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1、第五章 细胞的内膜系统与囊泡运输第一节 内质网一、形态结构与类型（一）内质网是细胞质内由单位膜围成的三维网状膜系统1.内质网平均厚度5-6nm，广泛分布于除成熟红细胞以外所有真核细胞的胞质中。2.内质网向内与核膜沟通，向外与高尔基体、溶酶体等组分转换3.内质网的形态结构、数量分布和发达程度因不同种细胞和不同的细胞发育阶段各异（在不同种细胞的同类组织细胞中，它们的内质网基本上是相似的）（二）粗面内质网和光面内质网是内质网的两种基本类型1. 粗面内质网（RER）的主要形态特征是表面有核糖体附着（1）形态结构：排列较为周期的扁平囊状（2）功能：主要和外输性蛋白及多种膜蛋白的合成、加工及转运有关。2.
2、 光面内质网（SER）呈表面光滑的管泡样网状形态结构常常可见与粗面内质网相通，是多功能细胞器两种内质网在不同组织细胞中的分布状况各不相同，有的细胞中全为粗面或光面内质网或两种内质网以不同比例共存，并可随着细胞不同发育阶段相互转换。（三）某些特殊组织细胞中存在内质网的衍生结构内质网局部分化、衍生而来的，如视网膜色素上皮细胞的髓样体；生殖细胞、快速增殖细胞、神经元与松果体细胞中的孔环状片层。二、内质网的化学组成常占细胞全部膜结构组成的50%，占细胞体积10%以上，相当于细胞质量的15%-20%.（一）脂类和蛋白质是内质网的主要化学组成成分1.内质网膜脂含量约为30%-40%，蛋白质含量约为60%-
3、70%2.类脂双分子层组成包括磷脂、中性脂、缩醛脂、神经节苷脂等3.不同磷脂的含量大致为卵磷脂55%、磷脂酰乙醇胺2025%、磷脂酰肌醇和磷脂酰丝氨酸各占510%、鞘磷脂47%（二）内质网含有以葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志性酶的诸多酶系内质网中至少有30种酶，分三种类型： 与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系：细胞色素P450等 与脂类物质代谢功能反应相关的酶类：脂肪酸CoA连接酶等 与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类：葡萄糖-6-磷酸酶内质网膜的标志酶等（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共同特点：多肽链羧基端含有一个简称为KDLE或HDEL的4氨基酸序列驻留信号。该信
4、号可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而驻留在内质网不被转运。目前已知的网质蛋白有：免疫球蛋白重链结合蛋白内质蛋白钙网蛋白钙连蛋白蛋白质二硫键异构酶三、内质网的功能（一）粗面内质网的功能核糖体附着的骨架（外输性蛋白质的合成、加工修饰、分选及转运 ）在粗面内质网合成的蛋白有： 外输性或分泌性蛋白 膜整合蛋白质 细胞器中的驻留蛋白1.信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成（1）信号肽介导分泌性蛋白多肽在糙面内质网上合成及穿膜转移信号肽（signal peptide）：附着在内质网上的核糖体合成的肽链的N端的一段特殊氨基酸序列疏水氨基酸序列，分泌蛋白肽链中普遍存在。核糖体与内质网结合以及肽链穿越
5、内质网膜的转移过程（信号肽假说）：1）新生分泌性蛋白质多肽链在细胞质基质中的游离核糖体上起始合成。2）与信号肽结合的SRP，识别、结合内质网膜上的SRP受体，并介导核糖体附着在内质网膜的转运体易位蛋白上。3）在信号肽引导下，合成的肽链通过大亚基的中央管和转运体易位蛋白共同形成的通道进入内质网网腔。核糖体附着与肽链的延伸合成 （2）新生多肽链的折叠与装配多肽链的氨基酸组成和排列顺序，决定了蛋白质的基本理化性质；而蛋白质功能的实现，却直接依赖于其特定的方式盘旋、折叠所形成的高级三维空间。内质网为新生多肽链的正确折叠和装配提供了有利的环境。（3）蛋白质的糖基化糖基化：单糖或寡糖与蛋白质间，通过共价键
6、结合成糖蛋白的过程。由附着在内质网上的核糖体合成的蛋白质多数需进行糖基化粗面内质网中的糖基化：寡糖与蛋白质天冬酰胺残基侧链的氨基基团结合，即N-糖基化均开始于一个共同的前体一种由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖组成的14寡糖。（4）蛋白质的胞内运输“出芽”方式形成膜性小泡而转运粗面内质网的膜泡转运有两种形式： 形成转运小泡进入高尔基复合体 内质网膜泡进入大浓缩泡，发育成酶原颗粒，排出细胞（仅存在于某些哺乳类胰腺外分泌细胞）2.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两种机制： 新生肽链共翻译插入机制： 跨膜蛋白肽链中存在停止转移肽（stop-transfer p
7、eptide）；当停止转移肽与转运体结合，使其变为失活状态，停止对肽链的转移，停止转移肽形成-螺旋结构，当信号肽被切除，肽链的N-端朝向内质网腔。 内信号肽介导的内开始转移肽插入转移机制：当内信号肽（位于肽链中间的信号肽序列）到达转运体，被保留在内质网膜的脂双层中，成为跨膜-螺旋结构；若内信号肽的N-端比C-端有更多带正电氨基酸残基，则C-端插入内质网腔；反之，肽链插入方向相反。 （2）多次穿膜蛋白质的转移插入：此类蛋白通常具有多个疏水性开始转移肽和停止转移肽，以内信号肽作为起始转移信号。3. 粗面内质网是蛋白质分选的起始部位信号斑是新生肽链合成后折叠形成的特定三维结构，其功能类似于信号肽，但
8、通常会被保留。（二）光面内质网的功能1.光面内质网参与脂质的合成和转运2. 光面内质网参与糖原代谢3. 光面内质网是细胞解毒主要场所肝脏是外源性、内源性毒物及药物分解解毒的主要器官，其解毒作用主要由光面内质网来完成4. 光面内质网是肌细胞Ca2+ 储存场所5. 光面内质网与胃酸、胆汁合成与分泌密切相关胃壁腺上皮细胞，光面内质网使 Cl- 与 H+ 结合生成 HCl第二节 高尔基复合体一、高尔基复合体的形态结构(一)高尔基复合体是由三种不同类型的膜性囊泡组成的细胞器 电镜观察表明，高尔基复合体（Golgi complex）是一种膜性的囊、泡结构复合体，一般划分为三个组成部分。1.扁平囊泡（cis
9、ternae） 高尔基复合体的主体结构，一般由3-8个扁平囊泡平行排列成高尔基体堆。凸面朝向细胞核，称之为顺面或形成面。凹面侧向细胞膜，称作反面或成熟面。2.小囊泡（vesicles） 聚集分布于高尔基复合体形成面 ，由糙面内质网芽生、分化而来，负责将内质网中的蛋白质转运到高尔基复合体中。 3.大囊泡（vacuoles） 分布于高尔基复合体成熟面。（二）高尔基复合体是一种极性细胞器构成高尔基复合体主体的膜（扁平）囊，从形成面到成熟面可呈现不同的结构形态，各膜囊所执行的功能亦不尽相同，因此，高尔基体又被称为极性细胞器。近年有学者将高尔基复合体膜囊层划分为三个组成部分： 顺面高尔基网（cis Go
10、lgi network） 高尔基中间膜囊（medial Golgi stack) 反面高尔基网（trans Golgi network）1.顺面高尔基网 靠近内质网的一侧，呈连续分支的管网状结构，可 被标志性的化学反应嗜锇反应显示。功能：分选来自内质网的蛋白质和脂类；进行蛋白质糖基化和酰基化修饰。2.高尔基中间膜囊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囊、管结构复合体系，可被标志性的化学反应NADP酶反应显示。功能：进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成。 3.反面高尔基网朝向细胞膜一侧，在其形态结构和化学特性上具有细胞的差异性和多样性。 功能：蛋白质分选和修饰。（三）高尔基复合体
11、在不同组织细胞中呈现不同的分布形式高尔基复合体在不同的组织细胞中具有不同的分布特征 神经细胞围绕细胞核分布； 肠上皮粘膜、胰腺细胞在细胞核附近趋向于一极分布。高尔基复合体的数量和发达程度与细胞生长、发育和功能有关。 二、高尔基复合体的化学组成(一)脂类是高尔基复合体膜的基本成分 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45%左右。(二)高尔基复合体中含有多种酶蛋白体系糖基转移酶高尔基体最具特征性的酶氧化还原酶磷酸酶磷脂酶类 脂酰转移酶 酪蛋白磷酸激酶 -甘露糖苷酶 三、高尔基复合体的功能(一)细胞内蛋白质分泌运输的中转站外输性分泌蛋白，胞内溶酶体中的酸性水解酶蛋白、多种细胞膜蛋白
12、以及胶原纤维等细胞外基质成分都是经由高尔基复合体进行定向转送和运输的。 外输性分泌蛋白两种不同的排放形式：连续分泌（continuous secretion）是指外输性蛋白质在分泌泡形成之后，随即排放出细胞的分泌形式。非连续分泌（discontinuous secretion）是指外输性蛋白质先储存于分泌泡中，在需要时再排放到细胞外的分泌形式。(二)细胞内物质加工合成的重要场所1糖蛋白的加工合成 内质网合成并经由高尔基复合体转送运输的蛋白质，绝大多数都需经过糖基化的修饰和加工，形成糖蛋白。由内质网转运而来的糖蛋白，在进入高尔基复合体后，其寡糖链末端区的寡糖基往往要被切去，同时再添加上新的糖基，
13、形成新的糖蛋白。 糖蛋白的类型N-连接糖蛋白寡糖链结合在蛋白质多肽链中天冬酰胺的氨基侧链上；糖链合成与糖基化修饰始于内质网，完成于高尔基复合体；O-连接糖蛋白寡糖链结合在蛋白质多肽链中丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸的羧基侧链上；主要或完全是在高尔基复合体中进行和完成的。 蛋白质糖基化的意义：对蛋白质具有保护作用，使它们免遭水解酶的降解；具有运输信号的作用，引导蛋白质包装形成运输小泡，以便进行蛋白质的靶向运输；糖基化形成细胞膜表面的糖被，在细胞膜的保护、识别以及通讯联络等生命活动中发挥重要作用。2.蛋白质的水解和加工 某些蛋白质或酶通过水解成为成熟形式或活性形式；溶酶体酸性水解酶的磷酸化修饰；蛋白聚糖类
14、的硫酸化修饰。细胞内的蛋白质分选和膜泡定向运输通过加工修饰，不同的蛋白质带上可被反面高尔基网专一受体识别的分选信号，进而按照下列可能的途径被分类输出：1）溶酶体酶经高尔基复合体分选和包装，以有被小泡的形式被转运到溶酶体；2）分泌蛋白以有被小泡的形式直接运向细胞膜或分泌释放到细胞外；3）分泌蛋白以分泌小泡的形式暂时性储存于细胞质中，在有需要的情况下，被分泌释放到细胞外。第三节溶酶体一、溶酶体的形态结构和化学组成溶酶体（lysosome）是由一层单位膜包裹而成的球囊状结构，膜厚约nm，普遍地存在于各类组织细胞之中。溶酶体是一种具有高度异质性的细胞器 形态大小：差异显著，一般直径为0.2m0.8m，
15、最小者直径仅0.05m，最大者直径可达数微米。 数量分布：典型的动物细胞中约含有几百个溶酶体，但在不同细胞中溶酶体的数量差异是巨大的。 生理生化性质：每一个溶酶体中所含有的酶的种类是有限的；不同溶酶体中所含有的水解酶并非完全相同。溶酶体在其形态大小、数量分布、生理生化性质等各方面都表现出高度的异质性。 (二)溶酶体的共同特征 都是由一层单位膜包裹而成的囊球状结构小体；均含有丰富的酸性水解酶，是溶酶体的标志酶；溶酶体膜腔面富含高度糖基化的穿膜整合蛋白，可防止溶酶体酶对自身膜结构的消化分解；溶酶体膜上嵌有质子泵，可将H+泵入溶酶体中，维持溶酶体酸性内环境。(三)溶酶体膜糖蛋白家族具有高度同源性溶酶体膜糖蛋白家族溶酶体结合膜蛋白或溶酶体整合膜蛋白。该类蛋白的肽链组成结构包括： 一个较短的N-端信号肽序
