第4章细胞内膜系统课件

第四章细胞内膜系统定义：细胞结构、功能和发生上相互联系的有界膜的细胞器。如核被膜、内质网、高尔基体、溶酶体、线粒体、叶绿体、过氧物酶体等由内膜形成的结构。称这些细胞器为房室。功能：区隔化；增加内表面积，提高代谢和调节能力。1第五章细胞内膜系统细胞内的房室化和蛋白质的分选

细胞质基质

内膜系统2细胞内的房室化和蛋白质的分选一个典型的真核细胞进行几千种化学反应，其中许多是矛盾的。为什么细胞内能同时进行很多不同的反应，且高效协调地进行各种代谢活动？

☆催化特异反应的酶聚集成一大的蛋白聚合物☆细胞内的房室化3（一）蛋白质在房室化中的作用

☆发生催化反应☆膜上的运输蛋白选择性地运输小分子进出其内部☆蛋白质作为细胞器特异的表面标志，指导新的蛋白质和脂类分送到适宜的细胞器4（二）蛋白质的分选和运输途径蛋白质的运输途径

1、孔门运输（gatedtransport）：胞质中合成的蛋白通过核孔复合体运输到细胞核。通常折叠

2、跨膜运输（transmembranetransport）：蛋白通过跨膜通道进入目的地。胞质中合成的蛋白质进入线粒体、叶绿体、内质网等。通常不折叠

3、膜泡运输（vesiculartransport）：被运输的物质在内质网或高尔基体中加工成衣被小泡，选择性地运输到靶细胞器。5细胞内合成的蛋白质、脂类等物质之所以能够定向的转运到特定的细胞器取决于两个方面：☆蛋白质中包含特殊的信号序列——分选信号

☆细胞器上具特定的信号识别装置（分选受体，sortingreceptor）。6蛋白质的分选信号

（1）信号序列：存在于蛋白质一级结构上的线性序列，通常15-60个氨基酸残基，有些在完成蛋白质的定向转移后被信号肽酶切除；通常信号序列对所引导的蛋白质没有特异性要求，每一种信号序列决定特殊的蛋白质转运方向。

常存在于末端，但也能位于别处（2）信号斑：存在于完成折叠的蛋白质中，构成信号斑的信号序列之间可以不相邻，折叠在一起构成蛋白质分选的信号。7signalsequenceandsignalpatch8一些典型的分选信号9细胞质基质细胞质基质的涵义细胞质基质的功能10一、细胞质基质的涵义

基本概念：

细胞质中在细胞器和内含物以外的、较为均质半透明的液态胶状物质称为细胞质基质或胞液、胞质溶胶。用差速离心的方法分离细胞匀浆物中的各种细胞组分，先后除去细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的组分。11主要成分：水、无机离子等小分子脂类、糖类、氨基酸、核苷酸及其衍生物等中等分子蛋白质、RNA、脂蛋白、多糖等大分子中间代谢有关的数千种酶类细胞质骨架结构12特点：

1、细胞质基质是一个高度有序的体系

各种代谢活动高效有序地进行，各种代谢途径之间协调有序，完成所涉及的物质、信息和能量的定向转移和传递等复杂的生命过程。2、是通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系

这种结构体系的维持只能在高浓度的蛋白质及其特定的离子环境的条件之下实现。一旦细胞破裂，甚至在稀释的溶液中，这种结构体系就会遭到破坏。这正是研究细胞质基质比研究其他细胞器困难的主要原因。13二、细胞质基质的功能☆

完成各种中间代谢过程

☆

蛋白质的分选与运输☆

与细胞质骨架相关的功能维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等

☆

蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解

蛋白质的修饰

控制蛋白质的寿命

降解变性和错误折叠的蛋白质

帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象14内膜系统

细胞内膜系统是指细胞内在结构、功能及发生上相关的由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。如ER、高尔基器、溶酶体、过氧化物酶体、线粒体、叶绿体与核被膜等。☆内膜系统是真核细胞所特有的。

☆它们各有特点，但在结构、功能上都有密切联系。15☆内膜在细胞中所占的比例远高于细胞膜,在细胞极有限的空间内建立起巨大的膜表面积。☆内膜把细胞质分割成许多不同的区域，使细胞内一些物质代谢能在特定的环境下进行。☆内膜还是一些大分子物质合成的场所，又是这些物质转运、加工的基地，在维持细胞正常机能活动方面起着极为重要的作用。☆在内膜系统中，内质网在结构和功能上都占有中心地位。16☆内质网☆高尔基体☆溶酶体☆微体17一、内质网(endoplasmicreticulum，ER)发现：最早看到并确定这种网络状结构是在培养的小鼠成纤维细胞细胞质的内质区域，所以叫做内质网（ER）。存在：它广泛存在于真核细胞中，只有极个别的、高度分化的细胞没有内质网。如成熟的红细胞。☆约占细胞总膜面积的一半，是封闭的网络系统。18

内质网（ER）☆形态结构特点☆类型及分布特点☆内质网的化学组成☆内质网的功能☆内质网的发生、形态、功能改变19膜结构与质膜相同，但比质膜薄，有些部位可与核膜和某些细胞器膜相连，与质膜是不连续的。（一）形态结构特点

内质网由单层膜围成的管状、分枝状、囊状、池状的结构，遍布于整个细胞内，构成一个连续的网状膜系统（即整个细胞之中的内质网的腔是相通的），其形态结构与细胞类型和生理状态有关，即它是一种动态的、可变的结构.20(二)类型及分布特点根据内质网的胞质面是否附有核糖体将ER分为：1、粗面内质网（rER）又称颗粒内质网膜外表面附有核糖体颗粒。膜为扁囊小池状。越是分泌旺盛的细胞中越多。2、光（滑）面内质网表面光滑，无核糖体附着，嗜酸性，在形态上常呈分枝状，小管或小泡的网状结构，很少象rER那样扩大成池，其膜也不如rER膜厚。另外，sER的一端常与rER相连，有时还和高尔基复合体或核膜相连。

212223242526（三）内质网的化学组成

☆内质网破碎后ER的片段封合为许多小囊泡，称为微粒体。rER微粒体由核糖体和膜构成。

☆ER膜中含有蛋白质、脂类、RNA等,其上有30多种酶

☆ER膜中含大约60%的蛋白，约占2/3（比质膜多），主要是酶类，其中CytP-450是内质网的标记酶。

☆脂类1/3（比质膜少）40%的脂类,在滑面内质网高于粗面内质网，主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂含量较少，没有或很少含胆固醇。27（四）ER的功能1、蛋白质合成蛋白质都是在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白主要有：①向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素；②膜的整合蛋白；③需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的各种水解酶；④需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。28G.Blobel等1975年提出了信号假说(Signalhypothesis)，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，因此获1999年诺贝尔生理医学奖。蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分：（1）信号肽（signalpeptide），位于新合成肽链的N端，一般16~30个氨基酸残基，含有6-15个连续排列的带正电荷的非极性氨基酸，由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列，又称开始转移序列（starttransfersequence）；29（2）信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）,由6种多肽组成，结合一个7SRNA，属于一种RNP。能与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。（3）SRP受体（SPRreceptor），内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合。（4）停止转移序列（stoptransfersequence），与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜Pr。30TranslocationofsolubleproteinsacrossER31蛋白质转入内质网合成的过程：信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→SRP脱离信号肽→肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止。32InsertionofaMultipass

TransmembraneproteinintotheERmembrane332、蛋白质的修饰与加工包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用：①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；②赋予蛋白质传导信号的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。34糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Tyr的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行。N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如葡萄糖、甘露糖、乙酰葡糖胺。35ProteinglycosylationinRER363、新生肽链的折叠、组装和运输不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间。分子伴侣：在细胞中能识别正在合成的多肽或部分折叠的多肽，并与多肽的一定部位相结合，帮助这些多肽的转移、折叠或组装，但其本身并不参与最终产物的形成的一类蛋白质。

37384、内质网的其它作用膜的形成：合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上。合成脂类解毒作用，如肝细胞的细胞色素P450酶系。储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌质网。糖原分解提供酶附着的位点和机械支撑作用。39（五）内质网的发生、形态、功能改变

内质网非常容易解体，也容易重新形成。关于它的发生目前来说还是个悬而未决的问题，有种种猜测或设想；例如，有人主张ER膜来自核膜，也有人意见相反。

ER是一种易于发生变化的细胞器。对动物进行毒性作用实验证明，rER普遍出现脱粒现象。内质网肥大常见于对药物的反应。

40发现：由意大利医生camillo

golgi用银染方法在神经细胞中首先发现，称为内网器。

存在：它不仅存在于动植物细胞内，也存在于原生动物和真菌细胞内。

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，甚至细胞生长的不同阶段都有很大的区别。有时不易辨认，且更难分离与纯化，含量少。

二、高尔基体41（一）形态结构☆电镜下一个典型的高尔基复合体是由扁平囊泡、小泡和大泡组成的。☆扁平囊直径约1um，单层膜构成，中间为囊腔，周缘多呈泡状，4-8个扁平囊在一起(某些藻类可达一二十个)，构成高尔基体的主体。☆有极性：位置、方向、物质转运与生化极性☆至少由互相联系的4个部分组成，顺面高尔基网，系列扁囊（顺面，中间，反面），反面高尔基网和周围囊泡。☆常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形42顺面反面434445（二）化学组成☆蛋白质约占60%：多为酶类，如：焦磷酸硫氨素酶（TPP酶）、糖基转移酶、酸性磷酸酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。☆糖基转移酶是高尔基复合体的特征酶，它可以将低聚糖转移到蛋白质上形成糖蛋白。

☆脂类约占40%，主要为胆固醇，甘油三酯等。46（三）标志细胞化学反应☆嗜锇反应：经锇酸浸染后，高尔基体的cis面膜囊被特异地染色。☆焦磷酸硫氨素酶（TPP酶）的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的trans面的1-2层膜囊。

☆胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）的细胞化学反应，可特异地显示靠近trans面上的一些膜囊状和管状结构，CMP酶也是溶酶体的标志酶。☆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。47（四）高尔基体的功能

高尔基体是糖类生物合成的主要场所，是ER产物的加工分选和发送站。1、参与细胞分泌活动

rER上合成Pr.→进入ER腔→运输泡→进入顺面→在medialGolgi中加工→在反面形成运输泡→与质膜融合、排出2、参与形成溶酶体3、膜的转化功能内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合。48494、蛋白质的糖基化

O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷糖。5、蛋白质的加工改造有些蛋白质（酶）合成是先形成无生物活性的前体物，再经过加工改造才具备活性。如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质，如胰岛素（C端）。或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。6、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素果胶。5051（五）高尔基复合体的发生

☆Golgicomplex是一种易变结构，随时可解体和产生。☆关于它的发生有不同的说法，倾向性看法（普遍认为）：它是由内质网或核膜转变而来的，即：rER失去核糖体，分离成光面膜小泡，由此合并成高尔基池；或者由sER分离出小泡，合并成高尔基池。

52三、

溶酶体与其他细胞器不同，溶酶体存在的最早证据不是来自形态观察，而是在用差速离心方法分析细胞组分时获得的。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞，植物细胞内的溶酶体，目前意见不一，有人认为植物细胞内有类似溶酶体的结构，而单独称为植物溶酶体，如圆球体、糊粉粒和蛋白质体。液泡也具此功能。53（一）溶酶体的形态、大小

典型的动物细胞中约含有数百个溶酶体，但不同的细胞内或同一种细胞中，溶酶体的数量与形态差异很大，这是由于各溶酶体分别处于其生理功能的不同发展阶段的缘故。电镜下观察，溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内消化。平均大小约在0.25~0.8μm（0.2~0.5μm）之间，介于线粒体和微体之间。最小的为0.05μm，最大者可达几微米。54（二）溶酶体的化学组成溶酶体膜是一典型的单位膜，其化学成分主要是脂蛋白，磷脂含量也较多。这层膜对溶酶体本身所含酶具有抗性，膜一旦破裂，则消化细胞，危及组织，故溶酶体有“自杀袋”之称。在溶酶体内含有多种酸性水解酶（60余种），最适pH为5.0。这些酶在酸性溶液内都能分解重要的生物化合物—蛋白质、核酸、多糖及脂类等。

55溶酶体膜在成分上与其他生物膜不同：

嵌有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其中的H+浓度比细胞质中高100倍以上，以形成和维持酸性的内环境。

具有多种载体蛋白，用于向外转运水解的产物。

膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。56（三）溶酶体的类型根据溶酶体所处的发育和生理功能的不同阶段，大致分为三种类型：

初级溶酶体指刚从高尔基体的边缘膨大分离出来，还未同消化物融合的潜伏状态的溶酶体（不含作用底物），呈圆球形，不含明显的颗粒。

内容物为均一的酶液，无活性。直径约0.2~0.5um，有多种酸性水解酶，包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余种。57

次级溶酶体指初级溶酶体同消化物融合后，正在进行消化或已经消化后的泡状结构，又称消化泡。内含水解酶和相应的底物。因所消化物质的来源和消化程度不同，分为：1、异体吞噬泡，异噬小体：是初级溶酶体与吞噬小体融合后形成的泡状结构。吞噬小体是细胞内吞异物后形成的泡状结构，又称初级内吞小泡。2、自体吞噬泡，自噬小体：是初级溶酶体含有细胞自身的部分物质，（细胞器）进行消化的泡状结构。这部分细胞器可能是衰老的或多余的，这是一种自我保护作用。58

残体又称后溶酶体、终末溶酶体、残余小体或残质体。次级溶酶体中的物质被消化完毕后，其残渣存在的泡状结构。已失去酶活性，或酶活性极弱。仅留未消化的残渣，故名。残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。5960吞噬作用内吞作用自体吞噬胞吐作用61小鼠脾脏巨噬细胞中的溶酶体用电镜细胞化学技术显示其中含有的酸性磷酸酶，M：线粒体，L：溶酶体（朴英杰）62动物细胞溶酶体系统示意图

63（四）溶酶体的功能

细胞的“消化器官”。营养防卫、调节细胞的生长发育和代谢按被消化物质的来源不同，其功能分为以下几种途径：64

1.通过内吞作用消化细胞吞噬的异物（如细菌、病原体等）。溶酶体具有防卫功能

2.通过自体吞噬作用清除无用的衰老细胞、细胞器、个体发育中多余的细胞。细胞内消化营养的场所，调节细胞生长和代谢。

3.通过自溶作用实现个体发生过程中器官、组织的改建形成。自溶作用：在细胞内，溶酶体膜破裂，释放出其中的水解酶，引起细胞的溶解、死亡，整个细胞被释放的酶所消化。65溶酶体酶的合成及N-连接的糖基化修饰（rER）高尔基体cis膜囊寡糖链上的甘露糖残基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶高尔基体trans-膜囊和TGN膜（M6P受体）溶酶体酶分选与局部浓缩以出芽的方式转运到前溶酶体磷酸葡萄糖苷酶磷酸化识别信号：信号斑（五）溶酶体的发生

多数学者认为，溶酶体和其它分泌颗粒一样，其内含物是在rER上合成，输入到Golgi区，包上膜游离下来便成为溶酶体。

6667（六）溶酶体与疾病1.矽肺：二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，导致吞噬细胞溶酶体破裂，水解酶释放，细胞崩解，矽尘释出，后又被其他巨噬细胞吞噬，如此反复进行。激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。2.肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素,也无荚膜和侵袭性酶。但菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗溶酶体的杀伤作用,使该菌在肺泡内大量生长繁殖,导致巨噬细胞裂解,释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，引起肺组织钙化和纤维化。3.类风湿性关节炎：溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。4．各类贮积症：台-萨氏综合症、II型糖原累积病等。68四、微体微体也是一种由单层单位膜围成的细胞器，在大小上很难与溶酶体相区别，只是所含酶类不同。

微体是一类含有氧化酶、过氧化物酶或过氧化氢酶的细胞器，在形态上有卵圆形、哑铃形、圆球形等。

在动、植物细胞中，普遍存在两种微体，即过氧化物酶体和乙醛酸循环体。

69动物细胞中的过氧物酶体植物过氧物酶体中的过氧化氢酶的细胞化学定位701、过氧物酶体

•Rhodin1954发现于鼠肾小管上皮细胞。•是由单层膜围绕而成的卵圆形或圆形小体，其中含有极细的颗粒状物质，中央常有一高密度的核心，此核心是尿酸氧化酶有规则的结晶。•普遍存在于所有动物细胞和很多植物细胞中。•人、鸟类及四膜虫等的过氧物酶体不含尿酸氧化酶，没有核心。71•