医学细胞生物学：细胞内膜系统与囊泡运输 II

内膜系统ꢀꢀꢀ溶酶体一、溶酶体的形态结构和化学组成二、溶酶体的类型三、溶酶体形成与成熟过程四、溶酶体的功能首

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出内膜系统一、溶酶体的形态结构和化学组成首

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出内膜系统一、溶酶体的形态结构和化学组成(一)溶酶体是一种具有高度异质性的细胞器Ø

形态大小：差异显著，一般直径为0.2μm~0.8μm，最小者直径仅0.05μm，最大者直径可达数微米。Ø

数量分布：典型的动物细胞中约含有几百个溶酶体，但在不同细胞中溶酶体的数量差异是巨大的。Ø

生理生化性质：每一个溶酶体中所含有的酶的种类是有限的；不同溶酶体中所含有的水解酶并非完全相同。溶酶体在其形态大小、数量分布、生理生化性质等各方面都表现出高度的异质性。首

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出内膜系统一、溶酶体的形态结构和化学组成(二)溶酶体的共同特征Ø

都是由一层单位膜包裹而成的囊球状结构小体；Ø

均含有丰富的酸性水解酶，是溶酶体的标志酶；Ø

溶酶体膜腔面富含高度糖基化的穿膜整合蛋白，可防止溶酶体酶对自身膜结构的消化分解；Ø

溶酶体膜上嵌有质子泵，可将H+泵入溶酶体中，维持溶酶体酸性内环境。首

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出内膜系统一、溶酶体的形态结构和化学组成(二)溶酶体的共同特征溶酶体形态结构的透射电镜照片首

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出内膜系统一、溶酶体的形态结构和化学组成(三)溶酶体膜糖蛋白家族具有高度同源性溶酶体膜糖蛋白家族——溶酶体结合膜蛋白或溶酶体整合膜蛋白。该类蛋白的肽链组成结构包括：一个较短的N-端信号肽序列一个高度糖基化的腔内区一个单次跨膜区一个由10个左右的氨基酸残基组成的C-端胞质尾区首

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出内膜系统二、溶酶体的类型(一)按功能状态不同分为三种类型1.初级溶酶体初级溶酶体（primarylysosome）是指通过形成途径刚刚产生的溶酶体。Ø在形态上一般为不含有明显颗粒物质的透明圆球状；Ø初级溶酶体囊腔中的酶通常处于非活性状态。首

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出内膜系统二、溶酶体的类型(一)按功能状态不同分为三种类型2.次级溶酶体当初级溶酶体经过成熟，接受来自细胞内、外的物质，并与之发生相互作用时，即成为次级溶酶体（secondarylysosome），是溶酶体的一种功能作用状态。形态：次级溶酶体体积较大，外型多不规则，囊腔中含有正在被消化分解的物质颗粒或残损的膜碎片。首

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出内膜系统二、溶酶体的类型(一)按功能状态不同分为三种类型2.次级溶酶体类型：Ø自噬溶酶体（autophagiclysosome）——作用底物来自细胞自身的各种组分，或者衰老、残损和破碎的细胞器。Ø异噬溶酶体（heterophagiclysosome）——作用底物源于细胞外来异物。Ø吞噬溶酶体（phagolysosome）

——作用底物源于细胞外病原体或其他较大的颗粒性异物。首

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出内膜系统二、溶酶体的类型(一)按功能状态不同分为三种类型3.三级溶酶体三级溶酶体（tertiarylysosome）：残留有不能被消化、分解物质的溶酶体，也称残余体。特点：酶活性逐渐降低以致最终消失，进入溶酶体生理功能作用的终末状态。首

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出内膜系统二、溶酶体的类型(一)按功能状态不同分为三种类型3.三级溶酶体去处：Ø

以胞吐的方式被清除、释放到细胞外；Ø

沉积于细胞内而不被外排。存在方式：Ø

脂褐质——衰老的神经细胞、心肌细胞Ø

髓样结构——肿瘤细胞、病毒感染细胞Ø

含铁小体——单核吞噬细胞首

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出内膜系统溶酶体功能类型转换关系示意图首

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出内膜系统二、溶酶体的类型(二)按形成过程不同分为两大类型Ø

内体性溶酶体——是由高尔基复合体芽生的运输小泡和经由细胞胞吞（饮）作用形成的晚期内体合并而成。Ø

吞噬性溶酶体——是由内体性溶酶体与来自胞内外的作用底物相互融合而成。首

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出内膜系统三、溶酶体形成与成熟过程(一)内体性溶酶体由运输小泡和晚期内体合并形成溶酶体的形成是一个有内质网和高尔基复合体共同参与，集胞内物质合成加工、包装、运输及结构转化为一体的复杂而有序的过程。首

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出内膜系统三、溶酶体形成与成熟过程(二)吞噬性溶酶体是内体性溶酶体与来源于胞内外的作用底物融合形成的吞噬性溶酶体的发生机制、形成过程与次级溶酶体相同，划分为自噬溶酶体和异噬溶酶体。首

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出内膜系统内体性溶酶体的形成过程：①

酶蛋白在内质网合成并糖基化形成带有甘露糖的糖蛋白；②

甘露糖糖蛋白转运至高尔基复合体形成面，被磷酸化形成溶酶体酶的分选信号M-6-P；③

在反面高尔基网腔面，被M-6-P受体识别，包裹形成网格蛋白有被小泡；④

有被小泡脱被形成无被小泡与胞内晚期内吞体结合成内体性溶酶体；⑤

在前溶酶体膜上质子泵作用下形成酸性内环境，溶酶体酶与M-6-P受体解离，去磷酸化而成熟。首

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出内膜系统ꢀ四、溶酶体的功能(一)溶酶体的胞内物质分解作用与衰老、残损细胞器的清除更新功能Ø

形成异噬溶酶体对经胞吞（饮）作用摄入的外来物质进行消化分解为小分子被细胞重新利用Ø

形成自噬溶酶体对细胞内衰老、残损的细胞器进行消化首

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出内膜系统ꢀ四、溶酶体的功能(二)溶酶体的物质消化分解作用与细胞营养功能在细胞饥饿状态下，溶酶体可通过分解细胞内的一些大分子物质，为细胞的生命活动提供营养和能量。首

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出内膜系统ꢀ四、溶酶体的功能(三)溶酶体是机体防御保护功能的组成部分溶酶体强大的物质消化和分解能力是防御细胞实现其免疫防御功能的基本保证和基本机制。巨噬细胞吞噬的细菌、病毒颗粒是在溶酶体的作用下被分解消化。首

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出内膜系统ꢀ四、溶酶体的功能(四)溶酶体参与某些腺体组织细胞分泌过程中的调节功能溶酶体在某些腺体组织细胞的分泌活动过程中发挥着重要的作用，如甲状腺腺体组织。首

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出内膜系统ꢀ四、溶酶体的功能(五)溶酶体在生物个体发生、发育过程中起重要作用Ø

动物精子释放顶体中的水解酶，水解卵细胞外被，使精子入卵；Ø

无尾两栖类动物个体的变态发育过程中，幼体尾巴的退化、吸收

；Ø

哺乳动物子宫内膜的周期性萎缩

。首

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出内膜系统第四节ꢀ过氧化物酶体一、过氧化物酶体的基本理化特征二、过氧化物酶体的功能三、过氧化物酶体的发生首

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出内膜系统ꢀꢀꢀꢀ一、过氧化物酶体的基本理化特征（一）过氧化物酶体是一类具有高度异质性的膜性球囊状细胞器Ø

一层单位膜包裹而成的膜性结构细胞器；Ø

多呈圆形或卵圆形，偶见半月形和长方形；Ø

直径变化于0.2～1.7μm之间；Ø

突出特征：内含电子致密度较高、排列规则的晶格结构——类核体；界膜内表面可见一条高电子致密度的条带状结构——边缘板。首

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出内膜系统一、过氧化物酶体的基本理化特征（二）

过氧化物酶体膜具有较高的物质通透性脂类及蛋白质是过氧化物酶体的主要化学结构组分。脂类：主要为磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺；蛋白质包括多种结构蛋白和酶蛋白。过氧化物酶体膜允许氨基酸、蔗糖、乳酸等小分子物质自由穿越，在一定条件下允许一些大分子物质的非吞噬性穿膜转运。首

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出内膜系统一、过氧化物酶体的基本理化特征（三）过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的40多种酶１.氧化酶类约占过氧化物酶体酶总量的50%-60%，基本特征是对作用底物的氧化过程中，能把氧还原成过氧化氢，反应通式可表示为：ꢀꢀꢀRH

+O

ꢀꢀꢀR+H

O222

2首

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出内膜系统一、过氧化物酶体的基本理化特征（三）过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的40多种酶２.过氧化氢酶类约占过氧化物酶体酶总量的40%，其作用是将过氧化氢分解成水和氧气。过氧化氢酶是过氧化物酶体的标志性酶。ꢀꢀꢀ2H

Oꢀꢀꢀ2H2O+O22

2首

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出内膜系统一、过氧化物酶体的基本理化特征（三）过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的40多种酶３.过氧化物酶类仅存在于如血细胞等少数几种细胞类型的过氧化物酶体之中，其作用与过氧化氢酶相同。首

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出内膜系统二、过氧化物酶体的功能(一)清除细胞代谢过程中产生的过氧化氢及其他毒性物质基本作用机制：氧化酶与过氧化氢酶催化作用的偶联，形成一个由过氧化氢协调的简单的呼吸链，发挥解毒功能。首

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出内膜系统二、过氧化物酶体的功能(二)细胞氧张力的调节细胞出现高浓度氧状态时，过氧化物酶体通过强氧化作用进行有效调节，以避免细胞遭受高浓度氧的损害。(三)参与细胞内脂肪酸等高能分子物质的分解转化通过分解脂肪酸等高能分子，被细胞再利用或向细胞直接供能。首

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出内膜系统三、过氧化物酶体的发生(一)过氧化物酶体发生的两种观点1.过氧化物酶体的发生和形成过程相似于溶酶体过氧化物酶体的酶蛋白在糙面内质网上的附着核糖体合成，经过在内质网腔中的加工修饰后，以转运小泡的形式转移、分化形成。首

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出内膜系统三、过氧化物酶体的发生(一)过氧化物酶体发生的两种观点2.过氧化物酶体的发生与线粒体相类似，由原有的过氧化物酶体分裂而来原有过氧化物酶体分裂产生的子代过氧化物酶体经过进一步的装配，最后形成成熟的过氧化物酶体细胞器。首

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出内膜系统三、过氧化物酶体的发生(二)内质网在过氧化物酶体形成过程中的作用Ø

构成过氧化物酶体的膜脂，可能是在内质网上合成，再通过磷脂交换蛋白或膜泡运输的方式完成转运；Ø

构成过氧化物酶体的膜整合蛋白在胞质中游离核糖体上合成，通过与内质网相关的不同途径嵌入过氧化物酶体的脂质膜中。首

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出内膜系统ꢀ

第五节ꢀ囊泡与囊泡转运一、囊泡在胞内蛋白质运输中的作用二、囊泡的类型与来源三、囊泡转运首

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出内膜系统概述囊泡（vesicle）是真核细胞中的膜泡结构。各种囊泡，均由细胞器膜外凸或内凹芽生而成。囊泡的产生形成过程，是一个主动的自我装配过程，并总是伴随着物质的转运。首

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出内膜系统概述囊泡转运（vesicular

transport）是指囊泡以出芽的形式，从一种细胞器膜产生、断离后又定向地与另一种细胞器膜融合的过程。由囊泡转运所承载和介导的双向物质运输，不仅是细胞内外物质交换和信号传递的重要途径，也是细胞物质定向运输的基本形式。首

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出内膜系统一、囊泡在胞内蛋白质运输中的作用胞内的蛋白质运输的3条途径：（1）门孔运输（gatedtransport）：由特定的分拣信号（如核定位信号）介导，通过核孔复合体的选择性作用，在细胞溶质与细胞核之间所进行的蛋白质运输。（2）穿膜运输（transmembranetransport）：通过结合在膜上的蛋白质转运体进行的蛋白质运输。在细胞质溶质中合成的蛋白质就是经由这种方式被运输到内质网和线粒体的。（3）小泡运输（vesicular

transport）：又称囊泡运输或囊泡转运，是由不同膜性运输小泡承载的一种蛋白质运输形式。首

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出内膜系统一、囊泡在胞内蛋白质运输中的作用蛋白质胞内运输途径示意图首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(一)网格蛋白有被小泡（clathrin-coatedvesicle）来源：由高尔基复合体、细胞膜内吞作用产生结构特点：Ø

网格蛋白：构成网架结构，形成囊泡外被；Ø

衔接蛋白：在网格蛋白结构外框与囊膜间隙中填充、覆盖，可介导网格蛋白与囊膜跨膜蛋白受体的连接，从而形成和维系了网格蛋白-囊泡的一体化结构体系。首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(一)网格蛋白有被小泡（clathrin-coatedvesicle）结构特点：Ø

发动蛋白：是可结合并水解GTP的特殊蛋白质，在膜芽生形成时与GTP结合，在膜囊的颈部聚合使膜缢缩并断离形成囊泡。首

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出内膜系统网格蛋白有被小泡之形态及结构特征A.网格蛋白有被小泡形态特征电镜图；B.网格蛋白有被小泡结构特征示意图首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(一)网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡的功能：高尔基复合体网格蛋白小泡介导从高尔基复合体向溶酶体、胞内体或质膜外的物质转运。细胞内吞作用形成的网格蛋白小泡将外来物质转送到细胞质或溶酶体。首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(一)网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡的产生与形成示意图首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(二)COPII有被小泡来源：由糙面内质网产生，属于非网格蛋白有被小泡。组成：由5种亚基组成Sar蛋白属于一种小的GTP结合蛋白，通过与GTP或GDP结合，调节囊泡外被的装配与去装配。COPII蛋白通过识别并结合内质网跨膜蛋白受体胞质端的信号序列，介导囊泡的选择性物质运输。首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(二)COPII有被小泡功能：介导从内质网到高尔基复合体的物质转运。首

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出内膜系统COP

II有被小泡的形态结构及组装形成过程示意图A.COP

II有被小泡形态特征电镜图；B.COP

II有被小泡的结构组成；C.COP

II的组装激活；

D.COP

II的装配首

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出内膜系统首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(三)COPI有被小泡来源：由高尔基复合体产生，属于非网格蛋白有被囊泡。组成：由多个亚基组成的多聚体。α蛋白：也称ARF蛋白，类似于COPII中的Sar蛋白亚基，作为一种GTP结合蛋白，可调节控制外被蛋白复合物的聚合、装配及膜泡的转运。首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(三)COPI有被小泡首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(三)COPI有被小泡功能：Ø捕捉、回收转运内质网逃逸蛋白；Ø逆向运输高尔基复合体膜内蛋白；Ø行使从内质网到高尔基复合体的顺向转移。ꢀ首

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出内膜系统ꢀ二、囊泡的类型与来源(三)COPI有被小泡首

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出内膜系统三、囊泡转运(一)囊泡转运是细胞物质定向运输的基本途径Ø细胞通过胞吞作用摄入的各种外来物质，以囊泡的形式，从细胞膜输送到胞内体或溶酶体。Ø在细胞内合成的各种外输性蛋白及颗粒物质，进入内质网后以囊泡的形式输送到高尔基体，再直接地或经由溶酶体到达细胞膜，最终通过胞吐作用（或出胞作用）分泌释放出去。首

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出内膜系统三、囊泡转运(一)囊泡转运是细胞物质定向运输的基本途径Ø由囊泡转运所承载和介导的双向性物质运输，不仅是细胞内外物质交换和

信号传递的一条重要途径，而且也是细胞物质定向运输的一种基本形式。首

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出内膜系统三、囊泡转运(二)囊泡转运是一个高度有序、受到严格选择和精密控制的物质运输过程囊泡转运不仅仅只是物质的简单输送，而且还是一个严格的质量检查、修饰加工过程。如：进入内质网的外输性蛋白质Ø需要经过修饰、加工和质量检查，才能以囊泡的形式被转运到高尔基体。Ø某些不合格的外输性蛋白质在错误进入高尔基体后会被甄别、捕捉，并由COPI有被小泡遣回内质网。首

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出内膜系统三、囊泡转运(三)特异性识别融合是囊泡物质定向转运和准确卸载的基本保证所有转运囊泡以及细胞器膜上都带有各自特有的一套SNAREs互补序列，它们之间高度特异的相互识别和相互作用，是使转运囊泡得以在靶膜上锚泊停靠，保证囊泡物质定向运输和准确卸载的基本分子机制。可溶性N－乙基马来酰亚胺敏感因子接合蛋白囊泡相关膜蛋白（VAMP）受体（SNAREs）家族联接蛋白首

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出内膜系统三、囊泡转运(三)特异性识别融合是囊泡物质定向转运和准确卸载的基本保证囊泡SNAREs（vesicle-SNAREs，v-SNAREs）：存在于转运囊泡表面的一种VAMP类似蛋白。靶SNAREs（target-SNAREs，t-SNAREs）：存在于靶标细胞器膜上SNAREs的对应序列。囊泡SNAREs和靶SNAREs两者互为识别，特异互补。首

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出内膜系统三、囊泡转运(四)囊泡转运是实现细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新的桥梁发生于质膜及内膜系统结构之间的囊泡转运，在介导细胞物质定向运输的同时，膜结构被不断地融汇更替，从一种细胞器膜到另一种细胞器膜，形成膜流，以此进行细胞膜及内膜系统不同功能结构之间的相互转换与代谢更新。首

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出内膜系统三、囊泡转运(四)囊泡转运是实现细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新的桥梁囊泡转运介导的细胞内膜流示意图首

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出内膜系统ꢀ第六节ꢀ内膜系统与医学的关系一、内质网的病理变化二、高尔基复合体的病理形态变化三、溶酶体与疾病四、过氧化物酶体与疾病首

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出内膜系统ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ一、内质网的病理变化1.内质网最常见的病理改变是肿胀、肥大或囊池塌陷Ø

钠离子和水的渗入、内流；低氧、辐射、阻塞是引起肿胀的常见原因；Ø

膜的过氧化损伤所致的合成障碍，则往往造成内质网囊池的塌陷。2.内质网囊腔中包涵物的形成和出现是某些疾病或病理过程的表现特征。3.内质网在不同肿瘤细胞中呈现多样性改变。首

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出内膜系统二、高尔基复合体的病理形态变化1.功能亢进导致高尔基复合体的代偿性肥大。2.毒性物质作用常导致高尔基复合体的萎缩与损坏。3.肿瘤分化状态影响高尔基复合体的状态。在肿瘤细胞中,高尔基复合体的数量分布、形态结构及其发达程度,会因肿瘤细胞的分化状态不同而呈现显著的差异。首

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出内膜系统三、溶酶体与疾病1.溶酶体酶缺乏或缺陷疾病多为一些先天性疾病。Ø

泰-萨氏病：缺乏氨基己糖酶A

；Ø

II型糖原累积病：缺乏α-糖苷酶

。2.溶酶体酶的释放或外泄造成的细胞或组织损伤性疾病。Ø

矽肺：与溶酶体膜受损导致溶酶体酶释放有关；Ø

痛风：高尿酸盐的作用，改变了溶酶体膜的稳定性。首

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出内膜系统四、过氧化物酶体异常与疾病1.原发性过氧化物酶体缺陷所致的遗传性疾病。Ø

遗传性无过氧化氢酶血症：过氧化氢酶缺乏；Ø

Zellweger脑肝肾综合征：肝、肾细胞中过氧化物酶体及过氧化氢酶缺乏。2.疾病过程中的过氧化物酶体的病理改变。表现为数量、体积、形态等多种异常。首

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出内膜系统中英文关键词对照annulatelamellae孔环状片层autophagiclysosomecalreticulin自噬溶酶体钙网素cisGolginetwork顺面高尔基网扁平囊泡cisternaeclathrin-coatedvesiclecontinuoussecretioncotranslationinsertiondiscontinuoussecretionendoplasmicreticulumgatedtransport网格蛋白有被囊泡连续分泌共翻译插入非连续分泌内质网门孔运输glucoseregulatedprotein94,GRP94glycosylation葡萄糖调节蛋白94糖基化Golgicomplex高尔基复合体重链结合蛋白