細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)膜系統(tǒng)

關(guān)于細(xì)胞質(zhì)和內(nèi)膜系統(tǒng)一、化學(xué)組成:1、小分子類：水，無機(jī)離子，和溶解其中的氣體。2、中分子類：細(xì)胞包代謝過程的一些產(chǎn)物，如脂類、糖、氨基酸、核苷酸等。3、大分子類：蛋白質(zhì)、多糖、核酸等。第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、功能為細(xì)胞提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；為營養(yǎng)物質(zhì)貯存及代謝產(chǎn)物的介質(zhì)，提供生化反應(yīng)場所；調(diào)控細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換，信息傳遞；參與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)形成；胚胎發(fā)育中，對細(xì)胞分裂增殖、細(xì)胞分化發(fā)揮作用。第3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)內(nèi)膜系統(tǒng)概念：細(xì)胞內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)生上相互密切關(guān)聯(lián)的所有膜性結(jié)構(gòu)和膜性細(xì)胞器總稱。內(nèi)膜系統(tǒng)是真核細(xì)胞特有的結(jié)構(gòu)。包括內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基復(fù)合體、溶酶體、各種轉(zhuǎn)運小泡和核膜以及過氧化物酶體等功能結(jié)構(gòu)。第4頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)概述1945年，K.R.Porter等在電鏡下觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞時首次發(fā)現(xiàn)。命名內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmicreticulum，ER）。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)占全部膜系統(tǒng)的50％左右；細(xì)胞總體積的10％以上；細(xì)胞質(zhì)量的15－20％。第5頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（一）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成1、脂類和蛋白質(zhì)是ER的主要化學(xué)組成成分脂類和蛋白質(zhì)比例大約1:2。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜脂質(zhì)雙分子層：磷脂最多，其中磷脂酰膽堿較高，鞘磷脂較少，沒有或很少膽固醇。ER中可分辨出有30多種多肽。第6頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜含有以G-6-Ｐ酶為標(biāo)志酶的諸多酶系

與解毒功能相關(guān)的氧化反應(yīng)電子傳遞酶系與脂類物質(zhì)代謝功能反應(yīng)相關(guān)的酶類與碳水化合物代謝功能反應(yīng)相關(guān)的酶類參與蛋白質(zhì)加工轉(zhuǎn)運的多種酶類第7頁,共56頁，2024年2月25日，星期天網(wǎng)質(zhì)蛋白主要有：

內(nèi)質(zhì)蛋白可與Ca2+結(jié)合，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)志性分子伴侶；

鈣網(wǎng)蛋白鈣平衡調(diào)節(jié),蛋白質(zhì)折疊加工。

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（proteindisulfideisomerase,PDI）

催化蛋白質(zhì)中二硫鍵形成保證其正常折疊。

免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白分子伴侶，協(xié)助蛋白質(zhì)折疊。

鈣連蛋白促使折疊不完全蛋白完全折疊。3、網(wǎng)質(zhì)蛋白是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔普遍存在的一類蛋白質(zhì)第8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（二）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一般形態(tài)結(jié)構(gòu)1、膜性管網(wǎng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以膜性小管、小泡和扁囊為基本結(jié)構(gòu)單位，彼此連通；向外擴(kuò)展至質(zhì)膜下，向內(nèi)延伸常與核膜相連；具有不同組織類型、同一細(xì)胞不同發(fā)育階段及不同生理狀態(tài)下的形態(tài)結(jié)構(gòu)類型與分布的差異性。第9頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、ER類型

依形態(tài)結(jié)構(gòu)不同，ER分為:

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（roughendoplasmicreticulum,RER）光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smoothendoplasmicreticulum,SER）

第10頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（RER)結(jié)構(gòu)：排列整齊的扁平囊狀結(jié)構(gòu)，有核糖體顆粒附著。分布：廣泛，作為細(xì)胞功能狀態(tài)和分化程度的指標(biāo)。分泌蛋白合成旺盛細(xì)胞更豐富，如漿細(xì)胞和胰腺細(xì)胞；

分化程度低、生長速度快的細(xì)胞含量較少，如腫瘤細(xì)胞和未分化細(xì)胞。

第11頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

結(jié)構(gòu)：表面光滑的管、泡樣網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可與RER連通。分布：有明顯的細(xì)胞種類特征，肝細(xì)胞含量豐富，與解毒作用相關(guān)；腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞，能合成類固醇激素；橫紋肌細(xì)胞特化為肌漿網(wǎng)，能釋放和貯存Ca2+。

滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（SER)第12頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的主要功能1、RER的功能

與蛋白質(zhì)的分泌合成、加工修飾及轉(zhuǎn)運密切相關(guān)。核糖體附著的支架新生肽鏈的折疊與裝配蛋白質(zhì)的糖基化蛋白質(zhì)的胞內(nèi)運輸?shù)?3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天核糖體附著的支架核糖體是所有細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的唯一場所，一切蛋白質(zhì)的合成皆起始于游離的核糖體。附著核糖體合成的蛋白質(zhì)有：

內(nèi)源性蛋白外輸性蛋白膜整合蛋白

第14頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

內(nèi)源性蛋白

①構(gòu)成細(xì)胞器的駐留蛋白②定位性分布的胞質(zhì)溶質(zhì)蛋白③通過核孔復(fù)合體輸送轉(zhuǎn)運并定位于胞核的核蛋白④線粒體等所必需的核基因組編碼蛋白

膜整合蛋白：如膜抗原，膜受體等功能性膜蛋白。分泌蛋白：通過出胞作用轉(zhuǎn)運至胞外。第15頁,共56頁，2024年2月25日，星期天新生肽鏈的折疊與裝配二硫鍵形成：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔氧化型谷胱甘肽（GSSG）和PDI促使半胱氨酸殘基二硫鍵形成和多肽鏈折疊。結(jié)合蛋白、內(nèi)質(zhì)蛋白、鈣網(wǎng)蛋白和鈣連蛋白等分子伴侶滯留折疊錯誤的多肽及尚未完成裝配的蛋白亞單位，并促使它們的重新折疊、裝配與運輸。第16頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

分子伴侶：一類在細(xì)胞內(nèi)能特異性地識別新生肽鏈并與之結(jié)合，幫助多肽鏈正確折疊、裝配和轉(zhuǎn)運及降解的蛋白質(zhì)分子，并且能識別、阻滯錯誤裝配蛋白質(zhì)的運輸，本身并不參與最終產(chǎn)物的形成，只起陪伴作用。

第17頁,共56頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的糖基化

在糖基轉(zhuǎn)移酶催化下，糖類與蛋白質(zhì)天冬酰胺殘基側(cè)鏈氨基共價結(jié)合形成糖蛋白的過程，亦稱N-連接糖基化（N-linkedglycosylation）。第18頁,共56頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的胞內(nèi)運輸目前認(rèn)為有兩個途徑：1、轉(zhuǎn)運小泡高爾基復(fù)合體（加工濃縮）分泌小泡胞吐至胞外；2、膜泡大濃縮泡發(fā)育成酶原顆粒排出細(xì)胞。共同特點：膜泡形式進(jìn)行運輸。第19頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

2、SER的功能不同類型細(xì)胞，具有不同生物學(xué)作用：參與脂質(zhì)合成參與糖原代謝參與解毒作用參與調(diào)節(jié)鈣離子貯存和濃度參與胃酸、膽汁的合成和分泌第20頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

參與脂質(zhì)合成細(xì)胞所需的全部脂質(zhì)都源于SER。合成酶類（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜）脂質(zhì)合成（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞質(zhì)側(cè)）底物（胞質(zhì)）轉(zhuǎn)位酶內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔側(cè)運輸出芽小泡形式自由擴(kuò)散形式（磷脂轉(zhuǎn)換蛋白-載體）Golgi.，溶酶體質(zhì)膜線粒體，過氧化物酶體第21頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

參與糖原代謝肝細(xì)胞SER膜上的葡萄糖-6-磷酸酶催化細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中糖原的降解產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸去磷酸化，轉(zhuǎn)化為葡萄糖，經(jīng)ER釋放入血液。第22頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

參與解毒作用肝臟的解毒作用主要由肝細(xì)胞SER完成。肝細(xì)胞SER通過催化多種物質(zhì)的氧化或羥化，使藥物或毒物的毒性被鈍化或被破壞，或增強(qiáng)化合物的極性使之易于排泄。第23頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

參與調(diào)節(jié)Ca2+貯存和Ca2+濃度在肌肉細(xì)胞，SER特化為肌質(zhì)網(wǎng)（sarcoplasmicreticulum），肌質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵將胞質(zhì)中的Ca2+泵入網(wǎng)腔貯存起來；遇到胞外信號作用，可釋放Ca2+到胞質(zhì)。第24頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

胃酸、膽汁的合成和分泌

胃壁腺上皮細(xì)胞，SER可以使CL-與H+結(jié)合生成鹽酸；在肝細(xì)胞，SER可以合成膽鹽，同時在葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶作用下使非水溶性膽紅素顆粒形成水溶性結(jié)合膽紅素。第25頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（四）、新生肽鏈穿越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)移過程

參與因子：信號肽（signalpeptide）（合成肽鏈N-末端一段特殊氨基酸序列，指導(dǎo)多肽鏈穿越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）。信號識別顆粒（signalrecognitionparticle,SRP)（位于胞質(zhì)基質(zhì)）。SRP受體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜核糖體結(jié)合蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)運體(translocon)第26頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

轉(zhuǎn)移過程SRP識別并結(jié)合信號肽信號肽-SRP-核糖體A位（肽鏈合成中止）核糖體錨泊于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽-SRP-核糖體A位-SRPR（SRP釋放）新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽被切除（信號肽酶）肽鏈合成完成第27頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

核糖體附著與肽鏈的延伸合成第28頁,共56頁，2024年2月25日，星期天概述

1898年，意大利學(xué)者Golgi在光鏡下觀察銀染的神經(jīng)細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)，根據(jù)其形態(tài)特征稱為內(nèi)網(wǎng)器；后更名為高爾基器(Golgiapparatus);高爾基復(fù)合體（Golgicomplex）是根據(jù)電鏡下的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征而命名。二、高爾基復(fù)合體第29頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（一）高爾基復(fù)合體的形態(tài)結(jié)構(gòu)1、三種不同的膜性囊泡構(gòu)成高爾基復(fù)合體的基本結(jié)構(gòu)①小囊泡或順面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（形成面）②中間膜囊,位于順面和反面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中間③大囊泡或反面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（成熟面）第30頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

高爾基復(fù)合體電鏡圖

高爾基復(fù)合體形態(tài)結(jié)構(gòu)模式圖第31頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、具有顯著的極性功能結(jié)構(gòu)特征

①順面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（cisGolginetwork）或稱未成熟面（immatureface），凸面朝向細(xì)胞核或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。分選來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)和脂類。對蛋白質(zhì)進(jìn)行O-連接糖基化及跨膜蛋白?；揎?。第32頁,共56頁，2024年2月25日，星期天②反面高爾基網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（transGolginetwork）或稱成熟面（matureface）,

凹面朝向胞膜。分選蛋白質(zhì)；對某些蛋白質(zhì)的修飾。③高爾基中間膜囊（medialGolgicisterna)

順面和反面膜囊之間的膜囊。進(jìn)行糖基化修飾和多糖及糖脂的合成。第33頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1、脂質(zhì)是高爾基復(fù)合體膜結(jié)構(gòu)的基本化學(xué)組分高爾基復(fù)合體脂質(zhì)含量介于質(zhì)膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜之間。2、高爾基復(fù)合體中含有多種酶類

糖基轉(zhuǎn)移酶作為其標(biāo)志性酶。還有磺基-糖基轉(zhuǎn)移酶、氧化還原酶、磷酸酶、α-甘露糖苷酶和磷脂酶等等。（二）高爾基復(fù)合體的化學(xué)組成第34頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的運輸和分泌（三）、高爾基復(fù)合體的主要功能

3H-亮氨酸標(biāo)記的胰腺外分泌細(xì)胞。A.脈沖標(biāo)記完成10分鐘后，胰島素蛋白（黑色銀顆粒）從RER進(jìn)入高爾基復(fù)合體；B.脈沖標(biāo)記完成45分鐘后，胰島素蛋白進(jìn)入分泌顆粒內(nèi)。第35頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、高爾基復(fù)合體是胞內(nèi)物質(zhì)加工合成的重要場所

①糖蛋白的加工合成

O-連接糖基化：蛋白質(zhì)的酪氨酸、絲氨酸和蘇氨酸殘基側(cè)鏈的羥基與寡糖共價結(jié)合形成O-連接糖基化蛋白。

②蛋白質(zhì)的水解修飾分泌性蛋白質(zhì)部分肽鏈的水解：將無活性的酶原蛋白（如胰島素）形成成熟的蛋白質(zhì)。溶酶體酶的磷酸化（見溶酶體）。蛋白聚糖類的硫酸化。第36頁,共56頁，2024年2月25日，星期天兩種糖基化之區(qū)別比較第37頁,共56頁，2024年2月25日，星期天①通過添加不同的分選信號（如磷酸、半乳糖、唾液酸等）形成不同的蛋白質(zhì)，被反面高爾基網(wǎng)膜上的受體識別、濃縮、分選，運輸。②分選錯誤時，被特異挽救受體識別，運回高爾基復(fù)合體。3、胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選和膜泡運輸?shù)?8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

目前了解較多的運輸小泡有以下三種：

網(wǎng)格蛋白有被囊泡（clathrin-coatedvesicle）

COPI有被囊泡（coatmer-proteinsubunitsⅠ）

COPII有被囊泡（coatmer-proteinsubunitsⅡ）

第39頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共56頁，2024年2月25日，星期天COPⅠ和COPII有被囊泡的主要功能正向運輸正向運輸逆向運輸COPⅡCOPⅠ分泌蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白第41頁,共56頁，2024年2月25日，星期天網(wǎng)格蛋白有被小泡：將外來物質(zhì)轉(zhuǎn)運至胞質(zhì)或溶酶體。COPI有被小泡：負(fù)責(zé)捕捉、回收轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白，介導(dǎo)高爾基復(fù)合體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逆向運輸。COPII有被小泡：介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基復(fù)合體的物質(zhì)轉(zhuǎn)運。第42頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

反面高爾基網(wǎng)分揀蛋白的三種轉(zhuǎn)運途徑1、溶酶體信號定向運輸2、非連續(xù)分泌3、連續(xù)分泌混合蛋白分揀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)胞外細(xì)胞膜高爾基復(fù)合體M-6-P受體第43頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

概述

1955年，C.Duve從鼠肝細(xì)胞中分離出一種富含各種水解酶的顆粒，即溶酶體（lysosome）。廣泛分布于所有動物細(xì)胞。電鏡下：溶酶體是由一層單位膜構(gòu)成的球囊狀結(jié)構(gòu)。三、溶酶體第44頁,共56頁，2024年2月25日，星期天１.高度的異質(zhì)性大小差別巨大直徑：50nm-數(shù)微米不同細(xì)胞，溶酶體數(shù)量不同不同溶酶體，水解酶的種類不同２.共性特征均含有酸性水解酶膜中富含高度糖基化的跨膜整合蛋白膜上嵌有質(zhì)子泵（一）、溶酶體的主要形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)特征第45頁,共56頁，2024年2月25日，星期天溶酶體電鏡圖第46頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1、依生理功能狀態(tài)不同分為：（1）初級溶酶體（primarylysosome）：剛剛形成的溶酶體。酶常處于非活性狀態(tài)。（2）次級溶酶體（secondarylysosome）：初級溶酶體與胞內(nèi)、外物質(zhì)相互作用的一種功能狀態(tài)。自噬溶酶體（autophagolysosome）異噬溶酶體（heterophagiclysosome）（3）殘余體（residualbody）：底物不能酶徹底消化分解而殘留其中。（二）、溶酶體的類型第47頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

溶酶體系統(tǒng)功能類型轉(zhuǎn)換關(guān)系第48頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、依形成過程和不同發(fā)育階段分為：（1）內(nèi)溶酶體（endolysosome）（2）吞噬溶酶體（phagolysosome）

第49頁,共56頁，2024年2月25日，星期天酶蛋白前體糖基化修飾（RER）甘露糖殘基磷酸化（高爾基體ci