细胞生物学-第五章 内膜系统

1,第五章 内膜系统,Endomembrane System,2,第一节 内质网第二节 高尔基复合体第三节 溶酶体第四节 过氧化物酶体第五节 内膜系统与细胞整体性,3,内膜系统(endomembrane system)： 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。,4,6.过氧化物酶体,5.内体,内质网,高尔基体,溶酶体,内体,核膜,过氧化物酶体,4.溶酶体,内膜系统包括：,1.核膜,2.内质网,3.高尔基复合体,5,第一节 内 质 网,1945 Porter KR在小鼠成纤维细胞中发现并命名为内质网。,一、内质网的形态结构,内质网（endoplasmic reticulum,ER）由一层单位膜（56nm）形成的膜性细胞器。 形状：小管、小泡、扁囊状,连成网状膜。,6,内质网的电镜照片,内质网结构模式图,7,小 管,扁囊状,细胞膜,核 膜,核膜外层,内质网,细胞膜,内质网的内腔相互连通,8,二、内质网的化学组成,微粒体（microsome）：利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。,标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶。,内质网占整个细胞质量的15%20% 。,9,粗面内质网,滑面内质网,三、内质网的类型,10,1. 粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER） 形 态：板层状排列的扁囊; 内含物：低电子或中等电子密度的物质 (新合成的蛋白质) ; 分 布：分泌旺盛或分化高的细胞内; 膜表面附着核糖体。,11,粗面内质网的形态,12,2. 滑面内质网（ smooth endoplasmic reticulum，SER） 形 态：多为分枝小管或小泡； 分 布：在一些特化的细胞中 （ 如：肌细胞）； 膜表面无核糖体附着。,13,滑面内质网的形态,14,（一）粗面内质网的功能,四.内质网的功能,主要参与新合成的蛋白质分选和运输。,1. 蛋白质的合成 附着核糖体合成的蛋白质有四类： (1)分泌性蛋白(输出性蛋白) 能向细胞体外分泌的蛋白质。例如:抗体蛋白、激素、消化酶等。,15,(2)膜镶嵌蛋白 这些蛋白质在合成同时便完成移行定位在ER膜上，成为膜镶嵌蛋白。例如：膜抗原蛋白、膜受体蛋白等。这些膜镶嵌蛋白也可以通过内膜系统的流动，分布到其他膜相结构之中。 (3)溶酶体蛋白 如酸性磷酸酶等。,16,(4)可溶性蛋白 少数可溶性蛋白质在附着核糖体合成之后，直接进入细胞质中。例如：铁蛋白的两个亚基中的一个多肽链是在RER上附着核糖体合成，另一个多肽链则在游离核糖体上合成，最终定位在胞质溶胶中。,17,2.蛋白质的运输,方式,穿膜运输：发生在细胞质与细胞器之间蛋 白质直接穿膜转入细胞器中(穿 膜的蛋白质是非折叠的)转运小泡运输：发生在细胞器之间蛋白质 在细胞器中形成小泡以出 芽方式运输。 如分泌性蛋白、溶酶体蛋白,18,3.蛋白质的修饰 （1）蛋白质的折叠：分子伴侣的调节。 分子伴侣： 热激蛋白家族，在细胞内具有协助其他蛋白质多肽链进行正确折叠、组装、转运及降解之功能。,19,（2）蛋白质的糖基化作用 指在多肽链中特殊的氨基酸残基侧链上，以共价键连接上单糖和低聚糖形成糖蛋白的过程。,糖蛋白连接方式,N-连接寡糖,共价结合,糖蛋白,寡糖+蛋白质,O-连接糖基化,20,21,(二）滑面内质网的功能,1.脂类的合成 磷脂、胆固醇、糖脂,2.糖原的代谢 糖原的合成与分解,3.解毒作用,不同的细胞中SER的作用有差异：肝细胞的SER ：糖原的合成与分解 解毒作用骨骼肌细胞的SER又称为肌浆网： 储存Ca+2和释放Ca+2横纹肌的收缩,22,五、新合成肽链在信号肽指导下穿越 内质网进行转移 问题1：新合成后的蛋白质肽链如何穿越 ER膜注入内质网腔? 问题2 ：膜蛋白为什么能停留在膜上?,23,细胞内存在两种蛋白质分选信号,信号肽（signal peptide）: 信号肽是位于蛋白质上一段约1530 个连续的氨基酸顺序。 信号斑（signal patch）: 位于蛋白质不同部位的氨基酸顺序，在多肽链折叠后形成的一个斑块，信号斑为三维结构。,24,信号肽具有引导新合成的蛋白质从细胞质进入内质网的机制,“信号假说”要点: 新合成的蛋白质分子N端含有一段信号肽，该信号肽一经合成可被细胞质中的信号识别颗粒（signal pecogniton particle,SRP）识别并结合，通过信号肽的疏水性引导新生肽跨脂双分子层进入ER腔或直接整合在ER膜中。信号肽具有决定蛋白质在细胞内的去向或定位的作用。,25,信号识别颗粒（singnal recognition particle,SRP) ： 识别信号肽并与之结合，引导核糖体与ER结合。SRP是核糖核蛋白复合体。是由一个7SRNA（300核苷酸）分子和6条多肽链组成。 SRP三个功能位点： 1.信号肽结合位点； 2.SRP受体结合位点； 3.翻译暂停结构区域。,26,SRP的分子组成及功能位点,27,信号肽,SRP-核糖体复合体,核糖体与RER膜结合,多肽链进入ER腔,新合成肽链在信号肽指导下穿越内质网转移过程,28,内质网腔,SRP,tRNA,A,P,mRNA,信号肽,A,信号假说,信号肽介导的核糖体附着于ER膜上,细胞质,29,信号肽与SRP引导核糖体附着于内质网膜上的过程,核糖体受体,蛋白质转运通道,30,六、内质网与医学（一）脱粒和肿胀（二）增生和肥大（三）包含物,31,1898 高尔基（意大利)利用光镜在猫的神经细胞发现并命名高尔基复合体。,一、高尔基复合体的形态结构,光镜：网状结构,电镜,扁平囊,反面,小囊泡,大囊泡,顺面,第二节 高尔基复合体,32,呈盘状，38层,凸面：形成（顺）面（6nm ）,囊腔内含：中等电子密度,来源：小囊泡融合,的物质,高尔基堆,凹面：成熟（反）面（8nm）,扁 平 囊：,33,直经：40nm80nm，球形 小泡；,膜厚：6nm；,泡内含物质：低电子密度物 质，较透明；,来源：由RER“芽生”而来。,凸面：形成（顺）面,RER,小 囊 泡：,34,大 囊 泡：,100nm500nm；,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。,凸面：形成（顺）面；,35,二、高尔基复合体的数量、分布 分布：所有真核细胞中（除成熟的红细胞） 数量：分泌旺盛和分化好的细胞中数量多、发达，反之减少。,三、高尔基复合体的极性及其鉴别 高尔基复合体是一种具有极性的细胞器。在其复合结构中每个膜囊都有不同的功能，但执行功能时，又严格按着程序进行，只有在上一个工序完成之后，才能接下一个工序，这就是高尔基复合体的极性。,36,37,四、高尔基复合体的化学组成,高尔基体是有极性细胞器，过渡性细胞器：,质膜,反面,顺面,核,特征酶：糖基转移酶反面特征酶：胞嘧啶单 核苷酸酶,质膜,核膜,反面,顺面,高尔基体,38,（一）蛋白质的糖基化,1.蛋白质的糖基化糖蛋白的糖基核心：在RER腔内进行；糖蛋白末端的糖基侧链：在高尔基体腔内形成。,五、高尔基复合体的功能,39,高尔基体,40,连接蛋白的寡聚糖类型：（1）复合寡聚糖： GlcNAc+ Man+Gal+ Fuc+ SA ）,单糖种类： Gal：半乳糖 GlcNAc：N-乙酰葡糖胺 Man：甘露糖 Fuc：岩藻糖 SA ：唾液酸,（2）高甘露糖寡聚糖： GlcNAc+ n Man,41,N-连接的寡糖链：场所在RER和高尔基体腔内合成,O-连接的寡糖链：在N-连接基础上到高尔基复合体内完成,糖蛋白,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,42,（二）蛋白质的水解,无活性的前体物质（某些肽类激素）,加工改造,有生物活性的物质（激素）,胰岛素形成,前胰岛素原（胰岛的B细胞的RER上合成）,胰岛素原（rER腔内切除信号肽，ABC 三个肽链的，无活性）,（在高尔基体水解去C链，AB链内靠二硫键结合折叠而形成）,胰岛素一级结构,43,44,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化（6-磷酸甘露糖）,溶酶体,顺面管网,中层囊,反面囊,反面管网,大泡（分泌颗粒）,rER,高尔基复合体,顺面囊,高尔基堆,（三）蛋白质的分选与运输,1. 溶酶体蛋白的分选、运输与溶酶体的形成,45,溶酶体水解酶前体（在附着核糖体合成）,溶酶体寡聚糖磷酸化（在高尔基体顺面加上M-6-P ）,运输小泡,溶酶体酶蛋白特异与M-6-P受体结合被富集,M-6-P ：6-磷酸-甘露糖 M-6-PR：6-磷酸-甘露糖受体,溶酶体的形成,芽生,注入高尔基体腔内,溶酶体,出芽,46,3H标记亮氨酸,3min,17min,117min,高尔基体对分泌蛋白质起着浓缩修饰、加工及分拣运输的作用。 分泌蛋白质：细胞外基质糖蛋白、激素、酶等。,2. 分泌蛋白的分选与运输,47,六、高尔基复合体的异常与医学的关系（一）肥大和萎缩（二）内容物改变（三） 在肿瘤细胞中的异常变化,48,1955年 Duve等人利用电镜技术在鼠肝细胞显示溶酶体 （ Lysoso）。 溶酶体内含物为多种水解酶，具有消化内源性和外源性物质的功能。 细胞内的消化器。,第三节 溶酶体,49,形态：是由一层单位膜包裹； 泡状溶酶体：圆形、卵圆形小体； 管状、线状溶酶体 ：长杆状、蛇形； 内含物：多种酸性水解酶。,一、溶酶体的形态结构与膜的特性,50,大 小：直径：0.250.8m； 膜的厚度约为6nm； 溶酶体膜中的蛋白：lqpA、lqpB。,酸性磷酸酶（AcP酶)。,标志酶：,51,二、溶酶体的酶,60多种酸性水解酶（pH46）,酶,蛋白酶（肽酶）,核酸酶,磷酸酶,糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂的酶）,脂 酶,硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）,52,三、溶酶体的类型,（一）初级溶酶体 初级溶酶体（primary lysosome）：初级溶酶体是刚从高尔基体出芽形成的内含多种水解酶，但无作用底物无酶活性的小泡。,溶酶体水解酶前体,加M-6-P,含有M-6-P的酶蛋白与M-6-P受体结合,膜衣被特殊包装,笼蛋白小泡,磷酸化,溶酶体富集,包装,出芽,含酶运输泡,初级溶酶体,脱衣被,53,内吞体,初级溶酶体的形成过程,RER,顺面管网,反面管网,高尔基复合体,溶酶体水解酶前体,M-6-P,M-6-受体,膜上衣被区,形成小泡去衣被,54,（二）次级溶酶体（secondary lysosome）,1.自噬性溶酶体 自噬体、分泌颗粒初级溶酶体+自噬体 自噬溶酶体初级溶酶体+分泌颗粒 分泌溶酶体,初级溶酶体与含底物的小泡融合，激活水解酶，变成有活性的溶酶体。,55,自噬体：细胞内由内质网膜包裹细胞内衰老的细胞器或细胞器碎片形成自噬体。 2.异噬性溶酶体 细菌、异物初级溶酶体+吞噬体 异噬性溶酶体,吞噬体：特殊细胞吞噬大颗粒物质、微生物或异体细胞形成。,56,（三）残质体 残质体：次级溶酶体内消化分解后的残渣物质仍然存留在溶酶体内，将这种含有残余底物的溶酶体称为残余小体。,57,残余小体的类型：,1.质 褐 质 内含高密度物质、脂滴、小泡。 常见于神经细胞、心肌细胞。2.髓样结构 呈同心圆或指纹状膜性小体。 常见于大肺泡细胞、肿瘤细胞等。3.含铁小体 内含铁颗粒膜性小体。,58,四、溶酶体的功能,（一）消化作用,1.异噬作用 对细胞外源物质消化作用。,2.自噬作用 对自噬体的消化作用。,3.胞外消化 通过胞吐作用将内含的水解酶释放 到细胞外，消化细胞外物质。,溶噬:溶酶体溶解溶酶体现象。粒噬(分泌自噬): 初级溶酶体溶解 分泌颗粒现象。,特殊自噬,59,胞外消化 溶酶体对细胞外物质的消化作用。 例如：精子受精过程。,60,（二）自溶作用（autocytolysis）,细胞内的溶酶体膜破裂，消化酶释放到细胞质中将细胞本身消化的过程，称为自溶作用。,61,蝌蚪,青蛙,尾部消失,溶酶体膜破裂、自溶,正常生理过程的：,非正常生理过程的：,动物死亡,尸体腐烂,62,溶酶体的消化作用与自溶作用,内体,初级溶酶体,吞噬体,吞噬溶酶体,吞饮体,吞饮溶酶体,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,63,(三）参与免疫过程 溶酶体具有对抗原识别、吞噬、降解、加工和呈递给抗原特异性淋巴细胞作用，参与激活免疫应答过程的最早的感应阶段。,64,例如: 抗原(病原体、异物等)刺激激活巨噬细胞巨噬细胞内吞抗原形成吞噬体与初级溶酶融合吞噬溶酶体溶酶消化分解: 约90%抗原物质被降解成可利用的小分子物质完成机体防御功能约10%不能被分解再加工成比原抗原性强的抗原复合物呈递给细胞膜表面抗原特异性淋巴细胞从而激活T淋巴细胞活化、增值、分化出现活跃免疫应答现象杀伤绝大部分的病原体保护机体免受抗原异物的侵袭产生机体防御功能,65,（四）对激素分泌的调节作用 例如大鼠脑下垂体催乳素分泌抑制实验: 当脑下垂体的催乳素细胞分泌催乳素受到抑制细胞内催乳素堆积初级溶酶体便与携带此激素的分泌颗粒融合产生粒溶作用消化降解过多的催乳素,66,五、溶酶体与医学 （一）溶酶体与人类疾病 1先天性溶酶体病 由于遗传因素导致溶酶体内某种溶酶缺乏，造成相应底物不能被消化而蓄积在溶酶体内引起的代谢障碍性疾病，又称溶酶体贮积病。如糖原贮积症、粘多糖贮积症、脂质沉积症等40余种。,67,型糖原蓄积病或Pompe病： 发生机制：溶酶体缺乏-1-4葡萄糖苷酶 症 状：巨舌、肌张力减退、心脏扩大、心衰、发育迟钝 遗传方式：AR,68,矽肺发生过程：,肺的巨噬细胞,吞噬溶酶体,残余小