医学细胞生物学细胞质和细胞器赵崴

1、 一、形态结构：一、形态结构： 由一层单位膜包围由一层单位膜包围 形成的囊泡系统。形成的囊泡系统。 由排列较整齐的扁由排列较整齐的扁 平囊和囊泡构成。平囊和囊泡构成。 高尔基复合体有极性高尔基复合体有极性 1.1.顺面高尔基网顺面高尔基网(cis-Golgi network, CGN)(cis-Golgi network, CGN)： 膜厚膜厚6nm，呈连续分支管网状结构。，呈连续分支管网状结构。 2.扁平囊区扁平囊区(cisterna): 由扁平囊和管道组成的由扁平囊和管道组成的 连续、完整的膜囊体系连续、完整的膜囊体系 标志酶：标志酶：NADP酶酶 3.3. ： 靠近质膜，呈管靠近质膜，呈

2、管 网状，有囊泡与之相网状，有囊泡与之相 连，膜厚连，膜厚7.5nm7.5nm。有浓。有浓 缩泡或分泌泡缩泡或分泌泡。 运输小泡小泡：直径直径4040 80nm80nm，膜厚，膜厚6nm6nm。 由内质网芽生而来，分布于高尔基体的形由内质网芽生而来，分布于高尔基体的形 成面，载有粗面内质网合成的蛋白质、脂类成面，载有粗面内质网合成的蛋白质、脂类 并运送到高尔基体的扁平囊中。并运送到高尔基体的扁平囊中。 分泌泡分泌泡：直径直径100100 500nm500nm，膜厚，膜厚8nm8nm。内含浓缩分。内含浓缩分 泌物，由扁平囊的成熟面的膜局部膨大而成，亦泌物，由扁平囊的成熟面的膜局部膨大而成，亦 称

3、浓缩泡。称浓缩泡。在分泌功能旺盛的细胞内多，如肝细在分泌功能旺盛的细胞内多，如肝细 胞、胰腺细胞。胞、胰腺细胞。 vRegional differences in membrane composition across the Golgi stack 二、化学组成二、化学组成 1.1.蛋白质蛋白质60%60%；脂类；脂类40%40%。介于细胞膜和内质网之间。介于细胞膜和内质网之间 2.2.高尔基体的酶：高尔基体的酶： 糖基转移酶糖基转移酶；磺基糖基转移酶；氧化还；磺基糖基转移酶；氧化还 原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂 酰转移酶；磷脂酶。酰转移酶；磷脂酶

4、。 1.1.胞内物质的转送运输和分泌活动胞内物质的转送运输和分泌活动 2.2.糖蛋白的加工合成糖蛋白的加工合成 3.3.蛋白质的水解蛋白质的水解 4.4.蛋白质的分选与胞内膜泡运输蛋白质的分选与胞内膜泡运输 三三. . 高尔基体的功能高尔基体的功能 3分钟分钟 17分钟分钟 117分钟分钟 3 3H H标记亮氨酸 标记亮氨酸 （一）与细胞的分泌活动有关（一）与细胞的分泌活动有关 2.2.糖蛋白的加工合成：糖蛋白的加工合成： O-O-连接的糖基化：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏连接的糖基化：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏 氨酸残基侧链的氨酸残基侧链的-OH-OH基团与寡糖共价结合。主要或基团与寡糖共

5、价结合。主要或 全部在高尔基体进行。全部在高尔基体进行。 AsnAsnAsnAsnAsn N-乙酰葡乙酰葡 萄糖胺萄糖胺 甘露糖甘露糖 葡萄糖葡萄糖 岩藻糖岩藻糖 半乳糖半乳糖 唾液酸唾液酸 粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体 蛋白质合成蛋白质合成 寡糖磷酸化寡糖磷酸化 除甘露糖加除甘露糖加N- 乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺 加半乳糖、加半乳糖、 唾液酸唾液酸 分选分选 溶酶体溶酶体 分泌泡分泌泡 糖基化有关的酶固定糖基化有关的酶固定 在内质网及高尔基体在内质网及高尔基体 不同的区室内，为整不同的区室内，为整 合膜蛋白。合膜蛋白。 O-连接糖基化：连接糖基化： 由不同的糖基转移酶由不同的糖基转移

6、酶 催化，每次加上一个催化，每次加上一个 单糖，最后加唾液酸单糖，最后加唾液酸 残基。残基。 3. 蛋白的水解和加工：蛋白的水解和加工： 有些蛋白质在有些蛋白质在rER合成后，须经高尔基合成后，须经高尔基 体水解加工才具有活性。体水解加工才具有活性。 4. 4. 蛋白的分选和运输：蛋白的分选和运输： 1 1）溶酶体酶：）溶酶体酶： 带有带有分选信号分选信号，高尔基体生成的运输小泡膜，高尔基体生成的运输小泡膜 上上 有分选信号的有分选信号的受体受体。 2 2）分泌蛋白：）分泌蛋白： 在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，在成熟面，通过分选信号与相应受体结合， 选择性地将分泌蛋白送到分泌泡中。选择

7、性地将分泌蛋白送到分泌泡中。 3 3）膜蛋白：由运输小泡送至不同部位）膜蛋白：由运输小泡送至不同部位 蛋白质分选信号及运输途径蛋白质分选信号及运输途径 分选信号典型的信号序列 ER腔内腔内Lys-Asp-Glu-Leu-COO 膜蛋白膜蛋白 Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala 线粒体线粒体 N- 螺旋 细胞核细胞核 Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val 过氧化物酶体过氧化物酶体 Ser-Lys-Leu 溶酶体溶酶体 M-6-P 核定位信号核定位信号 螺旋螺旋信号信号 过氧化过氧化 物酶体物酶体 C端端3肽信号肽肽信号肽 N端

8、信号肽端信号肽 结构性结构性 分泌小泡分泌小泡 浓缩信号浓缩信号 调节性调节性 分泌小泡分泌小泡 信信 号号 M-6-P 驻留内质网的蛋白质驻留内质网的蛋白质 带有带有(-Lys-Asp-Glu- Leu-COO )信号。 信号。 驻留高尔基复合驻留高尔基复合 体的蛋白质带有体的蛋白质带有 跨膜跨膜 螺旋螺旋信号。信号。 蛋白质的分选蛋白质的分选 Cop I and II Vesicles 不同运输途径的衣被类型 衣被类型衣被类型GTP酶组成与衔接蛋白运输方向运输方向 clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质膜质膜内体内体 Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体高尔基体内

9、体内体 Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体高尔基体溶酶体，溶酶体， 植物液泡植物液泡 COP IARFCOP高尔基体高尔基体内质网内质网 COP IISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16 内质网内质网高尔基体高尔基体 肥大、萎缩、内容物及形态结构的改变等。肥大、萎缩、内容物及形态结构的改变等。 中毒细胞：萎缩、结构破坏消失。中毒细胞：萎缩、结构破坏消失。 癌细胞：低分化不发达、高分化发达。癌细胞：低分化不发达、高分化发达。 损伤：扩张、崩解。损伤：扩张、崩解。 溶酶体 lysosome 20 20世纪世纪4040年代末应用大鼠肝组织匀浆研究糖代

10、谢有年代末应用大鼠肝组织匀浆研究糖代谢有 关的酶时发现了含有酸性磷酸酶活性的颗粒。关的酶时发现了含有酸性磷酸酶活性的颗粒。1955 de 1955 de DuveDuve等人在对鼠肝细胞进行细胞化学鉴定和电镜观察，等人在对鼠肝细胞进行细胞化学鉴定和电镜观察， 明确这种颗粒为细胞器，并命名为溶酶体。明确这种颗粒为细胞器，并命名为溶酶体。 溶酶体溶酶体(lysosome)(lysosome)是是 由一层单位膜包围而由一层单位膜包围而 成，内含多种酸性水成，内含多种酸性水 解酶的囊泡状结构。解酶的囊泡状结构。 能分解各种内源性和能分解各种内源性和 外源性物质，是细胞外源性物质，是细胞 内的消化器官。

11、内的消化器官。 一、形态、结构一、形态、结构 1.1.形态：球形或卵圆形，直径形态：球形或卵圆形，直径0.20.2 0.80.8 m m，膜，膜6nm6nm。 2.2.成分：成分：6060种以上酸性水解酶，水解蛋白、多糖、种以上酸性水解酶，水解蛋白、多糖、 脂类、核酸等为小分子。脂类、核酸等为小分子。 3.3.特性：特性： 异形性细胞器异形性细胞器 膜上存在质子泵膜上存在质子泵 pH 5.0pH 5.0 高度糖基化高度糖基化 溶酶体膜的特性溶酶体膜的特性 溶溶 酶酶 (lysosomal enzyme) pH 5.0 H ATPADPPi 动物溶酶体中的各种酶动物溶酶体中的各种酶 正常情况下溶

12、酶体正常情况下溶酶体 膜稳定膜稳定, ,小分子物质小分子物质( (如如 单糖、氨基酸单糖、氨基酸) ) 可以自可以自 由通过，使酶与其它部由通过，使酶与其它部 分分开，细胞免受自身分分开，细胞免受自身 溶酶体的消化。溶酶体的消化。 磷酸酶磷酸酶 核酸酶核酸酶 核苷酶核苷酶 蛋白酶蛋白酶 脂肪酶脂肪酶 硫酸酯酶硫酸酯酶 pH36 0.05 0.8m 溶酶体溶酶体 ATP H+ ADP pH7.2 二二. . 溶酶体的类型溶酶体的类型 初级溶酶体初级溶酶体(primary lysosome)(primary lysosome) 次级溶酶体次级溶酶体(secondary lysosome )(sec

13、ondary lysosome ) 自噬性溶酶体自噬性溶酶体 异噬性溶酶体异噬性溶酶体 三级溶酶体三级溶酶体 脂褐质；含铁小体脂褐质；含铁小体 多泡体；髓样小体多泡体；髓样小体 1. 初级溶酶体：初级溶酶体： 是高尔基体成是高尔基体成 熟面上形成的新生熟面上形成的新生 溶酶体，含水解酶溶酶体，含水解酶 不含底物。不含底物。 2. 次级溶酶体：次级溶酶体： 初级溶酶体与初级溶酶体与 底物融合形成的，底物融合形成的， 含水解酶和底物。含水解酶和底物。 3.三级溶酶体：三级溶酶体： 残余体残余体 残余小体：残余小体：由于酶活性下降，未消化的残余物质保留在溶酶活性下降，未消化的残余物质保留在溶 酶体内

14、，形成电子密度高、色调较深的残余小体。酶体内，形成电子密度高、色调较深的残余小体。 类型类型：脂褐质、含铁小体、多泡体、髓样结构脂褐质、含铁小体、多泡体、髓样结构 溶酶体的形成由内质网和高尔基体共同参与溶酶体的形成由内质网和高尔基体共同参与, ,集胞内集胞内 物质合成、加工、包装、运输及结构转化为一体的复物质合成、加工、包装、运输及结构转化为一体的复 杂而有序的过程杂而有序的过程 1.1.酶蛋白的糖基化与磷酸化酶蛋白的糖基化与磷酸化 2.2.酶蛋白的分选酶蛋白的分选 3.3.内体性溶酶体的形成内体性溶酶体的形成 4.4.溶酶体的成熟溶酶体的成熟 三三. 溶酶体的形成与成熟溶酶体的形成与成熟 溶

15、酶体形成溶酶体形成 溶酶体水解酶前体溶酶体水解酶前体 来自内质网来自内质网 6-磷酸甘露磷酸甘露 糖糖(M6P) 高尔基体高尔基体 顺面顺面 反面反面 ATPADP 脱磷酸脱磷酸 成熟溶酶成熟溶酶 体水解酶体水解酶 溶酶体溶酶体 依赖依赖M6P受体受体 的输送的输送 输送小泡输送小泡 受体再循环受体再循环 笼蛋白外被笼蛋白外被 出芽泡中的出芽泡中的 M6P受体受体 1. 消化消化：对内源性和外源性物质的消化，：对内源性和外源性物质的消化， 为细胞提供营养、防御。为细胞提供营养、防御。 2. 参与激素生成参与激素生成：甲状腺素的生成。：甲状腺素的生成。 3. 参与组织器官的变态和退化参与组织器官

16、的变态和退化： 两栖类尾部的吸收、子宫内膜。的两栖类尾部的吸收、子宫内膜。的 周期性萎缩。周期性萎缩。 4. 协助受精协助受精：顶体含多种水解酶。：顶体含多种水解酶。 5. 骨代谢骨代谢：分解、清除旧的骨基质。：分解、清除旧的骨基质。 6. 防御作用防御作用 顶体顶体 细胞核细胞核 参与组织器官的变态和退化参与组织器官的变态和退化：哺乳动物：哺乳动物 指指(趾趾)的形成、两栖类尾部的吸收。的形成、两栖类尾部的吸收。 1. 矽肺：职业病矽肺：职业病 吸入吸入SiO2 巨噬细胞吞入巨噬细胞吞入与溶酶体融合与溶酶体融合 SiO2形成矽酸形成矽酸 溶酶体膜破裂溶酶体膜破裂 巨噬细胞死亡巨噬细胞死亡 S

17、iO2释放释放 诱导成纤维细胞增生诱导成纤维细胞增生胶原结节胶原结节肺弹性降低肺弹性降低 形成形成 矽肺矽肺 第四节 过氧化物酶体 peroxisome 1954 1954年年RhodinRhodin首先于鼠肾小管上皮细首先于鼠肾小管上皮细 胞发现过氧化酶体，该结构主要含有氧化胞发现过氧化酶体，该结构主要含有氧化 酶和过氧化物酶。酶和过氧化物酶。 一、形态结构：一、形态结构： 过氧化物酶体过氧化物酶体 (peroxisome)(peroxisome)是圆形是圆形 或卵圆形，直径或卵圆形，直径 0.60.6 0.70.7 m m，由一层由一层 单位膜包裹，单位膜包裹，内含多内含多 种氧化酶，中央

18、常有种氧化酶，中央常有 类核体类核体。 标志酶：过氧化氢酶标志酶：过氧化氢酶 大鼠肝细胞大鼠肝细胞 鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P P）和其它细胞器如线粒体（和其它细胞器如线粒体（M M）等等 （Albert et al. ，1989） 二二. .过氧化物酶体所含的酶过氧化物酶体所含的酶 氧化酶氧化酶：占过氧化物酶体酶含量的：占过氧化物酶体酶含量的50%50% 作用：氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢。作用：氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢。 过氧化氢酶过氧化氢酶：占过氧化物酶体酶含量的：占过氧化物酶体酶含量的40%40% 作用：对氧化酶作用底

19、物后形成的过氧化氢还原作用：对氧化酶作用底物后形成的过氧化氢还原 成水。成水。标志酶标志酶 过氧化物酶过氧化物酶：将过氧化氢还原成水：将过氧化氢还原成水 三三. .过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能 2H2H2 2O O2 2 过氧化氢酶过氧化氢酶 2H2H2 2O +OO +O2 2 防止防止H H2 2O O2 2在细胞内堆积，起保护细胞的作用。在细胞内堆积，起保护细胞的作用。 功功 能 能 对有毒物质的解毒作用：对有毒物质的解毒作用： RHRH2 2+H+H2 2O O2 2 R+ 2HR+ 2H2 2O O 对细胞氧张力的调节作用：对细胞氧张力的调节作用： RHRH2 2+O+O2

20、2R+ HR+ H2 2O O2 2 参与核酸、脂肪和糖的代谢参与核酸、脂肪和糖的代谢 四四. .过氧化物酶体的起源过氧化物酶体的起源 起起 源 源 传统：内质网芽生而来。传统：内质网芽生而来。 与溶酶体相似：内质网与溶酶体相似：内质网小泡小泡高尔基复合体高尔基复合体分泌泡分泌泡 过氧化物酶体过氧化物酶体 近年来：与线粒体发生相似近年来：与线粒体发生相似 过氧化物酶体的形成不同与溶酶体，其酶和蛋白质是由胞过氧化物酶体的形成不同与溶酶体，其酶和蛋白质是由胞 质中的游离核糖体合成输送而来，而膜的形成与质中的游离核糖体合成输送而来，而膜的形成与rERrER有关。有关。 新的过氧化物酶体的产生新的过氧

21、化物酶体的产生 催化蛋白输入的特异蛋白催化蛋白输入的特异蛋白 特异的胞液蛋白摄取特异的胞液蛋白摄取 导致的生长导致的生长 子代的过氧化物酶体子代的过氧化物酶体 过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较 特 征 溶酶体 过氧化物酶体 形态大小 多呈球形，直径0.20.5微米， 球形，直径多在0.150.25微米， 无酶晶体 常有酶晶体 酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类 pH 5左右 7左右 是否需O2 不需要 需要 功能 细胞内的消化作用 多种功能 发生 酶在糙面内质网合成经高尔基 酶在细胞质基质中合成， 体出芽形成 经分裂与装配形成 识别的标志酶 酸性水解酶等 过氧

22、化氢酶 细胞的区室化细胞的区室化(compartmentation) 膜流膜流(membrane flow) 本章节重点本章节重点 1.1.胞内物质的转送运输和分泌活动胞内物质的转送运输和分泌活动 2.2.糖蛋白的加工合成糖蛋白的加工合成 3.3.蛋白质的水解蛋白质的水解 4.4.蛋白质的分选与胞内膜泡运输蛋白质的分选与胞内膜泡运输 三三. . 高尔基体的功能高尔基体的功能 AsnAsnAsnAsnAsn N-乙酰葡乙酰葡 萄糖胺萄糖胺 甘露糖甘露糖 葡萄糖葡萄糖 岩藻糖岩藻糖 半乳糖半乳糖 唾液酸唾液酸 粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体 4. 4. 蛋白的分选和运输：蛋白的分选和运输： 1 1）溶酶体酶：）溶酶体酶： 带有带有分选信号分选信号，高尔基体生成的运输小泡膜，高尔基体生成的运输小泡膜 上上 有分选信号的有分选信号的受体受体。 2 2）分泌蛋白：）分泌蛋白： 在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，