第五章-细胞内膜系统与囊泡转运(宋土生).ppt

细胞内膜系统与 囊泡转运 (endomembrane system and vesicle transport),第五章,内容,概述 第一节 内质网 第二节 高尔基复合体 第三节 溶酶体 第四节 过氧化物酶体 第五节 囊泡与囊泡转运 第六节 内膜系统与医学的关系,概 述 一、内膜系统的概念 内膜系统是胞内那些在结构、功能乃至发生上密切相关的膜性结构细胞器之总称 内膜系统是真核细胞特有的结构包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、各种转运小泡以及核膜和过氧化物酶体等功能结构二、生物学意义 内膜系统是细胞生物在其漫长的历史演化进程中，内部结构不断分化完善，各种生理功能逐渐提高的结果其生物学意义： 房室性区域化效应第一节 内质网 一、内质网的化学组成 （一）脂类和蛋白质是内质网的主要化学组成成分 内质网膜以脂类和蛋白质为其主要化学组成成分，二者比例大约为1:2 １.内质网膜类脂双分子层组成以磷酯含量最多 2 .内质网中可分辨出30多种不同的多肽带纹二）内质网膜含有以G-6-Ｐ酶为标志 酶的诸多酶系 主要包括： 与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系 与脂类物质代谢功能反应相关的酶类 与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类 参与蛋白质加工转运的多种酶类,（三）网质蛋白是内质网网腔中普遍存在的一类蛋白质 网质蛋白的组成结构特点： 多肽链的C端含有KDLE（或 HDEL）4氨基酸序列驻留信号（retention signal） 驻留信号的功能作用： 可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而不被转运。

网质蛋白主要有： 1.免疫球蛋白重链结合蛋白 性质 单体非糖蛋白；与Hsp70同源 功能 作为分子伴侣，可阻止蛋白质聚集或发生不可逆变性，协助蛋白质折叠 2.内质蛋白 性质 二聚体糖蛋白 特点 含量最丰 功能 内质网的标志性分子伴侣；可与钙离子结合,3. 钙网蛋白 性质 钙离子结合蛋白 功能 参与钙平衡调节；蛋白质折叠加工； 抗原呈递；血管发生； 细胞凋亡等生物学作用过程 4.钙连蛋白 性质 凝集素样钙离子依赖伴侣蛋白 功能 与新生未完成折叠蛋白的寡糖链结合，避 免蛋白质凝集与泛素化；阻止折叠不完全 的蛋白离开内质网，并促使其完全折叠,,5.蛋白质二硫键异构酶 功能 催化蛋白中二硫键的交换，保证蛋白正常折叠 二、内质网的一般形态结构 （一）内质网是一种膜性管网结构系统 基本特征：以膜性小管、小泡和扁囊为基本结构单位，彼此连通的三维网管结构体系；向外扩展可达质膜下，向内延伸常与核膜相连；具有不同组织细胞类型、同一细胞不同发育阶段及不同生理功能状态下的形态结构类型与分布的差异性A 鼠肝细胞内质网形态结构示意图 B 睾丸间质细胞内质网透射电镜图,图 A 图 B,图 C1 图 C2 图C1 荧光标记培养的哺乳动物细胞内质网透射电镜图 图C2 荧光标记生活的植物细胞内质网透射电镜图,横纹肌细胞中肌质网形态结构模式图,,（二）内质网的类型 依据不同的形态结构特征，可将内质网划分为两种基本类型，即： 糙面内质网（ rough endoplasmic reticulum,RER） 光面内质网（ smooth endoplasmic reticulum,SER） 1.糙面内质网 形态结构特征：排列整齐的扁平囊状结构，网膜胞质面有核糖体颗粒附着。

粗面内质网形态图,2.光面内质网 形态结构特征 表面光滑的管、泡样网状结构，可与糙面内质网相互连通3.内质网衍生结构类型 髓样体（myeloid body） 孔环状片层体（annulate lamellae）,电镜下观察到的孔环状片层体型内质网,三、内质网的主要功能 （一）糙面内质网的功能 与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关 具体体现： 作为核糖体附着的支架 新生多肽链的折叠与装配 蛋白质的糖基化 蛋白质的胞内运输,1．作为核糖体附着的支架 核糖体是所有细胞内蛋白质合成的唯一场所，一切蛋白质的合成皆起始于游离的核糖体上，蛋白合成起始之后继续以至最终完成于核糖体上的蛋白质合成过程则会以两种不同的形式进行，并据此而把蛋白质归纳划分为两种不同的类别： 内源性蛋白 外输性蛋白,（1）内源性蛋白 特点： 自始至终都是在游离多核糖体上进行的 种类及去向： ①非定位分布的胞质溶质驻留蛋白 ②定位性分布的胞质溶质蛋白 ③合成后通过核孔复合体输送转运并定位于细 胞核中的核蛋白 ④ 线粒体、质体等半自主性细胞器所必需的 核基因组编码蛋白,（2）外输性蛋白 特点： 合成起始后，随同核糖体一起转移附着于糙面内 质网上而得以为继并最终完成 种类及去向： ①膜整合蛋白： 插入到内质网膜，随着功能结构 的转换进入内膜系统各个区域以及细胞膜中 ②可溶性驻留蛋白：最终定位于RER、SER、高 尔基复合体、溶酶体等细胞器中 ③分泌蛋白：通过出胞作用转运到细胞外,核糖体与蛋白质合成,2．新生多肽链的折叠与装配 蛋白二硫键异构酶催化二硫键形成，促进多肽链折叠。

结合蛋白、内质蛋白、钙网蛋白和钙连蛋白等分子伴侣滞留折叠错误的多肽和尚未完成装配的蛋白亚单位，并促使它们的重新折叠、装配与运输 分子伴侣蛋白也是细胞内蛋白质质量监控的重要因子3．蛋白质的糖基化 概念 糖基化(glycosylation)即单糖或者寡糖与蛋白质之间通过共价键的结合形成糖蛋白的过程 形式 发生在糙面内质网中的糖基化主要是寡糖与蛋白质天冬酰胺残基侧链上氨基基团的结合，故亦称之为N-连接糖基化（N-linked glycosylation）糙面内质网中的N-连接糖基化,4．蛋白质的胞内运输 两条主要途径： （1）经过在内质网腔的糖基化等作用，以转运小泡的形式进入高尔基复合体，进一步加工浓缩并最终以分泌颗粒的形式被排吐到细胞之外 （2）分泌蛋白以膜泡形式直接进入一种大浓缩泡，进而发育成酶原颗粒，然后被排出细胞 共同特点：以膜泡形式完全隔离于细胞质溶质进行转运 二）光面内质网的功能 不同细胞类型中的光面内质网，因其化学组成上的某些差异及所含酶的种类不同，常常表现出完全不同的功能作用： 1．脂类合成是光面内质网最为重要的功能之一 2．光面内质网与糖原的代谢 3．光面内质网与细胞解毒作用 4．光面内质网与Ca2+的储存及Ca2+浓度的调节 5．光面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关,四、新合成肽链穿越内质网的转移过程 （一）信号肽是指导蛋白多肽链在糙面内质网上合成与穿越转移的决定因素 1.参与因子 信号密码(signal codon) 信号肽（signal peptid）（18~30个疏水氨基酸） 信号肽识别颗粒(SRP)（6个多肽亚单位+7SLRNA）,SRP受体 内质网膜核糖体结合蛋白 内质网膜转运体(translocon) 2.过程： （1）SRP-核糖体复合体形成 [信号肽-SRP-核糖体A位 ]（肽链合成暂时停止） （2）SRP-核糖体复合体锚泊停靠 [信号肽-SRP-核糖体A位 ]—[SRP受体—核糖体结合蛋白]（SRP释放） （3）肽链合成重新开始，转运器开放，肽链穿膜入腔转运,信号肽识别颗粒结构示意图,核糖体附着与肽链的延伸合成,转运体与新生多肽链的穿膜运输,转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道,转运体结构断面示意图,（二）由信号肽指导的穿膜驻留蛋白插入 转移的可能机制 1．单次穿膜蛋白插入转移的机制 （1）新生肽链共翻译插入（cotranslation insertion）转移机制 （2）内信号肽（internal signal peptide）介导的内开始转移肽（internal start-transfer peptide）插入转移机制,示具内信号肽的单次穿膜蛋白的转移插入,2．多次穿膜蛋白质的转移插入,（三）信号肽含有决定蛋白质胞内定向定 位转运的全部信息 细胞内不同蛋白质的定向、定位转运主要地取决于不同的信号肽序列类型： 1.内质网信号序列（ER signal sequence） 2.驻留信号（retention signal） ①内质网驻留信号（ER retention signal） ②内质网回收信号（ER retrieval signal）,3.核输入信号（nuclear import signal） 4.核输出信号（nuclear export signal） 5.过氧化物酶体引导信号（peroxisomal targeting signal，PTS） 6.转运肽（transit peptide/ transit sequence） （四）信号序列的差异决定了蛋白质在细 胞内运输的不同途径 胞内蛋白质运输大致有3条不同的途径 ：,1.门孔运输（gated transport） 由特定的分拣信号介导，并通过核孔复合体的选择性作用，在细胞溶质与细胞核之间所进行的蛋白质运输。

2.穿膜运输（transmembrane transport） 通过结合在膜上的蛋白质转运体进行的蛋白质运输 3.小泡运输（vesicular transport） 是由不同膜性运输小泡承载的一种蛋白质运输形式蛋白质胞内运输的三条途径,第二节 高尔基复合体 高尔基复合体是在光学显微镜下发现的细胞器之一最初，以其在光镜下的形态特征,称之为内网器 (internal reticular apparatus);后更名为高尔基器(Golgi apparatus);高尔基复合体则是根据其电镜下的形态和结构特征而命名一、高尔基复合体的形态结构 （一）三种不同的膜性囊泡组成了高尔基复合体的基本结构 1．小囊泡 or 顺面高尔基网状结构（形成面） 2．扁平囊泡 or 高尔基中间膜囊 3．大囊泡 or 反面高尔基网状结构（成熟面）,高尔基复合体电镜图,高尔基复合体形态结构模式图,（二）高尔基复合体具有显著的极性功能 结构特征 1.顺面高尔基网状结构（cis Golgi network） 连续分支的管网状结构，显示嗜锇反应的化学特征 该结构区域的功能有二： （１）分选来自内质网的蛋白质和脂类，并将其大部分转入到高尔基中间囊膜，小部分重新送返内质网而成为驻留蛋白。

（２）进行蛋白质修饰的O－连接糖基化以及跨膜蛋白在细胞质基质侧结构域的酰基化 两种糖基化之区别比较,2.高尔基中间膜囊（medial Golgi stack) 是位于顺面高尔基网状结构和反面高尔基网状结构之间的多层间隔的囊、管结构复合体系 除与顺面网状结构相邻的一侧对NADP酶反应微弱外，其余各层均有较强的反应 主要功能： 进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成 3.反面高尔基网状结构（ trans Golgi network） 形态结构和化学特性上具有细胞的差异性和多样性 主要功能： 蛋白质分选； 某些蛋白质的修饰作用示高尔基复合体极性网状结构,（三）高尔基复合体在不同的组织细胞中 具有不同的分布形式 在神经细胞中高尔基复合体一般是围绕细胞核分布在输卵管内皮、肠上皮黏膜、甲状腺和胰腺等具生理极性的细胞中，常在细胞核附近趋向于一极分布 在肝细胞中，则沿胆细管分布在细胞边缘 在精、卵等少数特殊类型的细胞可见到高尔基复合体呈分散的分布状态 在分化发育成熟且具有旺盛分泌功能活动的细胞中，高尔基复合体也较为发达二、高尔基复合体的化学组成 （一）脂类是高尔基复合体膜结构的基本化学组份 高尔基复合体脂类成分含量介于质膜与内质网之间，总含量约40%左右。

（二）高尔基复合体中含有以糖基转移酶为标志的多种酶蛋白体系,三、高尔基复合体的主要功能 （一）高尔基复合体是胞内蛋白质分泌运输的中转站 外输性分泌蛋白具 有两种排放形式： 连续分泌（continuous secretion） 非连续分泌（discontinuous。