《醫(yī)學細胞生物學》本科課件06章 細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)

1、第六章 細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)醫(yī)學細胞生物學細胞內(nèi)膜系統(tǒng): 在結(jié)構(gòu)、功能或發(fā)生上相互關(guān)聯(lián)的一些由膜圍繞的細胞器（核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、過氧化物酶體和各種小泡）；相互分隔成封閉性區(qū)室且各有一套獨特的微環(huán)境。有相對固定的比鄰關(guān)系；各部分互不干擾、但又互相依存、高度協(xié)調(diào)地進行各種代謝活動。 主要功能是蛋白質(zhì)的合成和分選主要內(nèi)容內(nèi)質(zhì)網(wǎng)1高爾基復合體2溶酶體3過氧化物酶體4囊泡與囊泡轉(zhuǎn)運5 核糖體(ribosome) 又名核蛋白體，沒有膜包裹的顆粒狀細胞器，蛋白質(zhì)合成的機器，普遍存在于原核細胞和真核細胞中。 一化學組成和基本類型 RNA：60%，構(gòu)成核糖體 的骨架 蛋白質(zhì)：40% 核糖體唯一的功能是按

2、mRNA的指令指導氨基酸高效而精確地合成蛋白質(zhì)或多肽 兩種基本類型： 70S的核糖體： 原核細胞 2500 X 103 真核細胞 線粒體內(nèi)的核糖體 葉綠體內(nèi)的核糖體 80S 的核糖體： 4800 X 103分布： 原核細胞：大部分核糖體游離存在 真核細胞：大部分為附著核糖體除線粒體、葉綠體以外的真核細胞的核糖體二核糖體的結(jié)構(gòu) 電鏡下: 顆粒狀 大亞基 小亞基 一般以游離狀態(tài)存在，只有當小亞基與mRNA結(jié)合后， 大亞基才與小亞基結(jié)合，形成完整的核糖體。 分布：附著核糖體 附著在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上（合成分泌蛋白和膜蛋白） 游離核糖體游離在細胞質(zhì)中（合成基礎(chǔ)性蛋白） 多聚核糖體：多個核糖體結(jié)合到一個mRN

3、A鏈上排列， 形成蛋白質(zhì)合成的功能單位 三細胞內(nèi)分布與蛋白質(zhì)合成 附著和游離核糖體的結(jié)構(gòu)和功能相同，不同點在于合成蛋白質(zhì)的種類不同。 第一節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基本類型1內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學組成2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能3內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的發(fā)現(xiàn)19世紀： 在光鏡下觀察動物腺細胞時發(fā)現(xiàn)，稱為動質(zhì)。1945年： Porter等在電鏡下觀察小鼠成纖維細胞時發(fā)現(xiàn)， 命名為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum, ER）。一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基本類型（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu) 由一層生物膜包裹的相互連續(xù)的小管、小泡和扁囊組成的網(wǎng)狀系統(tǒng)，膜厚約56nm。細胞膜核 膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)小 泡小 管扁 囊 內(nèi)腔內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核外

4、膜連續(xù) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔與核膜腔相通一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基本類型 （二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的基本類型粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)RERSER一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基本類型（一） 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rER） 呈板層狀整齊排列的扁囊 表膜面附著許多顆粒狀的核糖體 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與核糖體共同形成復合機能結(jié)構(gòu) 主要功能合成分泌性蛋白和膜蛋白 分泌蛋白合成旺盛的細胞（胰腺和漿細胞）豐富、發(fā)達 分化程度低（胚胎細胞、干細胞、腫瘤細胞或）較少，但 游離核糖體增多（二）滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（sER）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面無核糖體附著，少有扁囊結(jié)構(gòu)，多由分支小管或小泡構(gòu)成較為復雜的立體結(jié)構(gòu)，常與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相同。是脂質(zhì)合成的重要場所，所占的區(qū)域較小在某些細胞中非常發(fā)達

5、并具有特殊功能 如：肝細胞中豐富解毒作用 睪丸、腎上腺細胞豐富合成激素 大多數(shù)細胞兩者同時存在，但比例不同 （胰腺外分泌細胞全部為rER 肌細胞全部為sER） 二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學組成（占膜結(jié)構(gòu)的50%，細胞體積10%以上， 占細胞質(zhì)量15-20%）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜脂類：30%40%較細胞膜少，主要成分為 磷脂，磷脂酰膽堿較多，鞘磷脂較少。蛋白質(zhì)：60%70%較細胞膜多，約30種。標志酶葡萄糖-6-磷酸酶含多種酶系：蛋白質(zhì)加工轉(zhuǎn)運酶系、解毒酶系、 脂類代謝酶系、碳水化合物代謝酶系等 微粒體（microsome）： 將組織勻漿經(jīng)低速離心去除核及線粒體后再超速離心后 分離出的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 蛋白質(zhì)

6、、脂類和糖類合成的重要基地 擴大膜的表面積，有利于酶的分布提高代謝效率使細胞質(zhì)區(qū)域化，為物質(zhì)代謝提供特定的內(nèi)環(huán)境 參與物質(zhì)運輸，物質(zhì)交換和解毒作用 對細胞起機械支持作用三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（一）粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 1.信號肽介導的蛋白質(zhì)的合成 1975年，G. Blobel等提出信號肽假說，獲1999年諾貝爾生理或醫(yī)學獎。主要成分信號肽 信號肽識別顆粒（SRP） 信號肽識別顆粒受體（SRP-R） 通道蛋白移位子、停止轉(zhuǎn)移序列 信號假說（signal hypothesis)：（1）信號肽引導核糖體結(jié)合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜： 信號肽蛋白質(zhì)合成中最先被翻譯的氨基酸序列 信號識別顆粒（SRP）細胞質(zhì)溶膠中識別信號肽的

7、顆粒 （2）新生肽鏈到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的跨膜轉(zhuǎn)運： 協(xié)同翻譯轉(zhuǎn)運多肽鏈穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜入腔是與翻譯同步進行（3）蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的折疊： 分子伴侶協(xié)助多肽折疊、裝配和轉(zhuǎn)運（4）大部分蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)需糖基化：形成糖蛋白（5）蛋白質(zhì)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基復合體的運輸： 衣被小泡將分泌蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸?shù)礁郀柣鶑秃象w（6）蛋白質(zhì)在高爾基復合體內(nèi)加工分選：（7）運輸出細胞外： 附著核糖體合成的蛋白質(zhì)包括： 向細胞外分泌的蛋白質(zhì)（抗體、酶、肽類激素、胞外基質(zhì)蛋白） 膜嵌入蛋白（細胞膜蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等膜性細胞器膜上的膜蛋 白，還有膜受體和膜抗原） 與其他細胞組分嚴格隔離的蛋白質(zhì)（溶酶體蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和 需要進行復雜修飾的蛋

8、白質(zhì) 某些可溶性蛋白合成后進入細胞基質(zhì)中游離核糖體主要合成： 細胞本身所需要的結(jié)構(gòu)蛋白 某些特殊蛋白質(zhì)（紅細胞中的血紅蛋白） 2.合成脂質(zhì)： 合成細胞所需要的全部膜脂（磷脂和膽固醇），其中最主要的是卵磷脂。 磷脂向其他膜轉(zhuǎn)運的方式： 出芽方式：轉(zhuǎn)運到高爾基體、溶酶體、細胞膜 水溶性載體蛋白：在膜之間轉(zhuǎn)移磷脂3蛋白質(zhì)合成的質(zhì)量控制 從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)輸送到高爾基復合體的蛋白質(zhì)必須 正確的折疊和組裝 否則將被留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi) 通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的逆轉(zhuǎn)運器輸送到細胞質(zhì)中并最終 到細胞中降解 由分子伴侶完成（可識別錯誤折疊和未完全裝配的蛋白） （二）滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 1固醇類激素的合成和脂類代謝： 合成細胞所需的大部

9、分膜脂，含有合成膽固醇的全套 酶系和使膽固醇轉(zhuǎn)化為類固醇激素的酶類 2參與糖原的代謝： 與糖原的合成無關(guān)但與糖原的分解有關(guān) 3解毒功能： 肝臟的解毒作用由滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)完成（由腸道吸收的外源性 毒物或藥物以及代謝產(chǎn)生的內(nèi)源性毒物，均由肝細胞的內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)通過氧化、甲基化、結(jié)合等方式降低或排除毒性） 4肌細胞中含有發(fā)達的滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（稱肌漿網(wǎng)） ： 膜上有Ca2+-ATP，可將細胞基質(zhì)中的Ca2+泵入肌漿網(wǎng)中貯存起來。 當受到N沖動刺激后，肌漿網(wǎng)釋放Ca2+到肌絲之間，激活ATP酶， 使ATPADP，釋放能量，肌肉收縮。 第二節(jié) 高爾基復合體高爾基復合體的形態(tài)結(jié)構(gòu)1高爾基復合體的化學組成2高爾基復合體的功

10、能3 第二節(jié) 高爾基復合體 (Golgi complex) 蛋白質(zhì)合成、加工、糖基化的場所具有極性（有比較恒定的位置和方向）富有特征性扁囊堆疊（弓形）大量大小不等的囊泡一. 形態(tài)結(jié)構(gòu)順面網(wǎng)絡(luò)形成面、近內(nèi)質(zhì)網(wǎng)， 有許多運輸小泡， 篩選由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合 成的蛋白質(zhì)和脂類， （凸面）然后將其輸 入中央扁囊區(qū)，一 小部分再返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)反面網(wǎng)絡(luò)成熟面、近細胞膜， 數(shù)目不等體積較大 分泌泡（凹面）中央扁平囊區(qū)順、反面之間高爾基復合體的3個區(qū)室的功能接受粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)芽生的運輸小泡；篩選由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白和脂類，將大部分轉(zhuǎn)入扁囊去，少部分返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)的糖基化合成糖脂和多糖 體積較大的分泌泡， 進行蛋白質(zhì)的分選功能

11、 二. 化學組成 蛋白質(zhì) ：60% 含量低于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，高于細胞膜 含有多種酶類 標志性酶糖基轉(zhuǎn)移酶 脂 類 ：40% 卵磷脂介于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與細胞膜之間 三功能 對來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)糖基化和分選發(fā)送 （一）分泌蛋白的加工與修飾 1糖蛋白的合成和修飾： 蛋白質(zhì)的糖基化；糖脂的糖基化 2蛋白質(zhì)的加工改造： 蛋白由無活性的酶原有活性的蛋白 （二）參與蛋白質(zhì)的分選和運輸 分選：不同區(qū)室對蛋白質(zhì)糖鏈按順序修飾 分泌蛋白、跨膜蛋白、 溶酶體蛋白 運輸：高爾基反面形成運輸小泡達細胞膜/ 溶酶體膜膜融合、排出內(nèi)容物 挽救受體識別錯誤分選而丟失的蛋白并將其 運回高爾基復合體（三）形成溶酶體 先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處合成溶酶

12、體的膜蛋白、膜脂和各種酶，在高爾基復合體處加工修飾從反面分選運輸，從反面以出芽方式形成。內(nèi)體性溶酶體： 高爾基復合體與內(nèi)體性溶酶體形成模式圖（四）與細胞內(nèi)膜的交通 四高爾基復合體的病理變化 功能亢進/代償性肥大的器官 明顯肥大 肝中毒萎縮或消失 腫瘤細胞不發(fā)達 第四節(jié) 溶酶體溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學組成1溶酶體的類型2溶酶體的形成與成熟34溶酶體的功能溶酶體的發(fā)現(xiàn)1955年： Christian de Duve等人應用電鏡觀察鼠肝細胞時，發(fā)現(xiàn)一種富含各種水解酶的顆粒，將其命名為溶酶體(lysosome)。 第四節(jié) 溶酶體（lysosome） 分布廣泛（除成熟紅細胞外，在原核細胞中尚未觀察到溶酶體

13、） 內(nèi)含多種酸性水解酶(60多種) 細胞內(nèi)消化器官 異質(zhì)性細胞器（不同的溶酶體的形態(tài)大小甚至內(nèi)容物都不完全一致） 標志酶酸性磷酸酶 膜蛋白高度糖基化 （免受溶酶體內(nèi)蛋白酶的消化） 內(nèi)部酸性環(huán)境（靠質(zhì)子泵維持）溶酶體膜（與細胞膜和其他內(nèi)膜不同）：含有特殊的轉(zhuǎn)運蛋白（質(zhì)子泵），可借助水解ATP釋放出能量將H+泵入溶酶體內(nèi)，使其內(nèi)的H+濃度比細胞質(zhì)中高100倍以上，以形成和維持酸性內(nèi)環(huán)境溶酶體膜的蛋白質(zhì)高度糖基化，以防止自身膜蛋白的降解具有多種載體蛋白可使水解后的產(chǎn)物向外運送 一形態(tài)特點和化學組成 顆粒狀，球形，一層單位膜包裹，內(nèi)含多種高濃度酸性（ph 5.0）水解酶，可分解核酸、蛋白、多糖和脂類。

14、二. 溶酶體的類型傳統(tǒng) 初級溶酶體: 前溶酶體成熟溶酶體，只有酶而無底物 次級溶酶體: 初級溶酶體+底物按形成過程、功能狀態(tài) 內(nèi)體性：由高爾基體芽生的運輸小泡和內(nèi)體合并而成 吞噬性：內(nèi)體性溶酶體+被水解的各種吞噬底物融合形成 底物的來源、性質(zhì) 自噬性底物來自細胞內(nèi)衰老崩解的細胞器 異噬性底物來自細胞外細菌、異物等 殘余小體（residual body)定義：未被消化和分解的物質(zhì)殘留在溶酶體中形成的 電子密度較高、色調(diào)較深的小體常見的殘余小體: 脂褐質(zhì)(lipofusion)：神經(jīng)細胞、心肌細胞 含鐵小體(siderosome)：單核巨噬細胞 多泡體(multivesicular)：神經(jīng)細胞、卵

15、母細胞、鹽酸細胞 髓樣結(jié)構(gòu)(myeline figure)：腫瘤細胞、病毒感染細胞 巨噬細胞系統(tǒng) 三溶酶體的功能： 內(nèi)/外源性物質(zhì)的消化，參與生理活動和發(fā)育過程 （一）細胞內(nèi)物質(zhì)的消化 內(nèi)源性 衰老、病變的細胞器 胞質(zhì)中某些蛋白（含KFERQ序列） 更新細胞成分、維持生理功能 外源性 細菌、異物、紅細胞、胞飲攝入的可溶性物 質(zhì)是細胞中膽固醇的來源 （二）細胞外物質(zhì)的消化 受精精子的頂體 骨質(zhì)更新破骨細胞的溶酶體 （三）自溶作用與器官發(fā)育 兩棲類尾部的消失（細胞凋亡亦參與） （四）參與激素分泌的調(diào)節(jié)分泌自溶現(xiàn)象 參與甲狀腺素的生成四與疾病的關(guān)系 （一）先天性溶酶體病 （二）溶酶體與矽肺 （三）溶

16、酶體與類風濕性關(guān)節(jié)炎 （四）溶酶體與腫瘤第五節(jié) 過氧化物酶體過氧化物酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)1過氧化物酶體的酶類組成2過氧化物酶體的功能34過氧化物酶體的發(fā)生過氧化物酶體的發(fā)現(xiàn)1954年： 過氧化物酶體（peroxisome ）又稱微體(microbody)，是 J. Rhodin首次發(fā)現(xiàn)于鼠腎小管上皮細胞中的一種獨特的結(jié)構(gòu)。 形態(tài)結(jié)構(gòu)：一層單位膜包裹圓形或卵圓形直徑0.2-1.7m異質(zhì)性電鏡下：有些細胞過氧化物酶體內(nèi)含有晶格結(jié)構(gòu),稱為類核體或類晶體(尿酸氧化酶)。 第五節(jié) 過氧化物酶體（peroxisome)化學組成： 含40多種氧化酶 過氧化氫酶標志酶功能： 消除氧化底物產(chǎn)生的過氧化氫 參與肝、腎的解毒功能 參與核酸、脂肪、糖的代謝生物發(fā)生： 酶由細胞內(nèi)的游離核糖體產(chǎn)生 由信號肽引導到過氧化物酶體中 僅存在于動物和人體細胞中（以肝、腎細胞