第9章內(nèi)膜系統(tǒng)

1、CHAPTER 9 內(nèi)膜系統(tǒng)與蛋白質(zhì)合內(nèi)膜系統(tǒng)與蛋白質(zhì)合成、分選和膜運(yùn)輸成、分選和膜運(yùn)輸OUTLINE9.19.1內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)9.29.2蛋白質(zhì)合成、加工和分選蛋白質(zhì)合成、加工和分選9.3 9.3 細(xì)胞分泌與內(nèi)吞作用細(xì)胞分泌與內(nèi)吞作用 9.4 9.4 小泡運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制小泡運(yùn)輸?shù)姆肿訖C(jī)制3膜結(jié)合細(xì)胞器膜結(jié)合細(xì)胞器9.1 內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)與膜結(jié)合細(xì)胞器內(nèi)膜系統(tǒng)與膜結(jié)合細(xì)胞器膜結(jié)合細(xì)胞器膜結(jié)合細(xì)胞器(membrane-bounded organelles)具有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、具有膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器，細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、過(guò)氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等過(guò)氧化物酶體

2、、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembrane system)指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、液泡和細(xì)胞核指內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、液泡和細(xì)胞核5類膜結(jié)合細(xì)胞器，它們的膜是相互類膜結(jié)合細(xì)胞器，它們的膜是相互流動(dòng)的流動(dòng)的，處，處于動(dòng)態(tài)平衡，功能上也相互于動(dòng)態(tài)平衡，功能上也相互協(xié)同協(xié)同。5細(xì)胞核：產(chǎn)生細(xì)胞核：產(chǎn)生mRNA內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)合成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)合成高爾基體：蛋白質(zhì)加工高爾基體：蛋白質(zhì)加工溶酶體：蛋白質(zhì)分解溶酶體：蛋白質(zhì)分解分泌泡和內(nèi)體：與質(zhì)膜分泌泡和內(nèi)體：與質(zhì)膜關(guān)聯(lián)，參與分泌和內(nèi)吞關(guān)聯(lián)，參與分泌和內(nèi)吞內(nèi)膜系統(tǒng)功能的協(xié)同性內(nèi)膜系統(tǒng)功能的協(xié)同性內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性內(nèi)膜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性獨(dú)立

3、性獨(dú)立性內(nèi)膜封閉的區(qū)室內(nèi)膜封閉的區(qū)室執(zhí)行獨(dú)立的功能執(zhí)行獨(dú)立的功能動(dòng)態(tài)性質(zhì)動(dòng)態(tài)性質(zhì)( (穿梭小泡穿梭小泡) )Biosynthetic pathwaySecretory pathway Endocytic pathway 膜結(jié)合細(xì)胞器的進(jìn)化膜結(jié)合細(xì)胞器的進(jìn)化起因起因 遺傳信息的擴(kuò)大遺傳信息的擴(kuò)大 表面積與體積比值失調(diào)表面積與體積比值失調(diào) 物質(zhì)代謝速度受限物質(zhì)代謝速度受限對(duì)策對(duì)策: :內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域化或者吸收外部生命體內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)域化或者吸收外部生命體 途徑：途徑： 質(zhì)膜內(nèi)陷質(zhì)膜內(nèi)陷 內(nèi)共生內(nèi)共生內(nèi)膜系統(tǒng)的生物學(xué)意義內(nèi)膜系統(tǒng)的生物學(xué)意義特定的功能區(qū)域和微環(huán)境特定的功能區(qū)域和微環(huán)境合理使用資源、分工明確

4、合理使用資源、分工明確集團(tuán)化管理集團(tuán)化管理提高工作效率提高工作效率動(dòng)態(tài)性質(zhì)動(dòng)態(tài)性質(zhì)保證了膜結(jié)構(gòu)的一致性保證了膜結(jié)構(gòu)的一致性使細(xì)胞使細(xì)胞“青春常在青春常在”特殊酶類的安全性特殊酶類的安全性表面積表面積/ /體積提高體積提高提高了反應(yīng)效率提高了反應(yīng)效率內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (Endoplasmic Reticulum, ER)形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由一層單位膜（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由一層單位膜（5-6nm）形成的囊狀、泡）形成的囊狀、泡狀和管狀結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)。狀和管狀結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)最大的細(xì)胞器，占細(xì)胞內(nèi)膜系內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)最大的細(xì)胞器，占細(xì)胞內(nèi)膜

5、系統(tǒng)的一半左右，占細(xì)統(tǒng)的一半左右，占細(xì)胞體積的胞體積的10%?？拷拷?xì)胞質(zhì)內(nèi)側(cè)，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)側(cè)，與與核膜相連。核膜相連。根據(jù)是否結(jié)合核糖體，可分為：根據(jù)是否結(jié)合核糖體，可分為：糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(RER) ：有核糖體，合成分泌蛋白：有核糖體，合成分泌蛋白光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (SER)：無(wú)核糖體，合成脂類：無(wú)核糖體，合成脂類外表面稱為胞質(zhì)溶膠面外表面稱為胞質(zhì)溶膠面(sytosolic space)內(nèi)表面稱為潴泡面內(nèi)表面稱為潴泡面(cisternal space)特殊類型的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特殊類型的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)肌質(zhì)網(wǎng)，位于肌細(xì)胞中，肌質(zhì)網(wǎng)，位于肌細(xì)胞中，Ca2+-ATP酶酶微粒體微粒體(microsome)破碎

6、的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，用于體破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，用于體外實(shí)驗(yàn)外實(shí)驗(yàn) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是膜囊結(jié)構(gòu)，主要化學(xué)組成是蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是膜囊結(jié)構(gòu)，主要化學(xué)組成是蛋白質(zhì)和脂類。包括糖代謝、脂代謝、蛋白質(zhì)加工、質(zhì)和脂類。包括糖代謝、脂代謝、蛋白質(zhì)加工、藥物及其他有毒物質(zhì)脫毒相關(guān)的酶類。藥物及其他有毒物質(zhì)脫毒相關(guān)的酶類。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的標(biāo)志酶是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的標(biāo)志酶是 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 細(xì)胞色素細(xì)胞色素P P450450在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中最為豐富，約占滑在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中最為豐富，約占滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)總蛋白的面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)總蛋白的20%20%糖原分解糖原分解釋放葡萄糖釋放葡萄糖信號(hào)維持血糖濃度恒定信號(hào)維持血糖濃度恒定脂類的合成

7、與轉(zhuǎn)運(yùn)脂類的合成與轉(zhuǎn)運(yùn)甘油三酯和磷脂甘油三酯和磷脂解毒作用解毒作用P450的作用的作用Ca2+離子濃度的調(diào)節(jié)作用離子濃度的調(diào)節(jié)作用Ca2+-ATP酶酶光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能葡萄糖磷酸化酶葡萄糖磷酸化酶葡萄糖磷酸易位酶葡萄糖磷酸易位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶脂溶性有毒物脂溶性有毒物H+磷脂的合成磷脂的合成翻轉(zhuǎn)酶翻轉(zhuǎn)酶乙酰輔酶乙酰輔酶A脂酰輔酶脂酰輔酶A磷酸甘油磷酸甘油二酰甘油二酰甘油蛋白質(zhì)的折疊與加工蛋白質(zhì)的折疊與加工 Bip蛋白：蛋白：Bip是一類分子伴侶是重鏈結(jié)合蛋白的是一類分子伴侶是重鏈結(jié)合蛋白的簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱(heavy-chain binding protein)，Hsp70

8、家族。家族。與未折疊蛋白質(zhì)的疏水氨基酸結(jié)合與未折疊蛋白質(zhì)的疏水氨基酸結(jié)合防止新合成蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)中變性和斷裂防止新合成蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)中變性和斷裂蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的加工與修飾蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的加工與修飾N-糖基化糖基化N-糖基化糖基化羥基的形成羥基的形成脯氨酸和賴氨酸脯氨酸和賴氨酸 形成脂錨定蛋白形成脂錨定蛋白糖基磷脂酰肌醇糖基磷脂酰肌醇9.3 高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體Golgi complex高爾基器高爾基器(Golgi apparatus)或高爾基復(fù)合體意或高爾基復(fù)合體意大利科學(xué)家大利科學(xué)家Camillo Golgi在在 1898年發(fā)現(xiàn)的。年發(fā)現(xiàn)的。形態(tài)形態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 整齊的扁平膜囊堆疊而成，呈弓形或球形

9、。整齊的扁平膜囊堆疊而成，呈弓形或球形。扁平膜囊扁平膜囊液泡液泡小泡小泡 數(shù)量與化學(xué)組成數(shù)量與化學(xué)組成數(shù)量數(shù)量 分泌功能越旺盛的細(xì)胞越多。分泌功能越旺盛的細(xì)胞越多。膜膜蛋白含量蛋白含量高爾基復(fù)合體高于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜高爾基復(fù)合體高于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜: : 質(zhì)質(zhì) 膜膜: : 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 40% 40% 內(nèi)內(nèi) 質(zhì)質(zhì) 網(wǎng)網(wǎng): : 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 20%20% 高爾基體高爾基體: : 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 60%60%高爾基復(fù)合體的標(biāo)志酶是高爾基復(fù)合體的標(biāo)志酶是糖基轉(zhuǎn)移酶糖基轉(zhuǎn)移酶。高爾基體的極性高爾基體的極性高爾基內(nèi)側(cè)網(wǎng)絡(luò)高爾基內(nèi)側(cè)網(wǎng)絡(luò)( (cis-Golgi network, CGN) 順面、形成面順面、形成面中

10、間潴泡中間潴泡 ( (medial cisternae) )高爾基外側(cè)網(wǎng)絡(luò)高爾基外側(cè)網(wǎng)絡(luò)( (trans Golji network,TGN) 外側(cè)面、成熟面外側(cè)面、成熟面生產(chǎn)加工流水線生產(chǎn)加工流水線酶酶 順面順面 中間膜囊中間膜囊 反面反面脂肪?；D(zhuǎn)移酶脂肪酰基轉(zhuǎn)移酶甘露糖苷酶甘露糖苷酶 乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶 甘露糖苷酶甘露糖苷酶 NADPase NADPase 磷酸酶磷酸酶 腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶 5 5核苷酶核苷酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶核苷二磷酸酶核苷二磷酸酶唾液酸轉(zhuǎn)移酶唾液酸轉(zhuǎn)移酶硫胺素焦磷酸酶硫胺素焦磷酸酶半乳糖基轉(zhuǎn)移酶半乳糖基轉(zhuǎn)移酶高爾基體的功能高爾基體的功能蛋白質(zhì)

11、和脂類的運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)和脂類的運(yùn)輸內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜間的中間站內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜間的中間站ERER和高爾基體內(nèi)側(cè)間的和高爾基體內(nèi)側(cè)間的運(yùn)輸運(yùn)輸( (包含逆向運(yùn)輸包含逆向運(yùn)輸) )高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾高爾基體內(nèi)側(cè)到高爾基體外側(cè)運(yùn)輸基體外側(cè)運(yùn)輸ER駐留蛋白的駐守機(jī)制駐留蛋白的駐守機(jī)制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留信號(hào)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留信號(hào)(ER retention signal): Lys-Asp-Glu-Leu-COO-，即即KDEL信號(hào)序列信號(hào)序列KDEL信號(hào)受體信號(hào)受體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜 高爾基體膜高爾基體膜 不具有蛋白特異性不具有蛋白特異性如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶伴侶Bip蛋白蛋白 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的糖基化糖基化 O O- -連接的

12、糖基化連接的糖基化 將糖鏈轉(zhuǎn)移到多肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸或羥賴將糖鏈轉(zhuǎn)移到多肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸的羥基上，稱為氨酸的羥基上，稱為O-O-連接的糖基化。連接的糖基化。N N- -連接的寡聚糖進(jìn)一步加工連接的寡聚糖進(jìn)一步加工高甘露糖型高甘露糖型復(fù)合寡糖型復(fù)合寡糖型蛋白質(zhì)分選蛋白質(zhì)分選(P(Protein sorting)rotein sorting)廣義：整個(gè)細(xì)胞對(duì)合成蛋白質(zhì)的分選作用廣義：整個(gè)細(xì)胞對(duì)合成蛋白質(zhì)的分選作用狹義：狹義：膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì)膜結(jié)合核糖體上合成的蛋白質(zhì), , 通過(guò)信號(hào)肽通過(guò)信號(hào)肽, ,在翻譯在翻譯的同時(shí)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的同時(shí)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng), , 然后經(jīng)過(guò)各種加工和修飾

13、然后經(jīng)過(guò)各種加工和修飾, ,使不同去向使不同去向的蛋白質(zhì)帶上不同的的蛋白質(zhì)帶上不同的標(biāo)記標(biāo)記, , 最后經(jīng)過(guò)最后經(jīng)過(guò)高爾基高爾基體反面網(wǎng)絡(luò)體反面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分選進(jìn)行分選, ,包包裝到不同類型的小泡裝到不同類型的小泡, ,并并運(yùn)送到目的地。運(yùn)送到目的地。分選作用主要是由分選作用主要是由信信號(hào)序列和受體號(hào)序列和受體之間的相之間的相互作用決定的互作用決定的 9.4 9.4 溶酶體溶酶體( (lysosomelysosome) )動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的一種細(xì)胞器小球狀小球狀,直徑一般直徑一般0.250.8m, 由一層單位膜包被由一層單位膜包被溶酶體含有溶酶體含有50多種水解酶類，多種水解酶類，

14、在細(xì)胞內(nèi)起消化和保護(hù)作用在細(xì)胞內(nèi)起消化和保護(hù)作用當(dāng)細(xì)胞被損傷時(shí)，溶酶體可當(dāng)細(xì)胞被損傷時(shí)，溶酶體可釋放出水解酶類，使細(xì)胞自溶釋放出水解酶類，使細(xì)胞自溶來(lái)自高爾基體，通過(guò)來(lái)自高爾基體，通過(guò)M6P信號(hào)信號(hào)分揀而來(lái)分揀而來(lái)溶酶體膜的穩(wěn)定性溶酶體膜的穩(wěn)定性溶酶體的膜蛋白高度糖基化溶酶體的膜蛋白高度糖基化溶酶體的膜含有能促進(jìn)膜穩(wěn)定性的膽固醇溶酶體的膜含有能促進(jìn)膜穩(wěn)定性的膽固醇溶酶體的膜上嵌有質(zhì)子泵溶酶體的膜上嵌有質(zhì)子泵溶酶體的膜上具有多種載體蛋白用于水解溶酶體的膜上具有多種載體蛋白用于水解產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運(yùn)溶酶體的酶類溶酶體的酶類種類種類:溶酶體內(nèi)含溶酶體內(nèi)含有有50多種酶類；多種酶類；均為酸性水解

15、酶，最適均為酸性水解酶，最適pH值是值是4.6；少量的溶酶體酶泄漏到少量的溶酶體酶泄漏到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中并不會(huì)引起細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中并不會(huì)引起細(xì)胞損傷細(xì)胞損傷 ?酸性磷酸酶是溶酶體的酸性磷酸酶是溶酶體的標(biāo)志酶標(biāo)志酶蛋白酶蛋白酶核酸酶核酸酶糖苷酶糖苷酶脂酶脂酶植物溶酶體植物溶酶體液泡液泡溶酶體的類型溶酶體的類型 初級(jí)溶酶體初級(jí)溶酶體(primary lysosome)次級(jí)溶酶體次級(jí)溶酶體(secondary lysosome)自噬性溶酶體自噬性溶酶體(autolysosome)異噬性溶酶體異噬性溶酶體(heterolysosome)后溶酶體后溶酶體(post lysosome)溶酶體的功能溶酶體的功能 消化作用：消化作用：異體吞噬：吞噬體和內(nèi)吞作