第五章細胞內膜系統(tǒng)

第五章細胞內膜系統(tǒng)第一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一內容概述第一節(jié)內質網(wǎng)第二節(jié)高爾基復合體第三節(jié)溶酶體第四節(jié)過氧化物酶體第五節(jié)內膜系統(tǒng)與醫(yī)學的關系第二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

概述一、內膜系統(tǒng)的概念內膜系統(tǒng)是胞內那些在結構、功能乃至發(fā)生上密切相關的膜性結構細胞器之總稱。內膜系統(tǒng)是真核細胞特有的結構。包括內質網(wǎng)、高爾基復合體、溶酶體、各種轉運小泡以及核膜和過氧化物酶體等功能結構。第三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一生物學意義

膜系統(tǒng)是細胞生物在其漫長的歷史演化進程中，內部結構不斷分化完善，各種生理功能逐漸提高的結果。其生物學意義：

房室性區(qū)域化效應。胞內不同的生理、生化反應過程得以彼此獨立、互不干擾地在特定的區(qū)域內進行和完成

第四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)內質網(wǎng)第五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一一、形態(tài)結構形狀和大小略有不同的小管、小囊連接成的網(wǎng)狀結構。小管、小囊和扁平囊是內質網(wǎng)的“單位結構(unitstructure)；向外擴展可達質膜下，向內延伸常與核膜相連。集中分布于靠近細胞質的內側，細胞核周圍的內質區(qū)，故稱之為內質網(wǎng)(endoplasmicreticulum，ER)內質網(wǎng)的形態(tài)、數(shù)量和分布在各種細胞中不同，并與細胞的生理狀態(tài)、分化程度以及環(huán)境條件有關。第六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一內質網(wǎng)的兩個面：細胞質基質面內表面稱為腔面經(jīng)高錳酸甲處理后透射電鏡下內質網(wǎng)結構內質網(wǎng)立體結構模式圖第七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一A鼠肝細胞內質網(wǎng)形態(tài)結構示意圖(扁平囊狀)

B睪丸間質細胞內質網(wǎng)透射電鏡圖（分支小管和小泡）

圖A圖B第八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一橫紋肌細胞中肌質網(wǎng)形態(tài)結構模式圖第九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一二、內質網(wǎng)的化學組成（一）脂類和蛋白質是內質網(wǎng)的主要化學組成成分,二者比例大約為1:3。

１.內質網(wǎng)膜類脂雙分子層組成以磷酯含量最多，磷酯中卵磷脂含量最多，而鞘磷脂含量較少。

2.內質網(wǎng)中可分辨出30多種不同的多肽帶紋。第十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（二）內質網(wǎng)膜含有以G-6-Ｐ酶為標志 酶的諸多酶系

主要包括：

與解毒功能相關的氧化反應電子傳遞酶系與脂類物質代謝功能反應相關的酶類與碳水化合物代謝功能反應相關的酶類參與蛋白質加工轉運的多種酶類第十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（三）網(wǎng)質蛋白網(wǎng)質蛋白：內膜系統(tǒng)膜內的可溶性蛋白網(wǎng)質蛋白的組成結構特點：多肽鏈的C端含有KDLE（或HDEL）4氨基酸序列駐留信號（retentionsignal）駐留信號的功能作用：

可通過與內質網(wǎng)膜上相應受體的識別結合而不被轉運。第十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一網(wǎng)質蛋白主要有：

1.免疫球蛋白重鏈結合蛋白

2.內質蛋白3.鈣網(wǎng)蛋白4.鈣連蛋白5.蛋白質二硫鍵異構酶

第十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（二）內質網(wǎng)的類型

粗面內質網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum,RER）光面內質網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum,SER）

1.粗面內質網(wǎng)形態(tài)結構特征：排列整齊的扁平囊狀結構，網(wǎng)膜胞質面有核糖體顆粒附著。蛋白質合成旺盛的細胞、分化成熟的細胞、分化純度高的腫瘤細胞，粗面內質網(wǎng)發(fā)達；病理脫顆粒；第十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

粗面內質網(wǎng)形態(tài)圖第十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

2.光面內質網(wǎng)

形態(tài)結構特征表面光滑的管、泡樣網(wǎng)狀結構，可與糙面內質網(wǎng)相互連通。第十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

3.內質網(wǎng)衍生結構類型

髓樣體（myeloidbody）孔環(huán)狀片層體（annulatelamellae）

電鏡下觀察到的孔環(huán)狀片層體型內質網(wǎng)第十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一三、內質網(wǎng)的主要功能（一）粗面內質網(wǎng)的功能

與外輸性蛋白質的分泌合成、加工修飾及轉運過程密切相關。

具體體現(xiàn)：作為核糖體附著的支架新生多肽鏈的折疊與裝配蛋白質的糖基化蛋白質的胞內運輸

第十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

1．作為核糖體附著的支架

核糖體是所有細胞內蛋白質合成的唯一場所。根據(jù)合成過程不同分為兩種內源性蛋白外輸性蛋白第二十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（1）內源性蛋白

特點：自始至終都是在游離多核糖體上進行的。

種類及去向：①非定位分布的細胞質溶質駐留蛋白

②定位性分布的胞質溶質蛋白；中心粒③合成后通過核孔復合體輸送轉運并定位于細 胞核中的核蛋白④線粒體的核基因組編碼蛋白第二十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（2）外輸性蛋白

特點：

合成起始后，隨同核糖體一起轉移附著于糙面內 質網(wǎng)上而得以為繼并最終完成

種類及去向：

①膜整合蛋白：插入到內質網(wǎng)膜，隨著功能結構 的轉換進入內膜系統(tǒng)各個區(qū)域以及細胞膜中 ②可溶性駐留蛋白：最終定位于RER、SER、高 爾基復合體、溶酶體等細胞器中③分泌蛋白：通過出胞作用轉運到細胞外

第二十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

核糖體與蛋白質合成第二十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一2.新生多肽鏈的折疊與裝配蛋白二硫鍵異構酶（proteindisulfideisomerase,PDI）；PDI可以切斷錯誤結合的二硫鍵，以幫助新合成的蛋白質重新生成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)。分子伴侶(molecularchaperon)結合蛋白（bindingprotein,Bip）；葡萄糖調節(jié)蛋白94（glucoseregulatedprotein94）鈣網(wǎng)素（calreticulin）第二十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一分子伴侶(molecularchaperon)結合蛋白（bindingprotein,Bip）Bip同未折疊蛋白質的疏水氨基酸結合，防止蛋白質不正確折疊和聚合，并促使它們重新折疊和裝配?？勺璧K蛋白質的聚集并幫助它們保留在內質網(wǎng)防止新合成的蛋白質在轉運過程中變性或斷裂

葡萄糖調節(jié)蛋白94（glucoseregulatedprotein94,Grp94）鈣網(wǎng)素（calreticulin）第二十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一葡萄糖調節(jié)蛋白94(Grp94)內質網(wǎng)的標志分子伴侶，它被蛋白酶激活后可參與新生肽鏈的折疊和轉運;Grp94在高侵襲力的癌細胞表達增多，與癌細胞侵襲和細胞癌變有關第二十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一鈣網(wǎng)素（calreticulin）參糖蛋白的折疊;有很高的Ca2+結合能力，對內質網(wǎng)Ca2+貯存庫具有Ca2+調控作用第二十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

3．蛋白質的修飾-糖基化、羥基化

概念糖基化(glycosylation)即單糖或者寡糖與蛋白質之間通過共價鍵的結合形成糖蛋白的過程。

形式發(fā)生在糙面內質網(wǎng)中的糖基化主要是寡糖與蛋白質天冬酰胺殘基側鏈上氨基基團的結合，故亦稱之為N-連接糖基化（N-linkedglycosylation）。新生肽中脯氨酸、賴氨酸的羥基化

第二十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一N-連接糖基化-粗面內質網(wǎng)

（N-linkedglycosylation）蛋白質上連接的部位：三肽序列Asn-X-Ser/Thr（x代表任何一種氨基酸）中天冬酰胺殘基；14糖基先連接在粗面內質網(wǎng)膜的多萜醇上；糖基轉移酶催化切除3分子葡萄糖和1分子甘露糖細胞質中游離核糖體上所合成的可溶性蛋白質卻沒有糖基化多萜醇：內質網(wǎng)膜中的脂質分子，它的疏水尾部能夠結合在膜的脂雙層上，寡糖鏈是結合在多萜醇的磷酸基上糖基轉移酶是位于內質網(wǎng)膜腔面的一種鑲嵌蛋白，所以，糖基化必須是在內質網(wǎng)的腔面進行。第二十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一O-連接的糖基化-高爾基復合體

(O-linkedglycosylation),蛋白質上連接的部位：絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸殘基側鏈上的羥基基團主要在高爾基復合體中進行。第三十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一4．蛋白質的胞內運輸兩條主要途徑：（1）粗面內質網(wǎng)腔的糖基化等作用→內質網(wǎng)包裹→轉運小泡→高爾基復合體→加工濃縮并→以分泌顆（常見的蛋白分泌形式）。（2）分泌蛋白以膜泡形式直接進入一種大濃縮泡→進而發(fā)育成酶原顆粒，然后被排出細胞（胰腺外分泌細胞）。

共同特點：以膜泡形式完全隔離于細胞質溶質進行轉運。第三十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一ScientistswinNobelPrizeformappingbody‘s’celltraffic‘system，2013第三十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一核糖體上合成的分泌性多肽鏈是如何通過內質網(wǎng)膜進入腔內的呢？信號肽假說第三十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一信號假說（signalhypothesis）

Nobleprize1999，Blobel&Sabatini第三十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一分泌蛋白合成過程-信號肽假說（Nobleprize1999，Blobel&Sabatini

）移位子信號識別顆粒SPR受體核糖體受體第三十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第三十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第三十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第三十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一核糖體上合成的多肽鏈是如何通過內質網(wǎng)膜進入腔內的呢？-最新解釋翻譯同時轉移至腔內，這種轉移方式稱為協(xié)同翻譯轉移(co-translationaltranalocation)。結合到內質網(wǎng)膜的核糖體利用蛋白質合成的能量，使生長的多肽鏈穿過內質網(wǎng)膜上由轉移器形成的通道進入內質網(wǎng)腔內。轉移器(translocator)是內質網(wǎng)膜上的一種有孔道的蛋白質，孔打開時多肽鏈得以穿過脂雙層；在多肽鏈被完全轉移之后，當核糖體從膜上脫離下來時，孔呈關閉狀態(tài)第三十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一跨膜駐留蛋白如何跨膜？單次多次第四十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第四十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第四十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一單次跨膜蛋白轉移機制-內信號肽機制當內信號肽前部的氨基端比后部的羧基端具有更多的帶正電荷的氨基酸，內信號肽結合于轉移器的方向則為羧基端在內質網(wǎng)的腔面，氨基端在細胞質基質側（A）如果內信號肽的后段比其前段的氨基端帶有正電荷的氨基酸多時，內信號肽的方向則是氨基端在內質網(wǎng)腔面，羧基端留在細胞質基質側(B)。第四十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第四十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一小結-粗面內質網(wǎng)的功能蛋白質的合成-信號肽蛋白質的修飾-糖基化新生肽鏈的折疊與裝配-分子伴侶蛋白質的轉運：胞吐和分泌小泡第四十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第四十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一滑面內質網(wǎng)參與脂質的合成和轉運小腸吸收細胞攝入脂肪酸、甘油及甘油一酯，在滑面內質網(wǎng)上酯化為甘油三酯，肝細胞攝取的脂肪酸也是在滑面內質網(wǎng)上被氧化還原酶分解，或者再度酯化；除線粒體特有的兩種磷脂外，細胞所需要的全部膜脂幾乎都是由內質網(wǎng)合成的。內質網(wǎng)脂質合成的底物來源于細胞質基質，催化脂質合成的相關酶類是定位于內質網(wǎng)膜上的膜鑲嵌蛋白，脂質合成起始并完成于內質網(wǎng)膜的胞質側，合成以后借助轉位酶的作用，被立刻翻轉進到內質網(wǎng)腔面，最終再被輸送到其他的膜上。第四十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一葡萄糖-6-磷酸酶：與糖異生第四十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一3.解毒-肝細胞肝臟的解毒作用主要由肝細胞中的滑面內質網(wǎng)完成，研究發(fā)現(xiàn)滑面內質網(wǎng)上含有豐富的解毒酶系，例如氧化及電子傳遞酶系，包括細胞色素P450、NADPH-細胞色素P450還原酶、細胞色素b5、NADH-細胞色素b5還原酶、NADH-細胞色素c還原酶等。其解毒的機制是，在電子傳遞的氧化還原過程中，通過催化多種化合物的氧化或羥化，使得毒、藥物的毒性被鈍化或者破壞，并使之更容易排泄第四十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一葡萄糖醛酸轉移酶的作用第五十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

第二節(jié)高爾基復合體

第五十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一一、高爾基體的形態(tài)結構

（一）高爾基體是一種膜性細胞器貓神經(jīng)細胞中的高爾基體-銀染第五十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一電鏡觀察到的高爾基復合體扁平囊泡大囊泡小囊泡順面（cisface）或形成面（formingface）反面（transface）或成熟面（matureface）第五十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一扁平囊泡大囊泡（分泌泡）小囊泡順面（cisface）或形成面（formingface）反面（transface）或成熟面（matureface）形態(tài)結構模式圖順面網(wǎng)狀結構中間膜囊反面網(wǎng)狀結構第五十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第五十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一形成面成熟面運輸小泡大囊泡第五十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（二）高爾基復合體是一種有極性的細胞器高爾基復合體三個部分的膜囊有著不同的形態(tài)、成分和功能，因此高爾基復合體是一種有極性的細胞器第五十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第五十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第五十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第六十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第六十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一幾種酶類在高爾基復合體的分布N-乙酰葡萄糖胺轉移酶Ι半乳糖基轉移酶磷酸轉移酶第六十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第六十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第六十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第六十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一AdditionandinitialprocessingofN-linkedoligosaccharidesintheroughERofvertebratecells②→④，切掉3個葡萄糖1個甘露糖第六十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一Processingofglycoproteinswithincis-,medial-,andtrans-GolgicisternaetoyieldN-linkedcomplexoligosaccharidesinvertebratecellsMannose:甘露糖Fucose:巖藻糖Acetylneuraminicacid:唾液酸Galactose：半乳糖去掉甘露糖加1個乙酰葡萄糖胺去2個甘露糖加2個乙酰葡萄糖胺加1個巖藻糖加1個半乳糖加1個唾液酸第六十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一表6-2N-連接與O-連接糖基化的區(qū)別特征N-連接O-連接合成部位粗面內質網(wǎng)和高爾基復合體主要在高爾基復合體結合的氨基酸殘基天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸結合的原子氮原子氧原子第一個糖基N-乙酰葡萄糖糖胺N-乙酰半乳糖胺合成方式合成寡糖鏈后一起連接上去單糖一個個的接連上去第六十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第六十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第七十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一胰島素原的結構在高爾基復合體切除C肽成為有活性的胰島素第七十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第七十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（四）進行膜的轉化功能在內質網(wǎng)合成的新膜轉移至高爾基復合體后經(jīng)過修飾和加工形成囊泡與質膜融合，使新合成的膜整合到質膜上，這稱為“膜流”。第七十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一高爾基復合體與膜的轉運——“膜流”順面運輸小泡第七十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一（五）參與形成溶酶體初級溶酶體形成起自高爾基復合體囊泡。酸性水解酶的共同的標志甘露糖-6-磷酸（M6P）。高爾基復合體的反面膜囊上有M6P的受體，而溶酶體酶的很多位點都可形成M6P，所以很大的增加了與受體的親和力。肝細胞中的溶酶體酶還有不依賴M6P的另外一種分選途徑第七十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一

第三節(jié)溶酶體

lysosome

第七十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第七十七頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第七十八頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第七十九頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十一頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十二頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十三頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十四頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十五頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一第八十六頁，共一百零六頁，編輯于2023年，星期一Transportofnewlysynthesizedhydrolasestolysosomes分選信號：甘露糖-6-磷酸（M6P）第八十七頁，共一百