細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)

細胞質(zhì)基質(zhì)與內(nèi)膜系統(tǒng)第一頁，共六十八頁，2022年，8月28日真核細胞細胞內(nèi)區(qū)室化第二頁，共六十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)細胞質(zhì)基質(zhì)及其功能

在真核細胞，細胞質(zhì)膜以內(nèi)、核以外的部分稱為細胞質(zhì)。細胞質(zhì)基質(zhì)是細胞的重要結構成分，其體積約占細胞質(zhì)的一半。細胞質(zhì)基質(zhì)的含義

細胞質(zhì)基質(zhì)的功能

第三頁，共六十八頁，2022年，8月28日

基本概念： 用差速離心法分離細胞勻漿物組分，先后除去細胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細胞質(zhì)膜等細胞器或細胞結構后，存留在上清液中的主要就是細胞質(zhì)基質(zhì)成分。生物化學家多稱之為胞質(zhì)溶膠。

主要成分：中間代謝有關的數(shù)千種酶類、細胞質(zhì)骨架結構等。

主要特點：細胞質(zhì)基質(zhì)是一個高度有序的體系；

通過弱鍵而相互作用，處于動態(tài)平衡中的結構體系。一、細胞質(zhì)基質(zhì)的含義第四頁，共六十八頁，2022年，8月28日完成各種中間代謝過程

如糖酵解過程、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑、糖原的合成與分解等蛋白質(zhì)與脂肪酸合成的場所與細胞質(zhì)骨架相關的功能

維持細胞形態(tài)、細胞運動、胞內(nèi)物質(zhì)運輸及能量傳遞等二、細胞質(zhì)基質(zhì)的功能第五頁，共六十八頁，2022年，8月28日細胞質(zhì)基質(zhì)的功能與膜相關的功能蛋白質(zhì)的修飾、選擇性的降解蛋白質(zhì)的修飾

控制蛋白質(zhì)的壽命:降解信號為N端的第一個氨基酸降解變性和錯誤折疊的蛋白質(zhì)幫助變性或錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，形成正確的分子構象第六頁，共六十八頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)的修飾輔酶或輔基與酶的結合磷酸化與去磷酸化蛋白質(zhì)糖基化作用甲基化修飾?；揎椀谄唔?，共六十八頁，2022年，8月28日控制蛋白質(zhì)的壽命依賴ATP和泛素的降解途徑：在pH7.2胞液中進行，主要降解異常蛋白質(zhì)和短壽命的蛋白質(zhì)。需ATP和泛素參與泛素(ubiquitin)是一種小分子蛋白質(zhì)，普遍存在于真核細胞中。泛素依賴性降解途徑——細胞給予需要損毀的蛋白質(zhì)一個化學的死亡之吻8第八頁，共六十八頁，2022年，8月28日StructureofUbiquitin泛肽的結構：76個氨基酸組成，廣泛存在于真核細胞中。9第九頁，共六十八頁，2022年，8月28日Structureof26Sproteasome20Scoreprotease(CP)The19Sregulatoryparticle(RP)26S蛋白酶體10第十頁，共六十八頁，2022年，8月28日11第十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日第十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日26Sproteasomepathwayineukaryotecell13第十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日14第十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)細胞內(nèi)膜系統(tǒng)及其功能內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體過氧化物酶體15第十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日細胞內(nèi)膜系統(tǒng)

（endomembranesystem）細胞內(nèi)膜系統(tǒng)：是指細胞內(nèi)在結構、功能及發(fā)生上相關的、由膜包繞形成的細胞器或細胞結構。包括核被膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體及其形成的溶酶體和分泌泡等。內(nèi)膜系統(tǒng)形成了一種胞內(nèi)網(wǎng)絡結構，其功能主要在于兩個方面：

其一、是擴大膜的總面積，為酶提供附著的支架，如脂肪代謝、氧化磷酸化相關的酶都結合在細胞膜上。

其二、是將細胞內(nèi)部區(qū)分為不同的功能區(qū)域，保證各種生化反應所需的獨特環(huán)境。

16第十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日17第十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmicreticulum，ER）：是由K.R.Porter和A.D.Claude等在1945年發(fā)現(xiàn)的。它是細胞質(zhì)中由膜圍成的管狀或扁囊狀的結構，互相連通成網(wǎng)，構成細胞質(zhì)中的扁平囊狀系統(tǒng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum,ER)的形態(tài)結構ER的功能

第十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結構形態(tài)結構特點：是由膜所形成的一些形狀大小不同的小管、小囊或扁囊連成一個連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)，其內(nèi)腔是通連的。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核膜相連續(xù)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)變異很大，在不同細胞中，形態(tài)、數(shù)量和分布不同。在同種細胞不同發(fā)育時期，隨著生理機能的不同，ER也不一樣。第十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum，rER）多為扁囊狀，在ER膜的外表面附有大量的核糖體，普遍存在于分泌蛋白質(zhì)的細胞中。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum，sER）ER膜上無顆粒（核糖體），ER的成分不是扁囊，而常為小管小囊，它們連接成網(wǎng)，廣泛存在于能合成類固醇的細胞中。第二十頁，共六十八頁，2022年，8月28日RER第二十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日微粒體（microsome）微粒體：細胞勻漿和超速離心，特別是密度梯度離心過程中，由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等形成的近似球形的封閉小泡結構，它包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核糖體兩種基本成分。第二十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日（二）ER的功能ER是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的。

rER的功能

sER的功能第二十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日rER的功能蛋白質(zhì)合成需要移入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)繼續(xù)合成的蛋白：分泌蛋白，膜整合蛋白，內(nèi)膜系統(tǒng)各種細胞器內(nèi)的可溶性蛋白（需要隔離或修飾）。蛋白質(zhì)的修飾與加工蛋白質(zhì)的修飾加工：包括糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等。糖基化在寡聚糖轉移酶作用下發(fā)生在ER腔面糖基一般連接在4種氨基酸上，分為2種：

N-連接的糖基化：發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，與天冬酰胺殘基的NH2連接

O-連接的糖基化：主要或全部在高爾基復合體中進行，與Ser、Thr和Hyp的OH連接。

第二十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日第二十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)糖基化（proteinglycosylation）

第三十頁，共六十八頁，2022年，8月28日新生肽的折疊與組裝這一過程是在屬于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。蛋白二硫鍵異構酶PDI和結合蛋白Bip的協(xié)助第三十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日sER的功能

脂類的合成合成磷脂、膽固醇等膜脂，合成后以出芽的方式轉運至高爾基體、溶酶體和質(zhì)膜上，或借磷脂交換蛋白（phospholipidsexchangeprotein，PEP）形成水溶性復合物，轉至其他膜上。

肝細胞sER的解毒作用

肝細胞葡萄糖的釋放（糖原→G-6PG）

儲存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+泵入肌質(zhì)網(wǎng)腔中第三十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日PEP第三十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日第三十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日sER的解毒作用肝細胞的解毒作用------sER通過氧化、甲基化、結合等方式，降低或排除毒性物質(zhì) 藥物、毒物─→(sER膜上的氧化酶系)→解毒或轉化如：氨基酸代謝→氨→尿素(無毒)；苯巴比妥類藥物+葡萄糖醛酸→水溶性物質(zhì)第三十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日sER在糖原分解中的作用

第三十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日二、高爾基體高爾基體的形態(tài)結構高爾基體的功能高爾基體與細胞內(nèi)的膜泡運輸?shù)谌唔摚擦隧摚?022年，8月28日（一）高爾基體的形態(tài)結構高爾基體結構：由扁平膜囊和大小不等的囊泡構成結構和生化成分上具有極性，和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)臨近的近核一側，扁囊彎曲呈凸面，稱為形成面（formingface）或順面（cisface）；在遠核的一側，面向細胞膜的一面呈凹面，稱為成熟面（matureface）或反面（transface）。

高爾基體各部膜囊的４種標志細胞化學反應第三十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日第三十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日高爾基體各部膜囊的４種標志細胞化學反應順面膜囊——嗜鋨反應中間膜囊——NADP酶細胞化學反應反面膜囊——焦磷酸硫胺素酶細胞化學反應反面管網(wǎng)——胞嘧啶單核苷酸酶細胞化學反應不同的區(qū)室呈不同的細胞化學反應：可作為特征反應第四十頁，共六十八頁，2022年，8月28日順面膜囊的嗜鋨反應中間膜囊的甘露糖苷酶反應反面膜囊的CMP酶反應第四十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日順面網(wǎng)狀結構（cis-Golginetwork，CGN）又稱cis膜囊，是高爾基體的入口區(qū)域，接受由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的物質(zhì)并分類后轉入中間膜囊。中間膜囊（medialGolgi）：多數(shù)糖基修飾、糖脂的形成以及與高爾基體有關的糖合成均發(fā)生此處。反面網(wǎng)狀結構（transGolginetwork，TGN）：由反面一側的囊泡和網(wǎng)管組成，是高爾基體的出口區(qū)域，功能是參與蛋白質(zhì)的分類與包裝，最后輸出。周圍大小不等的囊泡高爾基體的4個組成部分第四十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日順面管網(wǎng)結構（cis-network）順面膜囊（ciscisterna）中間膜囊（medialcisterna）反面膜囊（transcisterna）反面管網(wǎng)結構（trans-network）反面順面第四十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日(二)

高爾基體的功能

1、參與細胞分泌活動負責對細胞合成的蛋白質(zhì)進行加工，分類，并運出過程:ER上合成蛋白質(zhì)--進入ER腔→以出芽形成囊泡→進入CGN→在medialGdgi中加工→在TGN形成囊泡→囊泡與質(zhì)膜融合、排出。

2、蛋白質(zhì)的糖基化及修飾O-連接的糖基化主要在高爾基體中進行，通過逐次將糖基轉移到Ser、Thr和Hyr的OH上形成寡糖鏈，糖的供體為核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的結果使不同的蛋白質(zhì)打上不同的標記，改變多肽的構象和增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。

第四十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日(二)

高爾基體的功能3、蛋白酶的水解和其他加工過程如將蛋白質(zhì)N端或C端切除，成為有活性的物質(zhì)（胰島素C端）將含有多個相同氨基序列的前體水解為有活性的多肽，如神經(jīng)肽蛋白質(zhì)前體中含有不同的信號序列，加工形成不同的產(chǎn)物。

4、蛋白聚糖的糖基化和糖脂的糖基化

5、其他功能：參與植物細胞壁的形成、參與形成溶酶體和微體

6、蛋白聚糖的硫酸鹽化第四十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日3H標記亮氨酸3分鐘20分鐘90分鐘高爾基復合體在細胞分泌活動中起著重要的運輸作用；在分泌顆粒的形成過程中起著濃縮、修飾、加工等作用。1、參與細胞蛋白質(zhì)分泌活動第四十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日溶酶體酶蛋白的分揀運輸與溶酶體的形成

第四十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日

依賴于M6P

的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過運輸小泡直接分泌到細胞外；在細胞質(zhì)膜上也存在依賴于鈣離子的M6P受體，同樣可與胞外的溶酶體酶結合，通過受體介導的內(nèi)吞作用，將酶送至前溶酶體中，M6P受體返回細胞質(zhì)膜，反復使用。

還存在不依賴于M6P的分選途徑（如酸性磷酸酶、分泌溶酶體的穿孔素perforin和粒酶granzyme）

分選途徑多樣化第四十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日第四十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日順向運輸逆向運輸?shù)谖迨?，共六十八頁?022年，8月28日2.糖蛋白的糖基化修飾第五十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日N-乙酰葡糖胺GlcNAc甘露糖Man半乳糖Gal唾液酸NANA高甘露糖寡聚糖復合寡聚糖蛋白質(zhì)糖基化的作用利于高爾基體的分類與包裝影響多肽的構象，某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊增強糖蛋白的穩(wěn)定性影響蛋白質(zhì)的水溶性及帶電性第五十二頁，共六十八頁，2022年，8月28日三、溶酶體溶酶體幾乎存在于所有的動物細胞中。溶酶體（lysosome）是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要功能是進行細胞內(nèi)的消化作用。

溶酶體的結構類型

溶酶體的功能

溶酶體的發(fā)生

第五十三頁，共六十八頁，2022年，8月28日（一）溶酶體的結構類型初級溶酶體（primarylysosome）

直徑約0.2~0.5um，膜厚7.5nm，內(nèi)含物均一，無明顯顆粒。含有多種水解酶，但沒有活性，只有當溶酶體破裂，或其它物質(zhì)進入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶等60余種，這些酶均屬于酸性水解酶，反應的最適pH值為5左右。次級溶酶體（secondarylysosome）

自噬溶酶體（autophagolysosome）異噬溶酶體（phagolysosome）殘質(zhì)體（residualbody），又稱后溶酶體。第五十四頁，共六十八頁，2022年，8月28日第五十五頁，共六十八頁，2022年，8月28日Secondarylysosome第五十六頁，共六十八頁，2022年，8月28日動物細胞溶酶體系統(tǒng)示意圖第五十七頁，共六十八頁，2022年，8月28日溶酶體膜的特征：

嵌有質(zhì)子泵

具有多種載體蛋白

膜蛋白高度糖基化標志酶：酸性磷酸酶（acidphosphatase）第五十八頁，共六十八頁，2022年，8月28日（二）溶酶體的功能1.清除無用的生物大分子、衰老的細胞器及衰老損傷和死亡的細胞；2.防御功能；3.其他生理功能（1）細胞內(nèi)的消化“器官”（2）參與分泌過程（3）參與特定的細胞程序性死亡（4）精子頂體的作用第五十九頁，共六十八頁，2022年，8月28日第六十頁，共六十八頁，2022年，8月28日第六十一頁，共六十八頁，2022年，8月28日溶酶體與疾病1．矽肺

二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細內(nèi)吞噬，含有矽塵的吞噬小體與溶酶體合并成為次級溶酶體。二氧化硅的羥基與溶酶體膜的磷脂或蛋白形成氫鍵，導致吞噬細胞溶酶體崩解，細胞本身也被破壞，矽塵釋出，后又被其他巨噬細胞吞噬，如此反復進行。受損或已破壞的巨噬細胞釋放“致纖維化因子”，并激活成纖維細胞，導致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。2.肺結核

結核桿菌不產(chǎn)生內(nèi)、外毒素，也無莢膜和侵襲性酶。但是菌體成分硫酸腦苷脂能抵抗胞內(nèi)的溶菌殺傷作用，使結核桿菌在肺泡內(nèi)大量生長繁殖，導致巨噬細胞裂解，釋放出的結核桿菌再被吞噬而重復上述過程，引起肺組織鈣化和纖維化。3．各類貯積癥

臺-薩氏綜合征（Tay-Sachsdiesease）：缺少氨基已糖酯酶A（β-N-hexosaminidase），導致神經(jīng)節(jié)甘脂GM2積累，影響細胞功能，造成精神癡呆，2~6歲死亡。該病主要出現(xiàn)在猶太人群中。II型糖原累積?。≒ompe病）：溶酶體缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶體中積累，導致心、肝、舌腫大和骨骼肌無力。4．類風濕性關節(jié)炎

溶酶體膜很易脆裂，其釋放的酶導致關節(jié)組織損傷和發(fā)炎。

第六十二頁，共六十八頁，