细胞生物学细胞的内膜系统与囊泡转运.ppt
第五章 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（endomembrane system），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。,各种细胞器有相对固定的比邻关系能使各部分互不干扰、高度协调地进行各种代谢活动主要功能是进行蛋白质的合成和分选,类型 70S的核糖体：原核细胞 真核细胞的 线粒体、叶绿体 80S 的核糖体：线粒体、叶绿体以外的真核 细胞 化学组成 RNA：60%构成核糖体的骨架 蛋白质：40%结构、存在形式 大亚基 小亚基 一般以游离状态存在，只有当小亚基与mRNA结合后，大 亚基才与小亚基结合，形成完整的核糖体,核糖体（ribosome),分布,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,附着核糖体附着在粗面内质网上 合成水溶性蛋白（分泌蛋白、驻留蛋白）和膜蛋白 游离核糖体游离在细胞质中 合成基础性蛋白（结构蛋白、血红蛋白）多聚核糖体：多个核糖体结合到一个mRNA链上 成串排列，形成蛋白质合成的功能 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,功 能,合成蛋白质,内 质 网（endoplasmic reticulum,ER),形态结构 1、单位膜围成 的由连续的小管(tubule)、小泡(vesicle)和扁囊(lamina)组成的三维网状膜系统。2、内质网腔与核膜腔相通 3、以核为中心向四周铺展 4、在内膜系统中占中心地位。,类 型 粗面内质网（endoplasmic reticulum,rER）多为扁囊结构，合成外输性的蛋白质、膜蛋白 分泌蛋白合成旺盛的细胞（胰腺和浆细胞）丰富 分化程度低（肿瘤/胚胎细胞）较少 滑面内质网（smooth endoplasmic reticulum,sER）多为小管、小泡结构 肝细胞中丰富解毒作用 睾丸、肾上腺细胞丰富合成激素 平滑肌、横纹肌调节收缩,分 布 通常两种类型同时存在 特殊胰腺外分泌细胞：rER 肌细胞:sER 化学组成 1、微粒体内质网与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 许多封闭小泡。2、脂类 蛋白质比细胞膜中的含量高 分子伴侣蛋白 标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶 电子传递体系：细胞色素,微粒体,具备合成蛋白、脂类和蛋白糖基化等内质网的 基本功能，在研究中可与内质网同等看待。分为 粗面微粒体 滑面微粒体：来源不易确定 滑面内质网、高尔基体、线粒体、细胞膜,内质网的功能,参与蛋白质的合成参与脂类的合成（sER)、膜的生成参与糖代谢解毒作用物质运输与交换机械支持,内质网参与蛋白质的合成,主要由粗面内质网完成合成蛋白的种类 分泌蛋白（酶、多肽类激素等）驻留蛋白：溶酶体中的酸性蛋白 内质网 高尔基体 固有的蛋白 胞内体 膜蛋白：细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、溶酶体膜,蛋白质在粗面内质网合成过程,核糖体由信号肽引导结合于内质网膜上核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔分子伴侣在内质网腔内对蛋白质进行折叠新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化（N-连接）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（signal peptide)由位于成熟mRNA5-端起始密码之后的信号密码 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，并在内质网腔中完成蛋白 质的合成。信号假说（signal hypothesis),分子伴侣（chaperone）,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、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包括：蛋白二硫异构酶(PDI)结合蛋白(Bip)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、二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎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：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；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,糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：O-连接的糖基化：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺，内质网上进行的为N-连接的糖基化。,内质网参与糖类的代谢,主要在滑面内质网上进行是否参与糖原的合成有争议参与糖原的分解 糖原G-1-PG-6-P葡萄糖,sER,高尔基复合体（Golgi complex)蛋白质合成加工、糖基化的场所,具有极性的膜性细胞器由扁平囊泡、小泡、大泡构成可分为3个区室,高尔基复合体的3个区室的功能,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,体积较大的分泌泡，进行蛋白质的分选功能,高尔基体的化学组成,蛋白质：60%含量低于内质网膜，高于细胞膜 含有多种酶类 标志性酶糖基转移酶 脂 类：40%卵磷脂介于内质网膜与细胞膜之间,高 尔 基 复 合 体 的 功 能,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。膜蛋白的定向运输 溶酶体酶的定向运输、修饰 加工修饰蛋白、糖脂等 糖蛋白的糖基化、硫酸盐化 糖脂加工对蛋白质进行分选 参与溶酶体的形成 挽救受体：识别错误分选而丢失的蛋白并将其运回Gc水解、加工蛋白质参与细胞内膜的转化活动,内吞体,rER,顺面管网,反面管网,高尔基复合体,溶酶体水解酶前体,加入磷酸基团,M-6-P,溶酶体酶,前 溶 酶 体,ATP,ADP+Pi,H+,去除磷酸,PH=6,成熟溶酶体,形成溶酶体,溶酶体（lysosome)细胞的消化器官,球形、颗粒状的膜性细胞器，形态、大小不一含有多种酸性水解酶 标志酶酸性磷酸酶膜蛋白高度糖基化（免受溶酶体内蛋白酶的消化）内部酸性环境靠质子泵维持,溶酶体的类型,传统 初级溶酶体 前溶酶体成熟溶酶体，只有酶而无底物 次级溶酶体 初级溶酶体+底物按形成过程、功能状态 内体性：由高尔基体芽生的运输小泡和内体合并而成。吞噬性：内体性溶酶体+将被水解的各种吞噬底物融合形成,底物的来源、性质,自噬性底物来自细胞内衰老崩解的细胞器 异噬性底物来自细胞外细菌、异物等,残余小体（residual body),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。常见的残余小体 脂褐质(lipofusion)：神经细胞、心肌细胞 含铁小体(siderosome)：单核巨噬细胞 多泡体(multivesicular)：神经细胞、卵母细胞、盐酸细胞 髓样结构(myeline figure)：肿瘤细胞、病毒感染细胞、巨噬 细胞系统,溶酶体的功能,1、消化细胞内的物质 内源性衰老、病变的细胞器 胞质中某些蛋白（含KFERQ序列）更新细胞成分、维持生理功能 外源性细菌、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2、消化细胞外的物质 受精精子的顶体 骨质更新破骨细胞的溶酶体3、参与器官的发育 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 分泌自溶现象 参与甲状腺素的生成,与溶酶体相关的疾病,先天性溶酶体病 矽肺 类风湿性关节炎 肿瘤,过氧化物酶体（peroxisome),1、单位膜包裹的圆形、卵圆形小体2、含40多种氧化酶 过氧化氢酶标志酶3、功能 消除氧化底物产生的过氧化氢 参与肝、肾的解毒功能 参与核酸、脂肪、糖的代谢,RH2+O2 氧化酶 R+H2O2RH2+H2O2 过氧化氢酶 R+H2O,思考题,内质网是如何参与蛋白质的合成。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。内质网分为几类？在形态和功能上各有何特点？请说明蛋白质合成的信号肽学说。高尔基复合体由哪些结构组成？各有何特点？高尔基复合体有哪些主要生理功能?溶酶体有何结构特点？其分类如何？内体性溶酶体的形成过程。,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化,切除甘露糖,加N-乙酰葡萄糖胺,加半乳糖,加唾液酸；分拣,溶酶体,顺面管网,中层囊,反面囊,反面管网,大泡（分泌颗粒）,rER,高尔基复合体,顺面囊,切除甘露糖,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。分选：不同区室对蛋白质糖链按顺序修饰,囊泡运输,囊泡转运（vesicular transport）：囊泡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，这个转运过程称为囊泡运输。,真核细胞物质运输的一种重要方式一个双向、有序的过程作用：物质交换 信号传递 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：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,囊泡的分类：根据包被蛋白 网格蛋白包被囊泡：细胞膜 内体 高尔基体 内体 高尔基体 溶酶体（偶见）COP包被小泡：粗面内质网 高尔基体 COP包被小泡：高尔基体 粗面内质网 其它,网格蛋白包被囊泡的转运,网格蛋白(clathrin)：转运囊泡表面的纤维丝状蛋白 有三条腿 提高囊泡的表面张力,转运方向,高尔基 质膜 内体、溶酶体 质膜 内吞泡 内体 溶酶体,网格蛋白包被囊泡的形成,被转运分子与质膜上的受体结合被接合素（adaptin）捕获接合素催化网格蛋白聚合在动力素和网格蛋白的参与下，囊泡形成动力素再将囊泡口收缩囊泡与细胞膜脱离,网格蛋白包被囊泡的转运过程,网格蛋白包被囊泡形成脱包被（网格蛋白消失）按一定的路径到达靶细胞器转运囊泡表面的v-SNAREs和靶细胞器膜上 的t-SNAREs之间的特异性识别转运囊泡与靶细胞器膜准确融合,思考题,囊泡运输？结合网格蛋白包被囊泡说明其转运的分子基础。何谓受体介导的胞吞作用？举例说明此过程。,
