内膜系统.ppt

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Peroxisome,Nucleus,Nucleolus,Rough ER,Smooth ER,Golgi complex,Lysosome,Cytoskeletal,fibers,Nuclear,pore,Mitochondrion,Structure of animal cells,Nuclear,Membrane,内膜系统（,Endomembrane System）,是真核细胞特有的,位于细胞膜以内，在结构和功能以及发生上有一定联系的膜相结构的总称。,包括：内质网、高尔基复合体、溶酶体、膜性转运小泡、核膜,概 念,糙,面内质网(,Rough,Endoplsmic,Reticulum,RER),又称为颗粒内质网（,Granular Endoplasmic,Reticulum GER）,光面内质网(,Smooth,Endoplsmic,Reticulum,SER),又称为无颗粒内质网（,Agranular,Endoplasmic,Reticulum AER）,(二,),ER,的类型：,微粒体,(,microsome,):,应用蔗糖密度梯度离心法将,ERE,和,SRE,分离开来，离心后,ER,断裂成的许多，直径在,100nm,的,小泡,。表面有核糖体的,，,来源于,RER,无则来源于,SER,。,把核糖体牢固地结合到,ER,膜上；,分化完善的细胞,RER,发达，而未成熟或未分化好的细胞，例如：干细胞、胚胎细胞则不发达。,参与形成,Pr,运输通道，帮助,Pr,通过,ER,膜进入到,ER,腔中。,形态上多为平行排列的扁囊构成，少数是小管和小泡；,核糖体以多聚体的形式附着在,ER,膜上；,在,RER,膜上特有两种核糖体受体蛋白(,Ribophorin I,和,II),均为跨膜蛋白，其复合物形成11,nm,的颗粒。作用：,R,ER,在分泌细胞中特别丰富，例如：胰腺细胞、浆细胞等,糙 面 内 质 网,1.,形态上多为分支的小管组成的网状结构；,光 面 内 质 网,2.,膜表面无核糖体附着；,在一些细胞中,SER,非常丰富，例如：横纹肌细胞、肾上腺皮质细胞、睾丸间质细胞等,胰腺细胞,精巢间质细胞,膜脂：主要是磷脂，约占细胞干重的3040%；,膜蛋白：约占细胞干重的6070%，主要是酶和结构,蛋白。,其中,葡萄糖-6磷酸酶是,ER,的标志酶。,其次是,细胞色素,P450，,在,ER,膜上最为丰富，是一种跨膜蛋,白，在肝中具有解毒作用。,(三,),ER,的化学组成：,COO,-,NH,3,+,P450,Cytosol,ER lumen,(1),主要合成蛋白质,(2),对蛋白质进行糖基化的作用,(3)对新生多肽链进行折叠和组装的作用,(4,）脂类的合成,(四,),ER,的功能：,1.,RER,的功能：,合成蛋白质的种类主要有以下几种:,分泌蛋白:包括酶、抗体、肽类激素和细胞外,基质等；,膜蛋白：包括,ER、GC、Ly,的膜以及质膜等的,内在蛋白；,内膜系统腔内的,一些可溶性蛋白质：包括,ER、,高尔基复合体、溶酶体腔内的蛋白质等。,主 要 合 成 蛋 白 质,(1),信号肽假说(,Signal hypothesis)：,是1975年,G.Blober,等人提出的。,RER,合成蛋白质的机制,信号肽：,是指在,mRNA,的,N-,端起始密码子(,AUG),之后，存在,一段编码,特殊,氨基酸序列的密码子，称为信号密码(,Signal,codon),或称信号序列(,Signal sequence)。,由信号密码子翻译出,的一段肽链，称信号肽。,作用：,引导核糖体与,ER,膜结合并启动多肽链向,ER,腔内转移。,各种蛋白质的信号肽结构相似，约1,830,个,aa,残基，内含612,个疏水性,aa，,易形成,螺旋，有利于与磷脂双分子层相互作用,。,信号肽在肽链成熟过程中常常被,ER,膜内侧面的信号肽酶剪切。,几个重要的结构和组分,信号识别颗粒(,Signal Recognition Particle,SRP)：,为一种细长 形的,RNA,蛋白，由6条多肽链和一个小的7,SL RNA(300bp),分子 组成。含有信号肽识别和核糖体结合两个结构域。,识别信号肽区域,与核糖体,A,位点结合的区域,5,nm,25,nm,信号识别颗粒（,SRP）,模式图,7,SL RNA,SRP,受体,(,SRP receptor,SRPR)：,为,ER,膜上的跨膜蛋白，,含有,、两个亚基。亚基含有,SRP,的结合部位，亚 基以疏水区锚定在,ER,膜上。,信号肽,SRP,细胞质,ER,腔,跨膜通道(,Transmembrane channel)：,又称为蛋白转移器 (,Translocon)，,使新生的肽链通过,ER,膜进入到,ER,腔中。,Translocon,(closed),Translocon,(open),实验证明跨膜通道是由许多蛋白形成的复合体，呈五角形桶状体，高56,nm，,直径8.5,nm,。,分泌蛋白、,ER,腔中的驻留蛋白的合成与跨膜过程,N-signal,peptide,Stop-transfer peptide,NH,2,COOH,Cytosol,ER lumen,NH,2,COOH,COOH,Signal,peptidase,跨膜蛋白的形成情况,对蛋白质进行糖基化作用,(2),糖与蛋白质的连接有两种方式：,N-,连接的糖蛋白：是蛋白质的,Asn,（天冬酰胺）残基侧链的-,NH,2,与寡糖链共价相连。这种糖基化过程开始于,ER,腔，完成于高尔基复合体。,O-,连接的糖蛋白：是蛋白质的,Tyr、Ser,和,Thr,残基侧链的,-,OH,与寡糖链共价相连。其糖基化过程全部或主要在高尔基复合体内完成。,蛋白质的糖基化(,Glycosylation)：,是指寡糖链与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。,寡糖的组成：2个,N-,乙酰氨基葡萄糖(,N-Acetylglucosamine,GlcNAc)、9,个甘露糖(,Mannose,Man)、,和3个葡萄糖(,Glucose,Glc),组成。,2,GlcNAc,9,Man,P,rotein,Asn,3,Glc,ER,腔中,N-,连接的糖蛋白的形成,N,-,连接的寡糖必需在,ER,膜上多萜醇(,Dolichol),介导下才能转移到蛋白质上。,p,p,糖基转移酶,mRNA,5,3,mRNA,5,3,Asn,NH,2,NH,2,p,p,多萜醇,Asn,在,ER,腔中新合成的糖蛋白都具有相同的寡糖链2,GlcNAc+8Man,Asn,Asn,转移后，寡糖中的3个,Glc,和一个甘露糖分子很快被切去。,ER glucosidases I&II,ER mannosidase,(3)对新生多肽链进行折叠和组装的作用,2.,SER,的功能,(1)膜磷脂的合成,(2)类固醇的合成（甾类激素）：,类固醇激素的合成合成的起始物质是胆固醇前体物质甲羟戊酸,(mevalonate),它的合成是由,SER,中的,HMG-CoA,还原酶催化的。,(3)参与糖原的代谢过程：,S,ER,膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，此酶可使葡萄糖-6-磷酸脱去磷酸，变成葡萄糖。例如：肝细胞,(4)参与解毒作用：,含有丰富的氧化酶系，如细胞色素,P450,等；,(5)参与横纹肌的收缩：肌质网,(6)参与脂肪的合成和运输,(7)胆汁的生成：,肝细胞,SER,上葡萄糖醛酸转移酶将非水溶性的胆红素原转变为水溶性的胆红素。,（,8,）胃底壁腺细胞胃酸的分泌,内质网的病理性变化,病理条件下的内质网肿胀和肥大,癌变细胞中的内质网变化,内质网合成蛋白质变化引起的疾病,脱粒,二、高尔基复合体,(,Golgi complex,GC),(一,)GC的形态,结构：,在电镜下，,GC,由三部分构成,中间高尔基网,(Cisterna),又称为潴泡：一般310平行排列在一起，称为高尔基堆(,Golgi stack)。,反面高尔基网,(Vacuole),：直径100500,nm，,膜厚8,nm。,大囊泡对所含分泌物有继续浓缩的作用，故又称为浓缩泡或分泌泡,。,多见于扁平囊的反面，是由扁平囊末端膨大出芽形成。,顺面高尔基网,(Vasicle),：直径4080,nm，,膜厚6,nm。,多分布于扁平 囊的顺面，是,RER,出芽脱落形成。小囊泡载有,RER,合成的蛋白质成分，运往,GC,的扁平囊，故又称为运输小泡。,（,4,）,RER,合成蛋白质的运输及膜的转运,运输小泡,A.,结构性分泌途径,B.,调节性分泌途径,消化道上皮细胞的,GC,玉米的根冠细胞,胰腺细胞,功能：对来自,RER,的蛋白质进行糖基化作用，糖基化过程是有序的。,GC,是一种极性细胞器,从顺面到反面，,GC,在形态上、化学组成上以及功能上有很大差别。,形态上，扁平囊顺面的膜较薄，厚约6,nm，,近似,ER,膜，囊腔小而狭。随着顺面向反面过渡，膜也逐渐加厚，至反面膜厚约8,nm，,与细胞膜相似。,化学组成：膜脂介于细胞膜和,ER,膜之间；反面膜较顺面膜含有更多的酶。,cis,cisterna,medial cisterna,trans,cisterna,TGN,Golgi,cis,face,Golgi,trans,face,ER,Plasma membrane,甘露糖苷酶,I,N-,乙酰基葡萄糖,转移酶,I,甘露糖苷酶,II,N-,乙酰基葡萄糖,转移酶,II,半乳糖基转移酶,唾液酸基转移酶,酸性磷酸酶,GC,是由310个囊构成。从,cis,到,trans,，不同的扁囊具有不同的特异性的酶，对,ER,来源的蛋白质具有序的加工过程。,磷酸转移酶,顺面高尔基网(,cis,-Golgi network,CGN),位于顺面最外层的扁囊，由分枝的小管组成的网状结构,。,具有蛋白质分选站的作用：,CGN,接受来自,ER,新合成的物,质并将其分类，大部分转入中间膜囊，小部分蛋白质再,运回,ER。,运回,ER,的蛋白质在,C-,端都具有一个特殊的四肽序列,KDEL/HDEL(K-Lys D-Asp E-Glu L-Leu H-His)。,ER,腔中的驻留蛋白都具有这四肽序列。,RER,内的蛋白质(含有,KDEL),中间,GC,扁囊,顺面,GC,扁囊,COP I,包被小泡,COP II,包被小泡,KDEL,受体,(,KKXX),RER,反面高尔基网(,trans,-Golgi network,TGN),位于反面最外层的扁囊，由小泡和分枝的小管组成的网状,结构。,主要参与蛋白质的分类和包装，最后输出。,研究发现：,TGN,在蛋白质与脂类的转运过程中还起到“瓣膜”的作用，保证这些物质单向转运。,(二,),GC,的化学组成,大鼠肝细胞,GC,含有60%的蛋白质和40%的脂类。,1.脂类成分：,介于膜和,ER,膜之间,RER,含有大量的不饱和磷脂，而胆固醇含量很低；细胞膜,中含有丰富的饱和磷脂和胆固醇；,GC,膜则介于两者之间。,糖基转移酶是,GC,的特征酶，,如半乳糖基转移酶、唾液酸,基转移酶等。,2.蛋白质：,含有多种酶,还含有其它的酶，如催化糖脂合成的酶、催化磷脂合成,的转移酶等。,1.糖蛋白的生物合成,(三,),GC,的功能,2.糖脂的生物合成:,多由神经鞘脂类和糖链相连,3.参与膜的转变,5.参与溶酶体的形成,4.参与细胞的分泌活动,在顺面、中间和反面膜囊，分泌蛋白、膜蛋白需要进行加工修饰。,在顺面膜囊，溶酶体酶的寡糖链首先被磷酸化，形成带有6-磷酸甘露糖(,M6P),特殊标记的糖蛋白。,糖 蛋 白 的 生 物 合 成,甘露糖酶,I,3,Man,Asn,Asn,GlcNAc I,转移酶,GlcNAc-UDP,UDP,甘露糖酶,II,2,Man,Asn,Asn,GlcNAc-UDP,UDP,GlcNAc II,转移酶,Asn,半乳糖,转移酶,Gal-UDP,UDP,Asn,唾液酸基,转移酶,结构性分泌途径,(,Constitutive secretory pathway),调节性分泌途径,(,Regulated secretory pathway),RER,合成蛋白质的运输：有两条运输途径,（四）高尔基复合体的病理变化,肝中毒的情况下，高尔基复合体发生萎缩或解体,分化程度低的，生长迅速的癌细胞内，高尔基复合体不发达；分化程度高，生长缓慢的癌细胞高尔基复合体则发达,一些功能亢进或代谢性肥大的器官中，高尔基复合体明显变得肥大,溶酶体(,L,ysosome),概念：是由一层单位膜包裹、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。能分解各种内源性和外源性物质，被称为细胞内的消化器。,一、溶酶体的一般特征,1.形态：具有多样性和异质性,形态大小差异很大，直径一般在0.20.8,m，,最小的,为0.05,m，,最大者可达几微米。,当溶酶体没有与底物结合时，一般呈圆形或卵圆形，体积较小，通常直径为0.250.5,m;,当溶酶体与底物结合时，其形态多样，体积较大。,不同的溶酶体所含水解酶的种类不同。,2.种类:,根据溶酶体是否与底物结合分为：,初 级 溶 酶 体,primary lysosome,Ly or Ly1,次 级 溶 酶 体,secondary lysosome,sLy or Ly 2,不含,作用底物，仅含水解酶；,是,Ly,与底物相结合形成；,酶处于潜伏状态；尚未开始消化；,内,含水解酶、相应的底物以及消化后的产物；,圆形或卵圆形，直径为,0.250.5,m；,形态不规则，体积较大；,内含物电子密度均匀，不含有,明显的颗粒物质。,内含物常含有正在消化的颗粒或膜的碎片。,人肾细胞的初级溶酶体,65,000,狗肝细胞的次级溶酶体,Th:,钍颗粒,60,000,次级溶酶体又根据作用底物的来源不同分为：,异生性溶酶体(,heterolysosome),底物为外源性，即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的细胞外,物质与,Ly,或,sLy,融合所形成的消化泡称为。,底物为内源性，即来自细胞退变、崩解的细胞器或局部细胞质，这些内源性物质常由,ER,膜包裹形成自噬泡。自噬泡与,Ly,融合称为。,自生性溶酶体(,autolysosome),混合性溶酶体(,ambilysosome),底物兼有外源性和内源性的物质。,自噬泡,含有一个线粒体和,一个过氧化酶体。,Lysosome,Autophago,-lysosome,Residual body,Lipofusin,Phagocytosis,Exocytosis,ER,Phagosome,Phagolysosome,Lysosome,autophagic,vacuole,Myeline figure,人心肌细胞的残体,40,000,人肝细胞的脂褐质,39,000,人肺毛细血管内皮细胞,的多泡体,60,000,人肺泡吞噬细胞的,髓样结构,38,000,3.,溶酶体的酶,到目前为止，已经发现有60多种酸性水解酶,酶发挥活性的,pH,为36，最适,pH,为5,酸性磷酸酶是溶酶体的特征酶,蛋白酶,核酸酶,糖苷酶,脂 酶,酸性磷酸酶,硫酸酯酶,磷脂酶,ATP,H,+,P,+,ADP,溶酶体膜的蛋白质高度糖基化,溶酶体膜上具有质子泵,溶酶体膜上具有特殊的转运蛋白,4.,溶酶体的膜,影响溶酶体膜稳定性的因素,降低溶酶体膜稳定性的因素：,缺氧或氧过多、,X,射线、紫外线、白喉毒素、多种抗生素、肝素、胆碱能药物、维生素,A,过多、维生素,E,缺乏等。,增加溶酶体膜稳定性因素：,糖皮质固醇类的药物，如氢化可的松、氯嗪、乙酰水杨酸、消炎痛等；,信号斑,(,Signal patch),rER,合成的主要蛋白质,分泌蛋白,膜蛋白,溶酶体酶,天冬酰胺,2,GlcNAc,8,Man,二、溶酶体的发生,分泌蛋白、膜蛋白,溶酶体酶,为什么溶酶体酶能定向,运输到溶酶体中,6-磷酸甘露糖,（,M6P）,H,2,N,COOH,COOH,H,2,N,?,Lysosomal enzyme,Phosphorylated,lysosomal,enzyme,Medial,cisterna,Trans,cisterna,TGN,Lysosome,Late endosome,Oligosaccharides,Phosphate group,Lysosomal protein,Transport vesicle,ATP,ADP,P,+,H,+,Cis,cisterna,H,+,Golgi complex,M6P receptor(MPR),Clathrin-coated,pit,胞内体的作用：使受体和配体分离。,胞内体(,Endosome),近年来研究发现，物质通过内吞作用进入细胞内形成的一些内吞小泡不直接与,Ly,结合，而是先与胞内体融合，再运输内吞的物质到,Ly。,在周围细胞质靠近质膜的地方，有一群小的胞内体(直径 0.31.0,m)，,这些是新的,早期胞内体。,在接近,GC,和核的周围，常常聚集着稍大的球形小囊或者小管形的囊，是,晚期胞内体。,受体和配体分离的决定性因素是低,pH。,一般情况下，,pH,低至56时，受体和配体就发生分离。,包涵素包被小窝,包被小泡,无被小泡,早期胞内体,溶酶体,含受体的小泡,并不是所有的具有,M6P,的水解酶都能通,M6P,途径到达溶酶体，有些水解酶分子逸出,TGN,正常的包装过程，而被运输到细胞表面。,一些,MPR,也到达质膜，重新扑获逸出的酶。,RER,分泌蛋白,溶酶体酶,cis,GC,磷酸化的,溶酶体酶,MPR,包涵素,包被小窝,无被小泡,晚期胞内体,溶酶体,MPR,TGN,包涵素,包被小泡,磷酸化的,溶酶体酶,包涵素,包被小窝,包涵素,包被小泡,无被,小泡,含受体的小泡,受体介导的入泡作用和溶酶体在包装过程中，都产生包,涵素包被的小泡。,包涵素包被的小泡(,Clathrin-coated vesicles),包涵素的结构：,Heavy chain,Light chain,Adaptor protein,(AP2 complex),三、溶酶体的功能,1.营养作用(,nutrition),将摄入细胞内的大分子物质分解成可溶性小分子物质，,被细胞质所利用。,）异噬作用,异噬溶酶体将吞噬体或胞饮体内所含的外源性物质消化分解的过程。,2,）自溶作用(,autocytolysis),3,）,.,粒溶作用(,granulolysis),2.,防御作用,(,defence),溶酶体对自身物质进行消化分解的过程。,溶酶体分解细胞内剩余营养颗粒的作用。,将外源性的有害因子(如细菌、病毒等)消化分解。,3.,参与受精作用,4.,参与器官的发生,5.,参与激素的成熟与分泌,四、溶酶体与疾病的关系,1.先天性溶酶体病,2.溶酶体膜异常产生的疾病,是由于,Ly,内先天性缺乏某种酶，致使相应的底物不能被,消化，而蓄积在,sLy,内，造成细胞代谢障碍而产生的疾病。,是由于,溶酶体膜破裂，酶释放出来，导致细胞死亡。,3.,酶的转运异常而产生的溶酶体病,是由于溶酶体酶缺失,M6P，,而使其无法聚集到溶酶体中。,先天性溶酶体病,例：,II,型糖元累积病,例：粘多糖沉积病,例：泰-萨二氏病（,又称为黑朦性先天愚病）,溶酶体内缺乏氨基己糖脂酶，导致神经节苷脂降解发生障碍。,溶酶体内缺乏,-葡萄糖苷酶，,导致糖原无法降解为,Glc，,而造成糖原在肝脏和肌肉中积蓄。,溶酶体内缺乏粘多糖(即氨基葡聚糖,),降解酶，使这类物质蓄积在溶酶体中，导致代谢障碍。,溶酶体膜异常产生的疾病,例：矽肺,例：类风湿性关节炎,例：,休克,SiO,2,被,M,吞入,吞噬小体,溶酶体,吞噬溶酶体,矽酸,溶酶体膜,破裂,M,死亡,释放的矽酸颗粒又被,其它的,M,细胞吞噬,刺激成纤维细胞分泌大量的胶原,矽肺,大量,M,死亡,目前尚不完全清楚，但该病对关节软骨的侵袭，被认为是由于溶酶体膜的脆性增加，溶酶体酶局部释放的结果。,组织缺血、缺氧，导致溶酶体膜的稳定性降低，溶酶体酶外漏，导致组织、细胞自溶的结果，造成组织、细胞不可逆性地损伤。,酶的转运异常产生的溶酶体病,典型的例子是,I-,细胞病，它是由于溶酶体酶缺失,M6P，,而使其无法聚集到溶酶体中。,过氧化酶体 (,Peroxisome),过氧化酶体：是一种特殊的细胞器，由单层膜包裹，内含多种氧化酶和过氧化氢酶的细胞器，它广泛存在于动、植物细胞中,一、过氧化酶体的一般特征,（一）形态、大小和数量,多为圆形或卵圆形小体，中央常含有一个高电子密度的核心，,称为类核体尿酸氧化酶的结晶（人、鸟类则不含有）。,不同类型的细胞，过氧化酶体的形态、大小和数量有很大差异。,哺乳动物肝、肾细胞中过氧化酶体数量多且很典型。,肝细胞为0.11.0,m，,一般为0.5,m,；,其它组织数量少而且小，直径约,0.1,0.2,m。,大鼠肝细胞的,三个过氧化酶,体的电镜照片,过氧化氢酶标志酶：约占酶总量的40%。将,H,2,O,2,还原 成水。,氧化酶：约占总酶量的60%。催化底物产生过氧化氢。,（二）过氧化物酶体所含的酶,现在已知含有40多种酶，根据作用方式不同分为：,RH,2,+,O,2,R,H,2,O,2,+,H,2,O,2,R,H,2,R,2,H,2,O,H,2,O,2,2,H,2,O,O,2,+,+,+,二、过氧化酶体的功能,（一）解毒作用,分解过氧化氢,对其它有毒物质的解毒作用：对酚、甲醇、乙醇、甲醛、甲酸、亚硝酸盐等进行分解。主要在肝、肾细胞中进行。,（二）对细胞氧张力的调节,（三）参与脂肪酸的分解代谢,分解脂肪酸使其转化为乙酰,CoA，,并运出到胞液中，再被利用。,20%左右的氧是由过氧化物酶体消耗的。在过氧化物酶体中，氧化产生的能量以热能释放出去。其氧化能力与氧的浓度呈正相关。,三、过氧化酶体的发生,进入过氧化酶体中的蛋白质，在,C-,端都有一个特异的三肽序列，,SKL(-Ser-Lys-Leu-)，,带有,SKL,信号的蛋白质都能转运到过氧化物酶体中。,SKL,中，,L,是不能被任何氨基酸所替代，而,S,可被,A(Ala),取代，,K,可被,R(Arg),或,H(His),取代。,新的过氧化酶体由原来的过氧化酶体通过生长与,分裂形成的。,过氧化酶体腔中所有的蛋白质都是在胞浆中游离核糖体上合,成的。,膜蛋白也是在游离核糖体上合成的。,