《细胞质及细胞器》PPT课件.ppt

第五章 细胞质及细胞器,光镜下结构,细胞膜,细胞质,细胞核,细胞质基质 内质网 高尔基体 溶酶体 过氧化物酶体 核糖体 线粒体 中心粒 细胞骨架 ,第一节 内膜系统,内膜系统： 是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包围形成的细胞器或细胞结构。 它们靠内与核膜相连接，靠外与细胞膜相连续。,内膜系统,内质网,高尔基复合体,溶酶体,过氧化氢体,为什么真核细胞中会产生内膜系统？,将细胞内部空间区域化，形成执行不同功能的膜性细胞器。,扩大细胞内膜的表面积，膜上镶嵌的蛋白与基质中的蛋白协调配合，高效精确的完成细胞的各种生理生化过程。,是真核细胞特有的结构，是细胞进化的标志。,一、内质网(endoplasmic reticulum ),核膜外层,（一）内质网的形态结构,内质网,细胞膜,内质网是由一层单位膜围成的形状大小不同的管状、泡状、扁囊状结构，共同构成相互连通的网状膜系统。,内质网,小 管,小 泡,扁囊状,细胞膜,核 膜,（二）内质网的化学组成：,微粒体：内质网碎片,ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，脂类主要成分为磷脂,标志酶：葡萄糖6磷酸酶,（三）内质网的类型,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；多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内（胰腺细胞、浆细胞) 。,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。,核糖体,粗面内质网,滑面内质网,RER,SER,（四）内质网的功能,ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。, rER的功能：蛋白质合成、加工与运输。 sER的功能:小分子物质的合成与代谢以及细胞的解毒作用。,（一）高尔基复合体的形态结构,是由数个单层膜扁平囊泡堆在一起形成的有高度极性的细胞器。,凸出的一面对着内质网称为形成面（forming face）或顺面（cis face）。,凹进的一面对着质膜称为成熟面（mature face）或反面（transface）。,顺面和反面都有一些或大或小的运输小泡。,光镜：网状结构,电 镜,扁平囊,成熟面(凹面、反面),小囊泡,大囊泡,形成面（凸面、顺面）,细胞膜,内质网,扁 平 囊,凸面：形成（顺）面；,小 囊 泡,来源：小囊泡融合。,来源：由rER芽生而来。,来源：扁平囊周边或局部球状膨突脱落形成。,凹 面：成熟（反) 面,高尔基体的极性： 位置、方向、物质转运与生化极性,（二）高尔基复合体化学组成,高尔基体膜含有大约60%的蛋白和40%的脂类。 标志酶:糖基转移酶。,（三）高尔基复合体的功能,分泌物的贮存、浓缩、分拣、加工和运输；,参与溶酶体的形成和膜的转变,三、溶酶体（lysosome）,（一）溶酶体的形态结构,由一层膜包围的囊泡状结构异质性细胞器；,内含多种酸性水解酶；,水解酶的最适pH为5.0；,能消化分解各种内源性或外源性物质，称为细胞内的消化器官。,小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体,内吞体,溶酶体的发生,rER,顺面管网,反面管网,高尔基复合体,溶酶体水解酶前体,加入磷酸基团,M-6-P,溶酶体酶,前 溶 酶 体,ATP,ADP+Pi,H+,去除磷酸,PH=5,成熟溶酶体,（二）溶酶体的化学组成,溶酶体膜,溶酶体膜上有H+质子泵；,溶酶体膜内存在特殊的转运蛋白；,溶酶体的蛋白质高度糖基化。,溶酶体的酶:溶酶体含有60多种水解酶，这些水解酶多为酸性水解酶；PH值5.0。,标志酶:酸性磷酸酶,溶酶体,初级溶酶体：只含酶，不含底物。,次级溶酶体：初级溶酶体+底物,次级溶酶体,异噬性溶酶体：初级溶酶体+吞噬体异噬过程,自噬性溶酶体：初级溶酶体+自噬体自噬过程(自体吞噬),残体：已失去酶活性，仅留未消化的残渣,（三）溶酶体的分类,内体性溶酶体：初级溶酶体+吞饮体,内体,初级溶酶体,吞噬体,吞噬溶酶体,吞饮体,内体溶酶体,自噬体,自噬溶酶体,分泌颗粒,分泌溶酶体,次 级 溶 酶 体,残质体,异噬作用,自噬作用,胞外消化,（四）溶酶体的功能,参与细胞内的各种消化活动，并与免疫活动及激素分泌的调节有一定的关系。,溶酶体的消化作用,异噬作用：对细胞内吞物的消化,自噬作用：对自身物质的消化,胞外消化：对细胞外物质的消化,类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂其释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。 类贮积症： 台-萨氏综合征（Tay-Sachs diesease）：溶酶体缺少氨基已糖酯酶A，导致神经节甘脂GM2积累 。 II型糖原累积病（Pompe病）：缺乏-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累。,四、过氧化物酶体（peroxisome）,（一）过氧化物酶体的形态结构,又称微体（microbody）是一种具有异质性的细胞器。直径通常0.5um，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，由单层膜围绕而成。,尿酸氧化酶结晶,（二）过氧化物酶体的化学组成,酶,氧化酶：氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢。,标志酶：过氧化氢酶,过氧化氢酶：对氧化酶作用底物后形成的过氧化氢还原成水。,（三）过氧化物酶体的功能,2H2O2,过氧化氢酶,2H2O + O2,防止H2O2在细胞内堆积，起保护细胞的作用；,对有毒物质的解毒作用：RH2 + H2O2 R + 2H2O；,五、内膜系统结构上的统一性,都有单层膜结构。,核膜外层与粗面内质网相连接，内质网又与高尔基复合体、溶酶体、微体、细胞膜相连通。,细胞膜内陷以及内质网芽生出小泡，这些小泡在细胞中移行与细胞膜、高尔基复合体、溶酶体也发生联系。,这种细胞膜和细胞内各种膜相结构间的相互联系和转移称为膜流。,细胞膜,胰腺泡细胞内膜间的相互关系,核膜,分泌泡,高尔基扁平囊,高尔基小泡,内质网,第二节 线粒体(mitochondrion),线粒体细胞的“动力工厂”,一、线粒体的形态结构：,（一）形态、大小、分布,形态：(光镜下） 线状、粒状、短杆状；有的圆形、哑铃形、星形；还有分枝状、环状等,大小：细胞内较大的细胞器。一般直径：0.51.0um;长度：3um。,数目：不同类型的细胞中差异较大。正常细胞中：10002000个。,分布：因细胞形态和类型的不同而存在差异。通常分布于细胞生理功能旺盛的区域和需要能量较多的部位。,线粒体的形态结构,Localization of mitochondria near sites of high ATP utilization in cardiac muscle and a sperm tail.,（二）亚显微结构,电镜：线粒体是由两层单位膜围成的封闭的囊状结构。,外 膜,内 膜,膜间隙,（膜间腔、外室）,嵴,嵴间隙,（嵴间腔 、内室 ） 内含基质,外 膜,外膜含有多套运输蛋白（通道蛋白） ，允许分子量为10 000以内的物质可以自由通过。,内 膜,外膜,内膜,通透性很差，但有高度的选择通透性，借助载体蛋白控制内外物质的交换。,膜间隙（外室）,内膜向内突起形成嵴,嵴,内外膜之间膜间隙,嵴间腔（内室）,嵴内腔,外膜,嵴内腔,嵴与基粒,嵴：,嵴的形态和排列方式差别很大,基粒（ATP酶复合体）：,基粒 （ATP酶复合体）,头部:合成ATP,柄部: 调节质子通道,基片：质子的通道,内膜向内室折叠形成，可增加内膜的表面积。,（三）线粒体的化学组成,蛋白质，占65-70% 脂类，占25-30% DNA，占5% 多种酶和辅酶 特点： 含酶最多的细胞器； 内膜为膜蛋白最丰富的膜； 动物细胞唯一含DNA的细胞器。,基质标志酶：苹果酸脱氢酶,外膜标志酶：单胺氧化酶,内膜标志酶：细胞色素氧化酶,膜间腔标志酶：腺苷酸激酶,线粒体中各部位的标志酶,一）自主性表现：,二、线粒体半自主性,1、有mtDNA (约15kb，环状、裸露),2、有自已特殊的蛋白质合成系统,3、有其特殊的物 质转运系统,1、 mtDNA 信息量少，只能合成5%的内膜蛋白。 mtDNA编码：2种rRNA 22种tRNA 13种多肽 2 、其蛋白合成系统中的DNA聚合酶，RNA聚合酶， 核糖体蛋白质、氨基酸活化酶等仍由核基因编码。,二）自主性的限制：,三、线粒体的生物发生,一）内共生学说 线粒体起源于古老厌氧真核细胞中寄生的需氧细菌其核糖体结构、蛋白质合成起始过程及对药物的敏感性都与细菌相似、不同于真核细胞。,二 ）非共生起源学说 （分化起源学说） 真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧菌，其通过细菌细胞膜的内陷、扩大和分化，后逐渐形成了线粒体雏形。,间壁分离,收缩分离,出芽分裂,第三节 核糖体(ribosome) 细胞内蛋白质的合成场所,一、核糖体的形态结构,形态：不规则颗粒状（无膜） 结构：大亚基 小亚基,二、核糖体的化学组成,rRNA,蛋白质,原核细胞核糖体(70S),真核细胞核糖体(80S),化学 组成,70S核糖体,50S,30S,80S核糖体,60S,40S,23S RNA,16S RNA,5S RNA,28S RNA,5.8S RNA,5S RNA,18S RNA,34种蛋白质,21种蛋白质,50种蛋白质,33种蛋白质,核糖体活性部位,mRNA结合部位：小亚基上，与 mRNA结合,核糖体活性部位模式图,A位：大亚基上，接受氨基酸 tRNA位,P位：大亚基上，释放tRNA位,肽基转移酶部位：大亚基上， 催化肽键形成,GTP酶位：大亚基上，移位AP,动画,三、核糖体的分布类型,附着核糖体,核仁,游离核糖体,附着核糖体,示核糖体分布,核糖体的存在形式,大、小亚基分散于细胞质中非功能态 大、小亚结构结合，游离于细胞质中或附着于内质网上-功能态，常形成多聚核糖体。 核糖体的功能态与非功能态处于动态平衡中。,四、核糖体的功能,合成蛋白质的机器,游离核糖体 ：于胞质中的核糖体合成细胞本身所需结构蛋白，如细胞内代谢酶、红细胞内血红蛋白、 肌细胞的肌动蛋白等。,附着核糖体：于内质网上的核糖体合成分泌蛋白，如激素、抗体、酶类等， 溶酶体酶也是附着核糖体合成的。,第四节 细胞骨架(cytoskeleton),细胞骨架： 指存在于真核细胞中的蛋白纤维网架体系。,作用： 维持细胞一定的形状； 网络各游离的细胞器； 与细胞的运动有关。,细 胞 骨 架,微管,微丝,中间纤维,线粒体,核糖体,内质网,一、微管(microtubule， MT),1、形态结构与化学组成,（1）微管的形态结构： 微管由蛋白质组成的中空管状结构。,微管由13条原纤维包围而成（每条原纤维由微管蛋白、两个亚基相间排列成长柱状）。,5-9nm,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,微管蛋白,微管蛋白,异二聚体,原纤维,微管,（13）,亚单位,亚单位,微管蛋白(tubulin)：占80% 由和两个亚单位组成,以异二聚体的形式存在 。,（2）微管化学组成：,微管的结合蛋白（MAPs）:占20%,微管相关蛋白,微管结合蛋白（MAPs）,MAP1,MAP2,微管结合蛋白：Tau蛋白,作用： 1.抵抗解聚、稳定微管、在体外加速微管蛋白聚合。 2.调节微管与其他细胞成分的相互关系。,（二）微管的类型：,（三）微管的装配：,微管的体外组装,+,-,踏 车,MT在正极装配，在负极解聚极性装配,微管的体内组装,微管的体内组装除遵循体外装配的规律外，还受严格的时间和空间的控制。,时间控制： 细胞生命活动的特殊时刻。 可受特殊因素的影响：温度、压力、 PH值、 Ca2+浓度、 秋水仙素、紫杉酚等。,空间控制：,微管装配是从特殊始发区域(微管组织中心)开始。,微管组织中心 (microtubule organizing center,MTOC),活细胞内微管组装时总是以某部位为中心开始聚集，这个中心称为微管组织中心,包括中心体、基体和着丝粒等。,二、微丝(microfilament， MF),1、结构与分子组成,（1）微丝的形态结构： 又称肌动蛋白纤维(actin filament), 是指真核细胞中由肌动蛋白(actin)组成、直径为7nm的骨架纤维。,（2）微丝的分子组成：,肌动蛋白(actin),球状肌动蛋白 (肌动蛋白单体 G-actin),纤维状肌动蛋白 (肌动蛋白聚合体 F-actin),-肌动蛋白(肌细胞), -肌动蛋白(非肌细胞), -肌动蛋白(非肌细胞),微丝结合蛋白：,肌球蛋白(myosin) 主要分布于肌细胞，有两个球形头部结构域(具有ATPase活性)和尾部链，形成粗肌丝。,原肌球蛋白(tropomyosin, Tm)由两条平行的多肽链形成-螺旋构型,位于肌动蛋白螺旋沟内,结合于细丝，调节肌动蛋白与肌球蛋白头部的结合。 肌钙蛋白 (Troponin, Tn)为复合物，包括三个亚基：TnC(Ca2+敏感性蛋白)能特异与Ca2+结合; TnT(与原肌球蛋白结合); TnI(抑制肌球蛋白ATPase活性),Tropomyosin, actin and troponin,肌肉的组成,由肌原纤维组成，肌原纤维包括粗肌丝和细肌丝，粗肌丝主要成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白、原肌球蛋白和肌钙蛋白。,2、微丝的组装：,G-actin,F-actin,+,-,踏 车,MF在正极装配，在负极解聚极性装配,+,Tread milling,踏车现象： 当G-actin处于临界浓度时，MF的装配可以表现出ATP-actin继续在（+）端添加而延长，而在（-）端脱落而缩短，表现出一种“踏车”现象。,微丝是一动态结构 Mg2+ K+ Na+ ATP 鬼笔环肽 单体 微丝 Ca2+ ADP细胞松驰素B,有些微丝是永久性的结构, 有些微丝是暂时性的结构,1、中间纤维的类型,分为5类：角蛋白、结蛋白、神经胶质纤维 、波形 纤维蛋白、神经元纤维 。 具有组织特异性，不同类型细胞含有不同IF。 通常一种细胞含有一种中