细胞生物学第8章内膜系统

1、细胞生物学第8章内膜系统 一、原核细胞 无核 细胞膜 细胞质基质（胞质溶胶） 真核细胞 细胞质 细胞器（有膜、无膜） 内含物（如糖原、色素） 细胞核Company LogoCompany LogoCompany LogoCompany Logo 是指细胞质内在形态结构、功能和发生上具有相互联系的膜相结构的总称，包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体以及各种膜性小泡。细胞的内膜系统（endomembrane system）Company Logo第一节 核 糖 体（ribosome）一、类型 根据核糖体在超速离心中S值的大小，大致分三种类型： 70S （原核细胞） 80S （真核细胞） 70S

2、（线粒体）Company Logo二、化学组成 主要由rRNA和蛋白质组成。 真核细胞：80S核糖体（60S40S）60S -3种rRNA（28S、5.8S、5S）+ 49种蛋白40S-1种rRNA（18S） 33种蛋白 原核细胞：70S核糖体（50S30S）50S-2种rRNA（23S、5S）34种蛋白30S-1种rRNA ( 16S ) + 21种蛋白Company LogoCompany LogoCompany Logo三、功能（一）合成蛋白质的场所 游离核糖体 ：主要合成结构蛋白。 附着核糖体 ：主要合成分泌蛋白、膜蛋白。Company LogoCompany Logo 四个活性部位P

3、位：肽酰-tRNA结合位点A位：氨酰-tRNA结合位点E位：肽链转移后将要被释放的tRNA结合的位点mRNA结合位点Company Logo四、功能单位 多聚核糖体（polyribosome）许多核蛋白体借助mRNA串联在一起，成为一个功能单位，共同合成蛋白质。常为28个，多达30个或更多。Company LogoCompany Logo 由多少个核糖体串联成一个多聚核糖体，则依mRNA分子的长度以及合成蛋白质分子的大小而定。 多聚核糖体中各核糖体间距为3035nm。 如：血红蛋白多肽链约有150个氨基酸，那么它需要一条约450个核苷酸连成的mRNA链。两个核苷酸之间的距离为0.34nm，这个

4、mRNA分子的长度约为150nm。因此这个mRNA的上面就可接纳56个核糖体。 Company Logo第二节 内质网（endoplasmic reticulum）一、形态结构与类型（一）形态结构 由一层单位膜围成的相互连续的小管、小泡和扁囊样结构组成的三维网状膜系统。 膜厚约56nm，与核膜相连续。Company LogoCompany LogoCompany Logo（二） 类型 类型 特征 形态结构 主要功能 rER 有核糖体附着 扁囊 合成分泌蛋白、 溶酶体蛋白、膜蛋白 sER 无核糖体附着 小管、小泡 合成类固醇激 素、解毒Company LogoCompany Logo二、化学组成

5、 由脂类和蛋白质组成。 标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶Company LogoCompany Logo三、功能（一） 粗面内质网（rER）的功能* 主要是为负责蛋白质合成的细胞器核糖体提供支架，同时也进行新合成蛋白质的粗加工和蛋白质的转运。Company Logo1、 分泌蛋白质的合成（1） 信号肽假说（signal hypothesis） 1975年 Blobel 和 Doberstein提出。 1） 信号肽： 由信号密码所编码， 为蛋白质合成中最先被翻译的氨基酸序列， 通常由 1830个疏水氨基酸组成， 可被信号识别颗 粒（SRP）所识别。 作为与粗面内质网膜结合“引导者”指引核糖体与粗面内质

6、网膜结合，并决定新生肽链插入膜内或进入内腔。Company Logo2）SRP 结合信号肽 SRP识别信号肽并结合， SRP另一端插入A位，形成SRP-核糖体复合体，翻译暂停。3）核糖体在信号肽-SRP引导下结合内质网 SRP识别SRP受体并结合，核糖体则结合核糖体受体，成为附着核糖体。 SRP从核糖体上脱离 ，空出A位。4）蛋白合成继续Company LogoCompany Logo信号肽假说（signal hypothesis）： 蛋白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，而信号肽本身则在在蛋白合成完成之前被内质网腔的信号肽酶切除。Company

7、Logo（2）蛋白质在内质网腔内的折叠和组装 已转移到ER腔内的多肽链在ER腔里进行折叠和组装。只有折叠、组装正确的蛋白质才能进入下一道流水线，从这意义上讲，ER还起到一个“质量控制器”的作用。Company Logo 需要驻留蛋白参与，包括蛋白二硫异构酶和内质网分子伴侣等。 分子“伴侣”（molecular chaperones） 细胞中帮助其他蛋白质多肽链转运、折叠或装配，但并不参与最终产物组成的蛋白质分子。因此称为分子“伴侣”。 驻留蛋白在ER腔高浓度存在，是因为有驻留信号肽，即在蛋白羧基端有4个氨基酸（-Lys-Asp-Glu-Leu-COO）。 Company Logo（3）蛋白质在

8、内质网腔内的糖基化 在糖基转移酶的催化下，寡聚糖链与蛋白质的氨基酸残基共价连接的过程称为蛋白质糖基化。蛋白质的糖基化主要在高尔基复合体中进行，rER腔内也进行部分糖基化。Company Logo rER腔中进行的糖基化主要是N-连接糖基化。 N-连接的糖蛋白多为分泌性蛋白和溶酶体蛋白。Company LogoCompany Logo（4） 蛋白质由ER向高尔基复合体的运输 rER中合成和初加工后的蛋白质通过其管腔运送并以“芽生”方式从rER膜上膨出，脱落形成小囊泡。小囊泡内含新合成的可溶性蛋白，泡膜上带有新合成的膜蛋白。小囊泡将这些蛋白质定向地转运到高尔基复合体进一步加工修饰。Company

9、LogoCompany LogoCompany Logo2、rER与膜脂的合成 内质网膜能合成几乎所有细胞膜需要的脂类。1） 新合成的脂类分子最初只嵌入内质网脂双层的细胞质基质面。 2） 翻转酶(flipase)，能选择性地将脂类分子从细胞质基质面的膜层“翻转”到ER腔面的膜层中。脂类去向：1）嵌入到内质网脂类双层中，补充自身膜损失。2）输送到其它膜性细胞器，补充其他膜相损失。Company Logo（二） sER的功能* 1、 固醇激素的合成与脂类代谢 （是sER最明显的功能） SER包含一整套合成脂类的酶系，合成几乎所有脂类（除了合成膜脂以外，还合成包括脂肪、磷脂、胆固醇、甾类激素等其它的

10、脂类）。 sER合成的脂质分子运输到细胞其它部位可能通过二种方式。一种是通过“芽生”形成运输小泡运送；另一种方式可通过特殊的磷脂交换蛋白送往各膜性细胞器。Company LogoCompany Logo2、解毒作用3、肌肉收缩 sER在肌肉细胞中形成一种特殊结构称为肌质网。肌细胞中的sER通过释放和摄取Ca2+参与肌肉的运动。Company Logo第三节 高尔基复合体（Golgi complex，GC） 高尔基复合体是真核细胞中重要的中介细胞器，在糖蛋白合成、加工、修饰、分泌以及溶酶体形成过程中起重要作用。Company Logo 光镜下的高尔基复合体Company LogoCompany

11、Logo一、形态结构 1 顺面高尔基网络（形成面，CGN） 运输小泡 2 中央扁平囊区（cisterna） 顺面扁囊 中间扁囊 反面扁囊 3 反面高尔基网络（成熟面，TGN） 大囊泡Company Logo高尔基复合体的结构模式图Company LogoCompany Logo二 、化学组成 标志酶：糖基转移酶Company Logo三、 功能（一） 分泌蛋白的加工与修饰1、糖蛋白的合成与修饰 GC内进行O-连接的糖基化。 rER内合成的N-连接的寡糖蛋白必须在GC内加工修饰。 Company LogoCompany LogoCompany Logo酶 分布甘露糖苷酶 顺面扁囊 N-乙酰葡萄糖

12、胺转移酶 中间扁囊半乳糖转移酶唾液酸转移酶 反面扁囊Company Logo GC中的蛋白质糖链的加工修饰具有严格的顺序性和区域性。Company Logo2、蛋白质的加工改造 由内质网送到高尔基复合体的某些蛋白以酶原形式存在，这类蛋白须加工水解为成熟蛋白。 胰岛素原 胰岛素Company Logo（二）高尔基复合体与蛋白质的分选和运输 Company LogoCompany Logo（三）高尔基复合体与溶酶体的形成 溶酶体是从反面高尔基复合体以出芽方式形成的。 M6P是溶酶体水解酶分选的重要识别信号。Company LogoCompany Logo（四）高尔基复合体与细胞内膜的交通Compa

13、ny Logo 第四节 溶 酶 体（lysosome） 由一层单位膜包裹着丰富的酸性水解酶，是细胞内消化器官。Company Logo一、形态特点和化学组成 1、溶酶体是由一层单位膜围界而成的球形或卵圆形 结构，其形态大小差异很大，其直径一般在0.2 0.8m之间，膜厚约6nm。电镜下因其内含物的 电子密度较高，着色深，易与线粒体、过氧化物 酶体等泡状细胞器相区别。Company LogoCompany Logo2、溶酶体含有丰富的酸性水解酶，目前发现约有60余种，其最适pH为5.0。 标志酶：酸性磷酸酶3、脂质双分子层中以鞘磷脂居多；膜蛋白异乎 寻常高度糖基化。膜上具有质子泵，依赖ATP水解

14、放出能量将H+泵入溶酶体内以维持其内腔的酸性pH。Company LogoCompany Logo二、溶酶体的类型 （一） 内体性溶酶体 是由高尔基复合体芽生的运输小泡和内体合并而成。 水解酶无活性，没有作用底物及消化产物。 （二） 吞噬性溶酶体 由内体性溶酶体和将被水解的各种吞噬底物融合而成。 水解酶有活性，有作用底物及消化产物。Company LogoCompany Logo 根据底物来源不同，将吞噬性溶酶体分为自噬性溶酶体和异噬性溶酶体。 Company Logo（三）残余小体（residual body） 水解酶活性 Company Logo 残余小体有些能将其残余物通过外排作用排出细

15、胞，有些则积累在细胞内不被排出。巨噬细胞及嗜中性白细胞由于生活时间不长，这种现象不会发生。但如神经细胞和心肌细胞，残余物积累形成脂褐质。脂褐质的多少可用来估算细胞老化程度。Company Logo三、功能 溶酶体的基本功能是酶解消化作用。它既可对吞噬入胞的异源物质如细菌、病毒等进行消化分解，也可对细胞内自噬的衰亡细胞器、营养颗粒等物质进行消化分解。同时机体中细胞的生理性自溶及精、卵结合也与溶酶体有关。Company Logo（一） 细胞内消化 1、自噬作用 溶酶体对细胞自身结构组分的消化分解过程称为自噬作用。Company Logo 附：KFERQ代表赖氨酸（K）、苯丙氨（F）、谷氨酸（E）、

16、精氨酸（R）、和谷氨酰（Q）。 通过自噬作用细胞结构得以更新，有利于高效率发挥生理功能。2、异噬作用 溶酶体对外源性异物的消化分解过程称为异噬作用。 Company Logo 大分子物质和一些侵入机体的病毒、细菌颗粒不能直接穿过细胞膜，而是经过吞噬（饮）作用进入细胞形成吞噬体，然后与内体性溶酶体融合成为异噬性溶酶体。在其内，异物被消化分解成小分子扩散到细胞质基质中供细胞利用。不能消化的物质仍留在泡内形成残余小体。 异噬作用不仅为细胞生存提供了可直接利用的营养物质，而且还能消除外来异物的毒害对机体起着防御保护作用。Company Logo（二）对细胞外物质的消化参与受精过程和骨质更新。Compa

17、ny LogoCompany Logo （三）自溶作用 指在细胞内，在一定条件下，溶酶体膜破裂，水解酶溢出致使细胞本身被消化分解，这一过程称为自溶作用。 青蛙变态发育阶段尾巴的逐渐消失是溶酶体自溶作用的结果。 在人类，子宫内膜的周期性萎缩可部分归因于溶酶体自溶作用。 Company Logo（四） 粒溶作用 溶酶体分解胞内剩余营养颗粒的作用称为粒溶作用。 例如：母体哺乳期内乳腺细胞含有丰富的乳汁颗粒，一旦停止授乳，细胞内多余的乳汁颗粒即可与溶酶体融合而被分解，重新利用。Company Logo四、溶酶体与疾病 （一） 先天性溶酶体病 是由于溶酶体中某些酶的先天性缺乏造成吞噬性溶酶体内的底物不能

18、被消化和降解的一种代谢性疾病。 型糖原沉积病是人类最早发现的先天性代谢病溶酶体缺a葡萄糖苷酶，糖原不能被分解，在肝脏、肌肉中大量累积，使其发病（肌无力、心脏增大、衰竭）。 Company Logo（二） 矽肺 矽肺是某些工人的一种职业病，其病因与溶酶体的自溶作用有关。 矽粉末（二氧化硅）肺巨噬细胞吞噬进溶酶体不能消化矽酸破坏膜水解酶释放细胞溶解矽又被吞巨噬细胞大量死亡成纤维细胞分泌胶原肺弹性降低肺功能衰竭Company Logo第五节 过氧化物酶体（peroxisome） 一、形态结构和化学组成 由一层单位膜包裹的圆形或卵圆形小体。40多种酶。 标志酶：过氧化氢酶Company LogoCompany Logo二、功能 参与代谢 、解毒。 过氧化物酶体常含两种酶：氧化酶、过氧化氢酶。由这两种酶催化的反应相互偶联，从而使细胞免受H2O2的毒害。 过量饮酒造成的酒精中毒，往往要经过过氧化物酶体的作用来解毒。 RH2 + O2 R + H2O2 H2O2 + RH2 R + H2O （甲醇、乙醇、 亚硝酸盐、甲酸等）Company Logo三、发生 过氧化物酶体的大部分蛋白（各种酶）是在细胞质中游离核糖体上合成的，由连接于酶蛋白上的信号肽（丝氨酸-赖氨酸-亮氨酸）将它引导到过氧化物酶体之中。这种输入过程和过氧化物酶体的重要性是通过人的