《细胞的内膜系统》PPT课件.ppt

第三章内膜系统细胞器 内膜系统 endomembranesystem 位于细胞内 在结构 功能乃至发生上有一定联系的膜性结构的总称 内膜系统包括 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化物酶体及核膜等 基质溶胶 细胞内物质包细胞内膜系统和基质溶胶基质溶胶的功能 为细胞器维持正常结构提供环境保障 为细胞器完成功能提供底物 也是许多信号分子存在的场所 第一节核糖体 早在40年代初 就有人发现细胞内有一种颗粒状结构与蛋白质合成有关 1955年 Palade研究了这种颗粒的性质 故历史上曾有所谓 Palade颗粒 之称 直到1958年 Roberts才根据这种颗粒组成成分的性质 提出了核糖核蛋白体的概念 简称核糖体或核蛋白体 ribosome 是细胞内蛋白质合成的 工作台 核糖体是合成蛋白质的细胞器 其唯一的功能是按照mRNA的指令由氨基酸高效且精确地合成多肽链 核糖体呈颗粒状 有较强的嗜碱性 大小不等 平均直径约在23nm 25nm左右 个别小的只有8nm 大的可达30nm 存在数量与细胞蛋白质合成功能有关 可以从几百个到数万个不等 一般每个细菌细胞中约含有1 6 104个 每个真核细胞约含1 106个 分布特点 核糖体几乎存在于所有的细胞中 目前仅发现极少特化细胞 无核红细胞 无此结构 因此人们认为核糖体是细胞最基本的不可缺少的结构 核糖体的结构 多聚核糖体 蛋白质合成时 多个核糖体结合到一个mRNA分子上 成串排列 形成蛋白质合成的功能单位 称为多聚核糖体 第二节 内质网 endoplasmicreticulum ER 1945年PorterK R和ClaudeA D用电子显微镜观察培养的小鼠成纤维细胞发现细胞质中有一些形状大小略有不同的小管 小囊连接成网状的结构称内质网 内质网的形态结构 三种结构单位 扁平囊 小管和小泡1 扁平囊排列 内质网膜之间为狭窄的腔 形状扁而长 不封闭 两膜间宽度40 50nm 常常很多重叠在一起 在纵切面上为一个个两端封闭的扁长管道 平行状排列并相互连通 2小泡状排列 vesiculararrangement 内质网的形状为泡状 如气球 腔较大 直径约为40 500nm之间 囊内腔隙称作小池 切片上呈圆形或近似圆形的腔 在一些特殊生理状态的细胞与病变的细胞中常常可见 3小管状排列 tubulararrangement 内质网呈分支而细长的管子 互相连通 交错成复杂的网状 管的直径约0 5 1nm 内质网的形态变异很大 其形态 数量和分布在不同细胞中不同 常与细胞的类型 生理功能状态 分化程度以及环境条件有关 鼠肝细胞 扁囊 小管睾丸细胞 小管同一细胞不同区域的内质网其形态也会随发育时期 生理状态不同而不同 内质网的种类 粗面内质网 roughER rER 滑面内质网 smoothER sER 微粒体 microsome 在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构 在体外实验中 具有蛋白质合成 蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能 肌质网 sarcoplasmicreticulum 心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网 其功能是参与肌肉收缩活动 粗面内质网 呈扁囊状 膜上附着有核糖体 与外核膜相连 其腔常与核周腔 核周间隙 相连 分布广泛 肝 胰腺 胚胎细胞 干细胞 肿瘤细胞 光面内质网sER 呈分支管状 内质网上无核糖体颗粒 内质网的化学组成 内质网与生物膜系统一样 由脂类和蛋白质构成 内质网膜含丰富的磷脂酰胆碱 而鞘磷脂含量很少 内质网膜含的蛋白质含量比细胞膜高 内质网膜具有大量的酶 其中葡萄糖 6 磷酸酶是内质网的标志酶 脂类 30 70 蛋白质 40 60 内质网的功能 1 蛋白质合成 加工 分选 转运2 脂类合成 磷脂 胆固醇 3 糖代谢4 解毒作用 1 蛋白质的合成 修饰和转运 分泌性蛋白 膜蛋白 内质网腔可溶性驻留蛋白 溶酶体蛋白参与蛋白质合成过程 非膜蛋白的合成与转移 信号肽假说 信号肽假说 1972年 C Milstein等在研究骨髓瘤细胞中的发现 1975年 G Blobel和D sabatini提出了信号假说 1999年 G Blobel获得了诺贝尔医学和生理学奖 现已确定 蛋白质N端的信号序列 控制蛋白质在细胞内的转移与定位 是蛋白质在粗面型内质网上合成的决定因素 信号肽 信号肽 signalsequence 位于N端一级结构上连续16 26 15 60 AA残基 由信号肽的C端 信号肽的N端 疏水核心区三个区段组成 通过新生肽链上的信号肽将核糖体引导到内质网膜上 并在内质网中完成蛋白质合成 而信号肽本身在蛋白质合成完成之前就被切除 信号识别颗粒 signalrecognitionparticle SRP 由6种多肽和一个7S的RNA组成的复合物功能 可与新生的信号肽 核糖体 停泊蛋白结合 示 蛋白质的折叠内质网中含有丰富的氧化型谷胱甘肽 GSSG 蛋白二硫异构酶和分子伴侣系统 为蛋白质的折叠提供了极为有利的环境 二硫键的形成 多肽链的折叠 蛋白质的糖基化修饰 N 连接糖蛋白的形成 蛋白质的加工与修饰 分子伴侣 能够特异性地识别新生肽链或部分折叠的多肽并与之结合 帮助这些多肽进行折叠 装配和转运 但其本身并不参与最终产物的形成 只起陪伴作用 分子伴侣的KDEL序列 2020 2 9 29 蛋白质在ER腔内的糖基化 在内质网膜上的核糖体所合成的蛋白质分为四类 分泌蛋白 膜蛋白 溶酶体酶 驻留蛋白 2020 2 9 30 上述蛋白质在ER腔内的糖基化是ER主要的生物合成功能之一 糖基化是由N 乙酰葡萄糖氨 甘露糖和葡萄糖等于多肽链上天冬酰胺残基侧链上的氨基基团连接 因此是N 连接 2020 2 9 31 肽链在内质网膜中糖基化 N 连接糖基化 2020 2 9 32 N 连接糖基化 膜整合蛋白质的嵌插机制 协同翻译 co translationinsertion 穿膜信号 start transfersignal 终止穿膜信号 stop transfersignal 2 脂类合成 SER膜上含有合成固醇的全套酶系 可使脂肪酸氧化生成乙酰辅酶A 其中乙酰基经胆固醇合成固醇类激素肾上腺皮质细胞 卵巢黄体细胞和睾丸间质细胞中含有大量的SER 3 糖类代谢 糖原合成和分解4 解毒作用 由肠道吸收的外源性有毒物质或药物及机体代谢自生的内源性毒物 大多数经过肝细胞内的SER通过氧化 甲基化 结合等方式 使毒性降低 失毒或利于排泄 内质网与疾病 内质网的肿胀粗面内质网解聚和脱粒内质网内的物质堆积 第三节高尔基复合体 Golgiapparatus 高尔基复合体是由一层单位膜包围而成的复杂的囊泡系统 电镜下由小囊泡 扁平囊和大囊泡组成 高尔基复合体的形态结构 小囊泡 Vesicle 扁平囊 saccule 大囊泡 Vacuole 所以高尔基体称为高尔基复合体 扁平囊 saccule 是高尔基体的主体部分 有4 6个扁平囊泡组成内质网面称为生成面或未成熟面 也有称顺面细胞膜一侧称为分泌面 成熟面 反面 高尔基复合体的化学组成 高尔基复合体约含60 的蛋白质和40 的脂类 膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于ER和质膜之间 中性脂类主要包括胆固醇 胆固醇酯和甘油三酯 高尔基复合体含有多种酶类 糖基转移酶 璜基 糖基转移酶 磷脂酶 蛋白激酶等 其中糖基转移酶被认为是高尔基复合体的特征酶 顺面膜囊 formingface cisGolgi CGN 接受内质网新合成的物质 分类后转入中间膜囊 小部分返回 驻留蛋白 丝氨酸O 连接的糖基化 跨膜蛋白胞质侧的酰基化中间膜囊 medialGolgi 多数糖基化修饰 膜脂形成 多糖合成反面膜囊 transGolgi 网状结构 TGN 管网状 连接囊泡 参与蛋白质的分类与包装 最后输出 囊泡运输 高尔基体的功能 对蛋白质和脂类进行糖基化参与细胞的分泌活动参与蛋白质的分选水解和加工蛋白质参与膜的转化 1 蛋白质的糖基化及其修饰N 连接的糖链合成起始于内质网 完成于高尔基体 许多糖蛋白同时具有N 连接的糖链和O 连接的糖链 O 连接的糖基化在高尔基体中进行 通常第一个连接上去的糖单元是N 乙酰半乳糖 连接的部位为Ser Thr和Hyp的OH基团 然后逐次将糖基转移上去形成寡糖链 糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记 改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性 在高尔基体上还可以将一至多个氨基聚糖链通过木糖安装在核心蛋白的丝氨酸残基上 形成蛋白聚糖 这类蛋白有些被分泌到细胞外形成细胞外基质或粘液层 有些锚定在膜上 内质网和高尔基体中与糖基化和寡糖加工有关的酶都是整合膜蛋白 2 参与细胞分泌活动负责对细胞合成的蛋白质进行加工 分类 并运出 其过程是SER上合成蛋白质 进入ER腔 出芽形成囊泡 进入CGN 在medialGdgi中加工 在TGN形成囊泡 囊泡与质膜融合 排出 高尔基体对蛋白质的分类 依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑 分选 每一类蛋白质都有特异的标识 溶酶体中的酶带有M6P 6 磷酸甘露醇 分选主要与蛋白质有关 分选和转运的信息存在于基因本身 TheGolginetworksareprocessingandsortingstationswhereproteinsaremodified segregatedandthenshippedindifferentdirections 3 进行膜的转化功能高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间 因此高尔基体在进行着膜转化的功能 在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后 经过修饰和加工 形成运输泡与质膜融合 使新形成的膜整合到质膜上 新膜内质网形成 经运输小泡 成为高尔基体形成面的膜 高尔基体成熟面 分泌小泡 细胞膜4 将蛋白水解为活性物质如将蛋白质N端或C端切除 成为有活性的物质 胰岛素C端 或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽 如神经肽 5 参与形成溶酶体 6 参与植物细胞壁的形成 7 合成植物细胞壁中的纤维素和果胶质 Golgicomplexandcell ssecretion Continual unregulateddischargeofmaterialfromthecells Thedischargeofproductsstoredincytoplasmicgranules inresponsetoappropriatestimuli VesivulartransportwithintheGolgiapparatus Twoviews cisternalmaturationmodelandvesiculartransportmodel TwopossiblemodelsexplainingtheorganizationoftheGolgicomplexandthetransportfromonecisternatothenext 高尔基复合体与疾病 高尔基体肥大高尔基体萎缩 消失高尔基体与癌症 第四节 溶酶体 Lysosome 一 溶酶体的形态特征 溶酶体为直径很小的囊状小体 其外包以一层厚约6nm的单位膜 膜内含有活性很高的酸性水解酶60多种 溶酶体的类型 内体性溶酶体 由高尔基复合体成熟面的扁平囊形成有被小泡 脱落后再与内体合并即为内体性溶酶体 吞噬性溶酶体当内体性溶酶体与细胞内衰老的细胞器或由细胞胞吞作用摄入的外来物质融合后便形成吞噬性溶酶体 2 1自噬性溶酶体2 2异噬性溶酶体2 3终末溶酶体 内体性溶酶体的形成 图 溶酶体的功能 内吞物质消化细胞自身物质的分解参与激素的形成消除陈旧的骨质在组织变态与萎缩中的作用协作精子与卵细胞结合 溶酶体的消化作用 细胞内吞物质的消化溶酶体消化功能的一个重要表现是消化由细胞内吞摄入的细胞外物质 通常将内吞物质的消化分为吞噬作用和吞饮作用两个方面 吞噬作用是指细胞吞噬大的颗粒状物质如细菌 异物 红细胞等 内吞物质消化的另一个方面是吞饮作用 该作用是指细胞内吞小颗粒状物质和水溶性大分子如抗体 酶 激素和毒素等 与吞噬作用不同 动物和人体所有的细胞几乎都有吞饮功能 吞饮作用的