細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)與囊泡轉運課件

第五章細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)與囊泡轉運當前1頁，總共114頁。定義：指位于細胞質內(nèi)，在結構，功能乃至發(fā)生上有一定聯(lián)系的膜性結構的總稱，是一連續(xù)的統(tǒng)一體。內(nèi)質網(wǎng)高爾基復合體溶酶體過氧化氫體線粒體雖然也是由膜結構組成的，但不屬于內(nèi)膜系統(tǒng)。Endomenbranesystem核膜各種內(nèi)體當前2頁，總共114頁。

內(nèi)膜系統(tǒng)分布于細胞質基質中。細胞質基質也稱為胞質溶膠，是細胞質中除各種細胞器和內(nèi)含物以外的較為均質而半透明的液體部分?；瘜W組成小分子：包括水、無機離子（K+、Na+、Ca2+等）中等分子：脂類、糖類、氨基酸、核苷酸及其衍生物等。大分子：多糖、蛋白質、脂蛋白和RNA等。此外，細胞質基質中還含有大量的酶，它們是大分子合成和代謝所必需的。

細胞質基質的主要功能有離子環(huán)境、提供底物和反應場所。Cytoplasticmatrix當前3頁，總共114頁。第一節(jié)內(nèi)質網(wǎng)(Endoplasmicreticulum,ER)K.R.Porter等于1945年發(fā)現(xiàn)于培養(yǎng)的小鼠成纖維細胞，因最初看到的是位于細胞質內(nèi)部的網(wǎng)狀結構，故名內(nèi)質網(wǎng)（endoplasmicreticulum，ER）。當前4頁，總共114頁。Microsome（微粒體）細胞勻漿經(jīng)過超速離心所得到的微細顆粒。分粗面微粒體和滑面微粒體。一內(nèi)質網(wǎng)的化學組成當前5頁，總共114頁。當前6頁，總共114頁。當前7頁，總共114頁。核膜外層二.內(nèi)質網(wǎng)的形態(tài)結構內(nèi)質網(wǎng)ER是由一層單位膜圍成的形狀大小不同的小管、小泡、扁囊狀結構，相互連接形成一個連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)。ER約占細胞總膜面積的一半，是封閉的網(wǎng)絡系統(tǒng)小管小泡扁囊狀細胞膜核膜內(nèi)質網(wǎng)細胞膜內(nèi)質網(wǎng)的內(nèi)腔相互連通。當前8頁，總共114頁。當前9頁，總共114頁。當前10頁，總共114頁。RER當前11頁，總共114頁。當前12頁，總共114頁。SER當前13頁，總共114頁。粗面內(nèi)質網(wǎng)（RER):①膜表面附著核糖體；②形態(tài)多為板層狀排列的扁囊；③多分布在分泌活動旺盛或分化較完善的細胞內(nèi)?；鎯?nèi)質網(wǎng)（SER):①膜表面無核糖體附著；②形態(tài)多為分枝小管或小泡；③多分布在一些特化的細胞中。核糖體粗面內(nèi)質網(wǎng)粗面內(nèi)質網(wǎng)滑面內(nèi)質網(wǎng)滑面內(nèi)質網(wǎng)當前14頁，總共114頁。細胞不含純粹的RER或SER，它們分別是ER連續(xù)結構的一部分。當前15頁，總共114頁。當前16頁，總共114頁。當前17頁，總共114頁。粗面內(nèi)質網(wǎng)合成的蛋白質：當前18頁，總共114頁。當前19頁，總共114頁。當前20頁，總共114頁。當前21頁，總共114頁。當前22頁，總共114頁。當前23頁，總共114頁。當前24頁，總共114頁。信號肽假說----------1975年----------Bloble提出游離核糖體上信號肽的合成信號識別顆粒（SRP）識別信號肽，SRP-核糖體復合體形成，翻譯暫停核糖體停泊于內(nèi)質網(wǎng)膜通道蛋白移位子上，形成SRP-SRP受體-核糖體復合體核糖體在一種脫落因子作用下被分解主要過程目前普遍用★信號肽假說來解釋分泌蛋白質的合成過程的。SRP脫離并參加再循環(huán)，核糖體翻譯繼續(xù)進行信號肽被切除，成熟的蛋白質落入內(nèi)質網(wǎng)腔當前25頁，總共114頁。當前26頁，總共114頁。信號肽(signalpeptide)信號識別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)◆信號序列特征:16-26個氨基酸殘基，其中含有4-12個疏水殘基◆特異性:◆位置:N-端突出的一段肽;內(nèi)信號肽存在于胞質中的核糖體結合蛋白顆粒，由6個蛋白質亞基和一個小的7SRNA組成。含三個功能域:翻譯暫停結構域(P9/P14)信號肽識別結合位點(P54)SRP受體蛋白結合位點(P68/P72)。當前27頁，總共114頁。錨泊蛋白（Dockingprotein,DP）/SRP-R

●是SRP在內(nèi)質網(wǎng)膜上的受體蛋白●兩個亞基:親水的α亞基,疏水的β亞基移位子(translocon):內(nèi)質網(wǎng)膜上親水通道信號肽酶(signalpeptidase)分離因子(detachmentfactor)當前28頁，總共114頁。核糖體循環(huán)當前29頁，總共114頁。多聚核糖體(polyribosome)當前30頁，總共114頁。當前31頁，總共114頁。新生肽鏈協(xié)同翻譯插入內(nèi)信號肽介導當前32頁，總共114頁。當前33頁，總共114頁。當前34頁，總共114頁。當前35頁，總共114頁。2參與糖原代謝肝細胞的一個重要功能是維持血液中葡萄糖水平的恒定，這一功能與葡萄糖-6-磷酸酶的作用密切相關。在肝細胞中，糖原裂解釋放葡萄糖-1-磷酸，然后再轉變成葡萄糖-6-磷酸，由于磷酸化的葡萄糖不能通過細胞質膜，滑面內(nèi)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。當前36頁，總共114頁。3肝細胞解毒的主要場所混合功能的氧化酶（mixed-functionoxidases）：在氧和NADPH存在下，將一些有毒物質氧化，并且每氧化一分子底物，要消耗一分子的氧，進而將NADPH轉變成NADP+.由于這種反應的一個氧原子出現(xiàn)在產(chǎn)物中，其他則存在于水分子中，所以將催化這種類型氧化作用的酶稱為混合功能的氧化酶。細胞色素P-450（cytochromeP-450）的羥基化作用：微粒體的混合功能的氧化酶系統(tǒng)類似一條呼吸鏈，由幾個組分組成，核心成員是細胞色素P-450.細胞色素P-450參與有毒物質以及類固醇和脂肪酸的羥基化，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。被氧化的底物由于帶上羥基，增強水溶性，容易被分泌排出。當前37頁，總共114頁。4Ca2+的儲存場所肌質網(wǎng)是細胞內(nèi)特化的滑面內(nèi)質網(wǎng)，是貯存Ca2+的細胞器。肌質網(wǎng)膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶，滑面內(nèi)質網(wǎng)可構成心肌和骨胳肌肌原纖維周圍的肌質網(wǎng)。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，鈣離子又重新泵回肌質網(wǎng)。所以肌質網(wǎng)實際上是作為鈣庫，其內(nèi)有鈣結合蛋白，每個鈣結合蛋白可以結合30個左右的Ca2+。當前38頁，總共114頁。5與胃酸、膽汁合成與分泌有關合成HCl合成膽鹽當前39頁，總共114頁。1898意大利神經(jīng)解剖學家高爾基（CamilloGolgi)：光鏡下觀察梟、貓的神經(jīng)細胞發(fā)現(xiàn)。第二節(jié)高爾基復合體(Golgicomplex)當前40頁，總共114頁。一.高爾基體的結構與化學組成光鏡：網(wǎng)狀結構電鏡扁平囊泡成熟面小囊泡大囊泡形成面反面高爾基網(wǎng)狀結構高爾基中間膜囊順面高爾基網(wǎng)狀結構當前41頁，總共114頁。扁平囊呈盤狀，3-10層——高爾基堆

凹面：成熟面、反面；凸面：形成面、順面；凸面/形成面/順面小囊泡囊腔內(nèi)含：中等電子密度的物質泡內(nèi)含物質：低電子密度，較透明。來源：小囊泡融合。來源：由rER‘芽生’而來。大囊泡泡內(nèi)含物質：高電子密度，濃縮泡。來源：扁平囊周邊或局部膨突脫落形成。凹面/成熟面/反面當前42頁，總共114頁。培養(yǎng)的上皮細胞中高爾基體的分布（高爾基體為紅色，核為綠色）

當前43頁，總共114頁。當前44頁，總共114頁。當前45頁，總共114頁。當前46頁，總共114頁。高爾基體膜含有大約60%的蛋白和40%的脂類，具有一些和ER共同的蛋白成分。膜脂中磷脂酰膽堿的含量介于ER和質膜之間，中性脂類主要包括膽固醇，膽固醇酯和甘油三酯。高爾基體中的酶主要有糖基轉移酶、磺基-糖基轉移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、轉移酶和磷脂酶等不同的類型。二.高爾基復合體的化學組成標志酶：糖基轉移酶當前47頁，總共114頁。高爾基體各部分標志的細胞化學反應：①嗜鋨反應：經(jīng)鋨酸浸染后，cis面膜囊被特異地染色；②焦磷酸硫胺素酶(TPP酶)：可特異顯示高爾基體的trans面的1～2層膜囊；③煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)：可顯示高爾基體中間幾層扁平囊；④胞嘧啶單核苷酸酶(CMP酶)：可顯示靠近trans面上的一些膜囊狀和管狀結構，CMP酶也是溶酶體的標志酶。

當前48頁，總共114頁。二.高爾基復合體的功能（一）與細胞的分泌活動有關3H標記亮氨酸3分鐘17分鐘117分鐘高爾基復合體在細胞分泌活動中起著重要的運輸作用；在分泌顆粒的形成過程中起著濃縮、修飾、加工等作用。當前49頁，總共114頁。Golgicomplexandcell’ssecretion連續(xù)分泌Continual,unregulateddischargeofmaterialfromthecells非連續(xù)分泌Thedischargeofproductsstoredincytoplasmicgranules,inresponsetoappropriatestimuli.當前50頁，總共114頁。1.糖蛋白的加工合成N-連接的寡糖鏈：在rER腔內(nèi)合成。O-連接的寡糖鏈：在高爾基復合體內(nèi)合成。糖蛋白3H標記甘露糖3H標記半乳糖；唾液酸糖3H標記N-乙酰葡萄糖胺高爾基復合體對糖蛋白的合成和修飾過程具有嚴格的順序性。二胞內(nèi)物質的加工修飾等當前51頁，總共114頁。當前52頁，總共114頁。2.蛋白質的水解加工無活性的前體物質（某些肽類激素）加工改造有生物活性的物質（激素）當前53頁，總共114頁。三高爾基復合體是胞內(nèi)蛋白質的分選和膜泡定向運輸?shù)臉屑~蛋白質合成溶酶體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；分揀溶酶體順面管網(wǎng)中層囊反面囊反面管網(wǎng)大泡（分泌顆粒）rER高爾基復合體順面囊高爾基堆當前54頁，總共114頁。第三節(jié)溶酶體20世紀——40年代末——鼠肝勻漿離心——酸性磷酸酶1955年——deDuve等人——電鏡——鼠肝細胞——細胞化學顯示(lysosome)當前55頁，總共114頁。一溶酶體的形態(tài)特點和化學組成1溶酶體是一種具有高度異質性的膜性細胞器當前56頁，總共114頁。溶酶體的酶溶酶體含60多種水解酶，這些水解酶多為酸性水解酶；PH值4-6。酶蛋白酶（肽酶）核酸酶磷酸酶糖苷酶酯酶硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）標志酶：酸性水解酶當前57頁，總共114頁。當前58頁，總共114頁。當前59頁，總共114頁。1、初級溶酶體（primarylysosome）（內(nèi)體性溶酶體）：只含酶，不含底物。直徑約0.2~0.5um，有多種酸性水解酶，但無活性，含蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余種，反應的最適PH值為5左右。二.溶酶體的類型當前60頁，總共114頁。2、次級溶酶體（secondarylysosome）是正在進行或完成消化作用的溶酶體，內(nèi)含水解酶和相應的底物，可分為自噬溶酶體（autophagolysosome）和異噬溶酶體(phagolysosome)。次級溶酶體異噬性溶酶體：初級溶酶體+外源性物質——異噬過程自噬性溶酶體：初級溶酶體+內(nèi)源性物質——自體吞噬（自噬過程）當前61頁，總共114頁。Secondarylysosome當前62頁，總共114頁。后溶酶體殘余小體三級溶酶體脂褐質含鐵小體多泡體髓樣結構3、殘余小體（residualbody）又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘渣，故名。殘體可通過外排作用排出細胞，也可能留在細胞內(nèi)逐年增多，如表皮細胞的老年斑，肝細胞的脂褐質。當前63頁，總共114頁。肝細胞脂褐質當前64頁，總共114頁。內(nèi)體初級溶酶體吞噬體異溶酶體吞飲體異溶酶體自噬體自溶酶體分泌顆粒分泌溶酶體次級溶酶體殘質體異噬作用自噬作用當前65頁，總共114頁。當前66頁，總共114頁。三溶酶體形成與成熟過程（一）內(nèi)體性溶酶體是由運輸小泡和內(nèi)體合并而成當前67頁，總共114頁。當前68頁，總共114頁。Mannose6-phosphateresiduestargetproteinstolysosomesTargetingofsolublelysosomalenzymestoendosomesandlysosomesbyM-6-Ptag當前69頁，總共114頁。當前70頁，總共114頁。四.溶酶體的功能一分解外來物質及清除衰老、殘損細胞器溶酶體可謂是細胞內(nèi)的消化器官，能把攝入到細胞內(nèi)的各種大分子物質借助于水解酶的作用分解為簡單物質。當前71頁，總共114頁。自體吞噬：清除無用的生物大分子，衰老細胞、細胞器、個體發(fā)育中多余的細胞。許多生物大分子的半衰期只有幾小時至幾天，肝細胞中線粒體的平均壽命約10天左右。當前72頁，總共114頁。二具有物質消化及細胞營養(yǎng)功能簡單分子可透過次級溶酶體的膜，在細胞質內(nèi)繼續(xù)代謝而被利用，以補充細胞內(nèi)所需營養(yǎng)，故溶酶體對細胞有消化營養(yǎng)作用。當前73頁，總共114頁。三機體防御保護功能的組成部分巨噬細胞細胞吞噬的細菌、病毒顆粒均在溶酶體作用下殺滅當前74頁，總共114頁。四參與某些腺體組織細胞分泌過程調(diào)節(jié)如甲狀腺素則是在溶酶體的參與下形成的。甲狀腺濾泡上皮細胞甲狀腺球蛋白在濾泡腔內(nèi)碘化后重新進入濾泡上皮細胞內(nèi)形成大膠滴大膠滴與細胞內(nèi)的溶酶體融合蛋白酶將碘化的甲狀腺球蛋白水解生成甲狀腺素甲狀腺素通過細胞基部進入血液當前75頁，總共114頁。無尾兩棲類蝌蚪變態(tài)時的尾部吸收、哺乳類動物子宮內(nèi)膜的周期性萎縮，均與溶酶體有密切關系。溶酶體在某些情況下可通過胞吐方式釋放到細胞外，消化分解細胞外物質，這種現(xiàn)象體現(xiàn)在受精過程和骨質更新方面。在骨發(fā)生和骨再生過程中，溶酶體對骨質的更新起著重要作用。破骨細胞的溶酶體酶能釋放到細胞外，分解和消除陳舊的骨基質，這是骨質更新的一個重要步驟。五在生物個體發(fā)生與發(fā)育過程中起重要作用當前76頁，總共114頁。第四節(jié)過氧化物酶體1954年————Rhodin————電鏡————小鼠腎小管上皮細胞————微體一.過氧化物酶體的形態(tài)特征(peroxisome)當前77頁，總共114頁。二.過氧化物酶體所含的酶標志酶：過氧化氫酶。當前78頁，總共114頁。當前79頁，總共114頁。當前80頁，總共114頁。當前81頁，總共114頁。囊泡以出芽的方式從細胞的一種內(nèi)膜細胞器脫離后又與另一內(nèi)膜細胞器發(fā)生融合，這種轉運過程稱為囊泡轉運（Vesiculartransport）。第五節(jié)囊泡與囊泡轉運當前82頁，總共114頁。特點：真核細胞；雙向；有序。也可稱為高度有組織的定向運輸。作用：保證穩(wěn)定交換細胞內(nèi)外物質，傳遞信號。當前83頁，總共114頁。一囊泡的來源與類型依被膜小泡(coatedvesicles)包被蛋白的不同分類：網(wǎng)格蛋白包被囊泡(clathrin-coatedvesicle)COPII被膜小泡(COPIIcoatedvesicles)COPI被膜小泡(COPIcoatedvesicles)當前84頁，總共114頁。一、網(wǎng)格蛋白包被囊泡(Clathrin-CoatedVesicles)網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導高爾基體反面到內(nèi)體、溶酶體、植物液泡的運輸，以及質膜到內(nèi)膜區(qū)隔的膜泡運輸。當前85頁，總共114頁。（1）網(wǎng)格蛋白：包被囊泡表面，提高囊泡表面張力當前86頁，總共114頁。網(wǎng)格蛋白由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，形成具有多邊形網(wǎng)孔的籠子當前87頁，總共114頁。網(wǎng)格蛋白小泡當前88頁，總共114頁。Clathrincoatedvesicles當前89頁，總共114頁。（2）銜接蛋白：可分別與網(wǎng)格蛋白和被轉運的分子相結合，位于網(wǎng)格蛋白和囊泡之間，能催化網(wǎng)格蛋白的聚合、捕獲轉運分子。當前90頁，總共114頁。（3）發(fā)動蛋白：囊泡頸部，水解GTP使囊泡釋放當前91頁，總共114頁。二、COPⅡ包被囊泡介導從內(nèi)質網(wǎng)到高爾基體的物質運輸。外被蛋白由五種蛋白質亞基構成。當前92頁，總共114頁。當前93頁，總共114頁。三、COPI包被囊泡

當前94頁，總共114頁。CopIVesicles當前95頁，總共114頁。二囊泡轉運當前96頁，總共114頁。當前97頁，總共114頁。當前98頁，總共114頁。SNAREs的作用是保證識別的特異性和介導運輸小泡與目標膜的融合，位于運輸小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs當前99頁，總共114頁。SNAREs當前100頁，總共114頁。在神經(jīng)細胞中SNAREs負責突觸小泡的停泊和融合。破傷風毒素和肉毒素等細菌分泌的神經(jīng)性毒素實際上是一類特殊的蛋白酶，能夠選擇性地降解SNAREs，從而阻斷神經(jīng)傳導。病毒融合蛋白的工作原理與SNAREs相似，介導病毒與宿主質膜的融合。當前101頁，總共114頁。除了融合錨定蛋白，Rab也促進和調(diào)節(jié)運輸小泡的停泊和融合。Rabs與衣被召集GTP酶相似，起分子開關作用，結合GDP失活，位于細胞質中，結合GTP激活，位于細胞膜、內(nèi)膜和運輸小泡膜上，調(diào)節(jié)SNAREs復合體的形成。Rabs還有許多效應因子（effector）。當前102頁，總共114頁。當前103頁，總共114頁。當前104頁，總共114頁。章節(jié)要點內(nèi)膜系統(tǒng)各細胞器結構、功能及發(fā)生囊泡及類型當前105頁