细胞的内膜系统与囊泡转运.ppt

1、医学细胞生物学（配套教材）,第五章 内膜系统,Endomembrane System,学习目的与要求 掌握内膜系统的概念及结构组成。 掌握糙面内质网、光面内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体的主要化学组成、结构特征与生理功能。 熟悉内膜系统之间在结构、功能及来源发生上的相互关系。 熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要作用。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,第一节 内质网,一、内质网的形态结构与类型 二、内质网的化学组成 三、内质网的功能,Endomembrane System,第五章 内膜系统,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

2、的膜性结构细胞器的总称。 内膜系统是真核细胞特有的结构，主要包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、各种转运小泡以及核膜和过氧化物酶体等功能结构。 内膜系统的出现是真核细胞与原核细胞相互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。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,内膜系统在细胞内分布示意图,Endomembrane System,第五章 内膜系统,内质网概述 内质网（endoplasmic reticulum，ER）是一类由大小、形态各异的膜性囊泡所构成的细胞器。 分布： 内质网分布于内质区，并扩展、延伸至靠近细胞膜的 外质区。 除哺

3、乳类成熟的红细胞之外，内质网普遍存在于各类 细胞之中。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,内质网概述 类型：依其形态、功能不同分为 糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER） 光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）,Endomembrane System,第五章 内膜系统,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。 在不同的组织细胞中，或同一种细胞的不同发育阶段及生理功能状态下，内质网的形态结构、数量分布和发达程度有很大差别。,一、内质网的形态结构与类型,

4、（一）内质网是细胞质内由单位膜围成的三维网状膜 系统,Endomembrane System,第五章 内膜系统,A. 鼠肝细胞内质网形态结构模式图； B. 睾丸间质细胞中内质网形态透射电镜图； C. 动植物细胞中内质网形态结构图（荧光标记内质网）； D. 横纹肌细胞中肌质网立体结构形态模式图,内质网的形态结构,Endomembrane System,第五章 内膜系统,（二）内质网的类型 1. 糙面内质网（rough endoplasmic reticulum,RER） 形态特征：排列整齐的扁平囊状结构，网膜胞质面 有核糖体颗粒附着。 功能：主要和外输性蛋白质及多种膜蛋白的合成、 加工及转运有关

5、。 分布：蛋白分泌功能旺盛的细胞中，粗面内质网高 度发达；肿瘤细胞和未分化细胞中相对较少。,Endomembrane System,一、内质网的形态结构与类型,第五章 内膜系统,（二）内质网的类型 1. 糙面内质网（rough endoplasmic reticulum,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,Endomembrane System,一、内质网的形态结构与类型,第五章 内膜系统,2. 光面内质网（smooth endoplasmic reticulum,SER） 形态特征：表面光滑的管、泡样网状结构，无核糖体 附着，并常常可见与粗

6、面内质网相互连通。 功能：是一种多功能的细胞器，在不同细胞或同一细 胞的不同生理时期，常表现出完全不同的功能 特性。,Endomembrane System,一、内质网的形态结构与类型,（二）内质网的类型,第五章 内膜系统,2. 光面内质网（smooth endoplasmic reticulum,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,Endomembrane System,一、内质网的形态结构与类型,（二）内质网的类型,第五章 内膜系统,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（myeloi

7、d 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,Endomembrane System,一、内质网的形态结构与类型,第五章 内膜系统,(三) 内质网的衍生结构,异型内质网孔环状片层结构,Endomembrane System,一、内质网的形态结构与类型,第五章 内膜系统,微粒体的形态及类型 A. 从细胞匀浆中分离出的微粒体电镜观察形态图； B. 运用蔗糖浓度梯度离心分离技术可获得颗粒型和光滑型两种不同的微粒体。,目前，对内质网的化学特征与生理功能的了解和认识，大多是通过对微粒体的生化、生理分析而获得的。,

8、二、内质网的化学组成,Endomembrane System,第五章 内膜系统,1.脂类 内质网膜的类脂双分子层组成包括磷脂、中性脂、缩醛脂和神经节苷脂等，其中以磷酯含量最多。 2.蛋白质 内质网膜含有的蛋白质是非常复杂、多样的。 相对分子质量大小从15kD150kD不等。,（一）脂类和蛋白质是内质网的主要化学组成成分,Endomembrane System,二、内质网的化学组成,第五章 内膜系统,（二）内质网含有以葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志性酶的诸多酶系 根据功能特性，可分为几种主要类型： 与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶类； 与脂类物质代谢功能反应相关的酶类； 与碳水化合物代谢功能反应

9、相关的酶类； 参与蛋白质加工转运的多种酶类。 内质网膜的标志酶葡萄糖-6-磷酸酶。,Endomembrane System,二、内质网的化学组成,第五章 内膜系统,（三）网质蛋白,网质蛋白（reticulo-plasmin）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）或HDEL（His-Asp-Glu-Leu）的4氨基酸序列驻留信号，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。,Endomembrane System,二、内质网的化学组成,第五章 内膜系统,（三）网质蛋白,目前已知的网质蛋白：

10、 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。,Endomembrane System,二、内质网的化学组成,第五章 内膜系统,三、内质网的功能 (一)糙面内质网的功能 糙面内质网的主要功能是进行蛋白质的合成、加工修饰、分选及转运 。 由糙面内质网上附着型核糖体合成的蛋白质有： 外输性或分泌性蛋白 膜整合蛋白 细胞器中的驻留蛋白,Endomembrane System,第五章 内膜系统,1. 信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成 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

11、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。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,（1）信号肽是指导蛋白多肽链在糙面内质网上合 成与穿膜转移的决定因素,信号肽和信号肽假说,信号肽(signal peptide)：一段由不同数目、不同种类的氨基酸组成的疏水氨基酸序列，普遍地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上进行合成的决定因素 。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能 1. 信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成,第五章 内膜系统,（1）信号肽是指

12、导蛋白多肽链在糙面内质网上合 成与穿膜转移的决定因素,信号肽和信号肽假说,根据信号肽假说，核糖体与内质网的结合以及肽链穿越内质网膜的转移还依赖于： 信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP） 信号识别颗粒受体（SRP-receptor, SRP-R） 转运体（translocon）：位于内质网膜，是新生分泌蛋白质多肽链合成时进入内质网腔的通道。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,具体过程 新生分泌性蛋白质多肽链在细胞质基质中的游离核糖体上起始合成。 新生肽链N端信号肽与SRP识别、结合，肽链

13、延长受阻。,Endomembrane System,（1）信号肽是指导蛋白多肽链在糙面内质网上合 成与穿膜转移的决定因素,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,具体过程 信号肽结合的SRP，识别、结合内质网膜上的SRP受体，并介导核糖体锚泊于内质网膜的转运体易位蛋白上，肽链延伸继续进行。 在信号肽引导下，肽链穿膜进入内质网腔，信号肽被切除，肽链继续延伸，直至合成完成。,Endomembrane System,（1）信号肽是指导蛋白多肽链在糙面内质网上合 成与穿膜转移的决定因素,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,信号肽介导核糖体附着于内质网与新生肽

14、链穿膜转移过程示意图 ASRP结构示意图；B. 核糖体的附着与肽链的合成延伸；C. 转运体与肽链的穿膜转移,Endomembrane System,第五章 内膜系统,（2）新生多肽链的折叠与装配 由附着型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。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能 1. 信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成,第五章 内膜系统,（2）新生多肽链的折叠与装配 分

15、子伴侣蛋白的共同特点： 在羧基端有一KDEL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）。 分子伴侣蛋白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（unfolded protein response, UPR）使内质网分子伴侣表达升高，从而有利于蛋白质的正确折叠和组装。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,常见的内质网分子伴侣 蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）

16、重链结合蛋白（heavy-chain binding protein, BiP） 钙网素（calreticulin） 葡萄糖调节蛋白94（glucose regulated protein94，GRP94）标志性分子伴侣,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,（3）蛋白质的糖基化,糖基化(glycosylation)：单糖或者寡糖与蛋白质之间通过共价键结合形成糖蛋白的过程。 由附着型核糖体合成并经由内质网转运的蛋白质，其中大多数都要被糖基化。 发生在糙面内质网中的糖基化主要是寡糖与蛋白质天冬酰胺残基侧链上氨基基团的结合，称为N-连接

17、糖基化（N-linked glycosylation），其识别序列为：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr（X代表除Pro之外的任何氨基酸）。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,（3）蛋白质的糖基化,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,（4）蛋白质的胞内运输,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,2. 信号肽指导的穿膜驻留蛋白插入转移的可能机制, 单次穿膜蛋白插入转移的机制,新生肽链共翻译插入（cotr

18、anslation insertion）机制 起始转移信号肽起始肽链转移 。 停止转移信号肽使转运体由活性状态转换为钝化 状态而终止肽链的转移。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,2. 信号肽指导的穿膜驻留蛋白插入转移的可能机制, 单次穿膜蛋白插入转移的机制,内信号肽（internal signal peptide）介导的内开始转移肽（internal start-transfer peptide）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，到达转运体时被保留在脂双层中。,Endomembra

19、ne System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统, 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。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,具有内信号肽的单次穿膜蛋白的转移插入示意图, 多次穿膜蛋白质的转移插入,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,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 白合成。

20、,非定位分布的细胞质溶质驻留蛋白 定位性分布的胞质溶质蛋白 细胞核中的核蛋白 线粒体、质体等所需的核基因组编码蛋白,游离核糖体,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,3. 糙面内质网是蛋白质分选的起始部位,有内质网信号肽的蛋白质，进入内质网完成 蛋白合成，并起始分选过程。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,信号斑： 信号斑（signal patch）也是重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。,En

21、domembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,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。,Endomembrane System,三、内质网的功能,(一)糙面内质网的功能,第五章 内膜系统,1.参与脂类的合成和转运,脂类合成是光面内质网最为重要的功能之一。除线粒体特有的两种磷脂外，细胞所需要的全部膜脂几乎都是由内质网合成的。,(二)光面内质网的功能,E

22、ndomembrane System,三、内质网的功能,第五章 内膜系统,1.参与脂类的合成和转运, 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。,(二)光面内质网的功能,Endomembrane System,三、内质网的功能,第五章 内膜系统,主要有两种方式： 以出芽小泡的形式转运到高尔基复合体、溶酶体和质膜； 以磷脂交换蛋白（phospholipid exchange proteins，PEP）作为载体，形成复合体进入细胞质基质，通过自由扩散，到达线粒体和过氧

23、化物酶体膜上。, 向其他膜结构的转运,Endomembrane System,(二)光面内质网的功能,三、内质网的功能,第五章 内膜系统,3.作为细胞解毒的主要场所。 肝脏的解毒作用主要由肝细胞中的光面内质网来完成。 肝细胞光面内质网上含有的氧化及电子传递酶系可催化多种化合物的氧化或羟化，破坏毒物、药物的毒性，增加化合物的极性，使之便于排泄。,Endomembrane System,2.参与糖原的代谢。,(二)光面内质网的功能,三、内质网的功能,第五章 内膜系统,4.作为肌细胞Ca2+的储存场所 。 在肌细胞中，光面内质网特化为一种特殊的结构肌质网。肌质网网膜上的Ca2+-ATP酶可进行Ca2

24、+的储存和释放。,5.与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关。,Endomembrane System,(二)光面内质网的功能,三、内质网的功能,第五章 内膜系统,第二节 高尔基复合体,一、高尔基复合体的形态结构 二、高尔基复合体的化学组成 三、高尔基复合体的主要功能,Endomembrane System,第五章 内膜系统,一、高尔基复合体的形态结构 (一)高尔基复合体是由三种不同类型的膜性囊泡组成 的细胞器 电镜观察表明，高尔基复合体（Golgi complex）是一种膜性的囊、泡结构复合体，一般划分为三个组成部分。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,一、高尔基复合体的形

25、态结构 (一)高尔基复合体是由三种不同类型的膜性囊泡组成的细胞器,1.扁平囊泡（cisternae） 高尔基复合体的主体结构，一般由3-8个扁平囊泡平行排列成高尔基体堆。 凸面朝向细胞核，称之为顺面或形成面。 凹面侧向细胞膜，称作反面或成熟面。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,2.小囊泡（vesicles） 聚集分布于高尔基复合体形成面 ，由糙面内质网芽生、分化而来，负责将内质网中的蛋白质转运到高尔基复合体中。,3.大囊泡（vacuoles） 分布于高尔基复合体成熟面。,Endomembrane System,一、高尔基复合体的形态结构 (一)高尔基复合体是由三种不同

26、类型的膜性囊泡组成的细胞器,第五章 内膜系统,高尔基复合体电镜图,高尔基复合体形态结构模式图,Endomembrane System,一、高尔基复合体的形态结构 (一)高尔基复合体是由三种不同类型的膜性囊泡组成的细胞器,第五章 内膜系统,构成高尔基复合体主体的膜（扁平）囊，从形成面到成熟面可呈现不同的结构形态，各膜囊所执行的功能亦不尽相同，因此，高尔基体又被称为极性细胞器。,一、高尔基复合体的形态结构 （二）高尔基复合体是一种极性细胞器,Endomembrane System,第五章 内膜系统,近年有学者将高尔基复合体膜囊层划分为三个组成部分： 顺面高尔基网（cis Golgi network

27、） 高尔基中间膜囊（medial Golgi stack) 反面高尔基网（trans Golgi network）,一、高尔基复合体的形态结构 （二）高尔基复合体是一种极性细胞器,Endomembrane System,第五章 内膜系统,高尔基复合体极性网状构,Endomembrane System,一、高尔基复合体的形态结构 （二）高尔基复合体是一种极性细胞器,第五章 内膜系统,1.顺面高尔基网 靠近内质网的一侧，呈连续分支的管网状结构，可 被标志性的化学反应嗜锇反应显示。 功能： 分选来自内质网的蛋白质和脂类； 进行蛋白质糖基化和酰基化修饰。,Endomembrane System,一、高

28、尔基复合体的形态结构 （二）高尔基复合体是一种极性细胞器,第五章 内膜系统,2.高尔基中间膜囊 位于顺面高尔基网状结构和反面高尔基网状结构之间的多层间隔囊、管结构复合体系，可被标志性的化学反应NADP酶反应显示。 功能：进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成。,Endomembrane System,一、高尔基复合体的形态结构 （二）高尔基复合体是一种极性细胞器,第五章 内膜系统,3.反面高尔基网 朝向细胞膜一侧，在其形态结构和化学特性上具有细胞的差异性和多样性。 功能：蛋白质分选和修饰。,Endomembrane System,一、高尔基复合体的形态结构 （二）高尔基复合体是一种极性细胞器,第五章

29、 内膜系统,（三）高尔基复合体在不同组织细胞中呈现不同的分布形式,高尔基复合体在不同的组织细胞中具有不同的分布特征 神经细胞围绕细胞核分布； 肠上皮粘膜、胰腺细胞在细胞核附近趋向于 一极分布。 高尔基复合体的数量和发达程度与细胞生长、发育和功能有关。,Endomembrane System,一、高尔基复合体的形态结构,第五章 内膜系统,(一)脂类是高尔基复合体膜的基本成分 高尔基复合体脂类成分含量介于质膜与内质网之间，总含量约45%左右。,二、高尔基复合体的化学组成,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(二)高尔基复合体中含有多种酶蛋白体系 糖基转移酶高尔基体最具特征性的

30、酶 氧化还原酶 磷酸酶 磷脂酶类 脂酰转移酶 酪蛋白磷酸激酶 -甘露糖苷酶,二、高尔基复合体的化学组成,Endomembrane System,第五章 内膜系统,三、高尔基复合体的功能,(一)细胞内蛋白质分泌运输的中转站,外输性分泌蛋白，胞内溶酶体中的酸性水解酶蛋白、多种细胞膜蛋白以及胶原纤维等细胞外基质成分都是经由高尔基复合体进行定向转送和运输的。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,三、高尔基复合体的功能,(一)细胞内蛋白质分泌运输的中转站,外输性分泌蛋白两种不同的排放形式： 连续分泌（continuous secretion）是指外输性蛋白质在分泌泡形成之后，随即排

31、放出细胞的分泌形式。 非连续分泌（discontinuous secretion）是指外输性蛋白质先储存于分泌泡中，在需要时再排放到细胞外的分泌形式。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(二)细胞内物质加工合成的重要场所,1糖蛋白的加工合成,内质网合成并经由高尔基复合体转送运输的蛋白质，绝大多数都需经过糖基化的修饰和加工，形成糖蛋白。 由内质网转运而来的糖蛋白，在进入高尔基复合体后，其寡糖链末端区的寡糖基往往要被切去，同时再添加上新的糖基，形成新的糖蛋白。,Endomembrane System,三、高尔基复合体的功能,第五章 内膜系统,糖蛋白的类型 N-连接糖蛋白寡糖

32、链结合在蛋白质多肽链中天冬酰胺的氨基侧链上；糖链合成与糖基化修饰始于内质网，完成于高尔基复合体； O-连接糖蛋白寡糖链结合在蛋白质多肽链中丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的羧基侧链上；主要或完全是在高尔基复合体中进行和完成的。,Endomembrane System,(二)细胞内物质加工合成的重要场所,三、高尔基复合体的功能,第五章 内膜系统,蛋白质糖基化的意义： 对蛋白质具有保护作用，使它们免遭水解酶的降解； 具有运输信号的作用，引导蛋白质包装形成运输小泡，以便进行蛋白质的靶向运输； 糖基化形成细胞膜表面的糖被，在细胞膜的保护、识别以及通讯联络等生命活动中发挥重要作用。,Endomembrane Sy

33、stem,(二)细胞内物质加工合成的重要场所,三、高尔基复合体的功能,第五章 内膜系统,2.蛋白质的水解和加工,某些蛋白质或酶通过水解成为成熟形式或活性形式； 溶酶体酸性水解酶的磷酸化修饰； 蛋白聚糖类的硫酸化修饰。,Endomembrane System,(二)细胞内物质加工合成的重要场所,三、高尔基复合体的功能,第五章 内膜系统,(三)细胞内的蛋白质分选和膜泡定向运输,通过加工修饰，不同的蛋白质带上可被反面高尔基网专一受体识别的分选信号，进而按照下列可能的途径被分类输出：,溶酶体酶经高尔基复合体分选和包装，以有被小泡的形式被转运到溶酶体； 分泌蛋白以有被小泡的形式直接运向细胞膜或分泌释放到

34、细胞外； 分泌蛋白以分泌小泡的形式暂时性储存于细胞质中，在有需要的情况下，被分泌释放到细胞外。,Endomembrane System,三、高尔基复合体的功能,第五章 内膜系统,经高尔基复合体分拣形成的蛋白质运输小泡三种可能的转运途径与去向,Endomembrane System,第五章 内膜系统,第三节溶酶体,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,Endomembrane System,第五章 内膜系统,一、溶酶体的形态结构和化学组成,Endomembrane System,溶酶体（lysosome）是由一层单位膜包裹而成的球囊状结构，

35、膜厚约nm，普遍地存在于各类组织细胞之中。,第五章 内膜系统,(一)溶酶体是一种具有高度异质性的细胞器,形态大小：差异显著，一般直径为0.2m0.8m，最小者直径仅0.05m，最大者直径可达数微米。 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。 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。,Endomembrane System,一、溶酶体的形态结构和化学组成,第五章 内膜系统,(二)溶酶体的共同特征,都是由一层单位膜包裹而成的囊

36、球状结构小体； 均含有丰富的酸性水解酶，是溶酶体的标志酶； 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； 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。,Endomembrane System,一、溶酶体的形态结构和化学组成,第五章 内膜系统,(二)溶酶体的共同特征,溶酶体形态结构的透射电镜照片,Endomembrane System,一、溶酶体的形态结构和化学组成,第五章 内膜系统,(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

37、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,Endomembrane System,一、溶酶体的形态结构和化学组成,第五章 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（primary lysosome）是指通过形成途径刚刚产生的溶酶体。 在形态上一般为不含有明显颗粒物质的透明圆球状； 初级溶酶体囊腔中的酶通常处于非活性状态。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,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（secondary

38、lysosome），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。,Endomembrane System,二、溶酶体的类型,(一)按功能状态不同分为三种类型,第五章 内膜系统,2.次级溶酶体 类型： 自噬溶酶体（autophagic lysosome）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。 异噬溶酶体（heterophagic lysosome）作用底物源于细胞外来异物。 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。,Endomembrane Sys

39、tem,二、溶酶体的类型,(一)按功能状态不同分为三种类型,第五章 内膜系统,3.三级溶酶体 三级溶酶体（tertiary lysosome）：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。,Endomembrane System,二、溶酶体的类型,(一)按功能状态不同分为三种类型,第五章 内膜系统,3.三级溶酶体,去处： 以胞吐的方式被清除、释放到细胞外； 沉积于细胞内而不被外排。,存在方式： 脂褐质衰老的神经细胞、心肌细胞 髓样结构肿瘤细胞、病毒感染细胞 含铁小体单核吞噬细胞,Endomembrane System,

40、二、溶酶体的类型,(一)按功能状态不同分为三种类型,第五章 内膜系统,溶酶体功能类型转换关系示意图,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(二)按形成过程不同分为两大类型 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。 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。,Endomembrane System,二、溶酶体的类型,第五章 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

41、杂而有序的过程。,Endomembrane System,第五章 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。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,酶蛋白在内质网合成并糖基化形成带有甘露糖的糖蛋白； 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； 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； 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； 在前溶酶体膜上质子泵作用

42、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。,内体性溶酶体的形成过程：,Endomembrane System,第五章 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,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(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。,Endomembrane System,四、溶酶体的功能,第五章 内膜系统,(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

43、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。,Endomembrane System,四、溶酶体的功能,第五章 内膜系统,(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。,Endomembrane System,四、溶酶体的功能,第五章 内膜系统,(五)溶酶体在生物个体发生、发育过程中起重要作用,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； 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 ； 哺乳动物子宫内膜的周期性萎缩 。,Endomembrane

44、System,四、溶酶体的功能,第五章 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,Endomembrane System,第五章 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 一层单位膜包裹而成的膜性结构细胞器； 多呈圆形或卵圆形，偶见半月形和长方形； 直径变化于0.21.7m之间； 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。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,（二） 过氧化物酶体膜

45、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。,Endomembrane System,一、过氧化物酶体的基本理化特征,第五章 内膜系统,（三）过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的 40多种酶 .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： RH2+O2 R+H2O2,Endomembrane System,一、

46、过氧化物酶体的基本理化特征,第五章 内膜系统,（三）过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的 40多种酶 .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。 2H2O2 2H2O +O2,Endomembrane System,一、过氧化物酶体的基本理化特征,第五章 内膜系统,（三）过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的 40多种酶 .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。,Endomembrane System,一、过氧化物酶体的基本理化特征,第五章 内膜系统,二、过氧化物酶体

47、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。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(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。,Endomembrane System,二、过氧化物酶体的功能,第五章 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

48、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。,Endomembrane System,第五章 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。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(二)内质网在过氧化物酶体形成过程中的作用,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

49、交换蛋白或膜泡运输的方式完成转运； 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。,Endomembrane System,三、过氧化物酶体的发生,第五章 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,Endomembrane System,第五章 内膜系统,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。,概述,Endomembrane System,第五章 内膜系统

50、,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。,概述,Endomembrane System,第五章 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（gated transport）：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（transmembrane transpor

51、t）：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。,Endomembrane System,第五章 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,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(一)网格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicle） 来源：由高尔基复合体、细胞膜内吞作用产生 结构特点： 网格蛋白：构成网架结构，形成囊泡外被； 衔接

52、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。,二、囊泡的类型与来源,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(一)网格蛋白有被小泡（clathrin-coated vesicle） 结构特点： 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。,二、囊泡的类型与来源,Endomembrane System,第五章 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

53、示意图,Endomembrane System,第五章 内膜系统,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。,Endomembrane System,二、囊泡的类型与来源,(一)网格蛋白有被小泡,第五章 内膜系统,网格蛋白有被小泡的产生与形成示意图,Endomembrane System,二、囊泡的类型与来源,(一)网格蛋白有被小泡,第五章 内膜系统,(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

54、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。,Endomembrane System,二、囊泡的类型与来源,第五章 内膜系统,(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。,Endomembrane System,二、囊泡的类型与来源,第五章 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

55、配,Endomembrane System,第五章 内膜系统,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(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。 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。,Endomembrane System,二、囊泡的类型与来源,第五章 内膜系统,(三)COPI有被小泡,Endomembrane System,二、囊泡的类型与来源,第五章 内膜系统,功能： 捕捉、回收转运内质网逃逸蛋白； 逆向运输高尔基

56、复合体膜内蛋白； 行使从内质网到高尔基复合体的顺向转移。,Endomembrane System,(三)COPI有被小泡,二、囊泡的类型与来源,第五章 内膜系统,Endomembrane System,(三)COPI有被小泡,二、囊泡的类型与来源,第五章 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,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。 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。,Endomembrane Syste

57、m,第五章 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,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。,Endomembrane System,第五章 内膜系统,(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 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。 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

58、质网。,Endomembrane System,三、囊泡转运,第五章 内膜系统,(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受体（SNAREs）家族,囊泡相关膜蛋白（VAMP） 联接蛋白,Endomembrane System,三、囊泡转运,第五章 内膜系统,(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。,Endomembrane System,三、囊泡转运,第五章 内膜系统,(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