1、1第七章第七章 真核细胞内膜系统的结构与功能真核细胞内膜系统的结构与功能细胞质基质细胞质基质细胞内膜系统细胞内膜系统27.1 细胞质基质细胞质基质 主要成分：主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨质骨架结构架结构,糖原和脂滴糖原和脂滴概念概念：又称又称细胞质溶质细胞质溶质，主要指，主要指真核细胞质真核细胞质内内除除细胞器和内含物以外细胞器和内含物以外的较为均质半透明的的较为均质半透明的胶状物质。胶状物质。透明质透明质,细胞液细胞液-胞质溶胶胞质溶胶-细胞质基质细胞质基质3n胞质溶胶胞质溶胶（cytosol）细胞匀浆经细胞匀浆经超速离心超速离心除去所有细胞器除
2、去所有细胞器和颗粒后的上清液部分。富含和颗粒后的上清液部分。富含蛋白质蛋白质，占，占细胞细胞内的内的2550%；含有多种；含有多种酶酶，是细，是细胞代谢活动的场所；还有各种细胞内含物，胞代谢活动的场所；还有各种细胞内含物，如如肝糖原肝糖原、脂肪细胞脂肪细胞的脂肪滴、色素粒等的脂肪滴、色素粒等 4主要特点主要特点:高度有序高度有序 动态平衡动态平衡水分子多以水化物的形式结合水分子多以水化物的形式结合mRNA和核糖体也结合到细胞质基质上和核糖体也结合到细胞质基质上蛋白和颗粒的扩散速率低蛋白和颗粒的扩散速率低新看法新看法细胞质基质是由三类细胞质骨架形成的相互联细胞质基质是由三类细胞质骨架形成的相互联
3、系的结构体系系的结构体系,其中蛋白和其他分子以凝聚态其中蛋白和其他分子以凝聚态或暂时的凝聚态存在或暂时的凝聚态存在5细细胞质基质的功能胞质基质的功能 完成各种中间代谢过完成各种中间代谢过程程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径糖原、蛋白质、脂肪酸的合成等 蛋白质蛋白质的的分选与运输分选与运输 与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及能量传递等6细细胞质基质的功能胞质基质的功能 蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解蛋白质的修饰、蛋白质选择性的降解 蛋白质的修饰 控制蛋白质的寿命 降解变性和错误折叠的蛋白质 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形 成正确
4、的分子构象7细胞质基质的功能细胞质基质的功能 蛋白质的修饰n辅酶或辅基结合；磷酸化；糖基化；甲基化；酰基化 控制蛋白质的寿命n稳定蛋白信号：N端第一Aa为Met，Ser，Thr，Ala，Val，Cys，Gly，Pron泛素：76Aan蛋白酶体：26S，筒状催化核心，调节部分89 降解变性和错误折叠的蛋白质 畸形蛋白暴露疏水基团，形成N端不稳定AA,同样被依赖于泛素的蛋白降解途径水解帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠，形成正确的分子构象 分子伴侣：热休克蛋白107.2 内膜系统内膜系统概念：概念：在在结构结构、功能功能及及发生发生上密切相关的由膜包被的上密切相关的由膜包被的细胞器或细胞结构，包括
5、细胞器或细胞结构，包括内质网内质网、高尔基体高尔基体、溶酶体溶酶体、内体和分泌泡内体和分泌泡等。等。这些膜是相这些膜是相互流动的，处于动态平衡互流动的，处于动态平衡，功能上相互协功能上相互协调调11n真核细胞在进化上一个真核细胞在进化上一个显著特点就是显著特点就是形成了发形成了发达的细胞质膜系统达的细胞质膜系统,将将细胞分成许多膜结合的细胞分成许多膜结合的区室区室,包括包括内质网内质网、高尔高尔基体基体、溶酶体溶酶体、内体和内体和分泌泡分泌泡等。等。n各自独立的结构和功能各自独立的结构和功能n又紧密相关，尤其是它又紧密相关，尤其是它们的膜结构是相互转换们的膜结构是相互转换的的，这种转换的机制则
6、这种转换的机制则是通过蛋白质分选和膜是通过蛋白质分选和膜运输实现的运输实现的12 真核细胞膜结合区室的主要功能真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器细胞器(区室区室)主要功能主要功能胞质溶胶胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核细胞核基因组存在场所，基因组存在场所，DNA和和RNA的合成地的合成地内质网内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体溶酶体细胞内的降解作用细胞内的降解作用内体内体内吞物质的分选内吞物质的分选线粒体线粒体通过氧化磷酸化合成
7、通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体叶绿体进行光合作用进行光合作用过氧化物酶体过氧化物酶体毒性分子的氧化毒性分子的氧化内内膜膜系系统统13线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核等的线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核等的独独立性很强立性很强,并且有特别的功能并且有特别的功能；n都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输,形成形成了一个特别的细胞内系统。了一个特别的细胞内系统。14 ER 是真核细胞中是真核细胞中最大最大的细胞器的细胞器 ER的膜占细胞膜系统的的膜占细胞膜系统的一半一半 所包围的体积占细胞总体积的所包围的体积占细胞总体积的10%原核生物没有内质网原核生物没有内质
8、网,除除哺乳动物细胞的红细胞哺乳动物细胞的红细胞外，外，ERER在真核细胞中广在真核细胞中广泛存在，一泛存在，一般认为细胞中只有一个般认为细胞中只有一个ERER以保证其功以保证其功能上的连续性。能上的连续性。由细胞质膜代行其功能。由细胞质膜代行其功能。7.2.1 内质网内质网Endoplasmic Reticulum,ER15n1945,Porter1945,Porter和和ClaudeClaude等在电子显微镜下观察等在电子显微镜下观察组培的组培的鸡胚成纤维细胞鸡胚成纤维细胞时发现时发现各种大小的管道各种大小的管道相连成网状结构相连成网状结构,并集中在内质中并集中在内质中,所以建议所以建议称
9、作称作内质网内质网。内质网的发现内质网的发现细胞的生物合成细胞的生物合成“工厂工厂”：由封闭的膜系统及其围成的腔形成的相互由封闭的膜系统及其围成的腔形成的相互沟通的网状结构，真核细胞中重要的细胞器，沟通的网状结构，真核细胞中重要的细胞器，细细胞内蛋白和脂质的合成基地胞内蛋白和脂质的合成基地16在透射电镜下观察，在透射电镜下观察，ERER常呈常呈平行的双层膜状平行的双层膜状三维立体结构上，三维立体结构上，ERER是是由膜形成的由膜形成的一些形状大小不同一些形状大小不同的的小管小管，小囊或小泡小囊或小泡构成的一个构成的一个连续的网状膜系统连续的网状膜系统，内腔相通。内腔相通。外表面称为胞质溶胶面或
10、原生质面外表面称为胞质溶胶面或原生质面,内表面称腔面。内表面称腔面。细胞中细胞中内质网内质网与细胞与细胞核、高核、高尔基体尔基体的立体的立体结构结构 内质网的形态结构内质网的形态结构17内质网种类内质网种类根据是否附有核糖体：根据是否附有核糖体：糙面内质网糙面内质网(RER)光面内质网光面内质网(SER)细胞不含纯粹的细胞不含纯粹的RERRER或或SER,SER,分别是分别是ERER连续结构的连续结构的一部分一部分糙面内质网糙面内质网(Rough ER)其上其上有核糖体有核糖体，多为扁囊状，广泛存在，多为扁囊状，广泛存在于于合成蛋白质合成蛋白质的细胞中。的细胞中。光面内质网光面内质网(Smoo
11、th ER)无核糖体无核糖体，多为小管或小囊状，广泛存，多为小管或小囊状，广泛存在于在于合成类固醇合成类固醇的细胞中。的细胞中。18 粗面内质网粗面内质网(rough endoplasmic reticulum,RER(rough endoplasmic reticulum,RER)多呈大的扁平膜囊状多呈大的扁平膜囊状,在电镜下观察排列极为整齐在电镜下观察排列极为整齐。它是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构它是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构,普遍普遍存在于分泌蛋白质的细胞中存在于分泌蛋白质的细胞中主要功能是主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶蛋白合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和
12、酶蛋白。19n水仙幼嫩叶肉细胞水仙幼嫩叶肉细胞RER RER十分发达，顶十分发达，顶端部分局部膨大端部分局部膨大-，或横缢成小泡。，或横缢成小泡。20n具具易位子易位子translocon结构结构:n真核细胞内质网上的一种蛋白复合体，真核细胞内质网上的一种蛋白复合体，中心有一直径中心有一直径nm的通道，的通道，与新合成的蛋白进入与新合成的蛋白进入内质网有关内质网有关n不正确折叠的蛋白从不正确折叠的蛋白从易位子处由内质网腔进入细易位子处由内质网腔进入细胞质基质被降解胞质基质被降解21 光面内质网光面内质网(smooth endoplasmic reticulum,(smooth endoplas
13、mic reticulum,SER)SER)无核糖体附着无核糖体附着由由小泡小泡或或小管小管构成，主要从事细构成，主要从事细胞的解毒作用胞的解毒作用,广泛存在于各种类型的细胞中广泛存在于各种类型的细胞中脂类合成的重要场所脂类合成的重要场所往往作为往往作为出芽的位点出芽的位点,将内质网上合成的蛋白质将内质网上合成的蛋白质或脂类转运到高尔基体。或脂类转运到高尔基体。微粒微粒体体-在在细胞匀浆细胞匀浆和和差速离心差速离心过程中获得的过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成由破碎的内质网自我融合形成的近似球的近似球形的膜囊泡状结构形的膜囊泡状结构,仍具有内质网的基本仍具有内质网的基本特征。特征。23内质
14、网与其他细胞器的关系内质网与其他细胞器的关系细胞膜细胞膜:有时与内质网连接有时与内质网连接,甚至有管道相通甚至有管道相通核膜核膜:通常通常内质网与外核膜相连内质网与外核膜相连高尔基体高尔基体:结构结构,功能功能,发生上相联系发生上相联系线粒体线粒体:合成旺盛的细胞中两者总是相伴合成旺盛的细胞中两者总是相伴微管微管:内质网的分布与微管的走向一致内质网的分布与微管的走向一致内质网的功能内质网的功能 蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的修饰和加工蛋白质的修饰和加工新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装 脂质的合成脂质的合成其他功能其他功能25 蛋白质的合成蛋白质的合成n细胞中蛋白都是在核糖体上合成，并细胞
15、中蛋白都是在核糖体上合成，并起始于起始于细胞细胞质基质中质基质中“游离游离”核糖体核糖体内质网上合成的蛋白：内质网上合成的蛋白：分泌蛋白分泌蛋白，整合膜蛋白整合膜蛋白，内膜系统各种细胞器内的内膜系统各种细胞器内的可溶性蛋白可溶性蛋白需要隔离或修饰需要隔离或修饰细胞质基质中合成的蛋白：细胞质基质中合成的蛋白：细胞质基质中驻留蛋白，质膜外周蛋白，细胞质基质中驻留蛋白，质膜外周蛋白，核输入蛋白，转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋核输入蛋白，转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋白白26细胞中蛋白主要由那种核糖体合成，膜结细胞中蛋白主要由那种核糖体合成，膜结合核糖体还是合核糖体还是“游离游离”核糖体？核糖体？n游
16、离核糖体合成的蛋白质的分配去向游离核糖体合成的蛋白质的分配去向包括包括胞质溶胶、线粒体、过氧化物酶体、细胞胞质溶胶、线粒体、过氧化物酶体、细胞核等，核等，约占细胞体积的约占细胞体积的80%80%以上。以上。n而膜结合核糖体上合成的蛋白质的去向而膜结合核糖体上合成的蛋白质的去向包包括括ERER、高尔基体、溶酶体、质膜、细胞外、高尔基体、溶酶体、质膜、细胞外等，只占细胞体积的等，只占细胞体积的20%20%n 游离核糖体上合成的蛋白质起主导作用。游离核糖体上合成的蛋白质起主导作用。27 脂质的合成脂质的合成nSERSER除除鞘磷脂鞘磷脂、糖脂糖脂和和2 2种线粒体磷脂种线粒体磷脂外外能合成建造新膜所
17、需的各种脂类能合成建造新膜所需的各种脂类n合成的最主要的磷脂合成的最主要的磷脂为磷脂酰胆碱。为磷脂酰胆碱。n合成的脂类，有的合成的脂类，有的掺入到掺入到ERER本身本身，有的，有的则通过则通过出芽出芽的方式或的方式或专一性载体蛋白专一性载体蛋白运运往其他的细胞器。往其他的细胞器。28 膜磷脂转移的两种方式膜磷脂转移的两种方式n(a)通过通过小泡运输小泡运输将内质将内质网上合成的脂网上合成的脂转运到其他转运到其他内膜系统的膜上内膜系统的膜上包括细胞包括细胞核膜核膜;n(b)通过通过磷脂转运蛋白磷脂转运蛋白将将内质网上合成的脂内质网上合成的脂转运到转运到线粒体、叶绿体和过氧化线粒体、叶绿体和过氧化
18、物酶体的膜中物酶体的膜中。29磷脂转运磷脂转运-内质网中的磷脂不断合成，使得内质内质网中的磷脂不断合成，使得内质网的膜面积越来越大，必须有网的膜面积越来越大，必须有一种机制将磷脂转运一种机制将磷脂转运到其它的膜才能维持内质网膜的平衡到其它的膜才能维持内质网膜的平衡nTransport by budding :n ER-GC,Ly,PMnTransport by phospholipid exchange proteins(PEP)n磷脂交换蛋白磷脂交换蛋白:ER:ERother organellesother organelles303132ER膜，两半脂类分布不对称？膜，两半脂类分布不对称？
19、ER膜中存在有反转酶膜中存在有反转酶，能把能把含有胆碱的磷脂含有胆碱的磷脂从从膜的胞质侧反转到邻腔的一半，膜的胞质侧反转到邻腔的一半，但对含乙醇胺，但对含乙醇胺，丝氨酸或肌醇的磷脂无反转作用。丝氨酸或肌醇的磷脂无反转作用。磷脂酰胆碱的合成需要存在磷脂酰胆碱的合成需要存在ER上的酶催化，上的酶催化，酶酶的活性部位朝向胞质溶质一侧，的活性部位朝向胞质溶质一侧，所以磷脂的合所以磷脂的合成只发生在膜邻近胞质溶质的一半。成只发生在膜邻近胞质溶质的一半。33 蛋白质的修饰和加工蛋白质的修饰和加工修饰：修饰：糖基化糖基化、羟基化羟基化、酰基化酰基化、二硫键二硫键形形成等成等 糖基化：糖基化：发生在发生在ER
20、腔面腔面，是在，是在糖基转移酶糖基转移酶作用下作用下.可分成两大不同的糖基化修饰：可分成两大不同的糖基化修饰：特征特征 N-N-连接连接 O-O-连接连接合成部位合成部位 糙面内质网糙面内质网 高尔基体高尔基体 与之结合的与之结合的 氨基酸残基氨基酸残基 天冬酰胺天冬酰胺 丝氨酸，苏氨酸，丝氨酸，苏氨酸，羟赖氨酸，羟脯氨酸羟赖氨酸，羟脯氨酸第一个糖残基第一个糖残基 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 34Protein glycosylation in RER焦磷酸键焦磷酸键寡糖链寡糖链磷酸多萜醇磷酸多萜醇糖基转移酶糖基转移酶35N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺
21、36n细胞质基质和细胞核中的蛋白很少糖基化，细胞质基质和细胞核中的蛋白很少糖基化，内质内质网上合成的蛋白大部分要糖基化网上合成的蛋白大部分要糖基化糖基化作用：糖基化作用：使蛋白能够抵抗消化酶的作用；使蛋白能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白传导信号的功能；赋予蛋白传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化后才能正确折叠某些蛋白只有在糖基化后才能正确折叠N-连接连接糖基化糖基化糖供体：糖供体：核苷糖核苷糖糖载体：糖载体：磷酸多萜醇磷酸多萜醇37新生肽的折叠与组装新生肽的折叠与组装n正确折叠的蛋白才能被转运到高尔基体正确折叠的蛋白才能被转运到高尔基体,否则否则,通过通过易位子易位子进入细胞质基质进入细胞质基质
22、,降解降解PDI:蛋白质二硫化物异构酶蛋白质二硫化物异构酶2种种重要的重要的网质蛋白网质蛋白，参与了蛋白的折叠，参与了蛋白的折叠Bip:免疫球蛋白重链结合蛋白免疫球蛋白重链结合蛋白38PDI:蛋白质二硫化物异构酶蛋白质二硫化物异构酶-切断二硫键切断二硫键,帮助新合成的蛋白重新形成二硫键帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确的并处于正确的折叠状态折叠状态 可加快蛋白正确折叠速度可加快蛋白正确折叠速度Bip:结合蛋白结合蛋白-一种分子伴侣一种分子伴侣chaperone 识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单位位,通过稳定中间产物并阻止其聚集或不可逆变通过稳定
23、中间产物并阻止其聚集或不可逆变性来协助蛋白的折叠，性来协助蛋白的折叠，在此过程中，其本身不发在此过程中，其本身不发生变化，故被称为生变化，故被称为分子伴侣分子伴侣。39n光面内质网的功能光面内质网的功能n糖原分解释放葡萄糖糖原分解释放葡萄糖n类固醇激素的合成类固醇激素的合成n肌肉收缩的调节肌肉收缩的调节n肝细胞的脱毒作用肝细胞的脱毒作用等等。40n光面内质网在糖原裂光面内质网在糖原裂解中的作用解中的作用n肝细胞中肝细胞中,糖原裂解释糖原裂解释放葡萄糖放葡萄糖-1-1-磷酸磷酸,转转变成葡萄糖变成葡萄糖-6-6-磷酸磷酸,但不能通过细胞质膜。但不能通过细胞质膜。nSERSER上的葡萄糖上的葡萄糖
24、-6-6-磷磷酸酶酸酶将将葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸水解为水解为葡萄糖和磷酸葡萄糖和磷酸后后,葡萄糖就可穿过细葡萄糖就可穿过细胞质膜进入血液。胞质膜进入血液。41n 类固醇激素的合成类固醇激素的合成n分泌类固醇激素的细胞分泌类固醇激素的细胞如肾上腺细胞、黄体细胞如肾上腺细胞、黄体细胞都有丰富的光面内质网，都有丰富的光面内质网，并在光面内质网上并在光面内质网上含有含有合成胆固醇和将胆固醇转化为激素的全套酶系；合成胆固醇和将胆固醇转化为激素的全套酶系；n所以光面内质网能够合成胆固醇，然后将胆固醇所以光面内质网能够合成胆固醇，然后将胆固醇氧化、还原、水解进一步转变成各种类固醇激素氧化、还原、水解
25、进一步转变成各种类固醇激素。42n肌肉收缩的调节肌肉收缩的调节 Ca2+离子的调节作用离子的调节作用肌质网实际上是作为钙库肌质网实际上是作为钙库,其内有钙结合蛋白其内有钙结合蛋白,每个钙结合蛋白可以结合每个钙结合蛋白可以结合3030个左右的个左右的CaCa2+2+。兴奋兴奋信号传递到肌质网时则引起肌质网释放信号传递到肌质网时则引起肌质网释放CaCa2+2+,从从而导致肌细胞的收缩活动而导致肌细胞的收缩活动肌质网是细胞内特化的光面内质网肌质网是细胞内特化的光面内质网,是贮存是贮存CaCa2+2+的的细胞器。细胞器。肌质网膜上重要的膜蛋白是肌质网膜上重要的膜蛋白是CaCa2+2+-ATP-ATP酶
26、酶。43肝细胞的脱毒作用肝细胞的脱毒作用n细胞色素细胞色素p-450p-450一种末端氧化酶，在一种末端氧化酶，在肝中具有肝中具有解毒作用解毒作用，可，可通过羟基化通过羟基化而使脂溶性废物或代而使脂溶性废物或代谢产物失活并溶于水，排出细胞。谢产物失活并溶于水，排出细胞。在在SERSER膜中，有膜中，有一些酶能与外源性物质结合并一些酶能与外源性物质结合并使其使其发生氧化发生氧化而失活，而失活，具有清除脂溶性废物和代谢产生具有清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质的作用。的有害物质的作用。如果外源性物质为有害物质如如果外源性物质为有害物质如药物，使其失活的作用为药物，使其失活的作用为解毒作用解毒作用。
27、服用大量药物的动物，与解毒有关的酶活性会服用大量药物的动物，与解毒有关的酶活性会大量增加，引起大量增加，引起SER增长，一旦药物消失，增长，一旦药物消失，多多余的余的SER会被溶酶体消化会被溶酶体消化，几天内又恢复原来，几天内又恢复原来的大小。的大小。44n中毒的肝细胞中毒的肝细胞SER大量增生，占据细胞质绝大大量增生，占据细胞质绝大部分，有的呈管状盘曲，排列成同心圆状部分，有的呈管状盘曲，排列成同心圆状=，在其周围有丰富的线粒体在其周围有丰富的线粒体M，有的为泡状散在，有的为泡状散在-，SER增生与其解毒功能密切相关，线粒体增生与其解毒功能密切相关，线粒体的围绕也可能与解毒时需要能量有关。的
28、围绕也可能与解毒时需要能量有关。457.2.2 高尔基复合高尔基复合体体高尔高尔基器基器(Golgi apparatus)或高尔基复合或高尔基复合体体(Golgi complex)与细胞的分泌功能有关与细胞的分泌功能有关,能够收集和排出内质网能够收集和排出内质网所合成的物质所合成的物质,也是凝集某些酶原颗粒的场所也是凝集某些酶原颗粒的场所,参与糖蛋白和粘多糖的合成。参与糖蛋白和粘多糖的合成。高尔基复合体与高尔基复合体与溶酶体的形成有关溶酶体的形成有关,并参与细胞并参与细胞的胞饮和胞吐过程。的胞饮和胞吐过程。46高尔基复合体的发现高尔基复合体的发现n意大利科学家意大利科学家GolgiGolgi在
29、在 18981898年用年用硝酸银染色法硝酸银染色法在猫头鹰和小猫的一种神经细胞中，发现了一种在猫头鹰和小猫的一种神经细胞中，发现了一种嗜银的网状结构嗜银的网状结构，由于存在于细胞内质中，命名，由于存在于细胞内质中，命名为为内网器内网器。n后人为纪念他，改称为高尔基体，因其形态结构后人为纪念他，改称为高尔基体，因其形态结构和组成较复杂，现一般称其为和组成较复杂，现一般称其为高尔基复合体高尔基复合体。47高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构电子显微镜所观察到的电子显微镜所观察到的高高尔基体最富有特征性的结尔基体最富有特征性的结构构是由是由一些一些(通常是通常是4 48 8个个)排列较为整齐的扁平
30、排列较为整齐的扁平膜囊膜囊(saccules(saccules)堆叠在一堆叠在一起起,构成了高尔基体的主构成了高尔基体的主体结构。体结构。易变易变,随时可解体和随时可解体和产生产生细胞分裂时细胞分裂时可瓦解可瓦解和重建和重建48n藻类高尔基体冰冻蚀刻,SA扁平囊,GV液泡,-小泡49有两个面有两个面:形成形成面面和和成熟面成熟面,来来自内质网的蛋白自内质网的蛋白质和脂从形成面质和脂从形成面逐渐向成熟面转逐渐向成熟面转运运 高尔基体的膜囊结构及其排列高尔基体的膜囊结构及其排列 顺面是囊泡结构顺面是囊泡结构,靠近粗面内质网靠近粗面内质网,中间部分是扁平膜囊中间部分是扁平膜囊,反面也是囊泡结构反面也
31、是囊泡结构。高尔基复合体高尔基复合体由平由平行排列的行排列的扁平膜囊扁平膜囊、大囊泡大囊泡和和小囊泡小囊泡等等三种膜状结构所组三种膜状结构所组成。成。5051 高尔基体的极性高尔基体的极性n高尔基体高尔基体执行功能时是执行功能时是“流水式流水式”操作操作,上一道上一道工序完成工序完成了了,才能进行下一道工序。才能进行下一道工序。加工修饰加工修饰 酶酶 结构上的极性结构上的极性:可分为几个层次的区室可分为几个层次的区室靠近内质网靠近内质网的一面弯曲为凸面称为的一面弯曲为凸面称为顺面顺面(cis face),或称或称形成面形成面(forming face)；高尔基体中间膜囊高尔基体中间膜囊(med
32、ial Golgi);靠近细胞质膜靠近细胞质膜的一面常呈凸面称为的一面常呈凸面称为反面反面或成熟面或成熟面 功能上的极性功能上的极性:52nciscis Golgi network Golgi network，CGNCGN是入口区域。是入口区域。nmedial Golgimedial Golgi，多数糖基修饰，糖脂的形，多数糖基修饰，糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。处。ntrans Golgi networktrans Golgi network，TGNTGN是出口区域，是出口区域，参与蛋白质的分类与包装，最后输出参与蛋白质的分类与包装，最后
33、输出。53顺面网状结构顺面网状结构(cis-Golgi network,CGN),又称又称cis膜囊膜囊：高尔基体高尔基体最外侧最外侧的扁平膜囊，中间多孔，呈连续分枝状的管网结构。的扁平膜囊，中间多孔，呈连续分枝状的管网结构。接受内质网合成的新物质分类后转入中间膜囊，接受内质网合成的新物质分类后转入中间膜囊，O连接糖基化连接糖基化 跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化跨膜蛋白在细胞质基质一侧结构域的酰基化 内质网驻留蛋白返回（内质网驻留蛋白返回（KDEL）日冕病毒的装配日冕病毒的装配 中间膜囊中间膜囊(medial Golgi)扁平膜囊和管道组成扁平膜囊和管道组成 糖糖基修饰；糖脂形成；多糖
34、合基修饰；糖脂形成；多糖合成成 扁平膜囊的形成，增加了糖合成和修饰的有效面积扁平膜囊的形成，增加了糖合成和修饰的有效面积高尔基体的高尔基体的4 4个组成个组成部分部分54反面网状结构反面网状结构(trans Golgi network,TGN)位于反面最外层，形态呈管网状位于反面最外层，形态呈管网状 蛋白质的分类包装蛋白质的分类包装 某些某些“晚期晚期”的蛋白质修饰的蛋白质修饰（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白（如唾液酸化、蛋白质酪氨酸残基的硫酸化及蛋白原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的原的水解加工）在蛋白质与脂类的转运过程中的“瓣膜瓣膜”作用，保证单向转运作用，保证单向转运
35、周围大小不等的周围大小不等的囊囊泡泡 顺面囊泡称顺面囊泡称ERGIC/VTC-ERGIC53/58蛋白，蛋白，内质网和高尔基体之间的物质运输小泡内质网和高尔基体之间的物质运输小泡 反面体积较大的分泌泡与分泌颗反面体积较大的分泌泡与分泌颗粒粒 5556 高尔基体的数量和分布高尔基体的数量和分布数量数量在在分泌功能旺盛的细胞分泌功能旺盛的细胞中中,高尔基复合体都很多。高尔基复合体都很多。生物体中高尔基复合体的生物体中高尔基复合体的数量不等数量不等分布分布只存在于真核细胞中只存在于真核细胞中一定类型的细胞中一定类型的细胞中,高尔基复合体位置较恒定高尔基复合体位置较恒定外分泌细胞中外分泌细胞中高尔基体
36、高尔基体常位于细胞核上方常位于细胞核上方，其，其反面朝向细胞质膜反面朝向细胞质膜神经细胞神经细胞的高尔基体有很多膜囊堆的高尔基体有很多膜囊堆分散于细胞分散于细胞核的周围核的周围定位与定位与细胞骨架细胞骨架有关有关,膜囊上存在膜囊上存在微管和微丝微管和微丝的的马达蛋白马达蛋白57 高尔基体的化学组成高尔基体的化学组成 蛋白质蛋白质高于内质网和质膜高于内质网和质膜 含量占含量占60%脂脂总磷脂含量总磷脂含量 介于内质网和质膜之间介于内质网和质膜之间酶类酶类丰富丰富 在膜上的分布不均一在膜上的分布不均一58各部膜囊各部膜囊的种标的种标志细胞化学反应志细胞化学反应 嗜锇反应嗜锇反应 高尔基体高尔基体
37、cis面膜囊面膜囊 焦磷焦磷酸硫胺素酶（酸硫胺素酶（TPP酶）反应酶）反应 trans面面12层膜囊；层膜囊；胞嘧啶单核苷酸酶（胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）反应酶）反应 靠近靠近trans面膜囊状和管状结构面膜囊状和管状结构烟烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）反应酶）反应 中间扁平囊中间扁平囊59锇酸锇酸cis甘露糖苷酶甘露糖苷酶中间膜囊中间膜囊核苷酸二磷酸酶核苷酸二磷酸酶trans60高尔基体的功能高尔基体的功能 蛋白质运输蛋白质运输 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 蛋白质的加工改造蛋白质的加工改造 膜泡运输膜泡运输 膜的转化膜的转化植物细胞壁的形成，植物细胞壁的形
38、成，合成纤维素和果胶质合成纤维素和果胶质61蛋白质运输蛋白质运输高尔基体内侧到高尔基体外侧运输高尔基体内侧到高尔基体外侧运输ER到高尔基体内侧的运输到高尔基体内侧的运输ER蛋白的逆向运输蛋白的逆向运输向溶酶体和细胞膜的运输向溶酶体和细胞膜的运输高尔基体依据信号序列或信号斑对蛋白质分类高尔基体依据信号序列或信号斑对蛋白质分类62偶尔也有偶尔也有从高尔基从高尔基体各个部位形成的体各个部位形成的小泡小泡沿微管回流沿微管回流到到内质网内质网 病理情况病理情况 ER与高尔基体顺与高尔基体顺面间的蛋白质运输面间的蛋白质运输除了内质网结构和除了内质网结构和功能蛋白质外功能蛋白质外其他由内质网合成其他由内质网
39、合成的蛋白质都是的蛋白质都是通过通过小泡转运小泡转运到到高尔基高尔基体的顺面体的顺面63 内质网滞留信号内质网滞留信号内质网的结构和功内质网的结构和功能蛋白能蛋白的的羧基端的羧基端的一个四肽序列一个四肽序列:KDEL信号序列信号序列:-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-64转运时转运时,分泌小泡与高尔基体膜囊的融合和出芽分泌小泡与高尔基体膜囊的融合和出芽都都是是发生在两侧发生在两侧，并，并伴随有蛋白质的各种加工。伴随有蛋白质的各种加工。蛋白质从蛋白质从顺面顺面高尔基网络高尔基网络向向反面反面高尔基网络运输高尔基网络运输ER分泌出来的小泡同分泌出来的小泡同顺面高尔基网络顺面高尔基网络融合融
40、合成为高尔基体的部分成为高尔基体的部分经过经过中间膜囊出芽形中间膜囊出芽形式分泌小泡式分泌小泡(又称穿梭又称穿梭小泡小泡)逐步向逐步向反面高尔反面高尔基体网络转运基体网络转运65高尔基体与细胞的分泌活动高尔基体与细胞的分泌活动lRER上合成蛋白质进入ER腔COPII运输泡进入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成运输泡运输与质膜融合、排出。l高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑：每一类蛋白质都有特异的标识信号肽或信号斑：每一类蛋白质都有特异的标识（溶酶体中的酶带有（溶酶体中的酶带有M6P,6-磷酸甘露醇）；分磷酸甘露醇）；
41、分选主要与蛋白质有关，分选和转运的信息存在于选主要与蛋白质有关，分选和转运的信息存在于基因本身。基因本身。666720th70年代，年代，Caro用用3H-Leu对胰腺细胞脉冲对胰腺细胞脉冲标记，发现标记标记，发现标记3min后放射自显影的银粒在内后放射自显影的银粒在内质网中，质网中，20min后银粒主要出现在高尔基体中，后银粒主要出现在高尔基体中，120min后位于分泌囊泡并开始从腺泡细胞顶端后位于分泌囊泡并开始从腺泡细胞顶端释放。释放。该实验说明分泌蛋白从内质网到高尔基体该实验说明分泌蛋白从内质网到高尔基体的合成与转运途径的合成与转运途径 20th60年代，溶酶体年代，溶酶体M6P及其受体
42、纯化及其受体纯化溶酶体中水解酶，在溶酶体中水解酶，在内质网合成时糖基化内质网合成时糖基化，在高，在高尔基体尔基体被被N乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶和乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶和N乙乙酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶作用，酰葡萄糖胺磷酸糖苷酶作用，Man产生产生M6P68诱导诱导溶酶体酶聚集并溶酶体酶聚集并“出芽出芽”离开高尔基复合体形成溶酶体离开高尔基复合体形成溶酶体高尔基体复合体和溶酶体的形成高尔基体复合体和溶酶体的形成溶酶体是由溶酶体是由糙面内质网上的核糖体糙面内质网上的核糖体合成合成糙面内质网腔糙面内质网腔(N-连接糖基化修饰连接糖基化修饰)高尔基复合体高尔基复合体甘露糖磷酸化加工修饰甘露糖磷酸化加工修饰溶酶
43、体的酶内含有溶酶体的酶内含有甘露糖甘露糖-6-磷酸磷酸高尔基复合体反面扁囊膜上有高尔基复合体反面扁囊膜上有甘露糖甘露糖-6-磷酸受体磷酸受体69溶酶体酶合成溶酶体酶合成及糖基化及糖基化甘露糖磷酸化甘露糖磷酸化M6P与受体结与受体结合合PH降低，酶降低，酶与受体脱离与受体脱离脱磷酸脱磷酸70 GC中蛋白质的糖基化中蛋白质的糖基化 O O-连接的糖基化连接的糖基化N N-连接的寡聚糖进一步加工：连接的寡聚糖进一步加工：蛋白质的蛋白质的N-连接糖基化是在内质网中进行的连接糖基化是在内质网中进行的,而对糖基的修饰则是在高尔基体中完成的。而对糖基的修饰则是在高尔基体中完成的。高尔基体：高尔基体：加工，切
44、除加工，切除葡萄糖葡萄糖和和部分甘露糖部分甘露糖分子，分子，添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白添加特定的单糖，形成成熟的糖蛋白71蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化生物生物学意义学意义 糖糖基化的主要作基化的主要作用用 1.1.保护蛋白质不被水解酶降解。保护蛋白质不被水解酶降解。2.2.起运输信号作用，引导蛋白被包装至运输泡。起运输信号作用，引导蛋白被包装至运输泡。3.3.在细胞表面形成糖萼，起细胞识别和保护质膜在细胞表面形成糖萼，起细胞识别和保护质膜 的作用。的作用。72n*糖基化的主要作用：糖基化的主要作用：在成熟过程中折折叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性叠成正确构象和增加蛋白质的稳定性；多羟基糖
45、侧链影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质。对多数分选多数分选的蛋白质来说，糖基化并非作为蛋白质的分糖基化并非作为蛋白质的分选信号选信号。n*进化上的意义进化上的意义：保护性的外被保护性的外被，同时又不象细胞壁那样限制细胞的形状与运动。73 蛋白质在高尔基体中酶解加工类型蛋白质在高尔基体中酶解加工类型加工加工：含有不同信号序列的蛋白质前体在高尔基含有不同信号序列的蛋白质前体在高尔基体中加工成不同的产物体中加工成不同的产物 RER合成的蛋白有些是合成的蛋白有些是无活性的前体物无活性的前体物，称为，称为蛋白原蛋白原，须加工方有活性。，须加工方有活性。切割切割：无生物活性的蛋白原由高尔基体切除无生
46、物活性的蛋白原由高尔基体切除N-N-端或两端的序列成熟的多肽。如端或两端的序列成熟的多肽。如胰岛素、胰高胰岛素、胰高血糖素及血清白蛋白血糖素及血清白蛋白等。等。水解水解：蛋白质前体在高尔基体中水解成同种有蛋白质前体在高尔基体中水解成同种有活性的多肽，如活性的多肽，如神经肽神经肽等。等。硫酸化作用硫酸化作用：蛋白聚糖：蛋白聚糖 74n加工方式多样性的可能原因：加工方式多样性的可能原因：1.确保小肽分子的有效合成；确保小肽分子的有效合成；2.弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要弥补缺少包装并转运到分泌泡中的必要信号；信号；3.有效地防止这些活性物质在合成它的细有效地防止这些活性物质在合成它的细胞内起
47、作用。胞内起作用。75溶酶体溶酶体(lysosome)溶酶体是溶酶体是动物细胞动物细胞中一种膜结合细中一种膜结合细胞器胞器,含有含有多种水解多种水解酶类酶类 在细胞内起在细胞内起消化和保护作用消化和保护作用,可可与吞噬泡或胞饮泡结合与吞噬泡或胞饮泡结合,消化和利消化和利用其中的物质。用其中的物质。76电电子子显显微微镜镜下下的的溶溶酶酶体体溶酶体是一种异溶酶体是一种异质性细胞器质性细胞器 不同来源的不同来源的溶溶酶体酶体形态、大小形态、大小,甚至所含有酶的甚至所含有酶的种类种类都有很大的都有很大的不同。不同。溶酶体呈溶酶体呈小球状小球状,大小变大小变化很大化很大 具吞噬作用的肝具吞噬作用的肝K
48、upperKupper细胞中不同大小的溶细胞中不同大小的溶酶体酶体,图中示出至少图中示出至少1010个不同大小的溶酶体。个不同大小的溶酶体。77溶酶体的类型溶酶体的类型 次级次级溶酶体有溶酶体有自噬性溶酶体自噬性溶酶体、异噬性溶酶体异噬性溶酶体，最后一种类型中常见有脂褐质、含铁小体、多泡最后一种类型中常见有脂褐质、含铁小体、多泡体等。体等。据形成和功能据形成和功能分为分为 初级溶酶体初级溶酶体、次级溶酶体次级溶酶体和和残余小体残余小体次级溶酶体次级溶酶体由由 初级溶酶体初级溶酶体和和 作用底物作用底物 融合而成融合而成781、初级溶酶体（初级溶酶体（primary lysosome）由由高尔基
49、体分泌形成，含多种酸性水解酶。无明高尔基体分泌形成，含多种酸性水解酶。无明显颗粒状物质，内容均一显颗粒状物质，内容均一79n2、次级溶酶体（次级溶酶体（secondary lysosome）n是是正在进行或完成消化作用的溶酶体，正在进行或完成消化作用的溶酶体，分为自分为自噬溶酶体和异噬溶酶体噬溶酶体和异噬溶酶体。8081n 自噬性溶酶自噬性溶酶体体(autolysosome(autolysosome)n是一种是一种自体吞噬泡自体吞噬泡,作用底物是作用底物是内源性内源性的的,即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质。这种溶酶体广泛存在于正常的细胞细胞质。
50、这种溶酶体广泛存在于正常的细胞内，内，在细胞内起在细胞内起“清道夫清道夫”作用。作用。n 异噬性溶异噬性溶酶体酶体(heterolysosome(heterolysosome)n又称异体吞噬泡又称异体吞噬泡,它的它的作用底物是作用底物是外源性外源性的的,即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质。即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质。异噬性溶酶体异噬性溶酶体实际上是初级溶酶体同内吞泡实际上是初级溶酶体同内吞泡融合后形成的。融合后形成的。82肝细胞质中衰老的细胞器被初级溶酶体包绕并消化，形成肝细胞质中衰老的细胞器被初级溶酶体包绕并消化，形成自噬泡自噬泡LY2，能消化部分被吸收再使用，不能消化部分，
