細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)課件

細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)（EndomembraneSystem）內(nèi)膜系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum)高爾基復(fù)合體(Golgicomplex)溶酶體(lysosomes)過氧化氫體(peroxisomes)(核膜、小泡)intracellularcompartments:endosomesNuclear-ERGolgiERlysosome細(xì)胞內(nèi)的房室化

TheEndomembraneSystemisComplex.2四、高爾基復(fù)合體功能（一）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞的分泌活動(dòng)3H標(biāo)記亮氨酸3分鐘20分鐘120分鐘高爾基復(fù)合體在細(xì)胞分泌活動(dòng)中起著重要的運(yùn)輸作用；在分泌顆粒的形成過程中起著濃縮、修飾、加工等作用。3ThedynamicsoftransportthroughtheGolgicomplex4（二）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的修飾加工1.參與糖蛋白的合成和修飾N-連接寡糖鏈：在rER腔內(nèi)合成。O-連接寡糖鏈：在高爾基體內(nèi)合成。糖蛋白3H標(biāo)記甘露糖3H標(biāo)記半乳糖；唾液酸3H標(biāo)記N-乙酰葡萄糖胺高爾基復(fù)合體對(duì)糖蛋白的合成和修飾過程具有嚴(yán)格的順序性。5N-linkedGlycosylationCanbefurtherdividedintotwostages:InitialglycosylationeventSubsequentmodificationofthecarbohydratesidechain6N-乙酰氨基葡萄糖甘露糖葡萄糖ProteinGlycosylationDefinedastheadditionofcarbohydrategroupstospecificaminoacidresiduesinaproteinTherearetwokindsofglycosylation:N-linked-additionofcarbohydratestoasparagineresiduesO-linked-additionofcarbohydratestoserineorthreonineresidues7特征N-連接O-連接1.合成部位粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體2.合成方式來自同一個(gè)寡糖前體一個(gè)個(gè)單糖加上去3.與之結(jié)合的氨基酸殘基

天冬酰胺絲氨酸、蘇氨酸、羥賴氨酸、羥脯氨酸4最終長(zhǎng)度至少5個(gè)糖殘基一般1～4個(gè)糖殘基，但ABO血型抗原較長(zhǎng)5.第一個(gè)糖殘基N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺等N-連接與O-連接的寡糖比較8蛋白質(zhì)糖基化的特點(diǎn)及其生物學(xué)意義

糖蛋白寡糖鏈合成與加工都沒有模板，靠不同的酶在細(xì)胞不同間隔中經(jīng)歷復(fù)雜的加工過程才能完成。糖基化是在成熟過程中折疊成正確構(gòu)象和增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性；多羥基糖側(cè)鏈影響蛋白質(zhì)的水溶性及蛋白質(zhì)所帶電荷的性質(zhì)。對(duì)多數(shù)分選的蛋白質(zhì)來說，糖基化并非作為蛋白質(zhì)的分選信號(hào)。進(jìn)化上的意義：寡糖鏈具有一定的剛性，從而限制了其它大分子接近細(xì)胞表面的膜蛋白，這就可能使真核細(xì)胞的祖先具有一個(gè)保護(hù)性的外被，同時(shí)又不象細(xì)胞壁那樣限制細(xì)胞的形狀與運(yùn)動(dòng)。蛋白聚糖在高爾基體中組裝。與絲氨酸殘基相連的是木糖，而不是N-乙酰半乳糖胺。

植物細(xì)胞中高爾基體合成和分泌多糖。

92.參與蛋白質(zhì)的改造無活性前體物(某些肽類激素)加工改造有活性的物質(zhì)(激素)以胰島素合成為例，胰島素分子由A和B兩條鏈經(jīng)2個(gè)二硫鍵結(jié)合而成的。A鏈含有21個(gè)氨基酸，B鏈含有30個(gè)氨基酸。胰島素原失去C鏈而成胰島素（三）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的分揀運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)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(fù)合體順面囊切除甘露糖高爾基堆

RER合成的蛋白質(zhì)在Gc加工中，被加上不同的分選信號(hào)(磷酸、半乳糖、唾液酸等)，被反面Gc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。11（三）高爾基復(fù)合體對(duì)蛋白質(zhì)的分揀運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)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(fù)合體順面囊切除甘露糖高爾基堆12（四）高爾基復(fù)合體與溶酶體的形成溶酶體的酶是由rER上的核糖體合成rER腔內(nèi)運(yùn)輸小泡

高爾基復(fù)合體（加工修飾）溶酶體的酶內(nèi)含有甘露糖-6-磷酸，高爾基復(fù)合體反面扁囊膜上有甘露糖-6-磷酸受體，能特異與其結(jié)合，誘導(dǎo)溶酶體酶聚集并“出芽”離開高爾基復(fù)合體形成溶酶體。

溶酶體酶的分選：M6P反面膜囊M6P受體。在肝細(xì)胞中溶酶體酶還存在不依賴于M6P的另一種分選途徑。13內(nèi)吞體溶酶體酶的磷酸化rER順面管網(wǎng)反面管網(wǎng)高爾基復(fù)合體溶酶體水解酶前體加入磷酸基團(tuán)M-6-P溶酶體酶前溶酶體ATPADP+PiH+去除磷酸pH=6成熟溶酶體M-6-P(甘露糖-6-磷酸是一種分選信號(hào))14內(nèi)吞體rER順面管網(wǎng)反面管網(wǎng)高爾基復(fù)合體溶酶體水解酶前體加入磷酸基團(tuán)M-6-P溶酶體酶前溶酶體ATPADP+PiH+去除磷酸pH=6成熟溶酶體clathrincoat,early/lateendosome,acidiccompartment15無生物活性的蛋白原→高爾基體→切除N-端或兩端的序列→成熟的多肽。如胰島素、胰高血糖素等。蛋白質(zhì)前體→高爾基體→水解→同種有活性的多肽，如神經(jīng)肽。含有不同信號(hào)序列的蛋白質(zhì)前體→高爾基體→加工成不同的產(chǎn)物。同一種蛋白質(zhì)前體→不同細(xì)胞、以不同的方式加工→不同的多肽。加工方式多樣性的可能原因：①確保小肽分子的有效合成；②彌補(bǔ)缺少包裝并轉(zhuǎn)運(yùn)到分泌泡中的必要信號(hào)；③有效地防止這些活性物質(zhì)在合成它的細(xì)胞內(nèi)起作用。（五）蛋白質(zhì)在高爾基體中酶解加工幾種類型16（六）高爾基復(fù)合體與細(xì)胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜流(membraneflow)：細(xì)胞各種膜性結(jié)構(gòu)之間相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象稱膜流。運(yùn)輸小泡高爾基復(fù)合體大囊泡細(xì)胞膜17供(受)體房室/膜,膜再循環(huán);結(jié)構(gòu)/調(diào)節(jié)性分泌途徑;前/反向運(yùn)輸coatprotein,COPⅡ/Ⅰ反向運(yùn)輸(retrogradet.)前向運(yùn)輸(anterogradet.)18內(nèi)膜系統(tǒng)與膜流

膜流(membraneflow):是指細(xì)胞的膜成分在質(zhì)膜與內(nèi)膜之間，以及在內(nèi)膜系統(tǒng)各種結(jié)構(gòu)之間流動(dòng)的現(xiàn)象。又稱為小泡流(vesicleflow)。膜流過程中，提供膜性小泡的膜結(jié)構(gòu)成為供體房室(donorcompartment)或供體膜，接受膜性小泡的膜結(jié)構(gòu)成為受體房室(acceptorc.)或受體膜。膜的再循環(huán)(membranerecycling)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器膜成分的內(nèi)在平衡機(jī)制(homeostaticmechanisms)。

結(jié)構(gòu)性分泌途徑(constitutivesecretorypathway)與調(diào)節(jié)性分泌途徑(regaluteds.p.)

。

前向運(yùn)輸(anterogradet.)與反向運(yùn)輸(retrogradet.)。19RetrievingERproteins20Theformationofclathrin-coatedvesiclesattheTG21SecretedproteinsProteinsmovefromGolgicomplextoplasmamembraneinsecretoryvesiclesConstitutive

(intestinalmucus)腸粘液Regulated

(neurotransmitters)神經(jīng)遞質(zhì)22五、高爾基復(fù)合體的病理性變化異常改變高爾基復(fù)合體的增生和腫脹：囊泡擴(kuò)張可占據(jù)細(xì)胞質(zhì)的大部分區(qū)域，多見于藥物中毒。高爾基復(fù)合體內(nèi)容物的改變:(顆粒)電子密度低含飽和脂肪酸，反之高爾基復(fù)合體在癌細(xì)胞中的改變高爾基復(fù)合體的萎縮和解體：囊泡塌陷、數(shù)量減少或降解，見于中毒或腫瘤細(xì)胞。23241955年,deDuve等人,電鏡--鼠肝細(xì)胞--細(xì)胞化學(xué)顯示，含多種水解酶，分解各種內(nèi)源和外源性物質(zhì)，稱為－溶酶體。一、溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與酶溶酶體的形態(tài)特征溶酶體是由一層單位膜包圍，內(nèi)含多種酸性水解酶的泡狀結(jié)構(gòu)。φ0.2~0.8μm球形、卵圓形小體；也長(zhǎng)桿狀、蛇形稱為管狀溶酶體、線狀溶酶體。第三節(jié)溶酶體2525lysosome26溶酶體的酶溶酶體含有60多種水解酶，這些水解酶多為酸性水解酶，具有某些特征的同源序列；pH值4-6。酶蛋白酶（肽酶）核酸酶磷酸酶糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂、糖鏈的酶）酯酶硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）酸性磷酸酶（ACP酶)，acidphosphatase三偏磷酸酶(TMP酶)ThiamineMonophosphataseTMP標(biāo)志酶27二、溶酶體膜的特性溶酶體膜膜上有H+質(zhì)子泵：保持溶酶體基質(zhì)內(nèi)的酸性環(huán)境。膜內(nèi)存在特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：可運(yùn)輸消化水解的產(chǎn)物。蛋白質(zhì)高度糖基化：防止膜自身被水解消化。（兩種跨膜整合蛋白的含量非常豐富，lgpA和lgpB）28內(nèi)吞體三、溶酶體的形成rER順面管網(wǎng)反面管網(wǎng)高爾基復(fù)合體

溶酶體水解酶前體加入磷酸基團(tuán)M-6-P溶酶體酶前溶酶體ATPADP+PiH+去除磷酸pH=6成熟溶酶體M-6-P(甘露糖-6-磷酸是一種分選信號(hào))29溶酶體酶的合成及N-連接的糖基化修飾（RER）

高爾基體cis膜囊寡糖鏈上的甘露糖殘基磷酸化M6PN-乙酰葡萄糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶高爾基體trans-膜囊和TGN膜（M6P受體）溶酶體酶分選與局部濃縮以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)到前溶酶體磷酸葡萄糖苷酶磷酸化識(shí)別信號(hào)：信號(hào)斑發(fā)生途徑

30溶酶體的發(fā)生過程

31

依賴于M6P的分選途徑的效率不高，部分溶酶體酶通過運(yùn)輸小泡直接分泌到細(xì)胞外。

在細(xì)胞質(zhì)膜上也存在依賴于鈣離子的M6P受體，同樣可與胞外的溶酶體酶結(jié)合，通過受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，將酶送至前溶酶體中，M6P受體返回細(xì)胞質(zhì)膜，反復(fù)使用。

還存在不依賴于M6P的分選途徑（如酸性磷酸酶、分泌溶酶體的水溶性蛋白穿孔素perforin和粒酶granzyme）。分選途徑多樣化32四、溶酶體的分類初級(jí)溶酶體(primarylysosome)：只含酶，不含底物。次級(jí)溶酶體(secondaryl.)：吞噬性溶酶體(phago-)初級(jí)溶酶體+底物次級(jí)溶酶體異噬(heterophagic)溶酶體：初級(jí)溶酶體+外源物：異噬過程+吞飲體+吞噬體+微吞飲小泡多泡體自(噬性)溶酶體(autophago-)：初級(jí)溶酶體+內(nèi)源性物質(zhì)(自噬體)：自體吞噬（autophagy）后溶酶體(末溶酶體、殘質(zhì)體residualbody)：含有溶酶體內(nèi)消化分解后的殘余物質(zhì)的溶酶體。如：脂褐質(zhì)，髓樣小體，含鐵小體等。終末溶酶體(telolysosome)：初級(jí)溶酶體消化后－殘質(zhì)體33Phagocytosis34Asummaryofthephagocyticpathway35Lysosomes36五、溶酶體的功能消化營(yíng)養(yǎng)作用。防御作用。參與免疫作用。臟器的形成發(fā)生。參與受精過程。參與激素的合成、分泌過程。植物細(xì)胞的液泡含有多種水解酶，具有與動(dòng)物細(xì)胞溶酶體類似的功能。楊保勝細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@37溶酶體的消化作用異溶作用：對(duì)細(xì)胞內(nèi)吞物的消化。自噬作用：對(duì)自身物質(zhì)的消化。分泌自噬：對(duì)細(xì)胞內(nèi)分泌顆粒的吞噬。內(nèi)體初級(jí)溶酶體吞噬體吞噬溶酶體吞飲體吞飲溶酶體自噬體自噬溶酶體分泌顆粒分泌溶酶體次級(jí)溶酶體殘質(zhì)體異噬作用自噬作用胞外消化38Coatedpits39Asummaryoftheautophagicpathway楊保勝細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@40內(nèi)體初級(jí)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(jí)溶酶體殘質(zhì)體異噬作用自噬作用胞外消化41清除無用的生物大分子、衰老損傷的細(xì)胞(器)很多生物大分子的半衰期只有幾個(gè)小時(shí)至幾天，肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命約10天左右；紅細(xì)胞120天（衰老紅細(xì)胞特征，每天清除1011個(gè)），這些任務(wù)主要由溶酶體和蛋白酶體共同完成。“清道夫”或“細(xì)胞內(nèi)消化器官（特殊的黏菌、變形蟲）”

細(xì)胞受損后，細(xì)胞崩潰(內(nèi)含溶酶體)，使周圍組織溶解液化，而成膿液。清除發(fā)育和成體中凋亡的細(xì)胞。溶酶體儲(chǔ)積病。42Autophagy43溶酶體參與免疫過程

抗原被巨噬細(xì)胞吞噬和處理(溶酶體參與)，使抗原物質(zhì)保留下來，然后再將這免疫信息傳遞(攜帶或釋放抗原)給T/B淋巴細(xì)胞，使他們分泌淋巴素或抗體。

免疫過程中形成的抗原抗體復(fù)合物（正常情況下被吞噬），在炎癥或損傷時(shí)，可促使溶酶體釋放中性蛋白酶，破壞血管的彈性蛋白而致脈管炎，破壞腎小球微血管基質(zhì)引起腎小球腎炎，破壞肺的結(jié)締組織而致肺氣腫，破壞軟骨而致關(guān)節(jié)炎。44溶酶體與臟器的形成與退化脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育至兩性分化時(shí)，Mullerianducts在雌性發(fā)育成輸卵管，在雄性退化，退化開始時(shí)發(fā)現(xiàn)其溶酶體的水解酶濃度增加，此變化不發(fā)生于雌性。睪酮可促進(jìn)此類酶釋放。雄激素調(diào)節(jié)。兩棲類發(fā)育中蝌蚪尾巴的消化，哺乳動(dòng)物斷奶后乳腺退行性變化等，都涉及某些特定細(xì)胞編程性死亡及周圍活細(xì)胞對(duì)其的清除，這都與溶酶體相關(guān)。當(dāng)精子與卵外層膜接觸后，形成小孔道，頂體內(nèi)的各種酶（頂體酶）便被激發(fā)而釋放到細(xì)胞外，稱頂體反應(yīng)（acrosomereaction）。楊保勝細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@45溶酶體參與受精過程

透明質(zhì)酸酶使精子穿過卵丘的細(xì)胞層；

放射冠穿透酶使精子沖破放射冠抵達(dá)透明帶；而頂體素使精子突破透明帶抵達(dá)卵黃膜；最后在一種尚不清楚的酶的作用下使精子入卵（產(chǎn)生抑制頂體素物質(zhì)，封閉透明帶，使其他精子不易進(jìn)入卵。）。

參與激素合成：參與激素合成的原料攝取、加工、儲(chǔ)存和已合成的激素的加工和成熟等。如甲狀腺球蛋白被胞吞后，在溶酶體水解為甲狀腺素T3、T4。

參與激素釋放：分泌顆粒-質(zhì)膜靠近、吸附、融合、胞吐等，都有溶酶體參與。

參與細(xì)胞內(nèi)激素的降解：一些激素并不全部釋放，降解量可占激素（肽類）的15-50%。楊保勝細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@46溶酶體參與激素的合成與分泌等47六、溶酶體與醫(yī)學(xué)溶酶體與疾病溶酶體膜失常與疾病:

矽肺、石棉沉著病、痛風(fēng)先天性溶酶體病：糖原貯積病、脂質(zhì)沉積病、粘多糖沉積病等。溶酶體與癌的關(guān)系：溶酶體與休克：休克后缺血缺氧降低溶酶體膜的穩(wěn)定性。影響細(xì)胞的氧化磷酸化過程。引起細(xì)胞內(nèi)pH下降(5以下)促進(jìn)酶的激活,水解溶酶體膜。（一）溶酶體與疾病發(fā)生溶酶體與矽肺

矽肺是工礦企業(yè)工人的一種職業(yè)病，是由于長(zhǎng)期在含二氧化硅(Si02)粉塵的環(huán)境中工作而吸入大量硅塵，硅塵在肺中被巨噬細(xì)胞吞噬形成吞噬體，并與溶酶體結(jié)合成吞噬溶酶體。二氧化硅在溶酶體中無法消化而積聚并形成硅酸，硅酸分子的羧基與溶酶體膜上的受體分子形成氫鍵，使膜變構(gòu)破裂，大量水解酶和硅酸釋入細(xì)胞質(zhì)，引起巨噬細(xì)胞死亡。死亡細(xì)胞釋放的二氧化硅被其他正常細(xì)胞吞噬后將重復(fù)同樣過程。巨噬細(xì)胞的大量死亡會(huì)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增生并分泌大量膠原物質(zhì)，使肺部出現(xiàn)膠原結(jié)節(jié)而影響肺的彈性，妨礙肺的功能，出現(xiàn)矽肺。“克矽平”治療矽肺其原理是克矽平上的Ｈ可以與硅酸分子結(jié)合，阻止其對(duì)溶酶體膜的破壞作用。楊保勝細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)教研室ybs@491954年Rhodin,電鏡－小鼠腎小管上皮細(xì)胞－微體(microbody)(一)過氧化物酶體(peroxisome)的形態(tài)結(jié)構(gòu)電鏡：由一層單位膜包圍、高電子密度、圓形或卵圓形的細(xì)胞器。亦見半月形或長(zhǎng)方形。φ0.3-0.5um；最小φ

0.1um（人類與鳥類,微--）；最大φ1.5um。有些細(xì)胞(如肝細(xì)胞)的peroxisom