内膜系统-细胞生物学课件

1、 内 膜 系 统 endomenbrane system 细胞生物学 内 膜 系 统 endomenbrane s高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛真核细胞非膜相结构 ？膜相结构 ？ 原核细胞 质膜构成的 单一区室高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤 学习目的与要求掌握内膜系统的概念及结构组成。掌握内质网、高尔基复合体、溶酶体的结构特征与生理功能。熟悉过氧化物酶体的结构特征与生理功能,内膜系统之间的相互关系。熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要作用。 学习目的与要求内膜系统：指位于细胞质内，在结构，功能乃至发生上有一定联系的膜性结构的

2、总称。?内膜系统：指位于细胞质内，在结构，功能乃至发生上有一定联系的意义： 为细胞提供了足够的表面积， 各种重要生命活动区域化。内质网高尔基复合体 溶酶体 过氧化物酶体各种转运小泡 线粒体 ?意义： 为细胞提供了足够的表面积，内质网高尔基复合体 溶酶体内膜系统概述 ？内膜系统是细胞中在结构、功能乃至发生上密切相关的膜性结构的总称。内膜系统是真核细胞特有的结构，包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体和各种转运小泡以及核膜等结构。内膜系统的出现是真核细胞与原核细胞区别的重要标志之一，是细胞进化过程中，内部结构不断完善，各种生理功能逐渐提高的结果。 内膜系统概述 ？ 内 质 网 Endopl

3、asmic reticulum (ER) 内 质 网 Endoplasmic reticulu主要内容：一、形态结构与类型 (重点)二、化学组成三、功能 (重点)四、病理变化主要内容：一、形态结构与类型 (重点)核膜外层 一、形态结构与类型 内质网 (一)形态结构小管小泡扁囊状细胞膜核膜内质网细胞膜核膜外层 一、形态结构与类型 内质网 (一)形态结构1945年，K.R.Porter-电子显微镜-小鼠成纤维细胞1945年，K.R.Porter-电子显微镜-小鼠内质网腔： 是由内质网膜围成的腔。内质网膜： 厚度约5-6nm，面积占整个内膜系统的一半左右。胞质面腔面内质网腔： 是由内质网膜围成的腔。

4、内质网膜： 内质网是由大小不同、形态各异的膜性小管、小泡和扁囊彼此连通所构成的三维网管结构体系。内质网分布于细胞的内质区，并扩展、延伸至靠近细胞膜的外质区。 除哺乳类成熟的红细胞之外，内质网普遍存在于各类细胞之中。内质网的形态结构？ 内质网是由大小不同、形态各异的膜性小管、小泡和扁囊彼内质网的形态差异生理变化 饥饿、缺氧、肝炎、药物等影响, 内质网会发生相应的变化，出现囊泡化。 不同发育阶段 分化低的细胞则内质网小、不发达； 分化高的细胞则内质网数量增多、结构复杂。 单位结构存在情况 一些细胞，小管、小囊、扁平囊都存在； 而某些细胞只存在其中一种或两种。内质网的形态差异生理变化 饥饿、缺氧、肝

5、炎、药物等影响,（二）内质网的类型 依据不同的形态结构特征，可将内质网划分为： 糙面内质网 （ rough endoplasmic reticulum,RER） 光面内质网 （ smooth endoplasmic reticulum,SER） 特殊类型的内质网（肌质网）（二）内质网的类型1. 糙面内质网（RER）糙面内质网的形态结构 A糙面内质网透射电镜图；B. 糙面内质网立体结构模式图糙面内质网的形态结构 2. 光面内质网（SER）光面内质网的形态结构 A. 光面内质网透射电镜图；B. 光面内质网与糙面内质网结构关系示意图2. 光面内质网（SER）光面内质网的形态结构 糙面内质网附着核糖体

6、扁平囊：光面内质网无附着核糖体小管、小泡糙面内质网光面内质网两种内质网的分布根据细胞类型的不同而不同胰腺外分泌细胞全为糙面内质网肌细胞全为光面内质网肾上腺皮质细胞 两者均存在两种内质网的分布根据细胞类型的不同而不同胰腺外分泌细胞全为糙 在某些特殊组织细胞中存在着一些由内质网局部分化、衍生而来的异型结构。髓样体（myeloid body）： 视网膜色素上皮细胞。孔环状片层（annulate lamellae）： 生殖细胞、癌细胞等。(三) 内质网的衍生结构 在某些特殊组织细胞中存在着一些由内质网局部分化、衍生而异型内质网孔环状片层结构 异型内质网孔环状片层结构 二、内质网的化学组成二、内质网的化

7、学组成微粒体 (microsome) 细胞匀浆经过蔗糖密度梯度离心之后使细胞器得以分离，得到由膜围成的直径100nm左右的封闭小泡，称为微粒体。微粒体 (microsome) 细胞匀浆经过蔗糖密度梯度 （一）主要化学组成成分脂类和蛋白质二者比例大约为1:2脂类以磷酯含量最多 内质网中可分辨出30多种不同的多肽。 （一）主要化学组成成分 （二）内质网膜含有诸多酶系 主要包括： 与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系 与脂类代谢反应相关的酶类 与碳水化合物代谢反应相关的酶类 与蛋白质加工转运的酶类标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-） （二）内质网膜含有诸多酶系标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶（三）网质蛋

8、白（reticulo-plasmin） 网质蛋白是普遍地存在于内质网网腔中的一类蛋白质。特点：在多肽链的羧基端（C端）均含有KDEL（Lys-Asp-Glu-Leu，赖-天冬-谷-亮）或HDEL（His-Asp-Glu-Leu）的驻留信号，驻留信号可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而驻留于内质网腔不被转运。 （三）网质蛋白（reticulo-plasmin） 网目前已知的网质蛋白： 免疫球蛋白重链结合蛋白，内质蛋白 ，钙网蛋白，钙连蛋白 ，蛋白质二硫键异构酶等。 目前已知的网质蛋白： 1.免疫球蛋白重链结合蛋白 性质 ： 单体非糖蛋白；与Hsp70同源 功能 ： 作为分子伴侣，可阻止蛋白质

9、聚集或发生不可逆变性，协助 蛋白质折叠。 2.内质蛋白 性质 ： 二聚体糖蛋白 功能 ： 内质网的标志性分子伴侣； 可与钙离子结合。 1.免疫球蛋白重链结合蛋白 3. 钙网蛋白 性质 ： 钙离子结合蛋白 功能 ：参与钙平衡调节；蛋白质折 叠加工；抗原呈递；血管发 生；细胞凋亡等过程。 4.钙连蛋白 性质：钙离子依赖的凝集素样伴侣蛋白 功能： 与新生未完成折叠蛋白的寡糖链结合，避 免蛋白质凝集与泛素化；阻止折叠不完全 的蛋白离开内质网，并促使其完全折叠 。 3. 钙网蛋白 5.蛋白质二硫键异构酶 功能 ： 催化蛋白质中二硫键的交换，保证蛋白质正常折叠。 5.蛋白质二硫键异构酶 四、内质网的主要功

10、能（一）糙面内质网的功能 与外输性蛋白质的合成、加工修饰及转运过程密切相关： 核糖体附着的支架 蛋白质在内质网腔内的修饰 多肽链的折叠与装配 蛋白质的运输 四、内质网的主要功能多聚核糖体模式图在进行蛋白质合成时，多个核糖体被一条mRNA链串联在一起，成为合成蛋白质的功能团，称为多聚核糖体。 多聚核糖体模式图在进行蛋白质合成时，多个核糖体被一条mRNA游离核糖体附着核糖体?主要合成细胞本身的固有蛋白：胞质溶质蛋白、核蛋白、线粒体蛋白、质体蛋白主要合成分泌蛋白、溶酶体蛋白、穿膜蛋白和驻留蛋白游离核糖体附着核糖体?主要合成细胞本身的固有蛋白：胞质溶质蛋 细胞中所有蛋白质的合成，皆起始于细胞质基质中游

11、离的核糖体上。 分泌性蛋白多肽链在其合成起始后不久，随核糖体一起附着于糙面内质网上，不断延伸的多肽链穿过内质网膜直至肽链合成完成。 细胞中所有蛋白质的合成，皆起始于细胞质基质中游离的核蛋白质合成时，为什么有的核糖体能与内质网膜结合？是什么机制引导核糖体与内质网的结合？合成后的蛋白质怎样穿过内质网膜进入腔,并进行加工？蛋白质合成时，为什么有的核糖体能与内质网膜结合？1. 信号肽指导的分泌性蛋白质的合成1. 信号肽指导的分泌性蛋白质的合成The 1999 Nobel Prize in Physiology or MedicineGnter Blobel信号假说-1975年-Bloble提出The

12、1999 Nobel Prize in Gnter 信号密码：（signal codon） 信号肽（signal peptide） 信号识别颗粒 (signal recognition particle,SRP) SRP受体 (SRP receptor) 转运体（translocon）（1）信号肽假说（1）信号肽假说信号密码：signal codon 在mRNA的5端起始密码AUG之后，一组编码特殊氨基酸序列的密码，称为信号密码。信号肽： signal peptide 在游离核糖体上由信号密码翻译出一段由18-30个氨基酸组成的肽链，存在于所有分泌蛋白肽链的氨基端，是指导蛋白多肽链在糙面内质网

13、上进行合成的决定因素 。信号密码：signal codon 在mRNA的5 信号肽识别颗粒结构示意图 信号肽识别颗粒结构示意图信号识别颗粒 (SRP) ： signal recognition particle 存在于细胞质基质中，由6条多肽链和一个7sRNA分子组成。能够识别信号肽，并与核糖体结合，形成SRP-核糖体复合体。信号识别颗粒 (SRP) ： signal recogn转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道 转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道 转运体结构断面示意图 转运体结构断面示意图 转运体（translocon）： 位于内质网膜，是新生的分泌蛋白质多肽链合成时进入内

14、质网腔的通道。内膜系统细胞生物学课件内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒 (SRP)转运体tRNAAP核糖体mRNA信号肽A信号假说内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒 转运体与新生多肽链的穿膜运输 转运体与新生多肽链的穿膜运输 分泌蛋白的合成分泌蛋白的合成信号假说？ 游离核糖体上合成信号肽；SRP识别信号肽，形成SRP-核糖 体复合体，翻译暂停； 核糖体与糙面内质网结合，形成 SRP-SRP受体-核糖体复合物； SRP脱离核糖体，多肽链继续合成； 切除信号肽； 核糖体再循环。信号假说？（2）新生肽链的折叠与装配 由附着核糖体合成的新生多肽链需要在内质网腔中进行进一步的折叠与装配，这一过程由分

15、子伴侣协助完成。分子伴侣（molecular chaperone）：能够帮助多肽链转运、折叠和组装的结合蛋白，本身不参与最终产物的形成。如蛋白二硫键异构酶、结合蛋白和钙网素等。（2）新生肽链的折叠与装配 由附着核糖体合成的新生多肽链蛋白二硫键异构酶（PDI）可以切断错误结合的二硫键，帮助蛋白质重新生成二硫键并处于正确折叠的状态。蛋白二硫键异构酶（PDI）可以切断错误结合的二硫键，帮助蛋白结合蛋白（Bip）同未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止蛋白质不正确折叠和聚合，并促使它们重新折叠和装配。 结合蛋白（Bip）同未折叠蛋白质的疏水氨基酸结合，防止蛋白质分子伴侣蛋白的共同特点？ 在羧基端有一KDE

16、L驻留信号肽，它们和内质网膜上的相应受体结合而驻留于网腔不被转运。因此，也被称作驻留蛋白（retention protein）。 分子伴侣也是细胞内蛋白质质量监控的重要因子。内质网腔内未折叠蛋白的积聚，可通过未折叠蛋白反应使分子伴侣表达升高，从而有利于蛋白质的正确折叠和组装。 分子伴侣蛋白的共同特点？(3)蛋白质的修饰 新生肽链进入内质网腔之后，要经过各种不同的修饰和正确的折叠之后才能运送到其他的部位。 如：糖基化、羟基化、酰基化、 二硫键的形成等 (3)蛋白质的修饰 新生肽链进入内质网腔之后，蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。糖基化方式N-连接的寡糖蛋白： 发生

17、在内质网腔内。O-连接的寡糖蛋白： 发生在高尔基复合体内。蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过O-连接的寡糖蛋白N-连接的寡糖蛋白O-连接的寡糖蛋白N-连接的寡糖蛋白蛋白质和寡糖的连接方式N-连接糖基化 寡糖连接在蛋白质的天冬酰氨残基侧链上的氨基上。O-连接糖基化 寡糖连接在蛋白质的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等残基侧链的羟基上。蛋白质和寡糖的连接方式N-连接糖基化O-连接糖基化 多萜醇pp甘甘甘甘甘葡葡葡甘甘甘甘多萜醇pp甘甘甘甘甘sn葡葡葡甘甘甘甘甘甘甘甘甘多萜醇ppRER腔RER膜核糖体多萜醇pp多萜醇N-乙酰葡萄糖胺甘甘露糖葡葡萄糖糖基转移酶 多pp甘甘甘甘甘葡葡葡甘

18、甘甘甘多pp甘甘甘甘甘s糖蛋白2个N-乙酰葡萄糖胺9个甘露糖3个葡萄糖14寡糖多萜醇糖基转移酶糖蛋白2个N-乙酰葡萄糖胺14寡糖多萜醇糖基转移酶(4）分泌蛋白质的转运 (4）分泌蛋白质的转运 分泌蛋白质的转运 分泌蛋白进入内质网腔糖基化高尔基复合体修饰加工分泌泡细胞外运输小泡细胞外糖基化分泌蛋白质的转运 分泌蛋白进入内质网腔糖基化高尔基复合体修饰共同特点： 在糙面内质网合成并经加工修饰后的各种外输性蛋白质最终被内质网膜包裹，以膜泡形式完全隔离于细胞质溶质进行转运 。共同特点：2.信号肽指导的穿膜蛋白插入转移的机制 单次穿膜蛋白 多次穿膜蛋白 2.信号肽指导的穿膜蛋白插入转移的机制 单次穿膜蛋白

19、 单次穿膜蛋白插入转移的机制新生肽链共翻译插入机制 起始转移信号肽起始肽链转移 。 停止转移信号肽与内质网膜有很强的亲和力而能结合在内质网膜中，使转运体由活性状态转换为钝化状态而终止肽链的转移，这段序列不再转移到内质网腔中，形成穿膜的-螺旋结构区。 单次穿膜蛋白插入转移的机制新生肽链共翻译插入机制内信号肽（internal signal peptide）介导的插入转移机制 内信号肽位于多肽链内部的信号肽序列，具有与N端信号肽同样的功能，当内信号肽到达转运体时，则保留在内质网膜的脂双层中，成为单次穿膜的-螺旋结构。内信号肽（internal signal peptide）介膜蛋白的合成膜蛋白的合

20、成示具内信号肽的单次穿膜蛋白的转移插入 示具内信号肽的单次穿膜蛋白的转移插入 多次穿膜蛋白质的转移插入 与单次穿膜蛋白的转移机制大致相同，在多次穿膜蛋白肽链上，存在两个或者两个以上的疏水性开始转移肽结构序列和停止转移肽结构序列。 多次穿膜蛋白质的转移插入 与单次穿膜蛋白的转移机制 多次穿膜蛋白内膜系统细胞生物学课件3. 糙面内质网是蛋白质分选的起始部位 无内质网信号肽的蛋白质，在游离核糖体上完成蛋白质合成。 有内质网信号肽的蛋白质，在附着核糖体上进行，进入内质网完成蛋白质合成，并起始分选过程。3. 糙面内质网是蛋白质分选的起始部位 无内质网信号肽的蛋信号斑（signal patch）： 也是重

21、要的蛋白质分选转运信号。概念：新生蛋白质多肽链合成后折叠时，在其表面由特定氨基酸序列形成的三维功能结构。信号斑（signal patch）：信号斑与信号肽的区别：构成信号斑的氨基酸残基（或序列片段）往往相间排列存在于蛋白质多肽链中，彼此相距较远；在完成蛋白质的分拣、转运引导作用后通常不被切除而得以保留；信号斑可识别某些以特异性糖残基为标志的酶蛋白，并指导它们的定向转运。 信号斑与信号肽的区别：4.信号肽含有决定蛋白质胞内定向定 位转运的全部信息 细胞内不同蛋白质的定向、定位转运主要地取决于不同的信号肽序列类型： 1.内质网信号序列（ER signal sequence） 2.驻留信号（rete

22、ntion signal） 内质网驻留信号（ER retention signal） 内质网回收信号（ER retrieval signal） 4.信号肽含有决定蛋白质胞内定向定 3.核输入信号（nuclear import signal） 4.核输出信号（nuclear export signal） 5.过氧化物酶体引导信号（peroxisomal targeting signal，PTS） 6.转运肽（transit peptide/ transit sequence） 3.核输入信号（nuclear import（二）光面内质网的功能（二）光面内质网的功能1.脂类的合成与转运1.脂类的合成与转运 合成过程 合成过程 合成过程 脂酰转移酶催化脂酰辅酶A与甘油-3- 磷酸反应形成磷脂酸； 在磷酸酶的作用下，磷脂酸去磷酸化生 成双酰甘油； 在胆碱磷酸转移酶催化下，添加极性基 团，形成双亲性脂类分子。 合成过程 脂酰转移酶催化脂酰辅酶A与甘油-3-(2) 合成后的转运(2) 合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）脂类