细胞生物学细胞的内膜系统与囊泡转运.pptx

第五章第五章 细胞的内膜系统与囊泡转运细胞的内膜系统与囊泡转运 在结构、功能和形态发生上具有一定联系，构在结构、功能和形态发生上具有一定联系，构成一个完整系统的一些膜性细胞器，相对于细胞膜成一个完整系统的一些膜性细胞器，相对于细胞膜而言，将它们统称为内膜系统（而言，将它们统称为内膜系统（endomembrane system），包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、），包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及其它各种小泡。过氧化物酶体及其它各种小泡。f各种细胞器有相对固定的比邻关系各种细胞器有相对固定的比邻关系f能使各部分互不干扰、高度协调地进行各种代谢活动能使各部分互不干扰、高度协调地进行各种代谢活动f主要主要功能功能是进行蛋白质的合成和分选是进行蛋白质的合成和分选类型类型 70S的核糖体：的核糖体：原核细胞原核细胞 真核细胞的真核细胞的 线粒体、线粒体、叶绿体叶绿体 80S 的核糖体：的核糖体：线粒体、叶绿体以外的真核线粒体、叶绿体以外的真核 细胞细胞化学组成化学组成 RNA：60%构成核糖体的骨架构成核糖体的骨架 蛋白质：蛋白质：40%结构、存在形式结构、存在形式 大亚基大亚基 小亚基小亚基 一般以游离状态存在，只有当小亚基与一般以游离状态存在，只有当小亚基与一般以游离状态存在，只有当小亚基与一般以游离状态存在，只有当小亚基与mRNAmRNA结合后，结合后，结合后，结合后，大大大大 亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体 核糖体（核糖体（ribosome)分布分布原核细胞：大部分核糖体游离存在原核细胞：大部分核糖体游离存在真核细胞：大部分为附着核糖体真核细胞：大部分为附着核糖体附着核糖体附着核糖体附着在粗面内质网上附着在粗面内质网上 合成水溶性蛋白（分泌蛋白、驻留蛋白）合成水溶性蛋白（分泌蛋白、驻留蛋白）和膜蛋白和膜蛋白 游离核糖体游离核糖体游离在细胞质中游离在细胞质中 合成基础性蛋白（结构蛋白、血红蛋白）合成基础性蛋白（结构蛋白、血红蛋白）多聚核糖体多聚核糖体：多个核糖体结合到一个：多个核糖体结合到一个mRNA链上链上 成串排列，形成蛋白质合成的功能成串排列，形成蛋白质合成的功能 单位。单位。附着和游离核糖体的结构和功能相同，不同点在于合成蛋白质的种类不同附着和游离核糖体的结构和功能相同，不同点在于合成蛋白质的种类不同 功功 能能合成蛋白质合成蛋白质内内 质质 网网（endoplasmic reticulum,ER)endoplasmic reticulum,ER)形态结构形态结构 1、单位膜围成、单位膜围成 的由连续的的由连续的小管小管(tubule)、小泡小泡 (vesicle)和和扁囊扁囊(lamina)组组 成的三维网状膜系统成的三维网状膜系统。一些细胞中三种结构单位并非全部存在。一些细胞中三种结构单位并非全部存在。2、腔与核膜腔相通、腔与核膜腔相通 3、以核为中心向四周铺展、以核为中心向四周铺展 4、在内膜系统中占中心地位。、在内膜系统中占中心地位。类类 型型 粗面内质网（粗面内质网（rough endoplasmic reticulum,rER）分泌蛋白合成旺盛的细胞（胰腺和浆细胞）分泌蛋白合成旺盛的细胞（胰腺和浆细胞）丰富丰富 分化程度低（肿瘤分化程度低（肿瘤/胚胎细胞）胚胎细胞）较少较少 根据结构的复杂程度，判断细胞的功能状态和分化根据结构的复杂程度，判断细胞的功能状态和分化 程度程度 滑面内质网（滑面内质网（smooth endoplasmic reticulum,sER）扁囊结构少见，多数细胞中不丰富。扁囊结构少见，多数细胞中不丰富。肝细胞中丰富肝细胞中丰富解毒作用解毒作用 睾丸、肾上腺细胞丰富睾丸、肾上腺细胞丰富合成激素合成激素 平滑肌、横纹肌平滑肌、横纹肌调节收缩调节收缩 分分 布布 通常两种类型同时存在通常两种类型同时存在 特殊特殊胰腺外分泌细胞：胰腺外分泌细胞：rERrER 肌细胞肌细胞:sER:sER 化学组成化学组成 1 1、微粒体微粒体内质网与内质网与细胞内其它成分连接复杂，不易分细胞内其它成分连接复杂，不易分 离，当细胞匀浆而被破坏后，内质网断裂成离，当细胞匀浆而被破坏后，内质网断裂成 许多封闭小泡。许多封闭小泡。2 2、脂类、脂类 蛋白质蛋白质比细胞膜中的含量高比细胞膜中的含量高 分子伴侣蛋白分子伴侣蛋白 标志酶：标志酶：葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 电子传递体系：细胞色素电子传递体系：细胞色素 微粒体微粒体具备合成蛋白、脂类和蛋白糖基化等内质网的具备合成蛋白、脂类和蛋白糖基化等内质网的 基本功能，基本功能，在研究中可与内质网同等看待。在研究中可与内质网同等看待。分为分为 粗面微粒体粗面微粒体 滑面微粒体：来源不易确定滑面微粒体：来源不易确定 滑面内质网、高尔基体、滑面内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜线粒体、细胞膜内质网的功能内质网的功能l参与蛋白质的合成参与蛋白质的合成l参与脂类的合成（参与脂类的合成（sER)、膜的生成、膜的生成l参与参与糖代谢糖代谢l解毒作用解毒作用l物质运输与交换物质运输与交换l机械支持机械支持内质网参与蛋白质的合成内质网参与蛋白质的合成l主要由粗面内质网完成主要由粗面内质网完成l合成蛋白的种类合成蛋白的种类 分泌蛋白（酶、多肽类激素等）分泌蛋白（酶、多肽类激素等）驻留蛋白：溶酶体中的酸性蛋白驻留蛋白：溶酶体中的酸性蛋白 内质网内质网 高尔基体高尔基体 固有的蛋白固有的蛋白 胞内体胞内体 膜蛋白：细胞膜、内质网膜、高膜蛋白：细胞膜、内质网膜、高 尔基体膜、尔基体膜、溶酶体膜溶酶体膜蛋白质在粗面内质网合成过程蛋白质在粗面内质网合成过程l核糖体由核糖体由信号肽信号肽引导结合于内质网膜上引导结合于内质网膜上l核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔l分子伴侣分子伴侣在内质网腔内对蛋白质进行折叠在内质网腔内对蛋白质进行折叠l新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化（新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化（N-连接连接）l内质网合成的蛋白质经高尔基体分泌出细胞内质网合成的蛋白质经高尔基体分泌出细胞信号肽和信号假说信号肽和信号假说信号肽（信号肽（signal peptide)由位于成熟由位于成熟mRNA5-端起始密端起始密 码之后的信号密码之后的信号密 码码 编码，是最先被翻译的氨基酸序列，它能将核编码，是最先被翻译的氨基酸序列，它能将核 糖体引导到内质网膜上，并在内质网腔中完糖体引导到内质网膜上，并在内质网腔中完 成蛋成蛋 白质的合成。白质的合成。信号假说（信号假说（signal hypothesis)分子伴侣（分子伴侣（chaperone）l一些蛋白质能特异识别新生肽链或部分折叠一些蛋白质能特异识别新生肽链或部分折叠的多肽并与之结合，帮助这些多肽进行折叠、的多肽并与之结合，帮助这些多肽进行折叠、装配和转运，但本身不参与最终产物的形成，装配和转运，但本身不参与最终产物的形成，只起陪伴作用的蛋白质只起陪伴作用的蛋白质l包括：蛋白二硫异构酶包括：蛋白二硫异构酶(PDI)结合蛋白结合蛋白(Bip)葡萄糖调节蛋白葡萄糖调节蛋白94蛋白质的修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、蛋白质的修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主要的是二硫键形成等，其中最主要的是糖基化糖基化，几乎，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用是：糖基化的作用是：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠；有利于蛋白质的分选和包装有利于蛋白质的分选和包装 糖基一般连接在糖基一般连接在4 4种氨基酸上，分为种氨基酸上，分为2 2种：种：O-O-连接的糖基化：与连接的糖基化：与SerSer、ThrThr和和HypHyp的的OHOH连连接，连接的糖为半乳糖或接，连接的糖为半乳糖或N-N-乙酰半乳糖胺，乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行在高尔基体上进行O-O-连接的糖基化。连接的糖基化。N-N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NHNH2 2连连接，糖为接，糖为N-N-乙酰葡糖胺，内质网上进行的为乙酰葡糖胺，内质网上进行的为N-N-连接的糖基化。连接的糖基化。内质网参与糖类的代谢内质网参与糖类的代谢l主要在滑面内质网上进行主要在滑面内质网上进行l是否参与糖原的合成有争议是否参与糖原的合成有争议l参与糖原的分解参与糖原的分解 糖原糖原G-1-PG-6-P葡萄糖葡萄糖sER高尔基复合体（高尔基复合体（Golgi complex)蛋白质合成加工、糖基化的场所蛋白质合成加工、糖基化的场所v具有极性的膜性细胞器具有极性的膜性细胞器v由扁平囊泡、小泡、大由扁平囊泡、小泡、大泡构成泡构成v可分为可分为3个区室个区室高尔基复合体的高尔基复合体的3个区室的功能个区室的功能由粗面内质网芽生的运输小泡；筛选由由粗面内质网芽生的运输小泡；筛选由内质网合成的蛋白和脂类，并将大部分内质网合成的蛋白和脂类，并将大部分转入扁囊去，少部分返回内质网转入扁囊去，少部分返回内质网蛋白质的糖基化、合成糖脂和多糖蛋白质的糖基化、合成糖脂和多糖 体积较大的分泌泡，体积较大的分泌泡，进行蛋白质的分选功能进行蛋白质的分选功能 高尔基体的化学组成高尔基体的化学组成 蛋白质蛋白质：60%含量低于内质网膜，高于细胞膜含量低于内质网膜，高于细胞膜 含有多种酶类含有多种酶类 标志性酶标志性酶糖基转移酶糖基转移酶 脂脂 类类：40%卵磷脂介于内质网膜与细胞膜之间卵磷脂介于内质网膜与细胞膜之间 高高 尔尔 基基 复复 合合 体体 的的 功功 能能&参与细胞的分泌活动参与细胞的分泌活动 对内质网合成的分泌蛋白进行修饰、转运。对内质网合成的分泌蛋白进行修饰、转运。膜蛋白的定向运输膜蛋白的定向运输 溶酶体酶的定向运输、修饰溶酶体酶的定向运输、修饰&加工修饰蛋白、糖脂等加工修饰蛋白、糖脂等 糖蛋白的糖基化、硫酸盐化糖蛋白的糖基化、硫酸盐化 糖脂加工糖脂加工&对蛋白质进行分选对蛋白质进行分选 参与参与溶酶体溶酶体的形成的形成 挽救受体挽救受体：识别错误分选而丢失的蛋白并将其运回高尔基复合体识别错误分选而丢失的蛋白并将其运回高尔基复合体&水解、加工蛋白质水解、加工蛋白质&参与参与细胞内膜的细胞内膜的转化活动转化活动内吞体内吞体rER顺面管网顺面管网反面管网反面管网高尔基复合体高尔基复合体 溶酶体水解酶前体溶酶体水解酶前体加入磷酸基团加入磷酸基团M-6-P溶酶体酶溶酶体酶前前 溶溶 酶酶 体体ATPADP+PiH+去去除除磷磷酸酸PH=6成熟溶酶体成熟溶酶体形成溶酶体形成溶酶体溶酶体（溶酶体（lysosome)细胞的消化器官细胞的消化器官!球形、颗粒状的膜性细胞器，球形、颗粒状的膜性细胞器，形态、大小不一形态、大小不一!含有多种酸性水解酶含有多种酸性水解酶 标志酶标志酶酸性磷酸酶酸性磷酸酶!膜蛋白膜蛋白高度糖基化（免受溶酶体内蛋白酶的消化）高度糖基化（免受溶酶体内蛋白酶的消化）!内部酸性环境靠质子泵维持内部酸性环境靠质子泵维持溶酶体的类型溶酶体的类型传统传统 初级溶酶体初级溶酶体 前溶酶体前溶酶体成熟溶酶体，只有酶而无底物成熟溶酶体，只有酶而无底物 次级溶酶体次级溶酶体 初级溶酶体初级溶酶体+底物底物按按形成过程形成过程、功能状态功能状态 内体性：内体性：由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成。由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成。吞噬性：吞噬性：内体性溶酶体内体性溶酶体+将被水解的各种吞噬底物融合形成将被水解的各种吞噬底物融合形成 底物的来底物的来源、性质源、性质 自噬性自噬性底物来自细胞内底物来自细胞内衰老崩解的细胞器衰老崩解的细胞器 异噬性异噬性底物来自细胞外底物来自细胞外细菌、异物等细菌、异物等 残余小体（残余小体（residual body)4 定义：未被消化和分解的物质残留在溶酶体中形成的定义：未被消化和分解的物质残留在溶酶体中形成的 电子密度较高、色调较深的小体电子密度较高、色调较深的小体4 常见的残余小体常见的残余小体 脂褐质脂褐质(lipofusion)(lipofusion)：神经细胞、心肌细胞：神经细胞、心肌细胞 含铁小体含铁小体(siderosome)(siderosome)：单核巨噬细胞：单核巨噬细胞 多泡体多泡体(multivesicular)(multivesicular)：神经细胞、卵母细胞、盐酸：神经细胞、卵母细胞、盐酸 细胞细胞 髓样结构髓样结构(myeline figure)(myeline figure)：肿瘤细胞、病毒感染细胞、：肿瘤细胞、病毒感染细胞、巨噬巨噬 细胞系统细胞系统溶酶体的功能溶酶体的功能1、消化细胞内的物质、消化细胞内的物质 内源性内源性衰老、病变的细胞器衰老、病变的细胞器 胞质中某些蛋白（含胞质中某些蛋白（含KFERQ序列）序列）更新细胞成分、维持生理功能更新细胞成分、维持生理功能 外源性外源性细菌、异物、红细胞、胞饮摄入的可溶性物质细菌、异物、红细胞、胞饮摄入的可溶性物质 是细胞中胆固醇的来源是细胞中胆固醇的来源2、消化细胞外的物质、消化细胞外的物质 受精受精精子的顶体精子的顶体 骨质更新骨质更新破骨细胞的溶酶体破骨细胞的溶酶体3、参与器官的发育、参与器官的发育 两栖类尾部的消失（细胞凋亡亦参与）两栖类尾部的消失（细胞凋亡亦参与）4、参与激素分泌的调节、参与激素分泌的调节 分泌自溶现象分泌自溶现象 参与甲状腺素的生成参与甲状腺素的生成与溶酶体相关的疾病与溶酶体相关的疾病 先天性溶酶体病先天性溶酶体病 矽肺矽肺 类风湿性关节炎类风湿性关节炎 肿瘤肿瘤 过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisome)1、单位膜包裹的圆形、卵圆形小体、单位膜包裹的圆形、卵圆形小体2、含含4040多种氧化酶多种氧化酶 过氧化氢酶过氧化氢酶标志酶标志酶3 3、功能功能 消除氧化底物产生的过氧化氢消除氧化底物产生的过氧化氢 参与肝、肾的解毒功能参与肝、肾的解毒功能 参与核酸、脂肪、糖的代谢参与核酸、脂肪、糖的代谢RH2+O2 氧化酶氧化酶 R+H2O2RH2+H2O2 过氧化氢酶过氧化氢酶 R+H2O细胞功能的整体性细胞功能的整体性思考题l内质网是如何参与蛋白质的合成。内质网是如何参与蛋白质的合成。l高尔基体按形态结构、细胞化学反映和功能可分为高尔基体按形态结构、细胞化学反映和功能可分为哪三个组成部分。哪三个组成部分。l 内质网分为几类？在形态和功能上各有何特点？内质网分为几类？在形态和功能上各有何特点？l 请说明蛋白质合成的信号肽学说。请说明蛋白质合成的信号肽学说。l 高尔基复合体由哪些结构组成？各有何特点？高尔基复合体由哪些结构组成？各有何特点？l 高尔基复合体有哪些主要生理功能高尔基复合体有哪些主要生理功能?l 溶酶体有何结构特点？其分类如何？溶酶体有何结构特点？其分类如何？l内体性溶酶体的形成过程。内体性溶酶体的形成过程。参与蛋白分泌参与蛋白分泌3H标记亮氨酸标记亮氨酸3分钟分钟17分钟分钟117分钟分钟蛋白质合成蛋白质合成溶酶体寡聚糖磷酸化溶酶体寡聚糖磷酸化切除甘露糖切除甘露糖加加N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖加半乳糖加唾液酸；分拣加唾液酸；分拣溶酶体溶酶体顺面管网顺面管网中层囊中层囊反面囊反面囊反面管网反面管网大泡（分泌颗粒）大泡（分泌颗粒）rER高高尔尔基基复复合合体体顺面囊顺面囊切除甘露糖切除甘露糖参与蛋白质的分选和运输参与蛋白质的分选和运输高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。分选：分选：不同区室对蛋白质糖链按顺序修饰不同区室对蛋白质糖链按顺序修饰细胞内物质的消化细胞内物质的消化细胞外物质的消化细胞外物质的消化-受精受精囊泡运输囊泡运输l囊泡转运（囊泡转运（vesicular transport）：囊泡）：囊泡以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱离后又与另一个内膜细胞器发生融合，离后又与另一个内膜细胞器发生融合，这个转运过程称为囊泡运输。这个转运过程称为囊泡运输。u真核细胞物质运输的一种重要方式真核细胞物质运输的一种重要方式u一个双向、有序的过程一个双向、有序的过程u作用：物质交换作用：物质交换 信号传递信号传递 对胞内合成的物质进行一定的化学修饰对胞内合成的物质进行一定的化学修饰囊泡及其转运的分子基础囊泡及其转运的分子基础 囊泡：由来源于细胞（器）膜的囊膜包裹囊泡：由来源于细胞（器）膜的囊膜包裹囊膜表面有特异性的包被蛋白囊膜表面有特异性的包被蛋白囊泡的分类：根据包被蛋白囊泡的分类：根据包被蛋白 网格蛋白包被囊泡：细胞膜网格蛋白包被囊泡：细胞膜 内体内体 高尔基体高尔基体 内体内体 高尔基体高尔基体 溶酶体（偶见）溶酶体（偶见）COP包被小泡：粗面内质网包被小泡：粗面内质网 高尔基体高尔基体 COP包被小泡：高尔基体包被小泡：高尔基体 粗面内质网粗面内质网 其它其它网格蛋白包被囊泡的转运网格蛋白包被囊泡的转运 网格蛋白网格蛋白(clathrin)：转运囊泡表面的纤维丝状蛋白：转运囊泡表面的纤维丝状蛋白 有三条腿有三条腿 提高囊泡的表面张力提高囊泡的表面张力转运方向转运方向 高尔基高尔基 质膜质膜 内体、溶酶体内体、溶酶体 质膜质膜 内吞泡内吞泡 内体内体 溶酶体溶酶体 网格蛋白包被囊泡的形成网格蛋白包被囊泡的形成 l被转运分子与质膜上的受体结合被转运分子与质膜上的受体结合l被接合素（被接合素（adaptin）捕获）捕获l接合素催化网格蛋白聚合接合素催化网格蛋白聚合l在动力素和网格蛋白的参与下，囊泡形成在动力素和网格蛋白的参与下，囊泡形成l动力素再将囊泡口收缩动力素再将囊泡口收缩l囊泡与细胞膜脱离囊泡与细胞膜脱离 网格蛋白包被囊泡的转运过程网格蛋白包被囊泡的转运过程u网格蛋白包被囊泡形成网格蛋白包被囊泡形成u脱包被（网格蛋白消失）脱包被（网格蛋白消失）u按一定的路径到达靶细胞器按一定的路径到达靶细胞器u转运囊泡表面的转运囊泡表面的v-SNAREs和靶细胞器膜上和靶细胞器膜上 的的t-SNAREs之间的特异性识别之间的特异性识别u转运囊泡与靶细胞器膜准确融合转运囊泡与靶细胞器膜准确融合思考题思考题l囊泡运输？结合网格蛋白包被囊泡说明囊泡运输？结合网格蛋白包被囊泡说明其转运的分子基础。其转运的分子基础。l何谓受体介导的胞吞作用？举例说明此何谓受体介导的胞吞作用？举例说明此过程。过程。