细胞生物学-内质网

授课人：冯卫国 ,熟悉：内膜系统的概念和意义掌握：内质网的形态结构和类型熟悉：内质网的功能、信号假说了解：内质网与医学,content,内膜系统概述内质网(endoplasmic reticulum, ER)高尔基复合体(Golgi complex, GC)溶酶体(lysosome)过氧化物酶体(peroxisome),第五章 内膜系统 endomembrane system,概念：内膜系统指真核细胞内在结构上、功能上及发生上有一定联系的由膜构成的细胞器。包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体和过氧化物酶体、液泡等。,意义：提高了细胞的代谢效率。扩大了细胞内代谢活动的表面积；使细胞内部区域化：独立性、协作性；主要功能：细胞内蛋白质的合成与分选；酶类、脂类和糖类的合成。,内质网的形态结构内质网的化学组成内质网的分类内质网的功能多肽链在信号肽指导下进入内质网内质网与医学,一层单位膜构成的膜性细胞器。细胞膜内质网外核膜。内质网是细胞内最大的细胞结构。(50%、10%)单位结构：小管、小泡和扁囊三种结构并存或有其中12种组成的三维网状膜系统。,内质网腔：内质网膜围成的腔。内质网膜与核外膜相连续，内质网腔与核膜腔相通。可增加细胞内膜的面积，并将细胞质基质分割成不同区域。,粗面内质网(rough endoplasmic reticulum, rER)：膜上有许多颗粒状的核糖体附着，由于表面粗糙而得名。滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum, sER)：无核糖体附着，因而光滑。,电镜下粗面内质网呈囊状或扁平囊状。主要功能是合成蛋白质，此外还包括蛋白质的加工修饰及物质的运输。分布广泛，在蛋白质合成旺盛的细胞中发达，如胰腺外分泌细胞和浆细胞。,电镜下滑面内质网呈分支管状或小泡状。功能众多：固醇激素的合成和脂类代谢、糖原的合成与分解、解毒作用等。在某些特化细胞发达，如肝细胞-解毒；在肌细胞中SER以肌质网的形式存在。,主要成分为蛋白质和脂类，其中蛋白质占20%，标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶。微粒体（microsome）：为用蔗糖密度梯度离心方法，从细胞匀浆中分离出的内质网碎片。,组织 细胞及细胞器碎片 内质网碎片(微粒体) 分离粗面微粒体和滑面微粒体研究ER的结构和功能。,匀浆,分离,蔗糖密度梯度离心,A: 粗面微粒体(来自RER),A,B,B: 滑面微粒体(多来自SER，部分来自细胞膜和高尔基体或其他膜性碎片,RER主要功能是合成蛋白质。SER主要合成脂类、固醇类、解毒等复杂功能。,(一) 粗面内质网的功能,蛋白质的合成蛋白质的运输蛋白质的加工、修饰,1、合成蛋白质,合成蛋白质的种类主要有：分泌蛋白质：消化酶、抗体、肽类激素等；膜镶嵌蛋白质：镶嵌在ER膜、高尔基体膜、溶酶体膜以及质膜上的蛋白质；可溶性蛋白质：ER腔内可溶性蛋白质、溶酶体酶蛋白等。,2、蛋白质的运输,出芽方式：将加工修饰后的分泌性蛋白质包裹形成膜性转运小泡从内质网分离出来，保证RER上合成蛋白不与细胞质基质混合。,膜镶嵌蛋白质的运输方式：合成时直接与内质网膜组合，或注入内质网腔内再组合到膜上。,可溶性蛋白质的运输方式：蛋白质合成后，直接进入ER或转入细胞质中。,蛋白质的折叠进入ER腔的新生多肽链需要进一步的折叠和组装。肽链折叠需分子伴侣携助。分子伴侣能检查多肽的折叠情况，并与不正确折叠的多肽结合，并把它们滞留在内质网腔内。,3、蛋白质的修饰,二硫键的形成ER腔是一种非还原性环境，多肽链极易形成不正确的二硫键，对其正确折叠带来很大困难。蛋白二硫异构酶(protein disulfide isomerase, PDI)：可以切断二硫键，以帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确的折叠状态。,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的过程。,糖与蛋白质的连接方式,N-连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内。（Asn-NH2）,O-连接的寡糖蛋白：发生在高尔基复合体内。（Ser/Thr-OH）,(二) 滑面内质网的功能,不同类型的细胞SER的形态相似，但功能不同，为多功能细胞器。如：胃底腺壁细胞、肌细胞、肝细胞、汗腺细胞等。脂类的合成糖原的代谢解毒作用,1、脂类的合成,SER的主要功能是合成脂类，生物膜的膜脂几乎都是由SER合成和运输的。卵磷脂的合成为例：原料在胞质溶胶中，酶系在ER的脂质双分子层中，所以脂类的合成在SER的胞质侧，而后由翻转酶从胞质侧翻转到ER腔面，达到分布平衡。,2CoA,酰基转移酶,脂酰CoA,OH,磷酸酶,胆碱磷酸 转移酶,胆碱,CDP-胆碱,胆碱,磷脂酸,二酰基甘油,卵磷脂,细胞质侧,RER腔侧,卵磷脂的合成过程,外叶,内叶,-磷酸甘油,翻转酶,2、糖原的代谢,在肝与肌肉细胞中，SER的数量与糖原的合成呈正相关。肝细胞的ER膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，可以分解糖原。,3、解毒作用,实验观察：给动物服用大量的苯巴比妥，肝细胞的sER大量增生。毒物消失，sER被溶酶体消化。肝脏解毒主要是因为SER含有大量的酶系：氧化作用：毒物、药物 解毒（或转化成排泄物）。转化作用：代谢产生的氨转化为无毒的尿素排出 。结合作用：类固醇(巴比妥)葡萄糖醛酸 水溶性物质排出 。,氧化酶氧化,葡萄糖醛酸转移酶,信号假说的提出:70年代初分泌蛋白质的体外合成试验。合成体系中有微粒体，合成的蛋白质与体内合成相同。合成体系中无微粒体，合成的蛋白质肽链比体内合成的长。,信号假说(signal hypothesis)：蛋白质的合成起始于细胞质溶胶中的核糖体，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的合成，而信号肽本身则在蛋白质合成完成之前就被内质网腔中的信号肽酶切除。,信号假说的组成体系：蛋白质分选信号：信号肽和信号斑信号识别颗粒SRP信号识别颗粒受体蛋白质转运通道,信号肽（signal peptide）：是蛋白质合成中最先被翻译的aa序列（N端），由1530个连续的aa组成，定向蛋白质的转运。疏水核心区易形成螺旋，有利于与磷脂双分子层相互作用。信号肽在肽链成熟过程中常被信号肽酶剪切。,信号肽酶作用位点,疏水核心区,信号肽的N端,信号肽的C端,1、信号肽和信号斑,信号斑（signal patch）：位于蛋白质的不同部位的氨基酸顺序在多肽链折叠后形成的一个斑块，为三维结构。,2、信号识别颗粒,信号识别颗粒（Signal Recognition Particle, SRP）：存在于细胞质基质中，由1分子7SLRNA与6个多肽亚单位组成。,SRP可识别信号肽并与核糖体A位点结合，此外还可以识别并结合内质网膜上的 SRP受体蛋白。通常SRP与核糖体的亲和力很低，但是当与信号肽结合后增加其与核糖体的亲和力，并与核糖体的A位点结合形成SRP-核糖体复合体。占据核糖体的A位点。,3、信号识别颗粒受体,SRP受体：rER膜上的膜整合蛋白，可特异地识别SRP-核糖体复合物并与之结合，使SRP-核糖体复合体接合到内质网膜上。,信号肽,SRP,SRP 受体(SRP receptor),4、蛋白质转运通道,核糖体结合蛋白、：为rER膜上结合蛋白，可与核糖体大亚基结合，加强核糖体与rER结合的稳定性。信号肽可穿过通道引导新合成肽链进入内质网腔。,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,信号肽,A,信号假说,这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为协同翻译转运（co-translation translocation）,信号肽引导核糖体结合到内质网膜上,新生肽链（信号肽） SRP-核糖体复合物（肽链延伸暂停）SRP与受体结合，核糖体与ER的结合蛋白结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽切除肽链延伸至终止翻译体系解散。,SRP,游离核糖体,附着核糖体,胞质中的蛋白质线粒体蛋白过氧化物酶体蛋白核蛋白（组蛋白）细胞骨架蛋白,分泌蛋白膜蛋白溶酶体蛋白内质网内蛋白高尔基内蛋白,肿胀：在缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，ER由于水分和钠的流入，内质网变成囊泡，囊泡相互融合形成更大的囊泡，甚至使内质网胀破。萎缩：在病毒性肝炎，如肝细胞发生水分丢失，粗面内质网的核糖体则脱落，内质网皱缩，肝细胞也呈皱缩状。,糖原和脂类在ER中积累：1抗胰蛋白酶(肝细胞中合成的糖蛋白)缺乏症病人，其血清中缺乏1抗胰蛋白酶，而肝细胞的rER、sER中却累积有1抗胰蛋白酶。原因：酶（1抗胰蛋白酶）分子异常（基因突变造成），因而不能从肝细胞排出，从而血清中缺乏这种酶。,临床表现：新生儿肝炎，婴幼儿