医学细胞生物学-第06章-内膜系统2

广东医学院生物教研室张华华,第六章内膜系统,Endomembranesystem,第六章之二,内质网（部分）高尔基复合体,内膜系统,概念：细胞质中由膜围成的、在结构、功能，乃至发生上有密切关系的小管、小泡和扁囊共同组成的膜系统。属于内膜系统的细胞器有：内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体、各种运输小泡及核膜等功能结构。意义：内膜系统的出现是真核细胞区别于原核细胞的显著特点之一，其意义在于：大大增加了细胞内膜的表面积，为多种酶特别是多酶体系提供了大面积的结合部位。,内膜系统,内膜系统结构上的统一性,内膜系统功能上的统一性,是细胞内蛋白质的加工、分选和运输系统,EndoplasmicReticulum,(ER),内质网,内质网的化学组成,内质网的功能,粗面内质网(RER)的功能,滑面内质网(SER)的功能,内质网的形态结构和类型,内质网的病理改变,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。,ER的化学组成,脂质和蛋白质，动物细胞内质网脂质含量约为60%，蛋白质含量约为40%。,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，相互连通。2.小泡状排列泡状，如气球，腔较大。3.小管状排列呈分支而细长的管子。,ER的形态结构和类型,形态,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。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。,ER的形态结构和类型,结构,1、内质网膜：内质网是交织分布在细胞质中高度分化、十分复杂的内膜管道系统。厚约5-6nm.2、内质网腔：由内质网膜围成的空腔。其大小随细胞种类和生理状态而不同。,ER的形态结构和类型,特点:膜表面无核糖体,形态:多为分支小管或小泡,分布:肌细胞、合成类固醇激素的细胞中较丰富,ER的形态结构和类型,类型,内质网的模式图,浆细胞,RERfunction,1.蛋白质合成,二、ERfunction,膜整合蛋白分泌蛋白溶酶体酶蛋白驻留蛋白,合成蛋白质的种类,注意：细胞中蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质中“游离”核糖体。,编码分泌蛋白的mRNA,附着的多聚核糖体,核糖体的大小亚基贮存库,编码结构蛋白的mRNA,RERfunction,1.蛋白质合成,信号肽假说的主要内容,参与因子,蛋白质N端的信号肽,信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）,信号识别颗粒受体（SRP-receptor）,通道蛋白移位子,RERfunction,1.蛋白质合成,1,2,3,4,5,6,信号肽,信号肽假说,细胞质中核糖体在蛋白质合成启动后,根据mRNA上特定的信号序列合成一段短肽,它可引导核糖体结合到粗面内质网膜上,SRPreceptor,通道蛋白移位子,信号识别颗粒(SRP)(signalrecognitionparticle),1.蛋白质的合成,RERfunction,1.蛋白质的合成,2.新生多肽链的折叠和装配,RERfunction,内质网中含有丰富的氧化型谷胱甘肽（GSSG）、蛋白二硫键异构酶（二硫键形成）和结合蛋白（Bindingprotein，Bip促进肽链折叠），为蛋白质的折叠提供了极为有利的环境。,多肽链的氨基酸组成和排列决定蛋白质的基本理化特性；多肽链的折叠而成的三维高级结构决定蛋白质功能的实现。,指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程,蛋白质的糖基化：,3.蛋白质的加工修饰,RERfunction,N-连接的糖基化:(始于ER腔,完成于GC),寡糖连接到肽链的天冬酰胺残基侧链的氨基(NH2)上,O-连接的糖基化:(全部或主要于GC完成),寡糖,14个糖残基,-连接的糖基化,RER,出芽,运输小泡,跨膜蛋白分泌蛋白溶酶体酶蛋白驻留蛋白,靶细胞器,到高尔基体,RERfunction,1.蛋白质合成,3.蛋白质的加工和修饰,4.蛋白质的运输,2.新生多肽链的折叠和装配,1.脂质的合成,二、ERfunction,SERfunction(多功能的细胞器),细胞所需绝大多数膜脂(包括磷脂和胆固醇）,是光面内质网最为重要的功能之一。,1.脂质的合成,二、ERfunction,SERfunction(多功能的细胞器),脂质合成的底物来源于细胞质基质；催化脂质合成的酶系是定位于内质网膜上的镶嵌蛋白；脂质的合成起始并完成于内质网的胞质侧。,脂类分子从ER膜的一层翻转到另一层,运输小泡转运至高尔基复合体、溶酶体、质膜,磷脂转换蛋白转运至线粒体和过氧化物酶体,ER合成磷脂后的两种主要转运方式,2.参与糖原分解代谢（肝细胞）葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖-6-磷酸葡萄糖磷酸,SERfunction(多功能的细胞器),注：糖原葡萄糖-6-磷酸在细胞质基质中进行,糖原合成代谢？,SER在糖原分解中的作用,3.具有解毒作用（肝细胞）sER氧化及电子传递酶系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、羟化方式，使毒性降低、失毒或利于排泄。,SERfunction(多功能的细胞器),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,形成光面内质网的电子传递体系，在电子传递、氧化还原过程中，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，化合物的水溶性增强，易于排泄。,氧化酶系的核心成员是细胞色素P-450。它参与有毒物质以及类固醇和脂肪酸的羟基化。被氧化的物质同细胞色素P-450结合细胞色素P-450中的铁原子被NADPH还原氧同细胞色素P-450结合底物结合一个氧原子被氧化,另一个氧原子用于形成水。被氧化的底物由于带上羟基,增强水溶性,容易被分泌排出。,4.参与骨骼肌的收缩,在肌细胞中肌质网(即SER)是Ca+贮存场所,可通过释放和回收Ca+调节肌肉收缩,SERfunction(多功能的细胞器),储存和调节Ca2+浓度,内质网的病理性改变,ER是一个敏感的细胞器。形态结构改变：肿胀水解变性肥大药物中毒、病毒感染等囊池塌陷膜损伤致合成障碍癌细胞：低分化ER少高分化ER多低侵袭力ER少高侵袭力ER多,内质网与阿尔茨海默病,大脑皮层-淀粉样蛋白聚集内质网Ca2+信号调节紊乱，将改变-淀粉样前体蛋白在内质网的加工，过量生成-淀粉样蛋白，沉积于内质网、胞质和分泌到细胞外，形成AD病变。,小结,1、内质网的形态特征,由一层单位膜围成的连续的网状膜系统,2、内质网的功能,粗面内质网和光面内质网,RER：与蛋白质的合成、加工、运输有关,SER：多功能的细胞器,(Golgicomplex,GC),高尔基复合体,CamilloGolgi1843-1926,Italianphysician/scientistSharedNobelPrize(1906)withSantiagoRamnyCajal(Spanish)fortheirworkonthestructureofthenervoussystem.(reticularistvs.neuronalist),高尔基复合体,高尔基复合体的化学组成,高尔基复合体的功能,高尔基复合体的形态结构,高尔基复合体的病理改变,(Golgicomplex,GC),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,(Golgicomplex,GC),一.Golgicomplex的形态结构,光镜下一般为不规则网状、颗,电镜下由扁平囊和大小不等的,常分布于内质网和细胞膜之间，,粒状或线状,囊泡组成,有极性；扁平囊凸面称生成面或未成熟面，凹面称成熟面或分泌面,扁平囊,小泡,大泡(分泌泡),顺面膜囊,反面膜囊,中间膜囊,反面膜囊,(分选运输),中间膜囊,(糖基化),顺面膜囊,(筛选),二.化学组成,标志酶是糖基转移酶,高尔基体膜含有大约60%的蛋白质和40%的脂类。膜脂含量介于ER和质膜之间。高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。,三.Golgicomplexfunctions,（一）参与细胞的分泌活动,负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出。RER上合成蛋白质进入ER腔出芽形成囊泡进入CGN在高尔基堆加工在TGN形成囊泡囊泡与质膜融合、排出,3H标记亮氨酸,3分钟,17分钟,117分钟,放射性示踪实验,分泌蛋白运输途径,甘露糖,N-乙酰葡萄糖胺,半乳糖,唾液酸,高尔基复合体完成,内质网中起始,（二）糖蛋白的加工合成,N-连接糖基化:,三.Golgicomplexfunctions,（二）糖蛋白的加工合成,O-连接糖基化:,寡糖连接到蛋白质的酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸残基侧链的羟基(-OH)上,糖基化的结果,、使不同的蛋白质带上不同的标记,、改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化,切除甘露糖,加N-乙酰葡萄糖胺,加半乳糖,加唾液酸；分选,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,切除甘露糖,扁平囊,高尔基体功能区隔化示意图（溶酶体酶蛋白）糖蛋白在高尔基复合体中的加工和修饰在空间和时间上的高度有序性，高尔基复合体具有功能的区域性。,M-6-P是溶酶体酶的分选信号，这种磷酸化甘露糖的形成，一方面保护了甘露糖免受高尔基网中甘露糖酶的切割，同时，也防止了高尔基体中N-乙酰葡萄糖胺，半乳糖，唾液酸等的掺入而形成其他分泌蛋白。,2.溶酶体酶的磷酸化,溶酶体的酶内含有甘露糖-6-磷酸，高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异与其结合，诱导溶酶体酶聚集并出芽离开高尔基复合体形成溶酶体。,三.Golgicomplexfunctions,（三）蛋白质的水解,有些蛋白质或酶，只有在高尔基复合体中被特异性的水解后，才能够成熟或转变为其作用的活性存在形式。,（四）蛋白质分选与胞内膜泡运输,新合成的蛋白质经高尔基复合体的加工和修饰后，被特异性的运输到相应靶部位的过程。,分泌蛋白,跨膜蛋白,溶酶体酶,加入分选信号