王文鋒-第七章細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)(一)

1、第七章 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)授課教師：王文鋒授課教師：王文鋒 副教授副教授 E-mail：醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)目 錄第第七七章章 細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié)第一節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)第第二二節(jié)節(jié) 高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)3 內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)(endomembrane system) ：指位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，：指位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在結(jié)構(gòu)，功能乃至發(fā)生上有一定聯(lián)系的膜性結(jié)構(gòu)的總稱在結(jié)構(gòu)，功能乃至發(fā)生上有一定聯(lián)系的膜性結(jié)構(gòu)的總稱。內(nèi)膜是相對(duì)于質(zhì)膜而言，是真核細(xì)胞特有結(jié)構(gòu)。內(nèi)膜是相對(duì)于質(zhì)膜而言，是真核細(xì)胞特有結(jié)構(gòu)。 內(nèi)膜系統(tǒng)使胞內(nèi)形成一些相互分隔的膜性區(qū)室，使胞內(nèi)內(nèi)膜系統(tǒng)使胞內(nèi)形成一些

2、相互分隔的膜性區(qū)室，使胞內(nèi)特定的生化反應(yīng)過(guò)程在特定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)膜系統(tǒng)的這特定的生化反應(yīng)過(guò)程在特定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)膜系統(tǒng)的這種分隔作用稱為種分隔作用稱為細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化。細(xì)胞內(nèi)的區(qū)域化。 內(nèi)膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上是一個(gè)內(nèi)膜系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上是一個(gè)統(tǒng)一的整體統(tǒng)一的整體，是細(xì)胞合，是細(xì)胞合成蛋白質(zhì)、酶、脂類和糖類的場(chǎng)所，同時(shí)對(duì)合成產(chǎn)物具有成蛋白質(zhì)、酶、脂類和糖類的場(chǎng)所，同時(shí)對(duì)合成產(chǎn)物具有加工、包裝和運(yùn)輸?shù)墓δ?。加工、包裝和運(yùn)輸?shù)墓δ?。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)4內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum)高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體(Golgi complex)溶酶體溶酶體(lysos

3、omes)過(guò)氧化氫體過(guò)氧化氫體(peroxisomes) (核膜、小泡核膜、小泡)intracellular compartments: endosomes Nuclear-ERGolgiERlysosome細(xì)胞內(nèi)的房室化細(xì)胞內(nèi)的房室化醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)5一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能第一節(jié)第一節(jié) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)6 1945年，年，K.R.Poter; 電子顯微鏡電子顯微鏡; 小鼠成纖維細(xì)胞小鼠成纖維細(xì)胞 細(xì)胞核附近的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)區(qū)細(xì)胞核附近的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)區(qū) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 細(xì)胞膜附近的細(xì)胞質(zhì)

4、外質(zhì)區(qū)細(xì)胞膜附近的細(xì)胞質(zhì)外質(zhì)區(qū)7核核膜膜外外層層內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) ERER是由一層單位膜是由一層單位膜圍成的形狀大小不同的圍成的形狀大小不同的小管，小泡，扁囊狀結(jié)小管，小泡，扁囊狀結(jié)構(gòu)，相互連接形成一個(gè)構(gòu)，相互連接形成一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。小管小管小泡小泡扁囊狀扁囊狀細(xì)胞膜細(xì)胞膜核膜核膜內(nèi)內(nèi)質(zhì)質(zhì)網(wǎng)網(wǎng)細(xì)細(xì)胞胞膜膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)腔相互連通。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的內(nèi)腔相互連通。一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)8 微粒體微粒體(microsome)：為用蔗糖密度梯度離心為用蔗糖密度梯度離心方法方法,從細(xì)胞勻漿中分離出的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片。從細(xì)胞勻漿中分離出的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片。 含有脂類含有脂類(糖脂、膽固醇糖脂

5、、膽固醇)、RNA、蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)及豐富的酶等。豐富的酶等。 胞質(zhì)面與腔面的酶的分布不同。胞質(zhì)面與腔面的酶的分布不同。 標(biāo)志酶：標(biāo)志酶：葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的化學(xué)組成9 核糖體核糖體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) There are two basic kinds of ER :Rough/granular endoplasmic reticulum (RER，粗面粗面/顆粒顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)) - has ribosomes attached.Smooth/agranular endoplasmic reticulum (SER，滑滑/光面光面

6、/ 無(wú)顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)無(wú)顆粒內(nèi)質(zhì)網(wǎng)) - no ribosomes.三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型三、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)1010The smooth ER(SER)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)11rough endoplasmic reticulum (RER) RER: 膜表面附膜表面附著核糖體，膜上有著核糖體，膜上有核糖體連接蛋白核糖體連接蛋白；形態(tài)多為板層狀排形態(tài)多為板層狀排列的扁囊；網(wǎng)腔內(nèi)列的扁囊；網(wǎng)腔內(nèi)含低電子或中等電含低電子或中等電子密度的物質(zhì)；子密度的物質(zhì)；多多分布在分泌活動(dòng)旺分布在分泌活動(dòng)旺盛或分化較完善的盛或分化較完善的細(xì)胞內(nèi)。細(xì)胞內(nèi)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)12The smooth ER(SER) SER:

7、膜表面無(wú)核糖體附著；形態(tài)多膜表面無(wú)核糖體附著；形態(tài)多為分枝小管或小泡；多分布在一些特化的為分枝小管或小泡；多分布在一些特化的細(xì)胞中細(xì)胞中,如肌肉細(xì)胞，肝細(xì)胞等。如肌肉細(xì)胞，肝細(xì)胞等。13 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能：使細(xì)胞質(zhì)區(qū)域化，為物質(zhì)代謝提使細(xì)胞質(zhì)區(qū)域化，為物質(zhì)代謝提供特定的內(nèi)環(huán)境；擴(kuò)大膜的表面積，有利于酶的分供特定的內(nèi)環(huán)境；擴(kuò)大膜的表面積，有利于酶的分布提高代謝效率；是蛋白質(zhì)，脂類和糖類的重要合布提高代謝效率；是蛋白質(zhì)，脂類和糖類的重要合成基地；參與物質(zhì)運(yùn)輸，物質(zhì)交換和解毒作用；對(duì)成基地；參與物質(zhì)運(yùn)輸，物質(zhì)交換和解毒作用；對(duì)細(xì)胞起機(jī)械支持作用。細(xì)胞起機(jī)械支持作用。 RER：蛋白質(zhì)的合成、折疊

8、與轉(zhuǎn)運(yùn)，蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的合成、折疊與轉(zhuǎn)運(yùn)，蛋白質(zhì)的糖基化。糖基化。 SER：小分子物質(zhì)小分子物質(zhì)(脂類脂類)的合成與代謝、儲(chǔ)存的合成與代謝、儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)鈣離子濃度以及細(xì)胞的解毒作用等。和調(diào)節(jié)鈣離子濃度以及細(xì)胞的解毒作用等。四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)141975年年Bloble提出提出信號(hào)假說(shuō)信號(hào)假說(shuō)(signal hypothesis )信號(hào)肽的合成信號(hào)肽的合成 信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒(SRP)-核糖體復(fù)合體形成核糖體復(fù)合體形成核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔多肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔主要過(guò)程主要過(guò)程( (一一) )粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能1.1.

9、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的合成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的合成四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能四、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)15 信號(hào)肽：信號(hào)肽：引導(dǎo)新合引導(dǎo)新合成肽鏈轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)成肽鏈轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的一段多肽，網(wǎng)上的一段多肽，位于新合成肽鏈的位于新合成肽鏈的N N端。端。信號(hào)斑：信號(hào)斑：存在于完存在于完全折疊的蛋白質(zhì)中，全折疊的蛋白質(zhì)中，信號(hào)序列可以不相信號(hào)序列可以不相鄰。鄰。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)16蛋白質(zhì)分選的信號(hào)假說(shuō)蛋白質(zhì)分選的信號(hào)假說(shuō) 在多肽鏈移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過(guò)程中，除了在多肽鏈移至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過(guò)程中，除了信號(hào)肽信號(hào)肽參與參與之外，還包含其他的之外，還包含其他的分選信號(hào)分選信號(hào)(sorting signal), 決定蛋決定蛋白質(zhì)在

10、細(xì)胞內(nèi)的去向或定位的作用。白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的去向或定位的作用。 后來(lái)先后證明了后來(lái)先后證明了信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒(signal recognition particle，SRP) 、信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒受體受體及細(xì)胞膜上的及細(xì)胞膜上的易易位子通道蛋白位子通道蛋白(protein-conducting channel,PCC) ，這，這些成分都參與了蛋白質(zhì)分選的信號(hào)假說(shuō)。些成分都參與了蛋白質(zhì)分選的信號(hào)假說(shuō)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)17 信號(hào)假說(shuō)信號(hào)假說(shuō)(signal hypothesis ) Signal recognition particle (SRP)信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒(SRP)：由六個(gè)多

11、：由六個(gè)多肽亞單位和肽亞單位和1個(gè)個(gè)RNA分子組成。分子組成。 有三個(gè)功能部位：有三個(gè)功能部位：翻譯暫停結(jié)翻譯暫停結(jié)構(gòu)域，信號(hào)肽結(jié)合位點(diǎn)，構(gòu)域，信號(hào)肽結(jié)合位點(diǎn)，SRP受體結(jié)合位點(diǎn)。受體結(jié)合位點(diǎn)。信號(hào)識(shí)別顆粒受體信號(hào)識(shí)別顆粒受體：位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，由兩個(gè)蛋白質(zhì)亞基組成。膜上，由兩個(gè)蛋白質(zhì)亞基組成。 功能：功能：將將SRP-核糖體復(fù)合體引導(dǎo)核糖體復(fù)合體引導(dǎo)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的易位子通道蛋白至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的易位子通道蛋白上。上。18內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔 細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)SRP受體受體信號(hào)識(shí)別顆粒信號(hào)識(shí)別顆粒 (SRP)核糖體結(jié)合蛋白核糖體結(jié)合蛋白tRNAAP核糖體核糖體mRNA信號(hào)肽信號(hào)肽A醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)

12、19Endomembrane and secreted proteins醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)20Endomembrane and secreted proteins醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)21 ER膜上有一種稱為膜上有一種稱為易位子易位子(translocon)的的蛋白復(fù)合體，直徑蛋白復(fù)合體，直徑8.5nm，中心有一個(gè)直徑，中心有一個(gè)直徑2nm的通道，其功能與新生成的多肽進(jìn)入的通道，其功能與新生成的多肽進(jìn)入ER有有關(guān)。關(guān)。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)22RER合成的外輸性蛋白質(zhì)包括合成的外輸性蛋白質(zhì)包括: 1. 分泌性蛋白質(zhì)，如基質(zhì)蛋白、酶、抗體、分泌性蛋白質(zhì)，如基質(zhì)蛋白、酶、抗體、肽類激素和細(xì)胞因子等。肽類激素和細(xì)胞因子

13、等。 2. 膜整合蛋白，如膜受體、膜抗原等。膜整合蛋白，如膜受體、膜抗原等。 3. 定位于高爾基復(fù)合體、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位于高爾基復(fù)合體、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(SER)和和溶酶體的蛋白質(zhì)。溶酶體的蛋白質(zhì)。 4. 駐留在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留在糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(RER)的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。232.2.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的折疊粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的折疊 RER腔中豐富的腔中豐富的氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽(GSSG)、蛋白二硫異構(gòu)酶蛋白二硫異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase，PDI)和和分子伴侶分子伴侶系統(tǒng)，為蛋白質(zhì)多肽鏈的折疊提供了系統(tǒng)，為蛋白質(zhì)多肽鏈的折疊提供了極為有利的環(huán)境。極為有利的環(huán)境。

14、24蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的折折疊疊二硫鍵的形成：二硫鍵的形成：蛋白二硫異構(gòu)酶（蛋白二硫異構(gòu)酶（PDI）催化任何催化任何兩個(gè)半胱氨酸殘基間形成二硫鍵；同時(shí)能反復(fù)兩個(gè)半胱氨酸殘基間形成二硫鍵；同時(shí)能反復(fù)切斷錯(cuò)切斷錯(cuò)誤結(jié)合的二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵誤結(jié)合的二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài)并處于正確折疊的狀態(tài)。多肽鏈的折疊：多肽鏈的折疊：分子伴侶是一類在細(xì)胞內(nèi)幫助其分子伴侶是一類在細(xì)胞內(nèi)幫助其它蛋白質(zhì)多肽鏈進(jìn)行正確折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)及降解它蛋白質(zhì)多肽鏈進(jìn)行正確折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)及降解的蛋白質(zhì)分子，其中大部分屬于熱激蛋白的蛋白質(zhì)分子，其中大部分屬于熱激蛋白(heat sho

15、ck protein，hsp)家族。家族。25 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的糖基化糖基化(glycosylation)：是指單糖或寡是指單糖或寡糖與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合形成糖蛋白的過(guò)程。糖與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合形成糖蛋白的過(guò)程。糖與蛋白糖與蛋白質(zhì)的連接質(zhì)的連接方式方式N-連接的寡糖蛋白連接的寡糖蛋白：發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)：發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)（蛋白質(zhì)的天冬酰胺的氨基基團(tuán)，先與（蛋白質(zhì)的天冬酰胺的氨基基團(tuán)，先與RER膜上的多萜分子連接而被活化）。膜上的多萜分子連接而被活化）。O-連接的寡糖蛋白連接的寡糖蛋白：發(fā)生在高爾基體內(nèi)。發(fā)生在高爾基體內(nèi)。3.3.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的糖基化粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的糖基化醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)26 出芽

16、方式出芽方式將合將合成的蛋白質(zhì)包裹成成的蛋白質(zhì)包裹成膜性轉(zhuǎn)運(yùn)小泡，以膜性轉(zhuǎn)運(yùn)小泡，以囊泡形式轉(zhuǎn)運(yùn)，避囊泡形式轉(zhuǎn)運(yùn)，避免免RERRER合成的蛋白質(zhì)合成的蛋白質(zhì)與細(xì)胞基質(zhì)混合。與細(xì)胞基質(zhì)混合。4.粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)的運(yùn)輸27SERSER的的功能功能1.1.脂類的合成脂類的合成2.2.糖原的合成與分解糖原的合成與分解3.3.解毒作用解毒作用（如肝細(xì)胞的解毒作用）（如肝細(xì)胞的解毒作用）4.4.儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)CaCa2+2+濃度濃度（如肌肉細(xì)胞中的肌質(zhì)網(wǎng)）（如肌肉細(xì)胞中的肌質(zhì)網(wǎng)）（二）滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能（二）滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)28 在合成膽固醇類物質(zhì)的腎上腺皮質(zhì)細(xì)在合成膽固醇類物質(zhì)的腎上

17、腺皮質(zhì)細(xì)胞和卵巢黃體細(xì)胞中，胞和卵巢黃體細(xì)胞中，SERSER很發(fā)達(dá)，很發(fā)達(dá)，SERSER中中存在與膽固醇合成、激素轉(zhuǎn)化及其他脂類存在與膽固醇合成、激素轉(zhuǎn)化及其他脂類合成的酶系。合成的酶系。 認(rèn)為認(rèn)為SERSER是脂類合成與運(yùn)輸?shù)闹饕獔?chǎng)是脂類合成與運(yùn)輸?shù)闹饕獔?chǎng)所。某些細(xì)胞中所。某些細(xì)胞中RERRER也可以合成脂類。也可以合成脂類。 1. 1. 脂類的合成脂類的合成醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)292.2.藥物代謝與解毒藥物代謝與解毒 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上存在與解毒作用有關(guān)的酶和酶系，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上存在與解毒作用有關(guān)的酶和酶系，其中光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上集中了多種重要的氧化酶系，其中光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上集中了多種重要的氧化酶系，如細(xì)胞色素如細(xì)胞色素

18、P P450450、NADPH-NADPH-細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C還原酶等。還原酶等。 許多對(duì)機(jī)體有害的物質(zhì)，如藥物和毒物等經(jīng)氧許多對(duì)機(jī)體有害的物質(zhì)，如藥物和毒物等經(jīng)氧化酶系的作用可以被解毒和轉(zhuǎn)化。化酶系的作用可以被解毒和轉(zhuǎn)化。 如給動(dòng)物服用大量有毒物質(zhì)可引起光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)如給動(dòng)物服用大量有毒物質(zhì)可引起光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的增生，同時(shí)與解毒有關(guān)的酶的含量明顯增加。停的增生，同時(shí)與解毒有關(guān)的酶的含量明顯增加。停止給藥后在短時(shí)間內(nèi)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的數(shù)量就很快減少止給藥后在短時(shí)間內(nèi)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的數(shù)量就很快減少到正常水平。到正常水平。30 實(shí)驗(yàn)證明，糖原的分布與實(shí)驗(yàn)證明，糖原的分布與SER緊密聯(lián)系。細(xì)胞中糖緊密聯(lián)系。細(xì)胞中

19、糖原位于接近原位于接近SER的部位，且的部位，且SER常為豐富的糖原所遮常為豐富的糖原所遮蓋。動(dòng)物絕食數(shù)日造成糖原減少后，蓋。動(dòng)物絕食數(shù)日造成糖原減少后，SER的小管與小的小管與小囊集中圍繞殘余的糖原。再喂食則使囊集中圍繞殘余的糖原。再喂食則使SER顯著增加。顯著增加。說(shuō)明說(shuō)明SER與糖原合成有關(guān)。與糖原合成有關(guān)。 糖原分解與糖原分解與ER有關(guān)。肝細(xì)胞內(nèi)有關(guān)。肝細(xì)胞內(nèi)SER朝向胞質(zhì)膜朝向胞質(zhì)膜面附著的糖原顆粒，可被磷酸化酶降解，形成面附著的糖原顆粒，可被磷酸化酶降解，形成1-P-G，再在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為，再在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)化為6-P-G。3. 3. 糖原的合成與分解糖原的合成與分解醫(yī)學(xué)細(xì)胞生

20、物學(xué)314. 儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)Ca2+濃度濃度 肌質(zhì)網(wǎng)肌質(zhì)網(wǎng)(特化特化SER) 具具有儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)有儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)Ca2+濃度的濃度的功能。腔中功能。腔中PDI有結(jié)合有結(jié)合Ca2+作用。作用。 其中的其中的Ca2+結(jié)合蛋白高親和力結(jié)合結(jié)合蛋白高親和力結(jié)合Ca2+。ER通過(guò)其膜上的通過(guò)其膜上的Ca2+通道和通道和Ca2+泵調(diào)節(jié)細(xì)泵調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)的Ca2+濃度，從而調(diào)濃度，從而調(diào)控肌肉的收縮和舒張?？丶∪獾氖湛s和舒張。sarcoplasmic reticulum醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)32五、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的病理性變化五、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的病理性變化1.ER是一個(gè)比較敏感的細(xì)胞器。是一個(gè)比較敏感的細(xì)胞器。2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹：內(nèi)質(zhì)

21、網(wǎng)腫脹：ER膨大成空泡狀，電子密度底于正常，伴膨大成空泡狀，電子密度底于正常，伴有線粒體腫脹，病理學(xué)上稱為濁腫有線粒體腫脹，病理學(xué)上稱為濁腫(cloudy swelling)。缺氧、缺氧、輻射等。輻射等。3.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫粒：藥物中毒、病毒感染等。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫粒：藥物中毒、病毒感染等。4.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)包涵體：某些疾病中可看到脂類、蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)包涵體：某些疾病中可看到脂類、蛋白質(zhì)在ER腔中積累。如脂肪肝細(xì)胞中有大量脂質(zhì)體存在；肝硬化患腔中積累。如脂肪肝細(xì)胞中有大量脂質(zhì)體存在；肝硬化患者的肝細(xì)胞可見(jiàn)到者的肝細(xì)胞可見(jiàn)到ER腔中聚集大量的腔中聚集大量的1-AT。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)33一、高爾基復(fù)合體的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、高

22、爾基復(fù)合體的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、二、高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體的化學(xué)組成的化學(xué)組成三、三、高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體的區(qū)域化的區(qū)域化四、四、高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體的功能的功能五、五、高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體的病理性變化的病理性變化第第二二節(jié)節(jié) 高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體3434 1898年年 意大利意大利-高爾基高爾基(Camillo Golgi)光鏡光鏡貓頭鷹貓頭鷹、貓、貓-神經(jīng)細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞 內(nèi)網(wǎng)器高爾基復(fù)合體內(nèi)網(wǎng)器高爾基復(fù)合體醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)35Regional differnces in membrane composition across the Golgi stack36光鏡：光鏡：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀

23、結(jié)構(gòu)電電鏡鏡扁平囊扁平囊/ /中間高爾基網(wǎng)中間高爾基網(wǎng)( (包括順面、中間和反包括順面、中間和反面扁囊面扁囊)/)/高爾基堆高爾基堆成熟面成熟面(mature face)小囊泡小囊泡/ /順面高爾順面高爾基網(wǎng)基網(wǎng)/ /形成面形成面/ /未成未成熟面熟面/ /凸面凸面大囊泡大囊泡/ /反面高爾反面高爾基網(wǎng)基網(wǎng)/ /分泌面分泌面/ /凹面凹面形成面形成面(forming face)一、高爾基復(fù)合體的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、高爾基復(fù)合體的形態(tài)結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)37大大 囊囊 泡泡 100-500nm;膜厚：膜厚：8nm;泡內(nèi)含物質(zhì)：高電子密度物質(zhì)，泡內(nèi)含物質(zhì)：高電子密度物質(zhì)，濃縮泡。濃縮泡。來(lái)源：扁平囊周邊或局

24、部球狀膨來(lái)源：扁平囊周邊或局部球狀膨突脫落形成。突脫落形成。凹面凹面/成熟（反）面成熟（反）面 高爾基體是由一層單位膜包高爾基體是由一層單位膜包圍形成的囊泡系統(tǒng)。由扁平囊圍形成的囊泡系統(tǒng)。由扁平囊(saccule)、小泡小泡(vesical)和大泡和大泡(vacuole)三種基本形態(tài)組成的。三種基本形態(tài)組成的。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)38扁 平 囊呈盤狀，呈盤狀，3-10層稱高爾基堆層稱高爾基堆扁平囊間距：扁平囊間距：20-30nm；囊腔寬：囊腔寬：6-15nm凸面：形成凸面：形成(順順)面；面；凹面凹面(concave)：成熟：成熟(反反)面面形成面膜厚：形成面膜厚： 6nm; 成熟面膜厚：成熟面膜厚

25、：8nm囊腔內(nèi)含：中等電子密度的物質(zhì)囊腔內(nèi)含：中等電子密度的物質(zhì)來(lái)來(lái) 源：小囊泡融合。源：小囊泡融合。 Forming/cis faceMature/trans face醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)39凸面：形成凸面：形成(順順)面；面；小小 囊囊 泡泡 30-80nm球形小泡球形小泡膜厚：膜厚：6nm; 泡內(nèi)含物質(zhì)：低泡內(nèi)含物質(zhì)：低電子密度物質(zhì)，較透明。電子密度物質(zhì)，較透明。來(lái)源：來(lái)源：由由rER “芽生芽生”而來(lái)。而來(lái)。40 從從ER到到Gc到質(zhì)膜，蛋白質(zhì)種類逐漸減少。如，到質(zhì)膜，蛋白質(zhì)種類逐漸減少。如，Gc所含磷所含磷脂酰膽堿也介于脂酰膽堿也介于ER與質(zhì)膜之間，說(shuō)明與質(zhì)膜之間，說(shuō)明Gc是處于是處于ER

26、和細(xì)胞膜之和細(xì)胞膜之間的一種過(guò)渡性細(xì)胞器。間的一種過(guò)渡性細(xì)胞器。 GcGc各部分呈不同的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，順面扁平囊呈各部分呈不同的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)，順面扁平囊呈嗜鋨嗜鋨反應(yīng)，反應(yīng)，反面扁平囊呈反面扁平囊呈焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶反應(yīng)，反面管網(wǎng)呈反應(yīng)，反面管網(wǎng)呈胞嘧啶單核苷胞嘧啶單核苷酸酸(CMP)(CMP)酶酶反應(yīng)。以上反應(yīng)。以上3 3種反應(yīng)和種反應(yīng)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 ( (NADP)NADP)酶酶反應(yīng)均為反應(yīng)均為GcGc的特征反應(yīng)，上述的特征反應(yīng)，上述3 3種酶則為種酶則為高爾基體的標(biāo)志酶高爾基體的標(biāo)志酶, ,定位于定位于GcGc的特殊區(qū)室中，可作為鑒別高爾基體極性的標(biāo)

27、準(zhǔn)。的特殊區(qū)室中，可作為鑒別高爾基體極性的標(biāo)準(zhǔn)。 主要酶包括主要酶包括: :糖基轉(zhuǎn)移、磺基糖基轉(zhuǎn)移、磺基- -糖基轉(zhuǎn)移酶糖基轉(zhuǎn)移酶( (糖脂合成糖脂合成) ) 、酰、?；D(zhuǎn)移酶基轉(zhuǎn)移酶( (磷脂合成磷脂合成) )、糖苷酶和其它酶類。、糖苷酶和其它酶類。二、高爾基復(fù)合體的化學(xué)組成二、高爾基復(fù)合體的化學(xué)組成4141Gc的扁平囊堆具有三個(gè)生化區(qū)室，分別為的扁平囊堆具有三個(gè)生化區(qū)室，分別為順面扁囊、中扁囊和順面扁囊、中扁囊和反面扁囊反面扁囊，分別依次包含對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行逐步加工的特異性酶。，分別依次包含對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行逐步加工的特異性酶。 如順面囊中有如順面囊中有磷酸轉(zhuǎn)移酶磷酸轉(zhuǎn)移酶；中；中扁囊有扁囊有N-乙

28、酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶I；反面扁囊含有對(duì)糖蛋白的糖鏈末端反面扁囊含有對(duì)糖蛋白的糖鏈末端進(jìn)一步修飾的進(jìn)一步修飾的半乳糖轉(zhuǎn)移酶半乳糖轉(zhuǎn)移酶等。等。(比喻成一個(gè)工廠，而不同的生化區(qū)比喻成一個(gè)工廠，而不同的生化區(qū)室就如工廠中的不同車間或工段，室就如工廠中的不同車間或工段，修飾加工和選擇包裝修飾加工和選擇包裝)。 通過(guò)通過(guò)出芽出芽(budding)方式在囊方式在囊間轉(zhuǎn)移并融合。在此過(guò)程中扁平囊間轉(zhuǎn)移并融合。在此過(guò)程中扁平囊本身保持相對(duì)穩(wěn)定。本身保持相對(duì)穩(wěn)定。 三、高爾基復(fù)合體的區(qū)域化三、高爾基復(fù)合體的區(qū)域化42四、四、 高爾基復(fù)合體的功能高爾基復(fù)合體的功能( (一）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞的分泌活

29、動(dòng)一）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞的分泌活動(dòng) 高爾基復(fù)合體在細(xì)胞分泌活動(dòng)中高爾基復(fù)合體在細(xì)胞分泌活動(dòng)中起著重要的運(yùn)輸作用；在分泌顆粒的起著重要的運(yùn)輸作用；在分泌顆粒的形成過(guò)程中起著濃縮、修飾、加工等形成過(guò)程中起著濃縮、修飾、加工等作用。作用。433 3H H標(biāo)記亮氨酸標(biāo)記亮氨酸3分鐘分鐘17分鐘分鐘117分鐘分鐘醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)44Autoradiography reveals the sites of synthesis and subsequent transport of secretory proteins醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)451. 1. 參與糖蛋白的合成和修飾參與糖蛋白的合成和修飾N-連接寡糖鏈：在

30、連接寡糖鏈：在rER腔內(nèi)合成。腔內(nèi)合成。O-連接寡糖鏈：在高爾基體內(nèi)合成。連接寡糖鏈：在高爾基體內(nèi)合成。糖蛋白糖蛋白3H標(biāo)記甘露糖標(biāo)記甘露糖3H標(biāo)記半乳糖；唾液糖標(biāo)記半乳糖；唾液糖3H標(biāo)記標(biāo)記N-乙酰葡萄乙酰葡萄糖胺糖胺2. 2. 參與蛋白質(zhì)的改造參與蛋白質(zhì)的改造無(wú)活性前體物無(wú)活性前體物(某些肽類激素某些肽類激素)加工改造加工改造有活性的物質(zhì)有活性的物質(zhì)(激素激素)高爾基復(fù)合體對(duì)糖蛋白的合成和修飾高爾基復(fù)合體對(duì)糖蛋白的合成和修飾過(guò)程具有嚴(yán)格的順序性。過(guò)程具有嚴(yán)格的順序性。（二）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的修飾加工（二）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的修飾加工醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)46特特 征征N-N-連接連接O-O-

31、連接連接1. 1. 合成部位合成部位粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體2. 2. 合成方式合成方式來(lái)自同一個(gè)寡糖前體來(lái)自同一個(gè)寡糖前體一個(gè)個(gè)單糖加上去一個(gè)個(gè)單糖加上去3. 3. 與之結(jié)合的與之結(jié)合的 氨基酸殘基氨基酸殘基 天冬酰胺天冬酰胺 絲氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸羥賴氨酸、羥脯氨酸4. 4. 最終長(zhǎng)度最終長(zhǎng)度至少至少5 5個(gè)糖殘基個(gè)糖殘基 一般一般1 14 4個(gè)糖殘個(gè)糖殘基，但基，但ABOABO血型抗原較血型抗原較長(zhǎng)長(zhǎng)5. 5. 第一個(gè)糖殘基第一個(gè)糖殘基N-N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺N-N-乙酰半乳糖胺等乙酰半乳糖胺等N-N-連接與連接與O

32、-O-連接的寡糖比較連接的寡糖比較 醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)47 RERRER合成的蛋白質(zhì)在合成的蛋白質(zhì)在GcGc加工中，被加上不加工中，被加上不同的分選信號(hào)同的分選信號(hào)( (磷酸、半乳糖、唾液酸等磷酸、半乳糖、唾液酸等) )，被反面被反面GcGc膜上的專一受體識(shí)別、濃縮、分選膜上的專一受體識(shí)別、濃縮、分選后，形成不同運(yùn)輸小泡運(yùn)到細(xì)胞不同部位。后，形成不同運(yùn)輸小泡運(yùn)到細(xì)胞不同部位。（三）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的分揀運(yùn)輸（三）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的分揀運(yùn)輸醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)48蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成溶酶體寡聚糖磷酸化溶酶體寡聚糖磷酸化切除甘露糖切除甘露糖加加N-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

33、；分揀加唾液酸；分揀溶酶體溶酶體順面管網(wǎng)順面管網(wǎng)中層囊中層囊反面囊反面囊反面管網(wǎng)反面管網(wǎng)大泡（分泌顆粒）大泡（分泌顆粒）rERrER高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體順面囊順面囊切除甘露糖切除甘露糖高爾基堆高爾基堆醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)49Protein Sorting 蛋白質(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運(yùn)的信息僅存在于編碼該蛋白質(zhì)的分選及其轉(zhuǎn)運(yùn)的信息僅存在于編碼該蛋白質(zhì)的基因本身。蛋白質(zhì)的基因本身。 流感病毒囊膜蛋白流感病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)上皮細(xì)胞游上皮細(xì)胞游離端的質(zhì)膜。離端的質(zhì)膜。 泡性口炎病毒囊膜蛋白泡性口炎病毒囊膜蛋白特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)特異性地轉(zhuǎn)運(yùn)上皮細(xì)上皮細(xì)胞基底面的質(zhì)膜。胞基底面的質(zhì)膜。 水泡性口炎病毒囊

34、膜蛋白水泡性口炎病毒囊膜蛋白等膜蛋白在胞質(zhì)基質(zhì)等膜蛋白在胞質(zhì)基質(zhì)側(cè)的雙酸分選信號(hào)側(cè)的雙酸分選信號(hào)Asp-X-Gln或或DXE）起重要的作起重要的作用。用。醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)50溶酶體的酶是由溶酶體的酶是由rER上的核糖體合成上的核糖體合成rER腔內(nèi)腔內(nèi)運(yùn)輸小泡運(yùn)輸小泡 高爾基復(fù)合體（加工修飾）高爾基復(fù)合體（加工修飾） 溶酶體的酶內(nèi)含有溶酶體的酶內(nèi)含有甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸，高爾基復(fù)合體反面，高爾基復(fù)合體反面扁囊膜上有扁囊膜上有甘露糖甘露糖-6-6-磷酸受體磷酸受體，能特異與其結(jié)合，誘導(dǎo)溶，能特異與其結(jié)合，誘導(dǎo)溶酶體酶聚集并酶體酶聚集并“出芽出芽”離開(kāi)高爾基復(fù)合體形成溶酶體。離開(kāi)高爾基復(fù)合體

35、形成溶酶體。 溶酶體酶的分選：溶酶體酶的分選：M6PM6P反面膜囊反面膜囊M6PM6P受體受體。 在肝細(xì)胞中溶酶體酶還存在不依賴于在肝細(xì)胞中溶酶體酶還存在不依賴于M6PM6P的另一種分選途徑的另一種分選途徑。（四）高爾基復(fù)合體與溶酶體的形成（四）高爾基復(fù)合體與溶酶體的形成醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)51內(nèi)吞體內(nèi)吞體溶酶體酶的磷酸化溶酶體酶的磷酸化rER順面管網(wǎng)順面管網(wǎng)反面管網(wǎng)反面管網(wǎng)高爾基復(fù)合高爾基復(fù)合體體 溶酶體前體溶酶體前體加入磷酸基團(tuán)加入磷酸基團(tuán)M-6-P溶酶體酶溶酶體酶前前 溶溶 酶酶 體體ATPADP+PiH+去除磷酸去除磷酸pH=6成熟溶酶體成熟溶酶體M-6-P(甘露糖甘露糖-6-磷酸是一種分選

36、信號(hào)磷酸是一種分選信號(hào))醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)52（五）蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工的幾種類型（五）蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工的幾種類型 無(wú)生物活性的蛋白原無(wú)生物活性的蛋白原高爾基體高爾基體切除切除N-N-端或兩端的端或兩端的序列序列成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素等。成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素等。 蛋白質(zhì)前體蛋白質(zhì)前體高爾基體高爾基體水解水解同種有活性的多肽，同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽。如神經(jīng)肽。 含有不同信號(hào)序列的蛋白質(zhì)前體含有不同信號(hào)序列的蛋白質(zhì)前體高爾基體高爾基體加工成加工成不同的產(chǎn)物。不同的產(chǎn)物。 同一種蛋白質(zhì)前體同一種蛋白質(zhì)前體不同細(xì)胞、以不同的方式加工不同細(xì)胞、以不同的方式加工不同的多肽。不同的多肽。 加工方式多樣性的可能原因：確保小肽分子的有效加工方式多樣性的可能原因：確保小肽分子的有效合成；彌補(bǔ)缺少包裝并轉(zhuǎn)運(yùn)到分泌泡中的必要信號(hào)