細胞生物學課程第5章(細胞內膜系統(tǒng)與膜泡轉運))

1、第五章 細胞內膜系統(tǒng)與膜泡轉運學習目的與要求1.掌握內膜系統(tǒng)的概念及結構組成。2.掌握粗面內質網(wǎng)、滑面內質網(wǎng)、高爾基復合體、溶酶體、過氧化物酶體的組要化學組成、結構特征與生理功能。3.熟悉內膜系統(tǒng)之間在結構、功能及來源發(fā)生上的相互關系。4.熟悉囊泡的主要類型及其在胞內物質轉運中的重要作用。內膜系統(tǒng)概述v內膜系統(tǒng)是真核細胞內部特有的結構系統(tǒng)，是細胞中在結構、功能乃至發(fā)生上密切相關的膜性結構細胞器或細胞結構的總稱。狹義的內膜系統(tǒng)包括內質網(wǎng)、高爾基體、溶酶體和液泡(包括內體和分泌泡)等四類膜結合細胞器，它們的膜是相互流動的, 處于動態(tài)平衡, 在功能上相互協(xié)同的。、v廣義上的內膜系統(tǒng)概念還包括線粒體、

2、葉綠體、過氧化物酶體、細胞核等細胞內所有膜結合的細胞器。 內膜系統(tǒng)的出現(xiàn)是真核細胞與原核細胞相互區(qū)別的重要標志之一，是細胞進化過程中，細胞的結構與功能不斷完善與提高的結果。第一節(jié) 內質網(wǎng)概述v由K. R. Porter、A. Claude 和 E. F. Fullam等人于1945年發(fā)現(xiàn)，他們在觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞時，發(fā)現(xiàn)細胞質內部具有網(wǎng)狀結構，建議叫做內質網(wǎng)（endoplasmic reticulum，ER），后來發(fā)現(xiàn)內質網(wǎng)不僅僅存在于細胞的“內質”部，通常還有質膜和核膜相連，并且與高爾基體關系密切。v內質網(wǎng)是由一層單位膜所形成的囊狀、泡狀和管狀結構，膜厚約56 nm并形成一個連續(xù)的網(wǎng)膜

3、系統(tǒng)。分布于細胞質內部，靠近細胞核，普遍存在于各類真核細胞中（紅細胞除外）。激光掃描共聚焦顯微鏡圖象顯示，內質網(wǎng)分布在細胞核周圍。一、內質網(wǎng)的化學組成vER膜中含大約60%的蛋白和40%的脂類，脂類主要成分為磷脂，沒有或很少含膽固醇。ER約有30多種膜結合蛋白，另有30多種位于內質網(wǎng)腔，這些蛋白的分布具有異質性，如：葡糖-6-磷酸酶，普遍存在于內質網(wǎng)，被認為是標志酶，核糖體結合糖蛋白（ribophorin）只分布在RER，P450酶系只分布在SER。 磷脂酰乙醇胺20%-25% 磷脂酰膽堿 55%-58% 磷脂（40%） 磷脂酰肌醇及磷脂酰絲氨酸占5%-10% 鞘磷脂占4%-7% 內質網(wǎng)膜的

4、化學組成 蛋白質（約60%）（一）代謝酶類催化類型酶作用部位碳水化合物代謝葡萄糖6-磷酸酶腔中-葡糖醛酸酶腔中葡糖醛酸轉移酶腔中糖基轉移酶胞質溶膠脂代謝脂肪酸CoA連接酶胞質溶膠磷脂醛磷酸酶胞質溶膠膽固醇羥基化酶胞質溶膠轉磷酸膽堿酶胞質溶膠磷脂轉位酶胞質溶膠和腔中與藥物脫毒相關的氧化酶細胞色素P-450胞質溶膠NADPH-細胞色素P-450還原酶胞質溶膠細胞色素 b5胞質溶膠 NADH-細胞色素b5還原酶胞質溶膠蛋白質的加工信號肽酶蛋白二硫異構酶腔中（二）網(wǎng)質蛋白（reticulo-plasmin）：v 在內質網(wǎng)腔中還富含一類蛋白質， 如內質蛋白、鈣網(wǎng)蛋白、免疫球蛋白重鏈結合蛋白（Bip）、蛋

5、白質二硫化物異構酶（PDI) 和RP60等。這些蛋白參與蛋白質的折疊和鈣離子的儲存，另外，對于維持內質網(wǎng)的結構和功能也具有重要作用。二、內質網(wǎng)的形態(tài)結構 內質網(wǎng)是由一層單位膜（5-6nm）所形成的囊狀、泡狀和管狀結構，并形成一個連續(xù)的網(wǎng)膜系統(tǒng)，所以一般認為細胞中只有一個內質網(wǎng)。三、內質網(wǎng)的類型根據(jù)內質網(wǎng)上是否附有核糖體,將內質網(wǎng)分為兩類: 粗面內質網(wǎng)(rough endoplasmic reticulum, RER) 多為扁囊狀，廣泛存在于合成蛋白質的細胞中，有些細胞中只有RER，如胰腺外分泌細胞 滑面內質網(wǎng)(smooth endoplasmic reticulum , SER) 多為小管和小

6、囊狀廣泛存在于合成類固醇的細胞中，有的細胞只有SER, 如平滑肌、橫紋肌細胞四、特殊類型的內質網(wǎng)（一）微粒體（一）微粒體（二）肌質網(wǎng)（二）肌質網(wǎng)（三）髓樣小體（三）髓樣小體（四）環(huán)孔片層（四）環(huán)孔片層 （一）微粒體（一）微粒體在細胞勻漿和差速離心過程中獲得的由破碎的內膜系統(tǒng)在細胞勻漿和差速離心過程中獲得的由破碎的內膜系統(tǒng)( (主要是內質網(wǎng)主要是內質網(wǎng)和高爾基體和高爾基體) )自我融合形成的近似球形的膜囊泡狀結構。自我融合形成的近似球形的膜囊泡狀結構。 多數(shù)情況下多數(shù)情況下, ,由破碎的內質網(wǎng)自我融合形成的微粒體由破碎的內質網(wǎng)自我融合形成的微粒體, ,包含內質網(wǎng)膜和包含內質網(wǎng)膜和核糖體兩種基本成

7、分核糖體兩種基本成分, ,這些小囊泡的直徑大約這些小囊泡的直徑大約100 nm100 nm左右左右, , 是異質性的是異質性的集合體集合體. .在體外實驗中在體外實驗中, ,具有蛋白質合成、蛋白質糖基化和脂類合成等內具有蛋白質合成、蛋白質糖基化和脂類合成等內質網(wǎng)的基本功能。質網(wǎng)的基本功能。沒有核糖體的光滑型沒有核糖體的光滑型微粒體微粒體有核糖體的粗面型微粒體有核糖體的粗面型微粒體根據(jù)二者的密度差異，可經(jīng)差速離心分離兩種組分根據(jù)二者的密度差異，可經(jīng)差速離心分離兩種組分（二）肌質網(wǎng)（二）肌質網(wǎng)v 心肌和骨骼肌細胞中的一種特殊的內質網(wǎng)心肌和骨骼肌細胞中的一種特殊的內質網(wǎng), ,其功能是參與肌肉收縮活其

8、功能是參與肌肉收縮活動。肌質網(wǎng)膜上的動。肌質網(wǎng)膜上的Ca2+-ATPATP酶將細胞基質中的酶將細胞基質中的Ca2+泵入肌質網(wǎng)中儲存泵入肌質網(wǎng)中儲存起來起來, , 使肌質網(wǎng)使肌質網(wǎng)Ca2+的濃度比胞質溶膠高出幾千倍。受到神經(jīng)沖動刺的濃度比胞質溶膠高出幾千倍。受到神經(jīng)沖動刺激后激后, , Ca2+釋放出來釋放出來, ,參與肌肉收縮的調節(jié)。參與肌肉收縮的調節(jié)。（三）髓樣小體v視網(wǎng)膜的色素上皮細胞中光滑內質網(wǎng)的特化結構。小管小囊連接成網(wǎng)狀，某些部位出現(xiàn)由膜層緊密排列形成的雙凸透鏡形的髓樣結構，稱為髓樣小體。結構上與光感受器相似，可能依賴于光的刺激而進行功能活動。（四）環(huán)孔片層（四）環(huán)孔片層常見于生殖細

9、胞或病理變化的細胞等快速增殖的細胞中，環(huán)孔片層常常平行排列成堆，極似薄內質網(wǎng)扁囊，形態(tài)結構又相似于核膜片斷。 有人認為是糙面內質網(wǎng)的特化結構，因其存在于細胞質中且于粗面內質網(wǎng)相連；也有人認為是核膜的特化結構，因其上小孔與核孔復合體非常相似。近年來，有人在細胞核中也發(fā)現(xiàn)了環(huán)狀片層，與內層核膜及核仁相連。環(huán)孔片層功能還有待進一步探討。五、內質網(wǎng)的功能 內質網(wǎng)是細胞內蛋白質與脂類合成的基地，幾乎全部脂類和多種重要蛋白都是在內質網(wǎng)合成的。（一）粗面內質網(wǎng)的功能1.蛋白質合成延伸2.新生肽的折疊與組裝3.蛋白質的修飾與加工4.蛋白質運輸1.蛋白質合成延伸v所有蛋白的合成均起始于胞質中的核糖體，在信號識別

10、顆粒的協(xié)助下，一些蛋白的合成轉移到內質網(wǎng)上進行，合成的多肽鏈在分子伴侶HSP70的幫助下，以非折疊狀態(tài)穿過內質網(wǎng)膜進入腔內，并進行折疊。這些蛋白包括以下幾類： a.分泌性蛋白；b.膜整合蛋白；c.細胞器中的駐留蛋白。2.新生肽的折疊與組裝內質網(wǎng)腔中的新生蛋白質有兩類：u1.要運往其它區(qū)域的蛋白質，如溶酶體蛋白或分泌蛋白；u2.駐留蛋白，如網(wǎng)質蛋白。駐留的網(wǎng)質蛋白的C末端存在一個“LysAspGluLeu” 序列，稱為KDEL序列，該序列能內質網(wǎng)膜上相應受體結合而駐留。駐留蛋白可協(xié)助新生肽的正確折疊組裝，因而稱為分子伴侶。常見分子伴侶有：u蛋白二硫鍵異構酶（PDI)：可切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋

11、白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)。u重鏈結合蛋白（Bip）：識別錯誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進重新折疊與裝配，屬于hsp70家族。u鈣網(wǎng)素u葡萄糖調節(jié)蛋白94：又稱內質網(wǎng)素，標志性分子伴侶 3.蛋白質的修飾與加工包括糖基化、羥基化、?；?形成脂連接蛋白)、二硫鍵形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內質網(wǎng)上合成的蛋白質最終被糖基化。 糖基化多為N-連接的糖基化，糙面內質網(wǎng)上的寡糖鏈同肽鏈上天冬酰胺的自由NH2連接，所以將這種糖基化稱為N-連接的糖基化 。糖基化發(fā)生在內質網(wǎng)的腔面，預先合成的14糖的核心寡聚糖在糖基轉移酶作用下，添加到新形成多肽鏈的天冬氨酸上，其氨基酸排序具有

12、特征序列：Asn-X-Ser/Thr(X代表任何一種氨基酸)。 4.蛋白質胞內運輸粗面內質網(wǎng)上合成的蛋白質經(jīng)加工修飾后最終被內質網(wǎng)膜包裹形成囊泡而運輸： 分泌蛋白（內質網(wǎng)合成） 高爾基體包裝成分泌顆粒胞外或細胞器（三）信號肽假說蛋白質運輸?shù)姆诌x機制 粗面內質網(wǎng)上合成的蛋白質有不同的去向，包括膜蛋白、膜結構細胞器內的腔池蛋白和分泌到細胞外的蛋白, 所以必須有極好的運輸機制進行分選定位。1.信號肽和信號肽假說2.具體過程 ER轉運的蛋白合成起始胞質溶膠轉運的蛋白合成起始胞質溶膠中的游離核糖體。中的游離核糖體。 信號序列與信號序列與SRP結合。結合。 SRP上的上的翻譯暫停結構域同核糖體的翻譯暫停結

13、構域同核糖體的A位點位點作用作用, 暫時停止核糖體的蛋白質合暫時停止核糖體的蛋白質合成。成。 核糖體附著到內質網(wǎng)上。核糖體附著到內質網(wǎng)上。 SRP與與內質網(wǎng)膜中受體內質網(wǎng)膜中受體(?？康鞍淄？康鞍?結合結合, 將核糖體附著到內質網(wǎng)的蛋白質將核糖體附著到內質網(wǎng)的蛋白質轉運通道轉運通道 。 SRP釋放與蛋白質轉運通道的打開。釋放與蛋白質轉運通道的打開。釋放的釋放的SRP又回到胞質溶膠中循又回到胞質溶膠中循環(huán)使用。環(huán)使用。 信號序列與通道中受體結合。蛋白信號序列與通道中受體結合。蛋白質合成重新開始質合成重新開始,并向內質網(wǎng)腔轉并向內質網(wǎng)腔轉運運,在此過程不需要能量驅動。在此過程不需要能量驅動。 信號

14、肽酶切除信號序列。信號肽酶切除信號序列。 3.新生肽穿越內質網(wǎng)的轉移過程示意圖4.跨膜蛋白的插入與轉移v在粗面內質網(wǎng)上合成的蛋白質有兩類在粗面內質網(wǎng)上合成的蛋白質有兩類: :分泌蛋白分泌蛋白和膜蛋白和膜蛋白, , 膜蛋白的定位機制較為復雜膜蛋白的定位機制較為復雜, ,首先它首先它要靠疏水區(qū)滯留在內質網(wǎng)上要靠疏水區(qū)滯留在內質網(wǎng)上, ,另外膜蛋白分單次另外膜蛋白分單次跨膜和多次跨膜跨膜和多次跨膜; ; 還有膜蛋白在膜上的定向問題還有膜蛋白在膜上的定向問題, ,即羧基端和氨基端位于內質網(wǎng)膜的內側即羧基端和氨基端位于內質網(wǎng)膜的內側( (內質網(wǎng)內質網(wǎng)腔面腔面) )還是外側還是外側( (胞質溶膠一側胞質溶

15、膠一側),),還是位于同一側。還是位于同一側。（1）新生肽鏈協(xié)同翻譯插入 有些蛋白質N末端的信號序列除了作為信號被SRP識別外, 還具有起始穿膜轉移的作用，稱為起始轉移信號。在蛋白質共翻譯轉運過程中,信號序列的N-端始終朝向內質網(wǎng)的外側,插入蛋白質轉運通道后與通道內的信號序列結合位點(受體)結合,其后的肽序列是以袢環(huán)的形式通過運輸通道。肽鏈中還含有疏水氨基酸組成的停止轉移信號，與移位子結合后形成a-螺旋結構區(qū)，最終形成單次跨膜的蛋白。（2）內含信號序列與單次跨膜蛋白內含信號序列與單次跨膜蛋白內含信號序列又稱內含信號肽, 位于肽段中,故稱為內含信號序列。它可被SRP識別,同時它也是起始轉移信號。

16、內含信號序列是不可切除的,又具疏水性, 是膜蛋白的一部分,如果共翻譯轉運的蛋白質中只有一個內含信號序列,那么合成的蛋白就是單次跨膜蛋白。內含信號序列始終保持具有較多正電荷氨基酸的一端朝向胞質溶膠一側。它的方向決定了跨膜蛋白的方向。 （3）二次跨膜蛋白與多次跨膜蛋白二次跨膜蛋白與多次跨膜蛋白 二次跨膜蛋白質中有兩個跨膜的疏水區(qū)二次跨膜蛋白質中有兩個跨膜的疏水區(qū), ,多次跨膜則有多個起始跨膜信多次跨膜則有多個起始跨膜信號與多個停止轉移信號號與多個停止轉移信號, ,它們的形成與內含信號序列和終止轉移信號相它們的形成與內含信號序列和終止轉移信號相關。關。如果是二次跨膜如果是二次跨膜, ,則含有一個內含

17、信號序列和一個停止轉移信號。則含有一個內含信號序列和一個停止轉移信號。（二）滑面內質網(wǎng)的功能滑面內質網(wǎng)具有很多重要的功能,如:脂類的合成與轉運糖原分解釋放葡萄糖類固醇激素的合成肝細胞的脫毒作用肌肉收縮的調節(jié)1.脂類的合成與轉運 滑面內質網(wǎng)能合成除了脂肪酸和兩種線粒體磷脂外膜所需要的各種脂類，包括磷脂和膽固醇。甾體激素的合成也與光滑內質網(wǎng)有關。（1）磷脂轉位蛋白磷脂轉位蛋白與翻轉酶(flippase) 各種磷脂的合成都是在內質網(wǎng)的胞質溶膠面，合成的磷脂在磷脂轉位蛋白或稱翻轉酶幫助下由胞質溶膠面轉向膜的另一面，即內質網(wǎng)腔面。翻轉酶催化的磷脂移動也是有選擇性的,如能夠翻轉磷脂酰膽堿的翻轉酶不能催化其

18、他的磷脂翻轉, 這樣保證了膜中磷脂分布的不對稱。（2）磷脂的轉運 磷脂的轉運有兩種方式： 一、以出芽方式轉運到高爾基體、溶酶體和細胞質膜上； 二、憑借一種水溶性蛋白, 即磷脂交換（轉運）蛋白的作用。 (a)通過小泡運輸 將內質網(wǎng)上合成的脂轉運到其他內膜系統(tǒng)的膜上包括細胞核膜;(b)通過磷脂轉運蛋白將內質網(wǎng)上合成的脂轉運到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的膜中。 2.參與糖原代謝 糖原分解釋放游離的葡萄糖糖原分解釋放游離的葡萄糖 在肝細胞中,糖原裂解形成葡萄糖-6-磷酸, 不能通過細胞質膜,光面內質網(wǎng)上的葡萄糖-6-磷酸酶將葡萄糖-6-磷酸水解為葡萄糖和磷酸后,葡萄糖就可穿過細胞質膜進入血液 ，維持

19、血糖平衡。3.肝細胞的脫毒作用v滑面內質網(wǎng)能夠對外來的有毒物質,如農藥、毒素和污染物進行解毒。多數(shù)解毒反應與氧化作用有關,有些也涉及還原和水解,或者三者結合,使有毒物質氧化失活，由脂溶性轉變成水溶性而被排出體外,此過程稱為肝細胞的解毒作用, 主要在肝細胞的滑面內質網(wǎng)中進行?；旌瞎δ苎趸笇⒌孜锪u基化的機制 羥基化涉及四個基本反應被氧化的物質同細胞色素P-450結合細胞色素P-450中的鐵原子被NADPH還原氧同細胞色素P-450結合底物結合一個氧原子被氧化,另一個氧原子用于形成水(圖示)。4.肌肉收縮的調節(jié)v肌質網(wǎng)是肌肉細胞內特化的光面內質網(wǎng), 是貯存Ca2+的細胞器(內質網(wǎng)5.0mmol/L

20、,胞質0.1umol/L)。肌質網(wǎng)膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶。當肌細胞膜的興奮信號傳遞到肌質網(wǎng)時則引起肌質網(wǎng)釋放Ca2+, 從而導致肌細胞的收縮活動。當肌肉松弛時, Ca2+又重新泵回肌質網(wǎng)。肌質網(wǎng)實際上是鈣庫, 內有鈣結合蛋白, 每個鈣結合蛋白可以結合30個左右的Ca2+。5.類固醇激素的合成腎上腺細胞、睪丸間質細胞和黃體細胞都有豐富的光面內質網(wǎng)，并在光面內質網(wǎng)上含有合成膽固醇和將膽固醇轉化為激素合成膽固醇和將膽固醇轉化為激素的全套酶系；光面內質網(wǎng)能夠合成膽固醇，然后將膽固醇氧化、還原、水解進一步轉變成各種類固醇激素。六、內質網(wǎng)的來源目前一致的看法是：內膜系統(tǒng)中，內質網(wǎng)處于中心地位

21、，為內膜系統(tǒng)的發(fā)源地。通過細胞分裂，內質網(wǎng)大致平均的分配到兩個子細胞中。六、內質網(wǎng)的病理變化 內質網(wǎng)是極為敏感的細胞器，很多不良因素會引起內質網(wǎng)形態(tài)、結構與功能的異常，如腫脹,肥大和某些物質的積累,解聚和脫粒。（一）內質網(wǎng)最常見的病理變化是腫脹、肥大和囊池塌陷鈉離子與水的滲入、內流；低氧、輻射、阻塞是腫脹的常見原因膜的過氧化損傷導致的合成障礙，往往造成內質網(wǎng)囊池的塌陷（二）內質網(wǎng)囊腔包涵物的形成和出現(xiàn)是某些疾病或病理過程的表現(xiàn)特征（三）內質網(wǎng)在不同腫瘤細胞中呈現(xiàn)多樣性改變：低分化癌細胞：粗面內質網(wǎng)稀少；高分化癌細胞：粗面內質網(wǎng)發(fā)達 第二節(jié) 高爾基復合體高爾基體的發(fā)現(xiàn)1898年意大利科學家Cam

22、illo Golgi用鍍銀法在貓頭鷹和貓小腦的神經(jīng)細胞內觀察到一種網(wǎng)狀結構，命名為內網(wǎng)器（internal reticular apparatus）。此后五十年間，高爾基體的存在一直受到懷疑，認為只是由于固定和染色產生的假象。 20世紀50年代后，電子顯微鏡技術和超薄切片技術的發(fā)展，證實了高爾基體的存在。第一張高爾基體的電鏡照片一、高爾基復合體的形態(tài)結構（一）高爾基復合體的組成部分v高爾基復合體由平行排列的扁平膜囊、大囊泡和小囊泡等三種膜狀結構所組成。它有兩個面:形成面（順面）和成熟面（反面）,來自內質網(wǎng)的蛋白質和脂從形成面逐漸向成熟面轉運(圖: 高爾基體的膜囊結構及其排列)。扁平膜囊：高爾基

23、復合體的主體部分。一般由310層扁平膜囊平行排列在一起組成一個扁平膜囊堆。 大囊泡：分布于高爾基體的成熟面。小囊泡：分布于高爾基體的形成面，由粗面內質網(wǎng)芽生、分化而來，負責運送內質網(wǎng)的蛋白質到高爾基體。（二）高爾基體的極性高爾基體是極性細胞器： 結構上的極性: 高爾基體的結構可分為幾個層次的區(qū)室: 靠近內質網(wǎng)的一面稱為順面(cis face), 或稱形成面(forming face)；膜厚6nm 高爾基體中間膜囊(medial Golgi);膜厚6-7nm 靠近細胞質膜的一面稱為反面高爾基網(wǎng)絡 (trans Golgi network，TGN),膜厚10nm。 功能上的極性: 高爾基體各囊膜執(zhí)

24、行功能不盡相同，是“流水線式”操作,上一道工序完成了, 才能進行下一道工序。1.高爾基復合體的高爾基復合體的3 3個區(qū)室的功能個區(qū)室的功能由粗面內質網(wǎng)芽生的運輸小泡；篩由粗面內質網(wǎng)芽生的運輸小泡；篩選由內質網(wǎng)合成的蛋白和脂類，并選由內質網(wǎng)合成的蛋白和脂類，并將大部分轉入扁囊去，少部分返回將大部分轉入扁囊去，少部分返回內質網(wǎng)內質網(wǎng)蛋白質的糖基化、蛋白質的糖基化、合成糖脂和多糖合成糖脂和多糖 體積較大的分泌泡，體積較大的分泌泡， 進行蛋白質的分選功能進行蛋白質的分選功能 2. 高爾基體順面網(wǎng)狀結構v靠近內質網(wǎng)與細胞核一側，是連續(xù)分支的管網(wǎng)狀結構，可被標志性的化學反應嗜鋨反應顯示。v功能： 分選來自

25、內質網(wǎng)的蛋白質和脂類 蛋白質的糖基化和?；揎?.高爾基體中間膜囊v一般由多層扁平膜囊、管組成復合體系, 每個扁平囊是由兩個平行的單位膜構成, 膜厚67nm。可被標志性化學反應煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 (NADP)酶反應顯示。v功能： 多數(shù)糖基修飾； 糖脂的形成； 與高爾基體有關的多糖的合成4.高爾基體反面網(wǎng)狀結構v朝向細胞膜一側，形態(tài)結構和化學特性上具有細胞的差異性和多樣性。焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）細胞化學反應顯示trans面12層膜囊；胞嘧啶單核苷酸酶（CMP酶）細胞化學反應，顯示靠近trans面膜囊狀和管狀結構。v功能：蛋白質的分選和修飾（三）高爾基體的數(shù)量和分布 數(shù)量 生物體中高爾

26、基復合體的數(shù)量不等,平均為每細胞20個。在低等真核細胞中, 高爾基復合體有時只有12個，有的可達一萬多個。在分泌功能旺盛的細胞中, 高爾基復合體都很多。如胰腺外分泌細胞、唾液腺細胞和上皮細胞等。而肌細胞和淋巴細胞中高爾基復合體較少見。分布 高爾基復合體只存在于真核細胞中。 高爾基體與細胞骨架關系密切，在非極性細胞中，高爾基體分布在微管組織中心MTOC(負端) 在一定類型的細胞中, 高爾基復合體的位置比較恒定,如外分泌細胞中高爾基體常位于細胞核上方，其反面朝向細胞質膜；神經(jīng)細胞的高爾基體有很多膜囊堆分散于細胞核的周圍。二、高爾基復合體的化學組成高爾基復合體中酶的分布三、高爾基復合體的主要功能 高

27、爾基體的主要功能是參與細胞的分泌活動高爾基體的主要功能是參與細胞的分泌活動, , 將內質網(wǎng)合成的多種將內質網(wǎng)合成的多種蛋白質進行加工、分類與包裝蛋白質進行加工、分類與包裝, , 并分門別類地運送到細胞的特定部位或并分門別類地運送到細胞的特定部位或分泌到細胞外。內質網(wǎng)上合成的脂類一部分也要通過高爾基體向細胞質分泌到細胞外。內質網(wǎng)上合成的脂類一部分也要通過高爾基體向細胞質膜等部位運輸。因此膜等部位運輸。因此, , 高爾基體是細胞內高爾基體是細胞內物質運輸?shù)慕煌屑~。物質運輸?shù)慕煌屑~。主要功能：主要功能： 1.1.蛋白質的運輸?shù)鞍踪|的運輸 2.2.蛋白質的糖基化蛋白質的糖基化 3.3.蛋白聚糖蛋白

28、聚糖(proteoglycan)(proteoglycan)的合成的合成 4.4.蛋白原的水解蛋白原的水解 5.5.蛋白質的分選蛋白質的分選-參與形成溶酶體參與形成溶酶體。 6.6.膜的轉化膜的轉化1.1.蛋白質的運輸?shù)鞍踪|的運輸v高爾基復合體位于內質網(wǎng)和質膜之間高爾基復合體位于內質網(wǎng)和質膜之間, , 是是膜結合核糖體合成的膜結合核糖體合成的蛋白質的分選和運輸?shù)鞍踪|的分選和運輸?shù)闹虚g站。的中間站。(1)ER與高爾基體順面間的蛋白質運輸 除了內質網(wǎng)結構和功能蛋白質外, 其他由內質網(wǎng)合成的蛋白質都是通過小泡轉運到高爾基體的順面, 小泡與順面高爾基體網(wǎng)絡融合之后, 轉運的蛋白質進入高爾基體腔, 這是

29、內質網(wǎng)與高爾基體間的主流運輸。偶爾也有從高爾基體各個部位形成的小泡沿微管回流到內質網(wǎng)(圖示)。(2)蛋白質從順面向反面高爾基網(wǎng)絡運輸 從ER分泌出來的小泡同順面高爾基網(wǎng)絡融合后成為高爾基體的一個部分，然后經(jīng)過中間膜囊出芽形式分泌小泡(又稱穿梭小泡)逐步向反面高爾基體網(wǎng)絡轉運,轉運時,分泌小泡與高爾基體膜囊的融合和出芽都是發(fā)生在兩側(圖示)，該過程伴隨有蛋白質的各種加工。(3)蛋白質通過高爾基體的兩種模型2.2.蛋白質的糖基化蛋白質的糖基化 內質網(wǎng)合成并經(jīng)高爾基體轉運的蛋白質，基本上都需要經(jīng)過糖基化的修飾加工，形成糖蛋白。內質網(wǎng)轉運來的糖蛋白，在經(jīng)過高爾基體后，寡糖鏈末端的糖基往往切去，同時加上

30、新的糖基，形成新的糖蛋白。糖基化蛋白主要有兩種：N-連接的蛋白質和O-連接的蛋白質。(1) N-連接糖基化的修飾和O-連接的糖基化 蛋白質的N-連接糖基化是在內質網(wǎng)中進行的, 而對糖基的修飾則是在高爾基體中完成的。 高爾基體中進行的另一種蛋白質的糖基化是O-連接的糖基化,將糖鏈轉移到多肽鏈的絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸的羥基的氧原子上。這種修飾基本上是在高爾基體中完成的。(2) 蛋白質糖基化兩種類型的比較 特 征 N-連接 O-連接1. 合成部位 粗面內質網(wǎng)高爾基體2. 合成方式來自同一個寡糖前體一個個單糖加上去3. 與之結合的 氨基酸殘基 天冬酰胺 絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4 最終長度

31、 5 25個糖殘基16個糖殘基，ABO血型抗原較長5.第一個糖殘基 N乙酰葡萄糖胺半乳糖、N乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較 3.3.蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycan)(proteoglycan)的合成的合成 一個或多個糖胺聚糖（通過木糖）結合到核心蛋白的Ser殘基上 動物細胞：透明質酸細胞外基質的主要成分多糖的合成 植物細胞壁：半纖維素、果膠4.蛋白質的水解與加工v蛋白原通過水解加工形成成熟的蛋白質或有活性的多肽。例如胰島素的加工成熟過程： （ER中）前胰島素原(preproinsulin)切除信號肽胰島素原(proinsulin)運輸?shù)礁郀柣w蛋白酶水解胰島素和一個分子

32、C肽v溶酶體水解酶類的磷酸化修飾和蛋白質聚糖類的硫酸化修飾都是在高爾基體的轉運過程中完成。5.5.蛋白質的分選和定向運輸?shù)鞍踪|的分選和定向運輸6.6.膜的轉化膜的轉化高爾基復合體的膜在形成面近似內質網(wǎng)膜，成熟面則近似細胞質膜，呈逐漸過渡的形態(tài)。膜流的過程： 有被小泡有被小泡 分泌小泡分泌小泡內質網(wǎng)（新膜合成）內質網(wǎng)（新膜合成） 高爾基體（充分加工修飾）高爾基體（充分加工修飾） 質膜質膜 反向膜泡運輸反向膜泡運輸 內吞作用內吞作用 高爾基體在細胞膜的轉化與運輸中，處于中樞地位。四、高爾基體的來源四、高爾基體的來源存在的兩種觀點：存在的兩種觀點：（一）（一）由內質網(wǎng)或核膜產生的小泡轉化而來由內質網(wǎng)

33、或核膜產生的小泡轉化而來。（二）由原有的高爾基體分裂而來（二）由原有的高爾基體分裂而來布雷菲爾德菌素試驗支持了第一種觀點布雷菲爾德菌素試驗支持了第一種觀點布雷菲爾德菌素（布雷菲爾德菌素（Brefeldin）處理細胞，阻斷了小泡由內質網(wǎng)向高處理細胞，阻斷了小泡由內質網(wǎng)向高爾基體的過渡，導致高爾基體完全消失。原應進入高爾基體的蛋白質停留爾基體的過渡，導致高爾基體完全消失。原應進入高爾基體的蛋白質停留在內質網(wǎng)中。除去布雷菲爾德菌素后，細胞中重新形成高爾基體，各種高在內質網(wǎng)中。除去布雷菲爾德菌素后，細胞中重新形成高爾基體，各種高爾基體蛋白進入到應存在的高爾基體潴泡。爾基體蛋白進入到應存在的高爾基體潴泡

34、。五、高爾基體的病理形態(tài)變化（一）功能亢進導致高爾基復合體的代償性肥大（二）毒性物質作用導致高爾基體的萎縮與損壞（三）腫瘤分化狀態(tài)影響高爾基體的狀態(tài) 腫瘤細胞中，高爾基復合體的數(shù)量分布、形態(tài)結構及其發(fā)達程度，因腫瘤細胞的分化狀態(tài)不同而呈現(xiàn)顯著的差異。高分化的腫瘤細胞中，高爾基體比較發(fā)達。第三節(jié) 溶酶體溶酶體是動物細胞中一種膜結合細胞器,含有多種水解酶類, 在細胞內起消化和保護作用。植物細胞中也有與溶酶體功能類似的細胞器，如圓球體、糊粉粒以及中央液泡等。 一、溶酶體的形態(tài)結構及化學特征 圖示： 溶酶體的形態(tài)大小具吞噬作用（吞噬衰老的紅細胞）的肝Kupper細胞中不同大小的溶酶體, 圖中示出至少1

35、0個不同大小的溶酶體。 （一） 溶酶體的形態(tài)大小與數(shù)量分布 溶酶體是一種異質性的細胞器, 不同來源的溶酶體形態(tài)、大小, 甚至所含有酶的種類都有很大的不同。溶酶體呈小球狀, 大小變化很大，直徑一般0.250.8m，最大的可超過1m,最小的直徑只有2550nm。不同的細胞中數(shù)量差異很大，典型的動物細胞中數(shù)量達到幾百個。（二）溶酶體的酶類溶酶體內含有60多種酶類,溶酶體的酶包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等，這些酶的最適pH值是5.0, 故均為酸性水解酶。酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶。（三）溶酶體的穩(wěn)定性 溶酶體的外被是一層單位膜, 內部沒有任何特殊的結構。由于溶酶體中含有各種不同的水解酶類,所以溶酶

36、體在生活細胞中必須是高度穩(wěn)定的。溶酶體的穩(wěn)定性與其膜的結構組成有關：溶酶體膜中有質子運輸泵(H+-ATPase), 還有Cl-離子通道蛋白 。 兩種運輸?shù)鞍鬃饔玫慕Y果，就等于向溶酶體中運輸了HCl, 以此維持溶酶體內部的酸性環(huán)境(pH約為4.64.8)。溶酶體膜含有各種不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白。 這些膜整合蛋白的功能可能是保護溶酶體的膜免遭溶酶體內酶的攻擊, 有利于防止自身膜蛋白的降解。溶酶體膜含有較高的膽固醇, 促進了膜結構的穩(wěn)定。二、溶酶體的類型 根據(jù)溶酶體處于完成其生理功能的不同階段, 大致分為以下幾種： 初級溶酶體(primary lysosome) 剛從反面高爾基體形成的小囊

37、泡, 僅含有水解酶類，無作用底物，酶處于非活性狀態(tài)。 次級溶酶體(secondary lysosome) 含有水解酶和相應的底物，是一種將要或正在進行消化作用的溶酶體。根據(jù)所消化的物質來源不同, 分為： 自噬性溶酶體(autolysosome) 這種溶酶體廣泛存在于正常的細胞內，在細胞內起“清道夫”作用，作為細胞內細胞器和其它結構自然減員和更新的正常途徑。 異噬性溶酶體(heterolysosome) 又稱異體吞噬泡, 底物是細胞經(jīng)吞噬、胞飲作用所攝入的胞外物質。異噬性溶酶體實際上是初級溶酶體同內吞泡融合后形成的。 三級溶酶體（殘余小體） 消化不掉的物質會留在溶酶體內,形成殘余小體.一般情況下

38、,殘余物可通過外排作用被排出細胞外.但當生理狀態(tài)不好時,有些殘余物會留在細胞中,如老年斑就是老年時細胞內的殘余小體脂褐質小體。三、溶酶體形成與成熟過程四、溶酶體的功能 （一）細胞內物質的消化 內源性 衰老、病變的細胞器 胞質中某些蛋白 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是細胞 中膽固醇的來源（二）細胞外物質的消化 受精精子的頂體 骨質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）參與激素分泌的調節(jié) 參與甲狀腺素的生成（一）細胞內物質的消化 溶酶體的主要功能是消化作用溶酶體的主要功能是消化作用, ,其消化底物的來

39、源有三種途徑: 通過吞噬形成的吞噬體(phagosome)提供的有害物質; 通過內吞作用(endocytosis)提供的營養(yǎng)物質。 自體吞噬(autophagy), 吞噬的是細胞內原有的物質;1.吞噬作用吞噬作用(phagocytosis)(phagocytosis)v吞噬作用的第一階段是細胞質膜上的受體與細菌結合,然后將被感染的細菌包裹起來形成吞噬體，接著是溶酶體與吞噬體融合, 通過溶酶體酶的作用將被吞噬的細菌降解。吞噬作用也是細胞獲取營養(yǎng)的一種方式, 細胞通過內吞作用將一些營養(yǎng)物質包進內吞體, 最后與溶酶體融合, 在溶酶體酶的作用下, 將吞進的營養(yǎng)物質消化形成可直接利用的小分子用于合成代謝

40、。v吞噬作用也包括對衰老的、進入編程死亡的細胞的吞噬。如占成人細胞總數(shù)1/4的紅細胞僅能成活120天, 因此人體每天必須清除大量衰老的紅細胞，這主要是靠巨噬細胞的吞噬作用即溶酶體酶的消化作用來完成。2.2.自噬作用自噬作用(autophagy)(autophagy)自噬作用是普遍存在于大部分真核細胞中的一種現(xiàn)象, 是溶酶體對受損傷的細胞結構、衰老的細胞器、以及不再需要的生物大分子等自身結構的吞噬降解, 它是細胞內的再循環(huán)系統(tǒng)與細胞內清道夫。圖： 自噬作用電鏡照片所示是衰老的線粒體和過氧化物酶體被包裹在一個雙層膜結構中,該膜來自于內質網(wǎng)。被ER膜包裹而成的自噬體將會與溶酶體融合,進而被溶酶體酶降

41、解。（二）細胞外物質的消化v溶酶體除了在細胞內具有消化作用外，也可以將水解酶釋放到細胞外消化細胞外物質。v精子頭部的頂端質膜下方有一膜包裹的囊狀結構, 稱為頂體(acrosome), 是一種特殊的溶酶體, 在受精過程中, 通過頂體反應, 將頂體中的溶酶體的酶釋放到細胞外消化卵外膜濾泡細胞, 使精子抵達卵子質膜, 卵子和精子的細胞質膜相互融合, 達到受精的目的。（三）自溶作用與器官發(fā)育自溶作用：是細胞的自我毀滅，即溶酶體將酶釋放出來將自身細胞降解。在多細胞生物的發(fā)育過程中，自溶對于形態(tài)建成具有重要作用。通過自溶作用,除去不必要的細胞、組織。如手指或腳趾的形成同溶酶體有關，它將指之間的結構水解。另

42、外蝌蚪尾巴的蛻化也是溶酶體中一種水解酶(組織蛋白酶)消化作用的結果, 該酶將尾部細胞破壞, 使尾部消失。（四）參與激素分泌的調節(jié)v參與甲狀腺激素的生成： 甲狀腺受到促甲狀腺激素(TSH) 的作用，釋放甲狀腺激素時，腺上皮細胞先通過吞飲作用把濾泡腔內的甲狀球蛋白吞入腺細胞，在溶酶體溶酶體蛋白水解酶的作用下，使甲狀球蛋白分解，釋放出甲狀腺激素T4和T3。五、 溶酶體與疾病 目前已知有40多種先天性疾病與溶酶體有關。 矽肺病(silicosis) 型糖原貯積癥 (glycogen storage disease type ) 類風濕關節(jié)炎（一）矽肺矽肺(silicosis)(silicosis)v空

43、氣中的矽(SiO2 )被吸入肺后，被肺部的吞噬細胞所吞噬，由于吞入的二氧化硅顆粒不能被消化，并在顆粒的表面形成硅酸。硅酸的羧基和溶酶體膜的受體分子形成氫鍵，使膜破壞，釋放出水解酶，導致細胞死亡，結果刺激成纖維細胞產生膠原纖維結節(jié)，造成肺組織的彈性降低，肺受到損傷，呼吸功能下降。（二）（二）型糖原貯積癥型糖原貯積癥v是最早發(fā)現(xiàn)的貯積癥。由于常染色體上的一個隱性基因突變，造成了溶酶體缺乏葡萄糖苷酶，缺少了這種酶的溶酶體不能把肝細胞中或肌細胞中過剩的糖原進行水解而大量積累在溶酶體內，造成溶酶體超載。此病多發(fā)于嬰兒，表現(xiàn)為肌肉無力，心臟增大，心力衰竭, 通常于兩周內死亡。（三）類風濕關節(jié)炎v病人的溶酶

44、體膜脆性增加，溶酶體被釋放到關節(jié)處的細胞間質中，骨組織受到侵蝕，引起炎癥。v腎上腺皮質激素有穩(wěn)定溶酶體膜的作用，因而用來作為治療類風濕關節(jié)炎的抗炎劑。第四節(jié) 過氧化物酶體一、過氧化物酶體的形態(tài)結構二、過氧化物酶體的酶類組成三、主要生理功能具有解毒作用，過氧化氫酶利用H2O2將酚、甲醛、甲酸和醇等有害物質氧化，飲入的酒精1/4是在微體中氧化為乙醛。參與脂肪酸的-氧化；合成乙酰輔酶A，或向細胞直接供能。調節(jié)細胞氧張力四、過氧化物酶體的發(fā)生 過氧化物酶體的發(fā)生存在不同的觀點，現(xiàn)有證據(jù)表明：已有的過氧化物酶體在細胞分裂時，以分裂方式傳給子代細胞,再進行進一步的裝配。過氧化物酶體中所有的酶都由核基因編碼

45、，在細胞質基質中合成，在信號肽的引導下，進入過氧化物酶體。膜脂在內質網(wǎng)上合成后，通過磷脂轉移蛋白或膜泡運輸?shù)姆绞睫D移而來。 五、過氧化物酶體與溶酶體的比較特征溶酶體過氧化物酶體形態(tài)、大小多球形，直徑0.2-0.5m，無酶晶體球形，直徑0.15-0.25m，多有酶晶體酶種類酸性水解酶氧化酶類、過氧化氫酶PH5左右7左右是否需O2不需要需要功能細胞內消化多種功能發(fā)生高爾基體出芽形成分裂和裝配形成，酶在細胞質基質中合成標志酶酸性磷酸酶過氧化氫酶六、過氧化物酶體與疾?。ㄒ唬┰l(fā)性過氧化物酶體缺陷所致的遺傳性疾病 過氧化物酶體減少或有缺陷時,可致代謝障礙、中間產物儲積,形成先天畸形與器官功能障礙。 病情

46、嚴重者如Zellweger腦肝腎綜合征，臨床表現(xiàn)為肝功能障礙、腦發(fā)育遲緩及癲癇等；較輕者有假性Zellweger綜合征、無過氧化氫酶血癥等。（二）疾病過程中的過氧化物酶體的病理改變 表現(xiàn)為數(shù)量、體積、形態(tài)等多種異常。 第五節(jié) 囊泡與囊泡運輸細胞內部內膜系統(tǒng)各個部分之間的物質傳遞常常通過囊泡運輸方式進行。 大多數(shù)運輸小泡是在膜的特定區(qū)域以出芽的方式產生的。囊泡表面具有一個籠子狀的由蛋白質構成的衣被（coat）。衣被具有兩個主要作用：l選擇性的將特定蛋白聚集在一起，形成運輸小泡；l決定運輸小泡的形狀和體積等外部特征。一、囊泡的類型和來源一、囊泡的類型和來源v已知三類具有代表性的衣被蛋白，即：籠形蛋

47、白（網(wǎng)格蛋白，clathrin）、COPI和COPII，它們形成的有被小泡介導不同的運輸途徑。衣被類型運輸方向網(wǎng)格蛋白clathrin質膜內體高爾基體內體高爾基體溶酶體高爾基體植物液泡COP I高爾基體內質網(wǎng)COP II內質網(wǎng)高爾基體（一）網(wǎng)格蛋白有被小泡v網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導高爾基體到內體、溶酶體、植物液泡的運輸，以及質膜到內膜區(qū)隔的膜泡運輸。是由高爾基復合體、質膜內吞作用產生。它主要是由籠形蛋白、銜接蛋白、動力素蛋白三種蛋白參與下形成。1.籠形蛋白分子v籠形蛋白分子由3個重鏈和3個輕鏈組成，形成一個具有3個曲臂的形狀。許多籠形蛋白的曲臂部分交織在一起，形成一個具有5邊

48、形網(wǎng)孔的籠子。籠形蛋白的結構，A電鏡照片，B分子模型，C衣被模型 2.銜接蛋白v籠形蛋白形成的衣被中還有銜接蛋白（adaptin）。它介于籠形蛋白與配體受體復合物之間，起連接作用。目前至少發(fā)現(xiàn)4種不同類型的銜接蛋白，可分別結合不同類型的受體，形成不同性質的轉運小泡，如AP1參與高爾基體內體的運輸、AP2參與質膜內體的運輸、AP3參與高爾基體溶酶體的運輸。3.動力素（dynamin）v當籠形蛋白衣被小泡形成時，可溶性蛋白動力素（dynamin）聚集成一圈圍繞在芽的頸部，將小泡柄部的膜盡可能地拉近（小于1.5nm），從而導致膜融合，掐斷衣被小泡。動力素是一種GTP酶。 網(wǎng)格蛋白衣被小泡的掐斷過程 4.網(wǎng)格蛋白有被小泡的功能高爾基復合體形成的網(wǎng)格蛋白囊泡： 介導從高爾基體向溶酶體、胞內體或質膜外的物質運輸。細胞內吞作用