到高尔基复合体，转运到高尔基复合体， 溶酶体和细胞膜上。溶酶体和细胞膜上。 (2) 脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 （2）脂类分子合成后的转运 2、糖原代谢 合成代谢 证明有关： 动物绝食，SER变化 证明无关： SER无尿苷二磷酸葡萄 糖-糖原转移酶 分解代谢 SER上有葡萄糖-6-磷酸酶 磷酸化的葡萄糖 不能通过细胞质膜 葡萄糖-6-磷酸 在SER上被水解 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。 3、细胞解毒作用 实验 给动物喂食笨巴比妥 肝细胞滑面内质网增多， 与解毒作用相关的酶含量增加。 SER含有参与解毒作 用的各种酶系。 解毒作用 机体内的外源性和内源性毒物以及药物均是通过肝细 胞的光面内质网完成解毒过程。 氧化酶体系 转移酶体系 细胞色素酶P450 NADPH-细胞色素c还原酶 细胞色素酶b5 NADH-细胞色素b5还原酶 细胞色素酶P450还原酶 解 毒 酶 系 催化多种化合物氧化、羟化、从而钝化或破坏毒 物或药物的毒性；同时，由于羟化作用，化合物 的极性改变，水溶性增强，易于排泄。 4、Ca2+的储存及调节 肌浆网上的 Ca2+泵 胞 质 肌 浆 网 胞 质 Ca2+ Ca2+ 细胞膜 外 界 刺 激 ATP酶 ATP ADP Pi Ca2+ 糖原代 谢 合成脂 类 解毒作 用 储存和调 节Ca2浓 度 滑 面 内 质 网 的 功 能 与胃酸的生成有关 与胆汁的生成有关 脂肪肝 五、内质网的病理变化 肿胀 萎缩 肥大 物质沉积 内 质 网 的 病 理 性 改 变 1肿胀2肥大3有包含物的内质网 高尔基复合体 Golgi complexGolgi complex . . 1898年，意大利学者高尔基 (Camillo Golgi)利用银染技术在 光镜下观察猫的神经细胞时，发现 在细胞核的周围有一嗜银的黑色网 状结构，他称之为内网器。 以后，在真核生物的细胞中都 发现了这种结构，为纪念高尔基本 人，将他命名为高尔基器（Golgi apparatus)。 一、高尔基复合体 的形态结构 1、光镜下的形态结构 形状不一，呈不规则网状 、颗粒状或线状。 分布随细胞不同而有差异。 数量与分化程度、功能有 关。 2、电镜下的形态结构 电 镜 扁平囊 成熟面 小囊泡 大囊泡 形成面 反面高尔基 网状结构 高尔基中间膜囊 顺面高尔基 网状结构 扁 平 囊 呈盘状，3-8层称高尔基堆 扁平囊间距：20-30nm；囊腔宽：6-15nm 凸面：形成（顺）面； 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 膜厚：8nm 膜厚： 6nm 3.golgi complex是一个极性细 胞器 形态结构从顺面到反面膜厚 度增加、 囊腔增宽。 化学组成 居于内质网与细胞膜 之间。 功 能不同膜囊有不同功能。 Cis Golgi network (CGN) 位置：靠近内质网，位于高尔基复 合体顺面的最外侧，又称为 形成面（forming face）。 形态：连续分支的管网状结构， 有许多由粗面内质网芽生 出来的圆形小泡，称为运 输小泡（transfer vesicle） 功能：分选由内质网合成、由运输 小泡运来的物质。大部分转 入中间膜囊，小部分返回内 质网。 标志反应： 嗜锇反应。 Medial Golgi stack（ MGS） 位置：位于顺、反两面之间，片层 膜囊，是主体，由3-8层平 行排列在一起。 形态：略带弯曲的盘状，凸面朝向 顺面，凹面朝向反面。 囊间距20-30nm，囊宽5-15nm 膜囊间有管道相通。 功能：糖基修饰 糖脂形成 多糖合成 标志酶：烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（ NADP酶） Trans Golgi network (TGN) 位置：位于Golgi complex反面的外 层，又称成熟面 (mature face). 形态：管状网，与大囊泡相连。 大囊泡是由膜囊两端局部膨大 形成，直径为nm的球 形泡，膜厚nm。 大囊泡内含分泌物质和溶酶体 酶。因能对所含物质继续浓缩，又称 浓缩泡（condensing vacuole)。 功能：对蛋白质进行修饰，分选，分 选后的蛋白质可由分泌泡排出 细胞或进入溶酶体。 显示酶：硫胺素焦磷酸酶（TTP酶） 胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶） 二、高尔基复合体的功能 1.参与细胞的分泌活动 顶部分泌泡 粗面内质网 高尔基复合体 胰腺细胞中蛋白质合成与运输途径示意图 3H标记亮氨酸 3H标记亮氨酸 3分钟 17分钟 117分钟 粗面内质网 高尔基复合体 顶部分泌泡 二、高尔基复合体的功能 1.参与细胞的分泌活动 2.对蛋白质的修饰加工 3H标记甘露糖 3H标记半乳糖；唾液酸 3H标记N-乙酰葡萄糖胺 高尔基复合体对糖蛋白的合成和修饰过程 具有严格的顺序性。 粗面内质网 高尔基复合体 甘露糖 N-乙酰 葡萄糖胺 半乳糖 + 唾液酸 + 3H标记物 + Asn GlcNAc Man ManMan Man Man Man Man Man GlcNAc 甘露糖苷酶 Asn GlcNAc Man ManMan Man Man Man Man Man GlcNAc N-乙酰葡萄糖胺转移酶 GlcNAcUDP Asn GlcNAc Man ManMan Man Man Man GlcNAc GlcNAc 甘露糖苷酶 UDP Asn GlcNAc Man Man Man Man Man Man GlcNAc GlcNAc N-乙酰葡萄糖胺转移酶 GlcNAcUDP Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAcGlcNAc Gal UDP Gal UDP 半乳糖转移酶 Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAcGlcNAc Gal UDP Gal UDP Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAcGlcNAc Gal CMP Gal CMP SA SA 唾液酸转移酶 Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAcGlcNAc Gal CMP Gal CMP SASA 唾液酸转移酶 蛋白质合成 溶酶体寡聚糖磷酸化 加N-乙酰葡萄糖胺 加半乳糖、加唾液酸 溶酶体 顺面 中层 反面 分泌泡 粗面内质网 高尔基复合体 切除甘露糖 对蛋白质修饰加工示意图 切除甘露糖 N-连接和O-连接糖基化类型的主要区别 特 征 N-连接 O-连接 发生部位粗面内质网高尔基复合体 糖基化方式来自同一个寡糖前 体 一个个单糖加上去 连接的 氨基酸残基 天冬酰胺 丝氨酸、苏氨酸、 酪氨酸、羟脯(赖)氨酸 糖链长度 525个糖残基16个糖残基，ABO血型抗原糖链较 长 第一个糖残基 N乙酰葡萄糖胺N乙酰半乳糖胺、 半乳糖 蛋白质的加工改造 8686个个aaaa组成组成 个个aaaa 个个aaaa 个个aaaa 对蛋白质修饰加工的特点 区隔化 有顺序性 有选择性 二、高尔基复合体的功能 1.参与细胞的分泌活动 2.对蛋白质的修饰和加工 3.对蛋白质的分选和运输 分选蛋白质的机理 蛋白质具有分选信号， 可与高尔基复合体膜上相应 的分选信号受体特定结合， 实现特殊蛋白质的分选。 分选信号的种类 肽链的某一段氨基酸序列 氨基酸侧链的特殊基团 氨基酸侧链的极性和电荷 蛋白质的空间构象 分 选 的 结 果 顺面分选： 反面分选： 驻留蛋白 溶酶体蛋白 分泌蛋白 膜 蛋 白 二、高尔基复合体的功能 1.参与细胞的分泌活动 4.参与膜的转化 2.对蛋白质的修饰和加工 3.对蛋白质的分选和运输 内质网 高尔基 复合体