细胞学9章高尔基复合体课件

1、第九章 高尔基复合体 高尔基体又称高尔基器或高尔基复合体，是比较普遍地存在于真核细胞内的一种细胞器。1898年，意大料医生Camillo Golgi用镀银法首次在神经细胞内观察到一种网状结构，命名为内网器。后来在很多细胞中相继发现了类似的结构并称之为高尔基体。高尔基体从发现至今已有百年历史，其中一半以上的时间是进行关于高尔基体的形态甚至是它是否真实存在的争论。细胞学家赋予它十几种不同的名称，也有很多人认为高尔基体是由于固定和染色而产生的人工假象。20世纪50年代以后随着电子显微镜技术的应用和超薄切片技术的发展，才证实了高尔基体的存在。它不仅存在于动植物细胞中，而且也存在于原生动物和真菌细胞内。

2、 人们花费了半个世纪的时间才确认高尔基体的存在，这不仅是由于当时主要研究手段光学显微镜的局限性，而且也反映了高尔基体的自身结构特征。高尔基体是由大小不一、形态多变的囊泡体系组成，在不同的细胞中，甚至细生长的不同阶段都有很大的区别。有时不易辨认，而且更难分离与纯化，再加上一般动物细胞中数目较少，在含量丰富的肝细胞中也仅有少量的高尔基体。因此对高尔基体的结构与功能的研究，一直是细胞生物学家面临的挑战性难题之一。经过了较长时间的描述性工作以后，近些年来已开始对维持高尔基体的结构与行使其功能的分子机制进行了研究，目前积累的资料虽然远远不足以彻底阐明高尔基体的结构与功能，但是却使我们对高尔基体这一难以捉

3、摸的细胞器的认识提高到了前所未有的高度。 高尔基体各部分的名称 高尔基体的三个功能区域高尔基复合体只存在于真核细胞中,通常在分泌功能旺盛的细胞内高尔基复合体数目很多，如杯状细胞、胰腺外分泌细胞、唾液腺细胞等。在未分化的干细胞（或母细胞）中，高尔基复合体往往较同类成熟细胞少得多。 电子显微镜所观察到的高尔基体最富有特征的结构是由一些(常常4-8个)排列较为整齐的扁平膜囊堆叠在一起，构成了高尔基体的主体结构。扁囊多呈弓形，也有的呈半球形或球形。膜囊周围又有大量的大小不等的囊泡结构。扁囊的直径多在1左右，中间囊腔较窄，周缘多呈泡状，每层扁囊之间的距离约153Onm。在不同细胞中扁囊的数目差异很大，少

4、至12个，多至十几个。高尔基体是一种有极性的细胞器，这不仅表现在它在细胞中往往有比较恒定的位置与方向，而且物质从高尔基体的一侧进入，从另一侧输出，因此每层膜囊也各不相同。在很多细胞中，高尔基体靠近细胞核的一面，扁囊弯曲成凸面又称形成面或顺面，面向细胞膜的一面常呈凹面又称成熟面或反面。一、高尔基体的形态结构 在电子显微镜下, 高尔基复合体是一种较为复杂的膜性细胞器，由重叠的扁平囊和一群小囊泡、大囊泡三部分共同构成。（一）扁平囊 一般由310层平行排列在一起，扁平囊通常略弯曲呈盘状,横切面似弓形，其凸面朝向细胞核称顺面或形成面；凹面朝向细胞膜称分泌面或成熟面。 扁平囊的中央部分较平，其上有孔，可与

5、相邻的扁平囊或其周围的小泡、小管相连通。(二)小囊泡 为直径约3080nm的球形小泡，其内容物较透明，多集中分布于扁平囊的形成面与内质网之间。 一般认为它们是由粗面内质网“芽生”而来，载有粗面内质网合成的蛋白质成分转运至扁平囊中，故又称为运输小泡 (三)大囊泡 大囊泡直径约100500nm，多见于扁平囊的末端或成熟面,数量少于小囊泡。 一般认为，大囊泡是由扁平囊周边或局部呈球状膨突而后脱落形成,并带有扁平囊所含有的分泌物质。又称浓缩泡或分泌泡。 根据高尔基体的各部分膜囊特有的成分，可用电镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的分析。常用的4种标志细胞化学反应是: (1)嗜锇反应，经锇酸浸

6、染后，高尔基体的顺面膜囊被特异地染色。 (2)焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的反面的12层膜囊。 (3)胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)的细胞化学反应，常常可显示靠近反面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。 (4)烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的细胞化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应。 培养的上皮细胞中高尔基体的分布（高尔基体为红色，核为绿色）数量生物体中高尔基复合体的数量不等，平均为每细胞20个。在低等真核细胞中， 高尔基复合体有时只有12个，有的可达一万多个。在分泌功能旺盛的细胞中， 高尔基复合体都很多。如胰腺外分泌细胞、唾液

7、腺细胞和上皮细胞等。而肌细胞和淋巴细胞中高尔基复合体较少见。分布高尔基复合体只存在于真核细胞中， 原核细胞中则无。在一定类型的细胞中， 高尔基复合体的位置比较恒定，如外分泌细胞中高尔基体常位于细胞核上方，其反面朝向细胞质膜；神经细胞的高尔基体有很多膜囊堆分散于细胞核的周围。 二、高尔基体的数量和分布三、高尔基复合体的化学组成 高尔基复合体膜的成分介于内质网和质膜之间 。1.蛋白质从蛋白质含量看， 高尔基复合体高于内质网和质膜： 质膜的蛋白质含量为 40%， 内质网的蛋白质含量为20%， 而高尔基体的蛋白质含量占60%。2.脂从总磷脂看， 高尔基体介于内质网和质膜之间3.酶类高尔基复合体的膜上含

8、有丰富的酶类，如糖基转移酶、磺化糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、激酶、甘露糖苷酶、磷脂酶等。但在膜上的分布并不均一。高尔基复合体的标志酶是糖基转移酶。 内质网、高尔基复合体和质膜的磷脂组成 膜类型总磷脂磷脂类型神经鞘磷 脂磷脂酰胆 碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨 酸磷脂肌醇胆固醇粗面内质网61%3.447.836.85.60.12高尔基体45%14.231.436.54.70.47细胞质膜40%19.232.034.44.60.51 高尔基体的主要功能是将内质网合成的多种蛋白质进行加工、分类与包装，然后分门别类地运送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。内质网上合成的脂质一部分也要通过高尔基体向细胞膜和溶

9、酶体膜等部位运输，因此可以说，高尔基体是细胞内大分子运输的一个主要交通枢纽。此外高尔基体还是细胞内糖类合成的工厂，在细胞生命活动中起多种重要的作用。 四、高尔基体的功能 溶酶体中的水解酶类、多数细胞膜上的膜蛋白和分泌蛋白都是糖蛋白，而在细胞质基质和细胞核中绝大多数蛋白质都无糖基化修饰。仅有的例外是某些转录因子和核孔复合体上发现一些糖蛋白，结合在蛋白质上的糖基也比较简单。这就是说，糙面内质网上合成的大多数蛋白质在内质网和高尔基体中发生了糖基化。不仅如此，在从内质网向高尔基体及在高尔基体各膜囊之间的转运过程中，连接在蛋白侧链上的寡糖基会发生一系列有序的加工与修饰。1.蛋白质的糖基化及其修饰 与细胞

10、内其他生物大分子如DNA、RNA和蛋白质合成(它们都具有一个模板，使用相同的一套酶系并以类似的重复过程进行合成)不同，糖蛋白中寡糖链的合成与加工都没有模板，靠不同的酶而且在细胞的不同间隔中经历复杂的加工过程才能完成。因此人们推测，真核细胞中普遍存在的糖基化一定具有某种重要的功能。首先考虑到的就是为各种蛋白质打上不同的标志，以利于高尔基体的分类与包装，同时保证糖蛋白从糙面内质网至高尔基体膜囊单方向进行转移。糖基化的另一种功能是影响多肽的构象。用抗生素阻断蛋白质糖基化，糙面内质网中合成的多肽，如分泌蛋白IgG抗体或分送到质膜上的糖蛋白如血凝素等，由于缺少糖基侧链不能正确折叠而滞留在内质网中。 然而

11、很多糖蛋白的分选与行使其功能并非需要糖基化的修饰，如在成纤维细胞中，它所分泌的纤连蛋白(FN)的数量与速率不受蛋白质糖基化与否的影响，但是糖基化的FN比末糖基化的FN对组织蛋白酶有更强的抗性，提示糖基化增强了糖蛋白的稳定性。此外，多烃基糖侧链还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质，如哺乳动物细胞表面常常带有负电荷，显然与很多膜蛋白糖侧链上的唾液酸残基的存在有关。目前对蛋白质糖基化生物学意义的了解还不够深入，从已有的研究结果可以看出，不同的蛋白质糖基化具有不同的功能。对多数由高尔基体分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分选信号，而更主要的作用可能是蛋白质在成熟过程中折叠成正确的构象和

12、增加蛋白质的稳定性。但这样仍很难解释糖侧链在内质网，特别是在高尔基体中的如此复杂的加工过程。 有些学者从进化的角度上提出，因为寡糖链具有一定的刚性，从而限制了其他大分子接近细胞表面的膜蛋白，这就可能使真核细胞的祖先具有一个保护性的外被，同时又不像细胞壁那样限制细胞的形状与运动。这可能是在波化过程中逐步演化产生的。 N-连接的糖链合成起始于内质网，完成与高尔基体。在内质网形成的糖蛋白具有相似的糖链，由顺面进入高尔基体后，在各膜囊之间的转运过程中，发生了一系列有序的加工和修饰，原来糖链中的大部分甘露糖被切除，但又被多种糖基转移酶依次加上了不同类型的糖分子，形成了结构各异的寡糖链。糖蛋白的空间结构决

13、定了它可以和那一种糖基转移酶结合，发生特定的糖基化修饰。 许多糖蛋白同时具有N-连接的糖链和O-连接的糖链。O-连接的糖基化在高尔基体中进行，通常的一个连接上去的糖单元是N-乙酰半乳糖，连接的部位为Ser、Thr和Hyp的OH基团，然后逐次将糖基转移到上去形成寡糖链，糖的供体同样为核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。 在高尔基体上还可以将一至多个氨基聚糖链通过木糖安装在核心蛋白的丝氨酸残基上，形成蛋白聚糖。这类蛋白有些被分泌到细胞外形成细胞外基质或粘液层，有些锚定在膜上。2、参与细胞分泌活动 虽然早期的形态学观察结果就提示了高

14、尔基体可能与细胞分泌活动有关，但对这一功能的了解却经历了一个较长的逐渐认识的过程。 20世纪70年代初，Caro用3H-亮氨酸对胰腺的腺泡细胞进行脉冲标记，发现在脉冲标记3min后，放射自显影银粒主要位于内质网；2Omin后，银粒出现在高尔基体；12Omin后则位于分泌泡并开始在顶端释放。实验显示了分泌性蛋白在细胞内的合成与转运途径，其转运的过程是通过高尔基体来完成的，后来的研究进一步表明，除分泌性蛋白外，很多细胞膜上的膜蛋白、溶酶体中的酸性水解酶及胶原纤维等胞外基质成分都是通过高尔基体完成其定向转运过程。作为蛋白质合成主要场所的内质网常常同时合成多种蛋白质，那么高尔基体怎样完成对这些蛋白质的分类与转运功能呢? 20世纪60年代，人们发现溶酶体中所有的酶都有共同的标志。70年代证明这一共同标志就是6-磷酸甘露糖(M6P),80年代纯化了与这一反应有关的酶及M6P受体，从而把溶酶体酶在高尔基体中的分选过程作为了解高尔基体功能的