医学细胞生物学 第五章 内膜系统

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1、 ? 内膜系统(endomembrane system)概述 ? 内质网(endoplasmic reticulum, ER) ? 高尔基复合体(Golgi Complex, Golgi) ? 溶酶体(lysosome) ? 过氧化物酶体(peroxisome) ? 囊泡与囊泡转运 ? 内膜系统与医学的关系 内膜系统内膜系统内膜系统内膜系统 ? 内膜与内膜系统 ? 内膜系统的层次性和动态性 ? 内膜系统对特定蛋白质进行合成和运输 ? 细胞内区室化的生物学意义 内膜系统概述内膜系统概述内膜系统概述内膜系统概述 内 膜 系 统 的 层 次 性 内 膜 系 统 的 层 次 性 ? 内膜系统的各种膜结

2、构处 于不断的流动、交换状态。 ? 其实质就是进行蛋白质的 合成和运输。 内膜系统的动态性质内膜系统的动态性质 内膜系统只合成运输细胞 内的某些蛋白质，这些蛋白 质包括： 1.内膜系统驻留蛋白； 2.膜蛋白； 3.分泌蛋白（外输性蛋白） 内膜系统对特定蛋白进行合成运输内膜系统对特定蛋白进行合成运输 分泌蛋白驻留蛋白 膜蛋白 细胞核遗传物质存储、复制、转录的场所 内质网蛋白质合成场所和集散地、大多数脂 类以及胆固醇的合成场所 高尔基体蛋白质和脂类的修饰分选和包装 溶酶体细胞内的降解作用 过氧化物酶体毒性分子的氧化 细胞器（区室）主要功能 真核细胞各区室的主要功能真核细胞各区室的主要功能真核细胞各

3、区室的主要功能真核细胞各区室的主要功能 线粒体“能量工厂” 内膜系统内膜系统内膜系统内膜系统 ? 内膜系统(endomembrane system)概述 ? 内质网(endoplasmic reticulum, ER) ? 高尔基复合体(Golgi Complex, Golgi) ? 溶酶体(lysosome) ? 过氧化物酶体(peroxisome) ? 囊泡与囊泡转运 ? 内膜系统与医学的关系 ? 同普通生物膜一样，由脂 类和蛋白质（1：2）组成 ? 酶：葡萄糖-6-磷酸酶（标 志酶）、脂类合成酶系 ? 伴侣蛋白（内质网驻留蛋 白）：BIP、GRP94和蛋 白质二硫键异构酶 内质网的化学组

4、成 内质网的形态结构 内质网的基本类型 内质网的功能 内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER) ? 内质网广泛分布于除成熟红 细胞以外的所有真核细胞 中，占内膜系统的一半以 上，占细胞体积的10 ? 由单层单位膜构成的小管、 小泡和扁平囊，彼此连通形 成连续的三维管网结构 ? 具有连续表面与连续的空腔 ?以细胞核为中心向外铺展， 并与细胞核外膜直接相连 内质网(endoplasmic reticu

5、lum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER) 内质网的化学组成 内质网的形态结构 内质网的基本类型 内质网的功能 内质网的形态结构内质网的形态结构 ? 内质网分为粗面内质网 (rough ER, rER)和光面内 质网(smooth ER, sER) ? rER的形态主要为扁平囊 形成板层状，膜上有结合 核糖体(附着型核糖体)， 腔内有特殊可溶性蛋白 ? sER的形态主要为小管、 小泡，膜表面没有结合核 糖体 内质网(endoplasmic r

6、eticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER) 内质网的化学组成 内质网的形态结构 内质网的基本类型 内质网的功能 sERsER rERrER 肌纤维内肌质网 关于核糖体关于核糖体关于核糖体关于核糖体 核糖体由两个亚基构成，在 不进行蛋白质合成时，它们各 自游离于细胞质中； 核糖体有两种状态：游离核 糖体和附着核糖体。 粗面内质网 滑面内质网 蛋白质的合成 蛋白质的糖基化修饰 蛋白质的折叠与装配 脂质、类固醇激素的合成 糖原的代谢 解毒

7、作用 内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER) Ca2的调节作用 内质网的化学组成 内质网的形态结构 内质网的基本类型 内质网的功能 蛋白质的胞内运输 附着型核糖体 粗面内质网的功能之一：粗面内质网的功能之一： 蛋白质的合成蛋白质的合成 粗面内质网的功能之一：粗面内质网的功能之一： 蛋白质的合成蛋白质的合成 附着型核糖体是如何附着 到内质网膜上的？ 分泌蛋白驻留蛋白 膜蛋白 内质网合成的新生蛋白质

8、 是如何转移到内质网网腔 中的？ 核糖体由两个亚基构成，在 不进行蛋白质合成时，它们各 自游离于细胞质中； 核糖体有两种状态：游离核 糖体和附着核糖体。 信号肽与信号假说 SRPSRP受体受体 蛋白质转运通道蛋白质转运通道 mRNAmRNA tRNAtRNA SRPSRP 蛋白质合成装置通过蛋白质合成装置通过SRPSRP 与其受体的结合移位到与其受体的结合移位到 内质网膜上内质网膜上 信号肽与信号肽与SRPSRP 结合导致蛋白结合导致蛋白 质合成暂停质合成暂停 SRPSRP解离再循环解离再循环 蛋白质合成蛋白质合成 继续，并开继续，并开 始转位始转位 信号肽信号肽 SKIPSKIP 信号肽酶的

9、切割信号肽酶的切割 信号肽(signal peptide)信号肽(signal peptide) 返回返回 ? 可位于多肽的N末端 或内部，数量不定 ? 由大约1626个疏水 氨基酸残基组成； ? 可被细胞质内的信号 识别颗粒(SRP)特异 识别并结合 信号识别颗粒（SRP）模式图 ?存在于细胞质内，由6种多肽 亚单位和小的细胞质RNA组 成，其化学本质是一种RNP （RNA和蛋白质的复合物）； ?具有三个功能区：信号肽结 合位点、翻译暂停区和SRP受 体结合区； ?SRP可识别新生多肽链上的信 号肽，并通过翻译暂停区使 蛋白质合成暂停； ?SRP可被ER膜上的SRP受体特 异识别、结合。 返

10、回返回 信号假说的要点 分子伴侣 寡聚糖链 折叠蛋白 信号肽介导驻留蛋白、分泌蛋白进入ER腔内 粗面内质网的功能之一：粗面内质网的功能之一： 蛋白质的合成蛋白质的合成 粗面内质网的功能之一：粗面内质网的功能之一： 蛋白质的合成蛋白质的合成 唯一的信号肽，位 于N-末端，信号肽 被信号肽酶切除， 多肽全部进入内质 网腔，成为可溶性 蛋白（内质网驻留 蛋白或分泌蛋白） 粗面内质网的功能之一：粗面内质网的功能之一： 蛋白质的合成蛋白质的合成 粗面内质网的功能之一：粗面内质网的功能之一： 蛋白质的合成蛋白质的合成 信号肽介导跨膜蛋白嵌入ER膜内 唯一的信号肽，位 于多肽的内部，称 为内部信号序列。 内

11、部信号序列不会 被信号肽酶切除， 所以能形成单次跨 膜蛋白 粗面内质网的功能之二：粗面内质网的功能之二： 蛋白质的折叠与装配蛋白质的折叠与装配 粗面内质网的功能之二：粗面内质网的功能之二： 蛋白质的折叠与装配蛋白质的折叠与装配 分子伴侣：这类蛋白能特异性地 识别新生肽链或部分折叠的多肽并 与之结合，帮助这些多肽正确折叠 形成高级结构，但其本身并不参与 最终产物的形成，只起陪伴作用。 ? 内质网中的分子伴侣具有内质网 驻留信号(KDEL)，能够长期、稳定 地停留在内质网中。 粗面内质网的功能之三：粗面内质网的功能之三： 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 粗面内质网的功能之三：粗面内质网的功能之三：

12、蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 内质网的N-连接糖基化 内质网内蛋白质的糖基化发生在 特异性的三肽序列：Asn-X-Thr/Ser (X示任意氨基酸)糖基结合在该序列中 Asn的-NH2上，这一过程称为N-连接糖 基化。 内质网腔内蛋白质的糖基化过程内质网腔内蛋白质的糖基化过程 内质网腔中蛋白质糖基化的基 本过程： (1)单糖或寡聚糖与暴露于内 质网膜非胞质侧的多萜醇 结合而活化； (2)特异性的糖基转移酶将结 合在多萜醇上的单糖或寡 聚糖转移到多肽链Asn-X- Thr/Ser中Asn的-NH2上， 形成N-连接糖蛋白 多萜醇 胞质面 腔面 粗面内质网的功能之四：粗面内质网的功能之四： 蛋白质

13、的胞内运输蛋白质的胞内运输 粗面内质网的功能之四：粗面内质网的功能之四： 蛋白质的胞内运输蛋白质的胞内运输 分泌性蛋白、驻留蛋白、跨膜 蛋白进入内质网网腔或成为内 质网跨膜蛋白后，将会被包装 形成膜泡，并由内质网出芽， 转运至高尔基体。 粗面内质网 滑面内质网 蛋白质的合成 蛋白质的糖基化修饰 蛋白质的折叠与装配 脂质、类固醇激素的合成 糖原的代谢 解毒作用 内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER)内质网(endoplasmic reticulum, ER

14、) Ca2储存场所 内质网的化学组成 内质网的形态结构 内质网的基本类型 内质网的功能 蛋白质的胞内运输 内质网的不 对称脂双层 新合成的脂类加到 内质网膜的胞质面 胞质面 非胞质面（腔面） 翻转酶选择性的翻转脂 类分子至腔面 充实扩充了 的脂双层 光面内质网的功能光面内质网的功能 脂质和类固醇激素的合成脂质和类固醇激素的合成 光面内质网的功能光面内质网的功能 脂质和类固醇激素的合成脂质和类固醇激素的合成 ? 构成细胞外膜和内膜系统的脂质 大部分是在光面内质网合成的。 ? 新合成的脂质成分从胞质面翻转 至腔面 ? 新合成的脂质一部分通过膜泡 运输到其它内膜细胞器或质膜，另 一部分则通过磷脂转换

15、转运蛋白运 送到线粒体、过氧化物酶体等细胞 器。 光面内质网在糖原裂解中的作用 光面内质网的功能光面内质网的功能光面内质网的功能光面内质网的功能 ? 脂质、类固醇激素的合成 ? 糖原的代谢 ? 解毒作用 ? Ca2的储存场所 光面内质网的功能光面内质网的功能光面内质网的功能光面内质网的功能 光面内质网能够对外来的有毒 物质,如农药、毒素和污染物 进行解毒,主要在肝细胞的光 面内质网中进行。 ? 脂质、类固醇激素的合成 ? 糖原的代谢 ? 解毒作用 ? Ca2的储存场所 光面内质网的功能光面内质网的功能光面内质网的功能光面内质网的功能 当肌细胞膜的兴奋信号传递到 肌质网时则引起肌质网释放 Ca2

16、+, 从而导致肌细胞的收缩 活动。当肌肉松弛时, 钙离子 又重新泵回肌质网。所以肌质 网实际上是作为钙库,通过调节 Ca2+浓度来实现肌肉收缩。 ? 脂质、类固醇激素的合成 ? 糖原的代谢 ? 解毒作用 ? Ca2的储存场所 关于内质网的小结关于内质网的小结关于内质网的小结关于内质网的小结 ? 内质网的形态结构、基本类型、和化学组成（标志酶） ? 粗面内质网的功能 ? 蛋白质的合成（信号肽介导穿膜的“信号假说”） ? 蛋白质的糖基化（N连接糖基化） ? 蛋白质的折叠（分子伴侣） ? 蛋白质的胞内运输 ? 光面内质网的功能 ? 脂质及类固醇激素的合成及转运 ? 糖原的代谢和解毒作用 ? Ca2的储存场所（肌细胞的肌质网） 内膜系统内膜系统内膜系统内膜系统 ? 内膜系统(endomembrane system)概述 ? 内质网(endoplasmic reticulum, ER) ? 高尔基复合体(Golgi Complex, Golgi) ? 溶酶体(lysosome) ? 过氧化物酶体(peroxisome) ? 囊泡与囊泡转运 ? 内膜系统与医学的关系 高尔基复合体高