第八章 細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)2

1、Medical Genetics Department, WHU主講：羅大極主講：羅大極 副教授副教授醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)系醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)系Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji細(xì)胞的內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembrane system) 是指細(xì)胞質(zhì)內(nèi)在形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上具有相互聯(lián)系的膜相結(jié)構(gòu)的總稱，包括核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、溶酶體以及各種膜性小泡等。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji高爾基體的命名是為了紀(jì)念其發(fā)現(xiàn)者高爾基體的命名是為了紀(jì)念其發(fā)現(xiàn)者意大利醫(yī)生意大利醫(yī)生Camillo GolgiMed

2、ical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 高爾基體存在于所有的動植物細(xì)胞中（哺乳動物成高爾基體存在于所有的動植物細(xì)胞中（哺乳動物成熟的紅細(xì)胞除外），是比較普遍的一種細(xì)胞器。熟的紅細(xì)胞除外），是比較普遍的一種細(xì)胞器。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 高爾基體是一種有高爾基體是一種有極性的膜性細(xì)胞器極性的膜性細(xì)胞器，由互相聯(lián)系的幾，由互相聯(lián)系的幾個部分組成，即個部分組成，即順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與膜囊順面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與膜囊、中間膜囊中間膜囊和和反面膜囊反面膜囊組成的反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。組成的反面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。Medical

3、Genetics Department, WHUDr. Luo Daji第三節(jié) 高爾基復(fù)合體光鏡下的高爾基復(fù)合體光鏡下的高爾基復(fù)合體 高爾基體最早發(fā)現(xiàn)于高爾基體最早發(fā)現(xiàn)于1855年。年。1889年，年，Golgi用銀染法在用銀染法在貓頭鷹貓頭鷹的的神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為內(nèi)觀察到了清晰的結(jié)構(gòu)，因此定名為高爾高爾基體基體。20世紀(jì)世紀(jì)50年代以后才正確認(rèn)識它的存在和結(jié)構(gòu)。年代以后才正確認(rèn)識它的存在和結(jié)構(gòu)。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 高爾基復(fù)合體是真核細(xì)胞中重要的中介細(xì)胞器，在糖蛋白高爾基復(fù)合體是真核細(xì)胞中重要的

4、中介細(xì)胞器，在糖蛋白合成、加工、修飾、分泌以及溶酶體形成過程中起重要作用。合成、加工、修飾、分泌以及溶酶體形成過程中起重要作用。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji一、形態(tài)結(jié)構(gòu)一、形態(tài)結(jié)構(gòu)1. 順面高爾基網(wǎng)絡(luò)（形成面）順面高爾基網(wǎng)絡(luò)（形成面） 運輸小泡運輸小泡2. 中央扁平囊區(qū)中央扁平囊區(qū) 順面扁囊順面扁囊 中間扁囊中間扁囊 反面扁囊反面扁囊3. 反面高爾基網(wǎng)絡(luò)（成熟面）反面高爾基網(wǎng)絡(luò)（成熟面） 大囊泡大囊泡Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji順面高爾基網(wǎng)絡(luò)順面高爾基網(wǎng)絡(luò)(CGN)反面高爾基

5、網(wǎng)絡(luò)反面高爾基網(wǎng)絡(luò)(TGN)Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji高爾基復(fù)合體的光鏡照片高爾基復(fù)合體的光鏡照片Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji高爾基復(fù)合體的電鏡照片高爾基復(fù)合體的電鏡照片Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji高爾基復(fù)合體的電鏡照片（彩色）高爾基復(fù)合體的電鏡照片（彩色）Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji高爾基體超微結(jié)構(gòu)模式圖高爾基體超微結(jié)構(gòu)模式圖Medical Geneti

6、cs Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 大囊泡大囊泡是由扁囊邊緣出芽脫落形成的，內(nèi)含物依其性是由扁囊邊緣出芽脫落形成的，內(nèi)含物依其性質(zhì)和成熟程度而有變化，可淡可濃，或者均質(zhì)狀，或者顆質(zhì)和成熟程度而有變化，可淡可濃，或者均質(zhì)狀，或者顆粒狀。如果粒狀。如果 內(nèi)含物要分泌出細(xì)胞，該大囊泡則發(fā)育為分泌內(nèi)含物要分泌出細(xì)胞，該大囊泡則發(fā)育為分泌泡。大囊泡也可發(fā)育成細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)貯藏泡。泡。大囊泡也可發(fā)育成細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)貯藏泡。Medical Genetics Department, WHUDr. Lu

7、o Daji二、化學(xué)組成二、化學(xué)組成 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶：糖基轉(zhuǎn)移酶糖基轉(zhuǎn)移酶 三、功能三、功能 （一）（一） 分泌蛋白的加工與修飾分泌蛋白的加工與修飾 1. 糖蛋白的合成與修飾糖蛋白的合成與修飾 GC內(nèi)進行內(nèi)進行O-連接的糖基化連接的糖基化。 rER內(nèi)合成的內(nèi)合成的N-連接的寡糖蛋白必須在連接的寡糖蛋白必須在GC內(nèi)內(nèi)加工修飾。加工修飾。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji示意調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)糖基化的多種機制：示意調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)糖基化的多種機制：1. 糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷酶基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控; 2. 核苷核苷酸糖供體的合成，并轉(zhuǎn)運

8、將其轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的過程酸糖供體的合成，并轉(zhuǎn)運將其轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的過程; 3. 通過磷酸化修飾酶通過磷酸化修飾酶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu); 4. 相關(guān)的酶競爭相同底物相關(guān)的酶競爭相同底物; 5. 胞內(nèi)酶轉(zhuǎn)運及其與底物的接觸程度胞內(nèi)酶轉(zhuǎn)運及其與底物的接觸程度; 6. 在高爾基在高爾基體內(nèi)的蛋白水解作用導(dǎo)致催化結(jié)構(gòu)域被分泌體內(nèi)的蛋白水解作用導(dǎo)致催化結(jié)構(gòu)域被分泌; 7. 聚糖在細(xì)胞表面周轉(zhuǎn)，與不同的聚糖聚糖在細(xì)胞表面周轉(zhuǎn)，與不同的聚糖合成途徑保持一致。合成途徑保持一致。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji GC中的蛋白中的蛋白質(zhì)糖鏈的加工修飾質(zhì)糖鏈

9、的加工修飾具有嚴(yán)格的具有嚴(yán)格的順序性順序性和和區(qū)域性區(qū)域性。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 2 蛋白質(zhì)的加工改造蛋白質(zhì)的加工改造 由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)送到高爾基復(fù)合體的某些蛋白以酶原形式由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)送到高爾基復(fù)合體的某些蛋白以酶原形式存在，這類蛋白須加工水解為成熟蛋白。存在，這類蛋白須加工水解為成熟蛋白。 胰島素原胰島素原 胰島素胰島素ACMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji （二）（二） 高爾基復(fù)合體與蛋白質(zhì)的分選和運輸高爾基復(fù)合體與蛋白質(zhì)的分選和運輸 Medical Genetics Depart

10、ment, WHUDr. Luo Daji含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白駐留信號的蛋白質(zhì)返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白駐留信號的蛋白質(zhì)返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 溶酶體酶和分泌蛋白的分選溶酶體酶和分泌蛋白的分選 各種蛋白在高爾各種蛋白在高爾基體基體TGN區(qū)通過形成區(qū)通過形成不同的轉(zhuǎn)運泡以不同不同的轉(zhuǎn)運泡以不同的途徑被分選、轉(zhuǎn)運的途徑被分選、轉(zhuǎn)運至特定的部位。至特定的部位。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 網(wǎng)格蛋白有被小泡網(wǎng)格蛋白有被小泡負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)從高爾基體TGN向質(zhì)膜、胞內(nèi)

11、體、溶酶體運輸。向質(zhì)膜、胞內(nèi)體、溶酶體運輸。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji（三）（三） 高爾基復(fù)合體與溶酶體的形成高爾基復(fù)合體與溶酶體的形成 溶酶體是從反面高爾基復(fù)合體以溶酶體是從反面高爾基復(fù)合體以出芽方式出芽方式形形成的。成的。M6P是溶酶體水解酶分選的重要識別信號。是溶酶體水解酶分選的重要識別信號。溶酶體的形成過程溶酶體的形成過程Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji溶酶體水解酶的分選溶酶體水解酶的分選Medical Genetics Department, WHUDr. Luo D

12、aji（ 四）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞內(nèi)膜的交通四）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞內(nèi)膜的交通Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji參與膜的轉(zhuǎn)化參與膜的轉(zhuǎn)化膜流膜流Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji（五）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞的分泌五）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞的分泌活動活動 高爾基復(fù)合體參與細(xì)胞分泌活動。帕內(nèi)德（高爾基復(fù)合體參與細(xì)胞分泌活動。帕內(nèi)德（Palade）模型認(rèn)為細(xì)胞分泌過程可概括為六個階段模型認(rèn)為細(xì)胞分泌過程可概括為六個階段：1.核糖體階段核糖體階段 2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸階段內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸階段3.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)運輸階段細(xì)胞質(zhì)

13、基質(zhì)運輸階段4.高爾基復(fù)合體加工修飾階段高爾基復(fù)合體加工修飾階段5.細(xì)胞內(nèi)貯存階段細(xì)胞內(nèi)貯存階段6.胞吐階段胞吐階段Medical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji第四節(jié) 溶酶體溶酶體形成模式圖溶酶體形成模式圖 溶酶體溶酶體(Lysosome)是是單層膜單層膜圍繞、內(nèi)含多種圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶酸性水解酶類類的的囊泡狀囊泡狀細(xì)胞器，其主要功能是進行細(xì)胞器，其主要功能是進行細(xì)胞內(nèi)消化細(xì)胞內(nèi)消化。典型的。典型的動物細(xì)胞中約含有數(shù)百個溶酶體，但在不同的細(xì)胞內(nèi)溶酶體動物細(xì)胞

14、中約含有數(shù)百個溶酶體，但在不同的細(xì)胞內(nèi)溶酶體的數(shù)量和形態(tài)有很大差異的數(shù)量和形態(tài)有很大差異Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji一、形態(tài)特點和化學(xué)組成一、形態(tài)特點和化學(xué)組成 溶酶體是由一層單位膜圍界而成的球形或卵圓形溶酶體是由一層單位膜圍界而成的球形或卵圓形結(jié)構(gòu)，其形態(tài)大小差異很大，其直徑一般在結(jié)構(gòu)，其形態(tài)大小差異很大，其直徑一般在0.20.8 m之間，膜厚約之間，膜厚約6nm。電鏡下因其內(nèi)含物的電子密電鏡下因其內(nèi)含物的電子密度較高，著色深，易與線粒體、過氧化物酶體等泡度較高，著色深，易與線粒體、過氧化物酶體等泡狀細(xì)胞器相區(qū)別。狀細(xì)胞器相區(qū)別。M

15、edical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji溶酶體與過氧化物酶體電鏡照溶酶體與過氧化物酶體電鏡照Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 溶酶體含有豐富的溶酶體含有豐富的酸性水解酶酸性水解酶，目前發(fā)現(xiàn)約有，目前發(fā)現(xiàn)約有60余種，其余種，其最適最適pH為為5.0。 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶：酸性磷酸酶酸性磷酸酶 脂質(zhì)雙分子層中以脂質(zhì)雙分子層中以鞘磷脂鞘磷脂居多；膜蛋白異乎尋居多；膜蛋白異乎尋常高度糖基化。膜上具有常高度糖基化。膜上具有質(zhì)子泵質(zhì)子泵，依賴，依賴ATP水解放水解放出能量將出能量將H+泵入溶酶體內(nèi)以維持其內(nèi)

16、腔的酸性泵入溶酶體內(nèi)以維持其內(nèi)腔的酸性pH。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo DajiMedical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji二、溶酶體的類型二、溶酶體的類型 （一）（一） 內(nèi)體性溶酶體內(nèi)體性溶酶體 是由高爾基復(fù)合體芽生的運輸小泡和內(nèi)體合并而是由高爾基復(fù)合體芽生的運輸小泡和內(nèi)體合并而成。水解酶無活性，沒有作用底物及消化產(chǎn)物。成。水解酶無活性，沒有作用底物及消化產(chǎn)物。 （二）（二）吞噬性溶酶體吞噬性溶酶體 由內(nèi)體性溶酶體和將被水解的各種吞噬底物融合由內(nèi)體性溶酶體和將被水解的各種吞噬底物融合而成。水解酶有

17、活性，有作用底物及消化產(chǎn)物。而成。水解酶有活性，有作用底物及消化產(chǎn)物。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 根據(jù)根據(jù)底物來源不同底物來源不同，將吞噬性溶酶體分為，將吞噬性溶酶體分為自噬自噬性溶酶體性溶酶體和和異噬性溶酶體異噬性溶酶體。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 殘余小體殘余小體(residual body)：次級溶酶體經(jīng)過一：次級溶酶體經(jīng)過一段時間消化后，其中的小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)基段時間消化后，其中的小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，未被消化的物質(zhì)殘存在溶酶體中形成殘余小質(zhì)中，未

18、被消化的物質(zhì)殘存在溶酶體中形成殘余小體，可通過外排作用將內(nèi)容物排出細(xì)胞。體，可通過外排作用將內(nèi)容物排出細(xì)胞。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji三、溶酶體的功能三、溶酶體的功能 溶酶體的基本功能是溶酶體的基本功能是酶解消化作用酶解消化作用。它既可對。它既可對吞噬入胞的吞噬入胞的異源物質(zhì)異源物質(zhì)如細(xì)菌、病毒等進行消化分解如細(xì)菌、病毒等進行消化分解，也可對，也可對細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)自噬的衰亡細(xì)胞器、營養(yǎng)顆粒等物自噬的衰亡細(xì)胞器、營養(yǎng)顆粒等物質(zhì)進行消化分解。同時機體中細(xì)胞的生理性自溶及質(zhì)進行消化分解。同時機體中細(xì)胞的生理性自溶及精精/卵結(jié)合也與溶酶體有關(guān)

19、。卵結(jié)合也與溶酶體有關(guān)。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji （一）（一） 細(xì)胞內(nèi)消化細(xì)胞內(nèi)消化 1 自噬作用自噬作用 溶酶體對細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)組分的消化分解過程稱為溶酶體對細(xì)胞自身結(jié)構(gòu)組分的消化分解過程稱為自自噬作用噬作用。通過自噬作用通過自噬作用細(xì)胞結(jié)構(gòu)得以更新細(xì)胞結(jié)構(gòu)得以更新，有利于高，有利于高效率發(fā)揮生理功能。效率發(fā)揮生理功能。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji2. 異噬作用異噬作用 溶酶體對外源性異物的消化分解過程稱為溶酶體對外源性異物的消化分解過程稱為異噬異噬作用作用。異噬作用不僅

20、為細(xì)胞生存提供了可異噬作用不僅為細(xì)胞生存提供了可直接利用直接利用的營養(yǎng)物質(zhì)的營養(yǎng)物質(zhì)，而且還能，而且還能消除外來異物的毒害消除外來異物的毒害對機體對機體起著防御保護作用起著防御保護作用。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji溶酶體的消化作用溶酶體的消化作用Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 在受精過程中的作用，精子的在受精過程中的作用，精子的頂體頂體相當(dāng)于相當(dāng)于特化的溶特化的溶酶體酶體，其中含多種水解酶類，能溶解卵細(xì)胞的外被及濾，其中含多種水解酶類，能溶解卵細(xì)胞的外被及濾泡細(xì)胞，產(chǎn)生孔道，使

21、精子進入卵細(xì)胞。泡細(xì)胞，產(chǎn)生孔道，使精子進入卵細(xì)胞。（二）對細(xì)胞外物質(zhì)的消化（二）對細(xì)胞外物質(zhì)的消化 參與參與受精過程受精過程和和骨質(zhì)更新骨質(zhì)更新。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji （三）自溶作用（三）自溶作用 指在細(xì)胞內(nèi)，在一定條件下，溶酶體膜破裂，水指在細(xì)胞內(nèi)，在一定條件下，溶酶體膜破裂，水解酶溢出致使解酶溢出致使細(xì)胞本身被消化分解細(xì)胞本身被消化分解，這一過程稱為，這一過程稱為自溶作用自溶作用。 青蛙變態(tài)發(fā)育階段尾巴的逐漸消失是溶酶體自溶青蛙變態(tài)發(fā)育階段尾巴的逐漸消失是溶酶體自溶作用的結(jié)果。作用的結(jié)果。 在人類，子宮內(nèi)膜的周期性萎縮可

22、部分歸因于溶在人類，子宮內(nèi)膜的周期性萎縮可部分歸因于溶酶體自溶作用。酶體自溶作用。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji（四）（四） 粒溶作用粒溶作用 溶酶體分解溶酶體分解胞內(nèi)剩余營養(yǎng)顆粒胞內(nèi)剩余營養(yǎng)顆粒的作用稱為的作用稱為粒溶粒溶作用作用。 例如：母體哺乳期內(nèi)乳腺細(xì)胞含有豐富的乳汁例如：母體哺乳期內(nèi)乳腺細(xì)胞含有豐富的乳汁顆粒，一旦停止授乳，細(xì)胞內(nèi)多余的乳汁顆粒即可顆粒，一旦停止授乳，細(xì)胞內(nèi)多余的乳汁顆粒即可與溶酶體融合而被分解，重新利用。與溶酶體融合而被分解，重新利用。Medical Genetics Department, WHUDr.

23、Luo Daji 四、溶酶體與疾病四、溶酶體與疾病 （一）（一） 先天性溶酶體病先天性溶酶體病 是由于溶酶體中某些酶的先天性缺乏造成吞噬性溶是由于溶酶體中某些酶的先天性缺乏造成吞噬性溶酶體內(nèi)的底物不能被消化和降解的一種代謝性疾病。酶體內(nèi)的底物不能被消化和降解的一種代謝性疾病。 型糖原沉積病型糖原沉積病是人類最早發(fā)現(xiàn)的先天性代謝病。是人類最早發(fā)現(xiàn)的先天性代謝病。臺臺-薩氏綜合征神經(jīng)元中同心圓狀的溶酶體薩氏綜合征神經(jīng)元中同心圓狀的溶酶體Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji（二）（二） 矽肺矽肺 矽肺矽肺是某些工人的一種職業(yè)病，其病因與溶是某些工人

24、的一種職業(yè)病，其病因與溶酶體的酶體的自溶作用自溶作用有關(guān)。有關(guān)。 二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細(xì)內(nèi)吞噬二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細(xì)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。，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(dǎo)二氧化硅的羥基與溶酶體膜的磷脂或蛋白形成氫鍵，導(dǎo)致吞噬細(xì)胞溶酶體崩解，細(xì)胞本身也被破壞，矽塵釋出致吞噬細(xì)胞溶酶體崩解，細(xì)胞本身也被破壞，矽塵釋出，后又被其他巨噬細(xì)內(nèi)吞噬，如此反復(fù)進行。受損或已，后又被其他巨噬細(xì)內(nèi)吞噬，如此反復(fù)進行。受損或已破壞的巨噬細(xì)胞釋放破壞的巨噬細(xì)胞釋放“致纖維化因子致纖維化因子”，并激活成纖維，并激活成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。細(xì)胞，導(dǎo)致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji第五節(jié) 過氧化物