临床细胞的内膜系统与囊泡转运.ppt

第五章 细胞的内膜系统与囊泡转运,内膜系统：指细胞内那些在结构，功能及其发生上相互密切关联的膜性结构细胞器的总称。,内膜系统,高尔基复合体,溶酶体,过氧化物酶体（？）,内质网,第一节 内质网,1945年，K.R.Poter-电子显微镜-小鼠成纤维细胞 分布于除哺乳动物成熟红细胞以外的真核细胞内,(Endoplasmic reticulum,ER),一、内质网的化学组成,微粒体,微粒体：细胞匀浆离心后，内质网断裂形成的封闭囊泡。 粗面微粒体(A) 滑面微粒体(B),内质网通常占细胞全部膜相结构的50%左右,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种膜结合蛋白。 葡萄糖-6-磷酸酶标志酶,内质网膜,核膜外层,扁囊状 管状 泡状,内质网,细胞膜,内质网,小管,小泡,扁囊状,细胞膜,核膜,二、内质网的形态结构,粗面内质网 rER （rough ER): 膜表面附着核糖体； 形态多为扁囊状； 多分布在分泌活动旺盛和分化较完善的细胞, 如胰腺细胞，浆细胞。,三、内质网的基本类型,粗面内质网的形态:扁囊,电镜下显示内质网（兰色），核糖体颗粒（绿色）,滑面内质网sER （smooth ER): 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，如皮脂腺细胞等。,滑面内质网的形态：管状、泡状,粗面内质网的功能,1.作为核糖体的附着支架，参与蛋白质的合成,4. 蛋白质的胞内运输,3. 蛋白质糖基化,2. 新生多肽链的折叠与装配,四、内质网的功能,滑面内质网的功能,滑面内质网的功能 （多功能的细胞器）,1.脂质的合成与转运（肾上腺细胞、睾丸间质细胞、黄体细胞） 2.糖原的代谢（肝细胞） 3.解毒作用（肝细胞） 4. Ca2+ 的储存场所，调节肌肉的收缩（肌细胞的肌质网） 5. 分泌胃酸、胆汁（胃壁腺细胞、肝细胞）,五 内质网异常与疾病,内质网最常见的病理改变是肿胀、囊池塌陷或肥大 内质网肿胀、脱粒 内质网囊池塌陷 内质网肥大 内质网囊腔中包含物的形成 蛋白质、糖原和脂质在内质网中的贮积 内质网在不同肿瘤细胞中呈现多样性改变,1.作为核糖体附着的支架，参与分泌蛋白的合成。,分泌蛋白质合成的信号肽假说,信号肽假说（Signal hypothesis）：认为蛋白质N端的信号肽，是指导该蛋白质转至粗面内质网上合成的决定因素。Blobel因此项发现获2019年诺贝尔生理医学奖。,粗面内质网与蛋白质的合成,信号肽,信号识别颗粒（SRP),SRP-R,移位子,蛋白质转入内质网合成涉及的成分,信号肽（signal peptide）：,一段1630个氨基酸残基构成的多肽 在分泌蛋白的肽链合成前合成 可以被SRP识别 可以引导分泌蛋白的肽链进入内质网腔 分泌蛋白进入内质网腔后信号肽被切除,A,P,信号肽,信号识别颗粒（SRP）： 存在部位：胞质 由6个多肽和1个7SRNA构成。 与信号肽结合，导致蛋白质合成暂停。 识别内质网膜上SRP 受体, SRP受体（SRP -R） 内质网膜整合蛋白 可与SRP特异识别、结合从而使核糖体锚泊于内质网膜的通道蛋白移位子上,内质网膜上的亲水通道 动态结构，有两种可转化的构象 开放-与核糖体结合时 关闭-蛋白质完全转移进内质网腔后,移位子,移位子,内质网腔,细胞质,SRP受体,信号识别颗粒(SRP),移位子,tRNA,A,P,信号肽,A,信号肽假说,具体过程：,分子伴侣帮助内质网内新生的多肽链折叠与组装,2.新生多肽链的折叠与装配,错误折叠的蛋白质、未完全装配的蛋白质,分子伴侣,分子伴侣：能够帮助多肽链转运、折叠和组装的结合蛋白，本身不参与最终产物的形成。 内质网内的分子伴侣为内质网驻留蛋白。,滞留、纠正,不能纠正：进入细胞质降解,蛋白质质量的控制,过量堆积,内质网应激，可能导致细胞凋亡,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。,N-连接的糖基化：发生在内质网腔内,O-连接的糖基化：主要在高尔基复合体中进行。,3. 蛋白质的糖基化,糖基化的作用： 对蛋白质具有保护作用 具有运输信号的作用 形成细胞膜表面的糖被,N-连接的糖链：2个N-乙酰葡萄糖胺、9个甘露糖、3个葡萄糖组成的14寡糖。,N-连接糖基化： 寡糖链与天冬酰胺残基 的NH2连接。,甘,甘,甘,甘,甘,甘,甘,甘,甘,rER腔,rER膜,糖基转移酶,正在ER中合成蛋白质的N-连接糖基化,4. 蛋白质的胞内运输,2 滑面内质网参与糖原的代谢（肝细胞）,第二节 高尔基复合体（GC),1898 意大利-高尔基（Camillo Golgi)-光镜-枭、猫-神经细胞,(Golgi complex),电 镜,扁平囊,成熟面,小囊泡,大囊泡,形成面,一、高尔基体的形态结构,（一）高尔基体由扁平囊泡、小囊泡和大囊泡构成,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。,大 囊 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,膜流：细胞的各种膜性结构之间相互联系和转移的现象称膜流。,内质网,运输小泡,高尔基复合体,大囊泡,细胞膜,1） GC由小囊泡、扁平囊和大囊泡组成 2） 来自RER的小泡不断并入高尔基复合体的扁 平囊的顺面，使扁平囊不但得到补充 3）大囊泡不断的从扁平囊的反面脱落，使扁平 囊得以不断的更新,高尔基复合体是动态平衡的细胞器,家兔脊神经节细胞,二、高尔基体的化学组成,三、高尔基复合体的功能,（一）GC是细胞内蛋白质运输分泌的中转站,（二）GC是胞内物质加工合成的重要场所,（三）GC是胞内蛋白质的分选和膜泡定向运输的枢纽,3H标记亮氨酸,3分钟,17分钟,117分钟,（一）GC是细胞内蛋白质运输分泌的中转站,（二）GC是胞内物质加工合成的重要场所,O-连接的寡糖链：在高尔基复合体内合成。,糖蛋白,N-连接的寡糖链：在rER腔内合成，在GC 中完成修饰。,1.糖蛋白的加工合成,N连接糖基化 O连接糖基化,发生部位 内质网 高尔基复合体,连接的氨基酸 天冬氨酸 丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸,连接基团 -NH2 -OH,糖链长度 14 个糖基 6个以内糖基,糖基化方式 寡糖链一次性连接 单糖基逐个添加,甘露糖苷酶I,甘,甘,N-乙酰葡萄糖胺转移酶,甘,甘,N-乙酰 葡萄糖胺,甘露糖苷酶II,甘,甘,N-乙酰葡萄糖胺转移酶,N-乙酰 葡萄糖胺,半乳糖转移酶,唾液酸转移酶,GC对N-连接的寡糖链的修饰,3H标记甘露糖,3H标记半乳糖；唾液糖,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。,A肽,B肽,C肽,NH2,COOH,S-S,S-S,S-S,2.蛋白质的水解和加工,蛋白质合成,加唾液酸；分拣,溶酶体,顺面管网,反面管网,大泡（分泌颗粒）,rER,高尔基复合体,中间膜囊,（三）GC是胞内蛋白质的分选和膜泡定向运输的枢纽,四、高尔基复合体与疾病,第三节 溶酶体,(lysosome) （细胞的“消化器官”）,一、溶酶体的形态结构和化学组成,（一）溶酶体具有高度异质性,（二）溶酶体的共同特征,形态：都是由一层单位膜包裹而成的囊球状结构小体,溶酶体的酶：共有60多种水解酶 均为酸性水解酶 最适PH为5.0 标志酶（特征性酶）：酸性磷酸酶,溶酶体的膜 溶酶体膜蛋白高度糖基化：防止自身被水解消化 溶酶体膜上嵌有H+质子泵：保持溶酶体基质内的酸性环境。 溶酶体膜上存在特殊的转运蛋白：可运输溶酶体消化产物。,H+质子泵,二、溶酶体的类型,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,三级溶酶体（残余小体） 未消化和不能消化分解的残渣物质。,脂褐质,髓样结构,含铁小体,（一）以功能状态不同分为三种类型,初级溶酶体 (primary lysosome): 新生溶酶体，体积 小，内含未被激活的水解酶，无底物。,次级溶酶体（secondary lysosome):,初级溶酶体+内源性底物自噬性溶酶体,初级溶酶体+外源性底物异噬性溶酶体,脂褐素,髓样结构,内吞体,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,H+,去除磷酸,成熟溶酶体,选择性富集,溶酶体的发生,三、溶酶体形成与成熟过程,内吞体,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,H+,去除磷酸,成熟溶酶体,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。,自溶作用： 细胞自身的溶解死亡,四、溶酶体的功能,1.异噬作用-异噬性溶酶体 对细胞内吞物质进行消化,2.自噬作用-自噬性溶酶体 对衰老、残损的细胞器分解,通过这两个作用方式可以将物质分解为小分子被细胞重新利用,（一）溶酶体能够分解胞内的外来物质及清除衰老、残损的细胞器,（五）溶酶体在生物个体发生与发育过程中起重要作用,1 胞外消化：溶酶体在某些情况下可通过胞吐方式释放到细胞外，消化分解细胞外物质，这种现象体现在受精过程和骨质更新过程。,动物精子头部顶端的顶体是一种特化的溶酶体，含有多种水解酶。,顶体参与受精过程,在骨质更新中的作用,破骨细胞的溶酶体酶能释放到细胞外，分解和消除陈旧的骨基质，这是骨质更新的一个重要步骤。,溶酶体的自溶作用与器官发育,哺乳类动物子宫内膜的周期性萎缩,在多细胞生物的发育过程中，对形态建成 具有重要作用 手指、足趾的形成 两栖类蝌蚪变态时的尾部吸收,内体,初级溶酶体,吞噬体,异噬溶酶体,吞饮体,异噬溶酶体,自噬体,自噬溶酶体,分泌颗粒,自噬溶酶体,次 级 溶 酶 体,残余小体,异噬作用,自噬作用,胞外消化,五、溶酶体与疾病,（一）溶酶体膜失常引起的疾病 矽肺、石棉沉着病、痛风、类风湿关节炎,（二）贮积病 由先天性缺乏某些酶引起代谢障碍造成 溶酶体过载而致病。如：型糖原蓄积病、粘多糖贮积病；,第四节 过氧化物酶体,1954年Rhodin电镜小鼠肾小管上皮细胞微体,一、过氧化物酶体的形态结构,电镜：由一层单位膜包围、 高电子密度、圆形或 卵圆形的细胞器。 0.2-1.7um,(peroxisome),特征性结构,二、过氧化物酶体所含的酶,标志酶：过氧化氢酶。,酶,氧化酶：50%，作用：氧化底物的同时，将氧还原成 过氧化氢。,过氧化物酶：将过氧化氢还原成水。,过氧化氢酶：40%, 作用：将过氧化氢还原成水。,三、过氧化物酶体的功能,2H2O2,过氧化氢酶,2H2O +O2,（一）清除代谢过程中产生的H2O2在及其它毒性物质,（二）细胞氧张力调节,（三）分解脂肪酸等高能分子,RH2+H2O2 R+ 2H2O,防止H2O2在细胞内堆积，起保护细胞的作用。,RH2+O2R+ H2O2,过氧化氢酶,氧化酶,利用H2O2氧化有毒物质起到解毒作用,四、过氧化物酶体的发生,物质来源： 酶： 游离核糖体合成 膜： 内质网,增殖方式： 细胞内新的过氧化物酶体由原有的通过生长和分裂形成,起 源,传统：与溶酶体相似,内质网芽生而来：内质网小泡高尔基复合体 分泌泡过氧化物酶体,近年来认为：与线粒体相似,五 过氧化物酶体与疾病,（一）原发性过氧化物酶体缺陷所致的遗传病,遗传性无过氧化氢酶血症,（二）疾病过程中过氧化物酶体的病理改变,数量、体积、形态等异常,兰迪谢克曼,詹姆斯罗斯曼,托马斯祖德霍夫,2019年诺贝尔生理学或医学奖授予2名美国科学家和1名德国科学家，以表彰他们发现细胞的囊泡运输调控机制。,第五节 囊泡与囊泡转运,囊泡的特点： 不稳定 伴随物质的转运,常见囊泡,Clathrin coated vesicles,COPII 衣被形成,Cop I and II Vesicles,Cop I Vesicles,COPI,COPII,网格蛋白有被囊泡,二 囊泡转运,物质定向运输 信号转导 膜流,意义：,可溶性N-乙