第9章内膜系统

1、CHAPTER 9 内膜系统与蛋白质合内膜系统与蛋白质合成、分选和膜运输成、分选和膜运输OUTLINE9.19.1内膜系统内膜系统9.29.2蛋白质合成、加工和分选蛋白质合成、加工和分选9.3 9.3 细胞分泌与内吞作用细胞分泌与内吞作用 9.4 9.4 小泡运输的分子机制小泡运输的分子机制3膜结合细胞器膜结合细胞器9.1 内膜系统内膜系统内膜系统与膜结合细胞器内膜系统与膜结合细胞器膜结合细胞器膜结合细胞器(membrane-bounded organelles)具有膜结构的细胞器，细胞核、线粒体、叶绿体、具有膜结构的细胞器，细胞核、线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、内质网、高尔基体等过氧化物酶体

2、、内质网、高尔基体等内膜系统内膜系统(endomembrane system)指内质网、高尔基体、溶酶体、液泡和细胞核指内质网、高尔基体、溶酶体、液泡和细胞核5类膜结合细胞器，它们的膜是相互类膜结合细胞器，它们的膜是相互流动的流动的，处，处于动态平衡，功能上也相互于动态平衡，功能上也相互协同协同。5细胞核：产生细胞核：产生mRNA内质网：蛋白质合成内质网：蛋白质合成高尔基体：蛋白质加工高尔基体：蛋白质加工溶酶体：蛋白质分解溶酶体：蛋白质分解分泌泡和内体：与质膜分泌泡和内体：与质膜关联，参与分泌和内吞关联，参与分泌和内吞内膜系统功能的协同性内膜系统功能的协同性内膜系统的动态性内膜系统的动态性独立

3、性独立性内膜封闭的区室内膜封闭的区室执行独立的功能执行独立的功能动态性质动态性质( (穿梭小泡穿梭小泡) )Biosynthetic pathwaySecretory pathway Endocytic pathway 膜结合细胞器的进化膜结合细胞器的进化起因起因 遗传信息的扩大遗传信息的扩大 表面积与体积比值失调表面积与体积比值失调 物质代谢速度受限物质代谢速度受限对策对策: :内部结构区域化或者吸收外部生命体内部结构区域化或者吸收外部生命体 途径：途径： 质膜内陷质膜内陷 内共生内共生内膜系统的生物学意义内膜系统的生物学意义特定的功能区域和微环境特定的功能区域和微环境合理使用资源、分工明确

4、合理使用资源、分工明确集团化管理集团化管理提高工作效率提高工作效率动态性质动态性质保证了膜结构的一致性保证了膜结构的一致性使细胞使细胞“青春常在青春常在”特殊酶类的安全性特殊酶类的安全性表面积表面积/ /体积提高体积提高提高了反应效率提高了反应效率内质网内质网 (Endoplasmic Reticulum, ER)形态结构和化学组成形态结构和化学组成内质网是由一层单位膜（内质网是由一层单位膜（5-6nm）形成的囊状、泡）形成的囊状、泡状和管状结构，形成一个连续的网膜结构。状和管状结构，形成一个连续的网膜结构。内质网是动物细胞内最大的细胞器，占细胞内膜系内质网是动物细胞内最大的细胞器，占细胞内膜

5、系统的一半左右，占细统的一半左右，占细胞体积的胞体积的10%。靠近靠近细胞质内侧，细胞质内侧，与与核膜相连。核膜相连。根据是否结合核糖体，可分为：根据是否结合核糖体，可分为：糙面内质网糙面内质网(RER) ：有核糖体，合成分泌蛋白：有核糖体，合成分泌蛋白光面内质网光面内质网 (SER)：无核糖体，合成脂类：无核糖体，合成脂类外表面称为胞质溶胶面外表面称为胞质溶胶面(sytosolic space)内表面称为潴泡面内表面称为潴泡面(cisternal space)特殊类型的内质网特殊类型的内质网肌质网，位于肌细胞中，肌质网，位于肌细胞中，Ca2+-ATP酶酶微粒体微粒体(microsome)破碎

6、的内质网，用于体破碎的内质网，用于体外实验外实验 内质网的化学组成内质网的化学组成 内质网是膜囊结构，主要化学组成是蛋白内质网是膜囊结构，主要化学组成是蛋白质和脂类。包括糖代谢、脂代谢、蛋白质加工、质和脂类。包括糖代谢、脂代谢、蛋白质加工、药物及其他有毒物质脱毒相关的酶类。药物及其他有毒物质脱毒相关的酶类。 内质网的标志酶是内质网的标志酶是 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 细胞色素细胞色素P P450450在内质网膜中最为丰富，约占滑在内质网膜中最为丰富，约占滑面内质网总蛋白的面内质网总蛋白的20%20%糖原分解糖原分解释放葡萄糖释放葡萄糖信号维持血糖浓度恒定信号维持血糖浓度恒定脂类的合成

7、与转运脂类的合成与转运甘油三酯和磷脂甘油三酯和磷脂解毒作用解毒作用P450的作用的作用Ca2+离子浓度的调节作用离子浓度的调节作用Ca2+-ATP酶酶光面内质网的功能光面内质网的功能葡萄糖磷酸化酶葡萄糖磷酸化酶葡萄糖磷酸易位酶葡萄糖磷酸易位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶脂溶性有毒物脂溶性有毒物H+磷脂的合成磷脂的合成翻转酶翻转酶乙酰辅酶乙酰辅酶A脂酰辅酶脂酰辅酶A磷酸甘油磷酸甘油二酰甘油二酰甘油蛋白质的折叠与加工蛋白质的折叠与加工 Bip蛋白：蛋白：Bip是一类分子伴侣是重链结合蛋白的是一类分子伴侣是重链结合蛋白的简称简称(heavy-chain binding protein)，Hsp70

8、家族。家族。与未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合与未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合防止新合成蛋白转运中变性和断裂防止新合成蛋白转运中变性和断裂蛋白质在内质网中的加工与修饰蛋白质在内质网中的加工与修饰N-糖基化糖基化N-糖基化糖基化羟基的形成羟基的形成脯氨酸和赖氨酸脯氨酸和赖氨酸 形成脂锚定蛋白形成脂锚定蛋白糖基磷脂酰肌醇糖基磷脂酰肌醇9.3 高尔基复合体高尔基复合体Golgi complex高尔基器高尔基器(Golgi apparatus)或高尔基复合体意或高尔基复合体意大利科学家大利科学家Camillo Golgi在在 1898年发现的。年发现的。形态形态结构结构 整齐的扁平膜囊堆叠而成，呈弓形或球形

9、。整齐的扁平膜囊堆叠而成，呈弓形或球形。扁平膜囊扁平膜囊液泡液泡小泡小泡 数量与化学组成数量与化学组成数量数量 分泌功能越旺盛的细胞越多。分泌功能越旺盛的细胞越多。膜膜蛋白含量蛋白含量高尔基复合体高于内质网和质膜高尔基复合体高于内质网和质膜: : 质质 膜膜: : 蛋白质蛋白质 40% 40% 内内 质质 网网: : 蛋白质蛋白质 20%20% 高尔基体高尔基体: : 蛋白质蛋白质 60%60%高尔基复合体的标志酶是高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶糖基转移酶。高尔基体的极性高尔基体的极性高尔基内侧网络高尔基内侧网络( (cis-Golgi network, CGN) 顺面、形成面顺面、形成面中

10、间潴泡中间潴泡 ( (medial cisternae) )高尔基外侧网络高尔基外侧网络( (trans Golji network,TGN) 外侧面、成熟面外侧面、成熟面生产加工流水线生产加工流水线酶酶 顺面顺面 中间膜囊中间膜囊 反面反面脂肪酰基转移酶脂肪酰基转移酶甘露糖苷酶甘露糖苷酶 乙酰葡萄糖胺转移酶乙酰葡萄糖胺转移酶 甘露糖苷酶甘露糖苷酶 NADPase NADPase 磷酸酶磷酸酶 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 5 5核苷酶核苷酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶核苷二磷酸酶核苷二磷酸酶唾液酸转移酶唾液酸转移酶硫胺素焦磷酸酶硫胺素焦磷酸酶半乳糖基转移酶半乳糖基转移酶高尔基体的功能高尔基体的功能蛋白质

11、和脂类的运输蛋白质和脂类的运输内质网和质膜间的中间站内质网和质膜间的中间站ERER和高尔基体内侧间的和高尔基体内侧间的运输运输( (包含逆向运输包含逆向运输) )高尔基体内侧到高尔高尔基体内侧到高尔基体外侧运输基体外侧运输ER驻留蛋白的驻守机制驻留蛋白的驻守机制内质网驻留信号内质网驻留信号(ER retention signal): Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即即KDEL信号序列信号序列KDEL信号受体信号受体 内质网膜内质网膜 高尔基体膜高尔基体膜 不具有蛋白特异性不具有蛋白特异性如内质网分子如内质网分子伴侣伴侣Bip蛋白蛋白 蛋白质的蛋白质的糖基化糖基化 O O- -连接的

12、糖基化连接的糖基化 将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基上，称为氨酸的羟基上，称为O-O-连接的糖基化。连接的糖基化。N N- -连接的寡聚糖进一步加工连接的寡聚糖进一步加工高甘露糖型高甘露糖型复合寡糖型复合寡糖型蛋白质分选蛋白质分选(P(Protein sorting)rotein sorting)广义：整个细胞对合成蛋白质的分选作用广义：整个细胞对合成蛋白质的分选作用狭义：狭义：膜结合核糖体上合成的蛋白质膜结合核糖体上合成的蛋白质, , 通过信号肽通过信号肽, ,在翻译在翻译的同时进入内质网的同时进入内质网, , 然后经过各种加工和修饰

13、然后经过各种加工和修饰, ,使不同去向使不同去向的蛋白质带上不同的的蛋白质带上不同的标记标记, , 最后经过最后经过高尔基高尔基体反面网络体反面网络进行分选进行分选, ,包包装到不同类型的小泡装到不同类型的小泡, ,并并运送到目的地。运送到目的地。分选作用主要是由分选作用主要是由信信号序列和受体号序列和受体之间的相之间的相互作用决定的互作用决定的 9.4 9.4 溶酶体溶酶体( (lysosomelysosome) )动物细胞内的一种细胞器动物细胞内的一种细胞器小球状小球状,直径一般直径一般0.250.8m, 由一层单位膜包被由一层单位膜包被溶酶体含有溶酶体含有50多种水解酶类，多种水解酶类，

14、在细胞内起消化和保护作用在细胞内起消化和保护作用当细胞被损伤时，溶酶体可当细胞被损伤时，溶酶体可释放出水解酶类，使细胞自溶释放出水解酶类，使细胞自溶来自高尔基体，通过来自高尔基体，通过M6P信号信号分拣而来分拣而来溶酶体膜的稳定性溶酶体膜的稳定性溶酶体的膜蛋白高度糖基化溶酶体的膜蛋白高度糖基化溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇溶酶体的膜上嵌有质子泵溶酶体的膜上嵌有质子泵溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解溶酶体的膜上具有多种载体蛋白用于水解产物向外转运产物向外转运溶酶体的酶类溶酶体的酶类种类种类:溶酶体内含溶酶体内含有有50多种酶类；多种酶类；均为酸性水解

15、酶，最适均为酸性水解酶，最适pH值是值是4.6；少量的溶酶体酶泄漏到少量的溶酶体酶泄漏到细胞质基质中并不会引起细胞质基质中并不会引起细胞损伤细胞损伤 ?酸性磷酸酶是溶酶体的酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶标志酶蛋白酶蛋白酶核酸酶核酸酶糖苷酶糖苷酶脂酶脂酶植物溶酶体植物溶酶体液泡液泡溶酶体的类型溶酶体的类型 初级溶酶体初级溶酶体(primary lysosome)次级溶酶体次级溶酶体(secondary lysosome)自噬性溶酶体自噬性溶酶体(autolysosome)异噬性溶酶体异噬性溶酶体(heterolysosome)后溶酶体后溶酶体(post lysosome)溶酶体的功能溶酶体的功能 消化作用：消化作用：异体吞噬：吞噬体和内吞作