細胞內膜系統(tǒng)

細胞內膜系統(tǒng)第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月由原核細胞演變成真核細胞后，除了分化出細胞核外，細胞膜內陷，構成了非常復雜的內膜系統(tǒng)內膜系統(tǒng)是指細胞質中由核膜、內質網(wǎng)膜、和高爾基復合體膜的小管、小泡和扁囊組成的系統(tǒng)。在細胞質內精巧的分割出許多封閉性區(qū)室，形成了各種膜性細胞器，如內質網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、過氧化物酶體等。這些細胞器均能執(zhí)行各自的生化反應，互不干擾的完成專一性的生命活動過程。第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月細胞內膜系統(tǒng)分布于細胞質基質之中，細胞質基質也稱為基質溶膠，含80%左右的水分，具有液態(tài)性，是細胞質中除各種細胞器和內含物以外的穩(wěn)定均質而半透明的水質凝膠，約占細胞總體積的55%。細胞質基質為各種細胞器維持其正常結構提供所需要的離子環(huán)境，是各類細胞器完成其功能活動供給所必需的一切底物。第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)、內質網(wǎng)

1945年用電子顯微鏡觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞，發(fā)現(xiàn)細胞質中有一些小管、小囊連接成網(wǎng)狀的結構，由于這些結構多聚集于細胞核附近內質區(qū)域故稱內質網(wǎng)。第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月內質網(wǎng)在細胞中的分布第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月一、內質網(wǎng)的來源有關內質網(wǎng)的來源一直存在爭議。一種觀點認為內質網(wǎng)來源于核膜，另一種觀點則認為核膜來源于內質網(wǎng)。核膜在性質上和內質網(wǎng)膜相似，并且核膜胞質測一面也附著有核糖體，也可進行蛋白質合成。目前一般認為內質網(wǎng)處于中心位置，為內膜系統(tǒng)的發(fā)源地。第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月二、內質網(wǎng)類型和形態(tài)結構除哺乳動物的紅細胞外，所有真核細胞均含有內質網(wǎng)，它可占細胞的整個膜的50/%以上。是由膜構成的小管、小泡或扁囊連接而成的三維網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。內質網(wǎng)的形態(tài)變異很大，其形態(tài)、數(shù)量和分布在不同細胞中不同，常與細胞的類型、生理功能狀態(tài)、分化程度以及環(huán)境條件有關。同一細胞不同區(qū)域的內質網(wǎng)其形態(tài)也會隨發(fā)育時期、生理狀態(tài)不同而不同。第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月在同一種動物體內的不同細胞或不同動物體的細胞，凡能合成蛋白質或類固醇的細胞，由于功能相似，內質網(wǎng)結構也非常接近。內質網(wǎng)主要執(zhí)行蛋白質和脂類合成的細胞器，所以在合成蛋白質旺盛的細胞十分發(fā)達，如在大量合成抗體的漿細胞中，細胞質內幾乎充滿了內質網(wǎng)。研究結果表明：內質網(wǎng)不僅在蛋白質和脂類的合成上起重要作用，而且也是其他的膜性細胞器的來源，因此內質網(wǎng)在細胞的內膜系統(tǒng)中占有中心位置。第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月內質網(wǎng)的立體結構模式圖第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月內質網(wǎng)的膜厚度約為5～6nm，比質膜要薄但仍是“暗-明-暗”三層板式結構。內質網(wǎng)是由大小不同的小管、小泡或扁囊構成的一個連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。扁囊是一些大而扁平的片狀結構，為內質網(wǎng)的特征性結構。內質網(wǎng)朝向腔的一面稱為腔面，朝向胞質一面稱為胞質面。內質網(wǎng)的分布狀態(tài)和數(shù)量多少與細胞類型有關。第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月卵細胞、胚胎細胞、未分化細胞內質網(wǎng)不發(fā)達，具有外分泌功能的細胞內質網(wǎng)較發(fā)達。同一類型細胞處在不同的生理狀態(tài)時，內質網(wǎng)形態(tài)也有差異。在細胞周期的各階段，內質網(wǎng)也有復雜的變化，M期內質網(wǎng)呈片段狀，并凝集于細胞核周圍；G1、S、G2期內質網(wǎng)逐漸組建成連續(xù)的網(wǎng)狀結構。第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月內質網(wǎng)分為兩種類型：粗面內質網(wǎng)（rER）滑面內質網(wǎng)（sER）。

核糖體粗面內質網(wǎng)滑面內質網(wǎng)第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）粗面內質網(wǎng)粗面內質網(wǎng)的表面附著有大量顆粒狀核糖體粗面內質網(wǎng)與常布滿核糖體的細胞核的外核膜相連，使內質網(wǎng)腔與核周隙相通。第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月胰腺細胞中內質網(wǎng)占整個細胞體積的3/4.大部分為粗面內質網(wǎng)。未成熟或未分化的干細胞，粗面內質網(wǎng)則不發(fā)達。可以根據(jù)粗面內質網(wǎng)結構的復雜程度，來判斷細胞的功能狀態(tài)和分化程度。無論原核細胞還是真核細胞，均含有大量的核糖體，分為游離核糖體和附著核糖體。第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月光鏡下看不到粗面內質網(wǎng)，但當有大量粗面內質網(wǎng)存在時，細胞會出現(xiàn)強嗜堿性染色，這是由于粗面內質網(wǎng)有大量核糖體的緣故，因核糖體中有核酸。電鏡下粗面內質網(wǎng)是由一些相互連通且平行排列的扁平膜囊及其外表附著大量核糖體構成，囊池寬40～70nm。研究表明：粗面內質網(wǎng)發(fā)達程度可作為判斷細胞分化程度和功能狀態(tài)的一項重要指標。未分化細胞，rER不發(fā)達，腺細胞，rER發(fā)達第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）滑面內質網(wǎng)滑面內質網(wǎng)主要的特征是膜表面沒有核糖體附著而光滑，大多有分支小管和圓形小泡所構成?；鎯荣|網(wǎng)在一定部位與粗面內質網(wǎng)、核膜及高爾基復合體相連，滑面內質網(wǎng)與粗面內質網(wǎng)不同呈嗜酸性。細胞質內滑面內質網(wǎng)豐富的細胞，其嗜酸性較強，滑面內質網(wǎng)的膜比粗面內質網(wǎng)膜薄。第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月胃酶細胞的全部為粗面內質網(wǎng)

兩種內質網(wǎng)分布情況肌細胞全部為滑面內質網(wǎng)第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月兩種內質網(wǎng)在不同細胞中分布狀況各不同胃酶細胞中的內質網(wǎng)全部為粗面內質網(wǎng)肌細胞中全部為滑面內質網(wǎng)，在腎上腺皮質細胞中則兩者并存。用蔗糖密度梯度離心技術可將粗面內質網(wǎng)和滑面內質網(wǎng)分離出來第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三、內質網(wǎng)膜的化學組成應用離心的方法可以將內質網(wǎng)從細胞中分離出來，經(jīng)分析證明：內質網(wǎng)是由脂類和蛋白質組成。脂類約占30～40%，蛋白質約占60～70%。比較后發(fā)現(xiàn)：內質網(wǎng)膜的脂類較細胞膜為少，其中以磷脂為最多，內質網(wǎng)膜含有的蛋白質比細胞膜多。內質網(wǎng)膜含有30～40種酶，葡萄糖-6-磷酸酶是內質網(wǎng)膜標志性酶。細胞經(jīng)勻漿后內質網(wǎng)破碎成許多碎片，成為100nm的封閉小囊稱為微粒體。細胞色素P-450是滑面內質網(wǎng)特有的標記酶。第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月四、內質網(wǎng)的功能內質網(wǎng)是一種多功能細胞器，除了進行蛋白質合成、脂類合成、糖代謝和解毒作用之外，還與物質運輸、和對細胞的機械支持密切相關。兩種類型的內質網(wǎng)結構上既有共性又有區(qū)別除了是否有核糖體附著以外，兩者在蛋白質和酶系統(tǒng)上存在較大區(qū)別。兩者在功能上同樣有明顯不同。第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)研究了解，內質網(wǎng)與其他的細胞器的結構發(fā)生和功能有著密切的聯(lián)系，這對探討內質網(wǎng)在生命活動的作用具有重大的意義。粗面內質網(wǎng)常與細胞核的外膜相連，內質網(wǎng)的與內外核膜間的核間隙相通。外核膜如同粗面內質網(wǎng)，表面均附有大量核糖體，兩者膜厚度也一樣，皆為4～10nm，故此外核膜被認為是內質網(wǎng)的一部分，也具備合成蛋白質的功能第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）粗面內質網(wǎng)的功能1、粗面內質網(wǎng)與蛋白質合成內質網(wǎng)是由一系列囊腔和細管，彼此相通，形成一個隔離于細胞質基質的管道系統(tǒng)。它是細胞質的膜系統(tǒng)，外與細胞膜相連，內與核膜的外膜相通，具有承擔細胞內物質運輸?shù)淖饔谩荣|網(wǎng)能有效增加細胞內的膜面積，內質網(wǎng)能將細胞內的各種結構有機地聯(lián)結成一個整體。粗面內質網(wǎng)主要進行蛋白質合成運輸修飾與加工。第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月粗面內質網(wǎng)可合成分泌蛋白如可溶性蛋白酶、多肽激素，也合成膜蛋白。蛋白質在內質網(wǎng)腔內的合成是個很復雜的過程:包括核糖體由信號肽引導與內質網(wǎng)膜結合。附著于質網(wǎng)上的核糖體合成的多肽鏈穿過內質網(wǎng)進入內質網(wǎng)腔。合成的蛋白質在內質網(wǎng)腔內進行折疊。新蛋白質在內質網(wǎng)腔內進行糖基化并再向高爾基體的轉運等連續(xù)過程。第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1）信號假說核糖體是蛋白質合成的場所，蛋白質由串聯(lián)核糖體的mRNA翻譯而成。在翻譯分泌蛋白的mRNA5ˊ端，有一組編碼特殊氨基酸序列的密碼子，稱為信號密碼，由信號密碼翻譯出的肽鏈，它由18～30個氨基酸組成，稱為信號肽。在細胞中能夠合成信號肽的核糖體將成為附著核糖體與內質網(wǎng)結合，不能合成信號肽的則為游離核糖體，散布在細胞質基質中。第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月細胞質基質中存在信號識別顆粒（SRP），哺乳動物SRP由6個多肽亞單位和一個RNA分子組成。（如圖）第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月SRP既能識別出核糖體外的信號肽，又能與粗面內質網(wǎng)膜上的SRP受體結合，通常SRP與核糖體的親和力很低，但當核糖體出現(xiàn)信號肽時，便增加了它與核糖體之間的親和力，并與之結合，形成SRP-核糖體復合體。信號肽的作用是將核糖體引導到內質網(wǎng)膜，并進行蛋白質合成。第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月SRP可能奪占了由tRNA占據(jù)的核糖體“A”位點，而與核糖體結合。當SRP-核糖體復合體與內質網(wǎng)膜接觸后，便與膜上SRP受體相結合，核糖體則以大亞基與附著于膜上的核糖體結合蛋白Ⅰ和Ⅱ結合。SRP受體也稱停泊蛋白，橫跨內質網(wǎng)膜，并暴露于內質網(wǎng)表面(細胞質基質面）。第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月核糖體的大亞基與核糖體結合蛋白結合，提高了核糖體與內質網(wǎng)的附著的穩(wěn)定性。核糖體結合蛋白只存在于粗面內質網(wǎng)上，滑面內質網(wǎng)和原核細胞并不存在。SRP與SRP受體的結合是暫時性的，當核糖體附著于內質網(wǎng)膜之后，SRP受體發(fā)生構象變化，與之結合SRP被釋放，重新參與“SRP”循環(huán)。第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2、粗面內質網(wǎng)與蛋白質的糖基化粗面內質網(wǎng)的另一功能是蛋白質糖基化。新合成的如果是分泌蛋白，多肽鏈則全部穿過內質網(wǎng)膜，進入膜腔內；若是膜蛋白則存留于內質網(wǎng)膜內。在內質網(wǎng)合成的大部分蛋白都需要在內質網(wǎng)腔內進行糖基化，形成糖蛋白。細胞質中游離多聚核糖體合成的蛋白未被糖基化。第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月催化糖基的酶在粗面內質網(wǎng)上，糖蛋白的糖基化過程從內質網(wǎng)開始，并在最后在高爾基體中完成。糖蛋白由多肽鏈和結合在多肽鏈上的寡糖側鏈組成，是由蛋白質經(jīng)糖基化而形成的?，F(xiàn)已知寡多糖與多肽鏈上天冬酰胺殘疾-NH2基團相連接，稱N-結合型寡多糖（N-糖基化），N-結合型寡多糖的糖基化過程在粗面內質網(wǎng)完成。O-結合型寡多糖的糖基化過程在高爾基復合體中完成。第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月一個寡糖含有2個N-乙酰葡萄糖胺，9個苷露糖和3個葡萄糖，在一種特異的脂-----多萜醇上形成，多萜醇是嵌入于內質網(wǎng)膜中的脂質，多萜醇磷酸酯即是攜帶糖的載體。多萜醇是一種高度疏水的酯，其活性基團面向著ER腔，寡糖是由單個的糖連接而構成，它通過焦磷酸鏈和多萜醇連接。在蛋白質合成過程中，當內質網(wǎng)腔內多肽鏈上的天冬酰胺露出時，寡糖在與膜結合的糖基轉移酶的作用下從多萜醇上轉移到靶蛋白鏈的天冬酰胺殘基上。第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月糖蛋白中最普遍的一種糖基便是與天冬酰胺殘基連接的N-連接寡糖，除此之外，還可發(fā)現(xiàn)O-連接寡糖，它們共價連接到蛋白質的絲氨酸，蘇氨酸和酪氨酸殘基側鏈上的OH基團N-連接寡糖的糖基化在粗面內質網(wǎng)中完成。O-連接寡糖主要或全部在高爾基體中完成。粗面內質網(wǎng)中糖基化只是初步的（3個葡萄糖、1個甘露糖被切除），進一步的修飾和改建則在高爾基體中進行。第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3、粗面內質網(wǎng)與蛋白質的運輸在粗面內質網(wǎng)上不僅合成蛋白質，而且還可以進行蛋白質的運輸。通過放射自顯影技術對胰腺細胞蛋白質分泌活動的研究，證明了粗面內質網(wǎng)的蛋白質運輸?shù)墓δ?。胰腺細胞的功能比較單純，主要合成供分泌的蛋白質，方法是用3H標記亮氨酸，用于示蹤蛋白質的運輸途徑。第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月5分鐘17分鐘37分鐘

由粗面內質網(wǎng)上的核糖體合成的分泌蛋白進入內質網(wǎng)腔，經(jīng)過正確折疊和糖基化后，再轉運到高爾基體，之后經(jīng)由組成高爾基體的各種結構被排出細胞之外。用氚（3H）標記的亮氨酸第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月研究證明，分泌蛋白從內質網(wǎng)到高爾基復合體，是通過包被囊泡來進行的。包被囊泡根據(jù)包被蛋白的不同分為三種：①網(wǎng)格蛋白包被囊泡②包被蛋白Ⅰ（COPⅠ）包被囊泡③包被蛋白Ⅱ（COPⅡ）包被囊泡第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月細胞膜性結構中的磷脂和膽固醇大部分是由粗面內質網(wǎng)合成的。膜脂合成中所需的脂肪酸、磷酸甘油和膽堿均存在于細胞質基質中，每一步反應都由酶催化，酶的活性部位也都朝向細胞質基質，合成所需原料也從胞質中獲取。第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月在內質網(wǎng)上合成的磷脂幾分鐘之后就有膜的細胞基質面轉到膜腔面，從而在內質網(wǎng)中脂質雙層不斷達到平衡。由于磷脂轉位因子（翻轉酶）的存在，結果使得脂質雙層的內質網(wǎng)腔面一側磷脂酰膽堿遠遠多于其他磷脂，維持了雙層脂質結構的不對稱性。除了磷脂外粗面內質網(wǎng)還合成膽固醇和神經(jīng)酰胺。第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）滑面內質網(wǎng)的功能1、脂類和類固醇激素的合成滑面內質網(wǎng)具有很多重要的功能，如類固醇激素的合成，滑面內質網(wǎng)是細胞內合成脂類的主要場所?；鎯荣|網(wǎng)合成的脂類包括脂肪、磷脂、膽固醇、皮質激素等，磷脂包括磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺，其中最普遍的為磷脂酰乙醇胺。第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2、脂類代謝在脂類代謝旺盛的細胞中滑面內質網(wǎng)非常豐富，如小腸上皮細胞從腸管消化吸收脂肪的重要場所，脂肪在小腸中被脂酶分解成脂肪酸和一酰甘油后被上皮細胞攝入，在滑面內質網(wǎng)中酯化成三酰甘油，最終形成乳糜顆粒，從上皮細胞側面排入淋巴管。第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月3、糖原代謝在肝細胞中，糖原裂解