1、第五章 细胞基质与 细胞内膜系统 endomembrane system,第一节 细胞质基质,自学,. 高等细胞区室化 . 内质网 the endoplasmic reticulum ER . 高尔基体 Golgi apparatus . 溶酶体 Lysosome . 过氧化物酶体 Peroxisome . 细胞内蛋白运输,Main topics,第二节 细胞内膜系统,.高等细胞区室化 Compartmentalization,质膜内膜,生物膜,原核细胞 质膜构成的单一区室 真核细胞 内膜 各种细胞器,内膜系统出现的意义：各自独立，各司其职相互依存，协调同一 大大提高了细胞代谢反应的效率,内质
2、网 高尔基体 溶酶体 过氧化物酶体 线粒体 细胞骨架 中心粒 核糖体 细胞质基质(基质溶胶),细胞,细胞质,细胞核,内膜系统,1. 内质网的结构形态 内质网是由单层膜围成的相互连续 的小管、小泡和扁囊样结构组成的 三维网状膜系统； 单层膜，占细胞膜面积的1/2； 标志酶： 葡萄糖-6-磷酸酶,.内质网 Endoplasmic Reticulum, ER,内质网遍布整个细胞质,由喹啉蓝荧光染料染色的细胞在荧光显微镜下显示的内质网结构,经高锰酸钾技术处理后 的细胞在TEM下的内质 网膜系统的全貌性结构,2. 内质网的类型粗面内质网(rER)多呈扁平囊状，外有核糖体附着存在的部位：细胞核附近,经过匀
3、浆以后的粗面微粒体,核糖体 游离核糖体:存在于胞质溶胶中主要合成胞内蛋白,分泌在细胞内 如某些特殊蛋白质（红细胞的血红蛋白）膜结合核糖体:存在于内质网膜上胞外蛋白 膜蛋白水溶性蛋白质 驻留蛋白分泌性蛋白,结构蛋白,分泌蛋白,滑面内质网(sER) 多由分枝小管和圆形小泡构成，无核糖体附着 在多数细胞中不发达，仅为rER中不附着核糖体的小段区域 在一些特化细胞中丰富肝细胞：产生脂蛋白、解毒肾上腺皮质细胞： 肾上腺皮质激素骨骼肌（肌质网）：钙库视网膜色素上皮细胞（髓样体）：利用光能,sER,微粒体(microsome)粗面微粒体：粗面内质网滑面微粒体： 粗面内质网的光滑区域高尔基体线粒体细胞膜保存内
4、质网的基本特征,3. 内质网的功能 粗面内质网的功能蛋白质的合成与转运* 蛋白质的种类膜蛋白- 细胞器膜（内膜）质膜可溶性蛋白- 细胞器腔内（ER驻留蛋白）分泌蛋白,* 信号假说,内质网信号肽2个必需成分信号识别颗粒 SRP组成：蛋白质+7S RNA存在部位：胞质溶胶功能：识别信号肽识别SRP受体SPR受体存在部位：ER膜,分泌蛋白的合成: 1.核糖体由信号肽引导结合于内质网膜上 2.核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔内 3.分子伴侣在内质网腔内对蛋白进行折叠 4.新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化 5.内质网合成的蛋白质可经由高尔基体被分 泌出细胞,1.核糖体由信号肽引导结合于内质网膜上,
5、SRP：signal recognition particle 信号肽识别颗粒,A位点,信号片 signal patches,Two ways that a sorting signal can be built into a protein. The signal resides in a single discrete stretch of amino acid sequence, called a signal peptide, that is exposed in the folded protein. (B) A signal patch can be formed by the j
6、uxtaposition of amino acids from regions that are physically separated before the protein folds.,信号肽 Signal peptides,2.核糖体合成的多肽链经膜穿入内质网腔内信号肽酶（内质网膜内表面）肽链继续合成协同翻译转运翻译后转运线粒体/ 叶绿体 过氧化物酶体细胞核,3.蛋白质在内质网腔内的折叠由分子伴侣完成。 分子伴侣:是参与新生肽链折叠和转运的内质网贮留蛋白。功能:识别正在合成的或已部分折叠的多肽， 并与这些多肽的一定部位结合，予以正确折叠。在此过程中，分子伴侣只起陪伴作用， 不参与最终
7、底物的形成，故而得名。,* 蛋白质的折叠,PDI (protein disulfide isomerase) 蛋白二硫键异构酶,Bip(结合蛋白):与折叠不正常的肽链结合，予以滞留 。,驻留蛋白:C端驻留信号肽受体（内质网内膜）KDEL: Lys-Asp-Glu-Leu,4.新合成的蛋白质在内质网腔内进行糖基化,寡糖转移酶,蛋白质Asn + 寡糖链构成 作用：Nlinked寡糖 1.保护蛋白质单糖种类 2.作为转运信号，指 N 乙酰葡糖胺 导蛋白的运输甘露糖 3.维持膜的不对称性 葡萄糖O linked寡糖：蛋白质er/Thr/yr(-OH),在ER中,在高尔基体中,核糖体上进行分泌蛋白质合成
8、的信号假说,5.内质网合成的蛋白质可经由高尔基体被分泌出细胞,COP小泡COP小泡, 粗面内质网中脂类的合成,种类：磷脂、胆固醇 合成部位: 胞质一侧, 滑面内质网的功能 脂类合成和代谢与粗面内质网的脂类合成种类有所不同主要成类固醇 解毒作用：有解毒酶，可以是脂溶性的药物变成水溶性的，从而可以从肾脏中排泄出去。 参与Ca2+摄入与释放：有钙离子泵，如肌细胞滑面内质网上。,1. 高尔基体的结构形态 高尔基体是由4-8个排列较为整齐的扁平囊泡、 小囊泡和大囊泡组成的三维网状膜系统。 高尔基体具有极性：顺面：凸面为生成面（未成熟面）、靠近内质网反面：凹面为分泌面（成熟面）,标志酶：糖基转移酶（gly
9、cosyl transferase）,. 高尔基体 Golgi apparatus,中 间 膜 囊,数量 生物体中高尔基体的数量不等，平均为每个细胞20个。在分泌功能旺盛的的细胞中，高尔基体很多，如胰腺外分泌细胞、唾液腺细胞和上皮细胞等。而肌细胞高尔基体较少见。,Golgi apparatus in cultured cell (red: Golgi; green: nucleus),.高尔基体的功能 （1）主要功能：参与细胞的分泌活动 （2）加工修饰蛋白质、糖脂 （3）对蛋白质进行分选 （4）水解和加工蛋白质,（1）参与细胞的分泌活动,（2）加工修饰蛋白质,糖基化的功能,协助蛋白质的折叠和转
10、运 (2) 维持膜的不对称性 (3)保护蛋白免受蛋白酶的降解 (4) 作为蛋白的分选信号 (5) 作为细胞表面受体参与细胞间识别,（3）对蛋白质进行分选,高尔基体反面网络的功能是进行蛋白质的分选,（4）水解和加工蛋白质,12000,9000,信号肽酶,蛋白酶,. 溶酶体 Lysosome,1. 结构酸性水解酶细胞内物质水解的场所膜上有H+-pumps, pH 5.0膜蛋白高度糖基化,. 状态 异质性细胞器 . 标志酶：酸性磷酸酶 acid phosphatase,.溶酶体的类型 初级溶酶体 ：此类溶酶体是刚刚从反面高尔基体形成的小囊泡, 仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的
11、酶处于非活性状态。 次级溶酶体：此类溶酶体中含有水解酶和相应的底物，是一种将要或正在进行消化作用的溶酶体。根据所消化的物质来源不同, 分为自噬性溶酶体、异噬性溶酶体。 自噬性溶酶体：是一种自体吞噬泡, 作用底物是内源性的,即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质。这种溶酶体广泛存在于正常的细胞内，在细胞内起“清道夫”作用。异噬性溶酶体：又称异体吞噬泡, 它的作用底物是外源性的, 即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质。异噬性溶酶体实际上是初级溶酶体同内吞泡融合后形成的。,5. 功能 (1) 消化细胞内的物质自噬异噬,(2)消化细胞外的物质,Endomembrane System : The
12、 structural and functional relationship organelles including ER,Golgi complex, lysosome, endosomes, secretory vesicles.,. 过氧化物酶体,1. 结构大 小: 0.6 0.7 m 内容物: 氧化酶形 成: 自我复制，裂殖标志酶：过氧化氢酶触酶 (catalase)类核体：尿酸氧化酶结晶,Electron micrograph of three peroxisomes in a rat liver cell. (The electron-dense inclusions are
13、the enzyme urate oxidase),胞质的游离核糖体 上合成 以折叠的方式转运 信号肽不被切除,信号肽: Ser-Lys-Leu,2. 功能 进行氧化反应(1) 利用氧 O2 RH2 + O2 R + H2O2 (2) 利用 H2O2 (catalase)H2O2 + RH R + 2H2O 2H2O2 2H2O + O2, 细胞内蛋白质的分选,除线粒体和植物叶绿体中能合成少量蛋白质外，绝大多数的蛋白质均在细胞质基质中的核糖体上开始合成然后运至细胞的特定部位。这一过程称蛋白质的定向转运或分选。,蛋白质的分选大体可分为两条途径：,1、在细胞质中完成多肽链的合成，然后转运至膜围绕的
14、细胞器，如线粒体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的特定部位，因此被称为后转移。 2、蛋白质合成起始后转移至糙面内质网，新生肽边合成边转入糙面内质网腔中，随后经高尔基体运至溶酶体、细胞膜或分泌到细胞外，内质网与高尔基体本身的蛋白成分的分选也是通过这一途径完成的。这种肽链边合成边转移至内质网腔中的方式成为共转移。,3. 细胞内蛋白运输通路,Cytosol ER,1.门式运输： 2.跨膜运输： 3.囊泡运输：,门式运输细胞质 细胞核核孔复合体核定位信号nuclear localization signal (NLS)以折叠方式转运, 跨膜运输, 细胞质 Pero.ERMi/Chl ER： 信号肽M
15、it， Chl， Per: 导肽 膜转运蛋白 以折叠、非折叠方式运输,(3) 囊泡运输,出芽, 转运, 入坞，融合 在转运囊泡周围形成蛋白衣被 (Clathrin, COPII 和 COPI) 只转运正确折叠、组装的蛋白。,1. 如何理解细胞质基质的结构组成及其在细胞生命活动中的作用。 2. 粗面内质网上合成哪几类蛋白质？ 3. 细胞内蛋白质合成部位及其去向如何? 4. 指导分泌性蛋白在粗面内质网上合成需要哪些主要结构或因子?它们如何协同作用完成肽链在内质网上的合成? 5. 以胰岛素为例说明分泌蛋白质的合成和分泌过程。 6. 举例说明分子伴侣在蛋白质折叠及转运中的作用。 7. 结合高尔基体的结构特征，谈谈它是怎样行使其生理功能的。 8. 蛋白质糖基化的基本类型、特征及生物学意义是什么? 9. 溶酶体是有哪些基本功能?怎样理解溶酶体是异质性的细胞器? 10.过氧化物酶体与溶酶体有哪些区别? 11.图解说明细胞内膜系统的各种细胞器在结构与功能上的联系。 12.膜泡运输有哪几种类型？,思 考 题,膜蛋白的合成:,内质网高尔基体膜溶酶体膜细胞膜 内质网线粒体过氧化物酶体,囊泡,磷脂转 移蛋白,
