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 JamesE Rothman 兰迪 谢克曼 RandyW Schekman 托马斯 聚德霍夫 ThomasC S dhof 第五章内膜系统endomenbranesystem 刘慕君 内膜系统 指位于细胞质内 在结构 功能乃至发生上有一定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 高尔基复合体 溶酶体 过氧化物酶体 线粒体虽然也是由膜结构组成的 但不属于内膜系统 转运小泡 内质网 Endoplasmicreticulum 1945年 K R Poter 电子显微镜 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 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 一 内质网的形态结构 内质网 内质网是膜性结构细胞器 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 小管 小泡 扁囊状 细胞膜 核膜 内质网 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 roughendoplasmicreticulum RER 滑面内质网 smoothendoplasmicreticulum 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 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 蛋白质合成时 为什么有的核糖体能与内质网膜结合 是什么机制引导核糖体与内质网的结合 合成后的蛋白质怎样穿过内质网膜进入腔 并进行加工 The1999NobelPrizeinPhysiologyorMedicine G nterBlobel 信号密码 signalcodon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 signalpeptide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 signalrecognitionparticle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 A P 核糖体 mRNA 信号肽 A 信号假说 信号肽 signalpeptide 信号识别颗粒 signalrecognitionparticle SRP SRP受体 SRPreceptor 核糖体结合蛋白 ribophorin 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配 3 蛋白质的修饰 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 羟基化 酰基化 二硫键的形成等 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 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 甘 rER腔 rER膜 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 starttransfersignal 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 stoptransfersignal 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 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 internalsignalpeptide 多次穿膜蛋白 3 驻留蛋白 带有驻留信号 retentonsignal 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 Example 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 酰基转移酶 磷脂酸酶 胆碱转移酶 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 从细胞质基质面 翻转 到腔面的膜层中 磷脂转移蛋白 转运至线粒体和过氧化物酶体上 运输小泡 转运到高尔基复合体 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 Golgicomplex 1898年 意大利学者高尔基 CamilloGolgi 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 Golgiapparatus 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 golgicomplex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 CisGolginetwork 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 formingface 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 transfervesicle 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 MedialGolgistack 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 TransGolginetwork TGN 位置 位于Golgicomplex反面的外层 又称成熟面 matureface 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 condensingvacuole 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 Man Man Man Man Man Man Man GlcNAc 甘露糖苷酶 Asn GlcNAc Man Man Man Man Man Man Man Man GlcNAc N 乙酰葡萄糖胺转移酶 Asn GlcNAc Man Man Man 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 Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAc GlcNAc 半乳糖转移酶 Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAc GlcNAc Gal UDP Gal UDP Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAc GlcNAc Gal CMP Gal CMP SA SA 唾液酸转移酶 Asn GlcNAc Man Man Man GlcNAc GlcNAc GlcNAc Gal CMP Gal CMP SA SA 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 蛋白质的加工改造 86个aa组成 个aa 个aa 个aa 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 细胞膜 运输小泡 分泌泡 核膜 网格蛋白有被囊泡COP 有被囊泡COP 有被囊泡 囊泡