1、细胞生物学内膜系统医学知识n概念：概念：内膜系统内膜系统(internal membrane system)是指位于细胞内那些在结构、功能乃至发生上是指位于细胞内那些在结构、功能乃至发生上具有一定联系的膜性结构，其中包括细胞组分具有一定联系的膜性结构，其中包括细胞组分中的核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧中的核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及液泡。化物酶体及液泡。n特点：特点：内膜系统是内膜系统是真核细胞特有真核细胞特有的结构。它的结构。它们在结构和功能上是统一的整体，是细胞内蛋们在结构和功能上是统一的整体，是细胞内蛋白质、酶类、脂类和糖类合成的场所，也具有白质、酶类、脂类和糖类
2、合成的场所，也具有包装和运输合成物与分泌产物的功能。包装和运输合成物与分泌产物的功能。2细胞生物学内膜系统医学知识3细胞生物学内膜系统医学知识 第一节第一节 内质网内质网(endoplasmic reticulum,ER)一、形态结构（了解）一、形态结构（了解）二、化学组成（了解）二、化学组成（了解）三、类型（掌握）三、类型（掌握）四、功能（掌握）四、功能（掌握）4细胞生物学内膜系统医学知识5细胞生物学内膜系统医学知识n形态：形态：由一层厚约由一层厚约56nm的的单位膜单位膜包围形成的包围形成的管状管状、扁囊状扁囊状或或小泡状小泡状结构。它们相互连通，形成了结构。它们相互连通，形成了连续的连续
3、的网状膜性系统网状膜性系统，内腔相互连通。，内腔相互连通。n结构：结构：是一种是一种封闭结构封闭结构，因此，内质网存在两个面：，因此，内质网存在两个面：即内质网的外表面称为即内质网的外表面称为胞质溶胶面胞质溶胶面（cytosol surface），），内表面为内表面为腔面腔面。其内表面之间的间隙为。其内表面之间的间隙为内质网腔或池内质网腔或池。一、形态结构一、形态结构6细胞生物学内膜系统医学知识7细胞生物学内膜系统医学知识二、化学组成二、化学组成磷脂磷脂 50%60%蛋白质蛋白质 20%种类比细胞膜多种类比细胞膜多 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（标志酶）磷酸酶（标志酶）大量的酶类大量的酶类 电子传
4、递体系电子传递体系 脂类合成有关的酶脂类合成有关的酶 内质网膜蛋白内质网膜蛋白 蛋白质的转运蛋白质的转运 驻留蛋白（伴侣蛋白）参与蛋白质的折叠驻留蛋白（伴侣蛋白）参与蛋白质的折叠 8细胞生物学内膜系统医学知识三、内质网的类型（掌握）三、内质网的类型（掌握）根据根据内质网膜上是否附着核糖体内质网膜上是否附着核糖体，将内质网分，将内质网分成两种类型：成两种类型：粗面内质网粗面内质网(rough endoplasmic reticulum,RER)滑面内质网滑面内质网(smooth endoplasmic reticulum,SER)RER：胞质溶胶面胞质溶胶面有有核糖体附着，表面核糖体附着，表面粗
5、糙粗糙SER：胞质溶胶面胞质溶胶面无无核糖体附着，表面核糖体附着，表面光滑光滑9细胞生物学内膜系统医学知识10细胞生物学内膜系统医学知识11细胞生物学内膜系统医学知识（一）粗面内质网（一）粗面内质网 RER多呈大的囊状，少数为小管和小泡。在电镜下多呈大的囊状，少数为小管和小泡。在电镜下观察观察RER排列整齐，是排列整齐，是由核糖体和由核糖体和ER构成的复合体构成的复合体，附，附着在着在RER上的核糖体称为上的核糖体称为附着核糖体附着核糖体。除哺乳动物的红细胞外，几乎所有的真核细胞均含有除哺乳动物的红细胞外，几乎所有的真核细胞均含有RER。12细胞生物学内膜系统医学知识13细胞生物学内膜系统医学
6、知识RER14细胞生物学内膜系统医学知识15细胞生物学内膜系统医学知识 SER在细胞中通常多呈分支管状或小泡状。在细胞中通常多呈分支管状或小泡状。SER只占内质网的很少的部分，只有在一些只占内质网的很少的部分，只有在一些特化的细胞中才具有丰富的特化的细胞中才具有丰富的SER，同时也承担同时也承担特殊的功能。例如，骨骼肌细胞中分布大量的特殊的功能。例如，骨骼肌细胞中分布大量的肌质网，这是特化的肌质网，这是特化的SER。（二）滑面内质网（二）滑面内质网 16细胞生物学内膜系统医学知识SER17细胞生物学内膜系统医学知识18细胞生物学内膜系统医学知识四、内质网的功能（掌握）四、内质网的功能（掌握）（
7、一）粗面内质网的功能（一）粗面内质网的功能 l.蛋白质的合成蛋白质的合成 2.蛋白质的运输蛋白质的运输 3.蛋白质的修饰蛋白质的修饰（二）滑面内质网的功能（二）滑面内质网的功能 l.脂类的合成脂类的合成 2.糖原的代谢糖原的代谢 3.解毒作用解毒作用 19细胞生物学内膜系统医学知识 RER的主要功能是的主要功能是进行蛋白质的合成、运输、加工修进行蛋白质的合成、运输、加工修饰饰，以指导这些蛋白质到达目的地。，以指导这些蛋白质到达目的地。1蛋白质的合成蛋白质的合成 在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有在核糖体上合成的，并且起始于细胞质基质，但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成
8、，这些蛋些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成，这些蛋白主要有白主要有:分泌性蛋白分泌性蛋白:抗体蛋白、激素、消化酶等抗体蛋白、激素、消化酶等;膜镶嵌蛋白膜镶嵌蛋白:例如膜抗原、膜受体等；例如膜抗原、膜受体等；溶酶体蛋白溶酶体蛋白:如酸性磷酸酶等；如酸性磷酸酶等；可溶性蛋白可溶性蛋白（一）粗面内质网的功能（一）粗面内质网的功能20细胞生物学内膜系统医学知识21细胞生物学内膜系统医学知识22细胞生物学内膜系统医学知识 Blobel等（等（1975）提出信号假说，认为蛋白质）提出信号假说，认为蛋白质N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成，获获1999年
9、诺贝尔生理学或医学奖。年诺贝尔生理学或医学奖。Blobel with members of his laboratoryGnter Blobel23细胞生物学内膜系统医学知识n 信号肽信号肽(signal peptide)：新合成的蛋白质分子新合成的蛋白质分子N端含端含有一段由有一段由1530个疏水性氨基酸残基组成的特殊序列，个疏水性氨基酸残基组成的特殊序列，该序列就是蛋白质分选信号该序列就是蛋白质分选信号，又称信号肽又称信号肽。n信号识别颗粒（信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）：信号肽可被细胞质中的信号肽可被细胞质中的SRP识别并结合，导致蛋白质识
10、别并结合，导致蛋白质合成暂停。合成暂停。nSRP受体受体：内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与：内质网膜的整合蛋白，异二聚体，可与SRP特异结合，从而使核糖体形成附着核糖体。特异结合，从而使核糖体形成附着核糖体。“信号假说信号假说”（signal hypothesis）24细胞生物学内膜系统医学知识SRP分子组成及功能位点分子组成及功能位点25细胞生物学内膜系统医学知识26细胞生物学内膜系统医学知识通过信号肽的疏水性引导新生肽跨脂双分子层进入通过信号肽的疏水性引导新生肽跨脂双分子层进入ER腔腔27细胞生物学内膜系统医学知识关闭蛋白质关闭蛋白质转运通道转运通道开启蛋白质开启蛋白质转运通道转运通道信
11、号肽被水解的信号肽被水解的成熟的蛋白质成熟的蛋白质28细胞生物学内膜系统医学知识Translocation of proteins across ER29细胞生物学内膜系统医学知识蛋白质转入内质网合成的过程：蛋白质转入内质网合成的过程：n信号肽与信号肽与SRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRP与受体与受体结合结合SRP脱离信号肽脱离信号肽肽链在内质网上继续合肽链在内质网上继续合成成信号肽切除信号肽切除肽链进入内质网腔中。肽链进入内质网腔中。n这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为共翻译易位机制。共翻译易位机制。31细胞生物学内膜系统医学知识In
12、sertion of Transmembrane protein into the ER membrane32细胞生物学内膜系统医学知识2蛋白质的运输蛋白质的运输 分泌型蛋白或溶酶体蛋白：出芽方式分泌型蛋白或溶酶体蛋白：出芽方式 膜镶嵌蛋白质的运输方式膜镶嵌蛋白质的运输方式在合成多肽链的同时，便直接与内质网组合，形成了在合成多肽链的同时，便直接与内质网组合，形成了 膜镶嵌蛋白；膜镶嵌蛋白；将合成的多肽链注入内质网腔中，然后组合到膜中。将合成的多肽链注入内质网腔中，然后组合到膜中。可溶性蛋白质直接转入细胞质中可溶性蛋白质直接转入细胞质中33细胞生物学内膜系统医学知识34细胞生物学内膜系统医学知识
13、3蛋白质的修饰蛋白质的修饰 有功能的蛋白质依赖于蛋白质多肽链折叠成三维结构有功能的蛋白质依赖于蛋白质多肽链折叠成三维结构，或者进行糖基化形成糖蛋白。，或者进行糖基化形成糖蛋白。（1）蛋白质的折叠）蛋白质的折叠：内质网腔中含有的氧化型谷胱甘肽（内质网腔中含有的氧化型谷胱甘肽（GSSG），蛋），蛋白二硫异构酶（白二硫异构酶（PDI）能催化任何两个半胱氨酸残基之间能催化任何两个半胱氨酸残基之间形成二硫键；形成二硫键；分子伴侣系统是属于热激蛋白（分子伴侣系统是属于热激蛋白（hsp）家族，在细家族，在细胞内具有协助其他蛋白质多肽链进行正确折叠、组装、转胞内具有协助其他蛋白质多肽链进行正确折叠、组装、转运
14、及降解之功能。运及降解之功能。ER腔内含有的分子伴侣腔内含有的分子伴侣hsp70、hsp90家族。家族。35细胞生物学内膜系统医学知识36细胞生物学内膜系统医学知识（2）蛋白质的糖基化：）蛋白质的糖基化：是指在多肽链中特殊的氨基酸残基侧链上，以是指在多肽链中特殊的氨基酸残基侧链上，以共价健连接上单糖和低聚糖形成糖蛋白的过程。共价健连接上单糖和低聚糖形成糖蛋白的过程。蛋白质与糖连接方式有两种：蛋白质与糖连接方式有两种：N连接糖蛋白连接糖蛋白：是指糖链被连接在多肽链中天：是指糖链被连接在多肽链中天冬酰胺（冬酰胺（Asn）残基的残基的NH2端，这种糖基化发生在端，这种糖基化发生在RER腔内腔内；O-
15、连接糖蛋白连接糖蛋白：是指单糖链被连接在多肽链中：是指单糖链被连接在多肽链中丝氨酸或苏氨酸残基侧链的丝氨酸或苏氨酸残基侧链的-OH端上，这种糖基化端上，这种糖基化发生在发生在高尔基复合体腔内高尔基复合体腔内。37细胞生物学内膜系统医学知识Protein glycosylation in RER38细胞生物学内膜系统医学知识n几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。n糖基化的作用：糖基化的作用：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。某些蛋白只
16、有在糖基化之后才能正确折叠。39细胞生物学内膜系统医学知识Protein glycosylation in RER40细胞生物学内膜系统医学知识1脂类的合成脂类的合成 生物膜的膜脂几乎都是由生物膜的膜脂几乎都是由SER合成和运输。合成和运输。SER可以合成膜脂中的磷脂、胆固醇和糖脂。可以合成膜脂中的磷脂、胆固醇和糖脂。2糖原的代谢糖原的代谢 在机体内肝和肌肉是糖原贮存最主要组织器官。使葡萄在机体内肝和肌肉是糖原贮存最主要组织器官。使葡萄糖糖6-磷酸水解，释放糖至血液中。磷酸水解，释放糖至血液中。（二）滑面内质网的功能（二）滑面内质网的功能3解毒作用解毒作用 肝脏是机体内最重要解毒器官，而真正承
17、担解毒功能的肝脏是机体内最重要解毒器官，而真正承担解毒功能的是肝细胞中的是肝细胞中的SER。生化分析，生化分析，SER膜上含有大量脱甲基酶膜上含有大量脱甲基酶、脱羧酶、脱氨酶、葡糖醛酸酶以及混合功能的氧化酶系。、脱羧酶、脱氨酶、葡糖醛酸酶以及混合功能的氧化酶系。41细胞生物学内膜系统医学知识4与调节肌肉收缩有关与调节肌肉收缩有关 在肌细胞中的肌浆网是在肌细胞中的肌浆网是Ca2+贮存场所，可通过释放贮存场所，可通过释放和回收和回收Ca2+调节肌肉收缩。调节肌肉收缩。5与水和电解质代谢有关与水和电解质代谢有关 哺乳动物胃腺中的壁细胞有发达的哺乳动物胃腺中的壁细胞有发达的SER，与盐酸分与盐酸分泌和
18、渗透压的调节有关泌和渗透压的调节有关。6与胆汁生成有关与胆汁生成有关 肝细胞中的肝细胞中的SER可合成部分的胆盐（占总胆汁的可合成部分的胆盐（占总胆汁的10%）。42细胞生物学内膜系统医学知识1膜抗原：血型抗原和组织相容性抗原膜抗原：血型抗原和组织相容性抗原2膜受体：调节单位、转换单位、催化单位膜受体：调节单位、转换单位、催化单位3、内质网：粗面内质网、内质网：粗面内质网(RER)和滑面内质网和滑面内质网(SER)4、RER主要功能是参与蛋白质的合成、运输、加主要功能是参与蛋白质的合成、运输、加工修饰工修饰；SER主要功能是脂类合成与转运、糖原代谢及主要功能是脂类合成与转运、糖原代谢及解毒作用
19、。解毒作用。5、用用“信号假说信号假说”解释了蛋白的定向运输。解释了蛋白的定向运输。小结小结43细胞生物学内膜系统医学知识1、名词解释：主动运输、离子泵、伴随运输、膜泡、名词解释：主动运输、离子泵、伴随运输、膜泡运输、有被小泡、受体介导的内吞作用、膜抗原、膜运输、有被小泡、受体介导的内吞作用、膜抗原、膜受体、内膜系统、信号肽受体、内膜系统、信号肽 复习题复习题3、简述膜泡运输的方式和特点。、简述膜泡运输的方式和特点。4、以胆固醇的摄取为例说明受体介导内吞作用的过程、以胆固醇的摄取为例说明受体介导内吞作用的过程和特点。和特点。5、试述粗面内质网的结构特点及功能。、试述粗面内质网的结构特点及功能。6、用用“信号假说信号假说”解释蛋白的定向穿解释蛋白的定向穿ER运输。运输。2、主动运输有哪些方式？请举例说明其作用原理。、主动运输有哪些方式？请举例说明其作用原理。44细胞生物学内膜系统医学知识
