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1、第四章 细胞质基质与细胞内膜系统 （4学时）细胞质基质 内 质 网高尔基体溶酶体与过氧化物酶体 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装 1第一节 细胞质基质细胞质基质 （cytoplasmic matrix or cytomatrix）胞内膜系统（endomembrane system） 2第二节 内 质 网内质网（endoplasmic reticulum，ER）：是由K.R.Porter和A.D.Claude等在1945年发现的。它是细胞质中由膜围成的管状或扁囊状的结构，互相连通成网，构 成细胞质中的扁平囊状系统。 内质网(endoplasmic reticulum,ER) 的形态结构和化学组
2、成 ER的功能 3第三节 高尔基体 高尔基体的形态结构 高尔基体的功能 高尔基体与细胞内的膜泡运输 4第四节 溶酶体与过氧化物酶体溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中。溶酶体（lysosome ）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其 主要功能是进行细胞内的消化作用。 溶酶体的结构类型 溶酶体的功能 溶酶体的发生 溶酶体与过氧化物酶体5第五节 细胞内蛋白质的分选与细胞结构的组装一、分泌蛋白合成的模型-信号假说 二、蛋白质分选与分选信号 三、膜泡运输 四、细胞结构体系的组装 6一、细胞质基质 （cytoplasmic matrix or cytomatrix）在真核细胞，细胞质膜以内、
3、核以外的部分称为细胞质。 细胞质基质是细胞的重要的结构成分，其体积约占细胞质的 一半。 细 胞 组 分 数 目 体 积 比细胞质基质 细胞核 内质网 高尔基体 溶酶体 胞内体 过氧化物酶体 线粒体1111300200400170054 612311122细胞质基质的涵义 细胞质基质的功能 肝细胞中细胞质基质及细胞其它组分的数目及所占的体积比7 基本概念：用差速离心法分离细胞匀浆物组分，先后除去细胞核、线粒体、溶酶体、高尔基体和细胞质膜等细胞器或细胞结构后，存留在上清液中的主要是细胞质基质的成分。生物化学家多称之为胞质溶胶。 主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞质骨架结构。 主要特点：细胞质
4、基质是一个高度有序的体系；通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系。细胞质基质的涵义8 完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等 蛋白质的分选与运输 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 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，形成正确的分子构象细胞质基质的功能9二、细胞内膜系统 （endomembrane system）l 细胞内膜系统 是指细胞内在结构、功能及发生上相关的、 由膜包绕形成的细胞器或细胞结构。包括核被膜、内质网、 高尔基体及其形成的
5、溶酶体和分泌泡等，以及其它细胞器如 线粒体，质体和微体等膜包围的细胞器（膜性细胞器或称房 室compartment）。 l 不具有界膜的细胞器，如核蛋白体、中心粒，以及微管、 微丝和中间纤维等。l 内膜系统形成了一种胞内网络结构，其功能主要在于两个 方面：其一是扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂 肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在细胞膜上。其二是将 细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的 独特的环境。 10一、 内质网的形态结构l形态结构特点：是由膜所形成的一些形状大小不同的小管、小囊或扁囊连成一个连续的 网状膜系统，其内腔是通连的。内质网和核膜相连续。内质网的形态变异很大
6、，在不同细胞中，形态、数量和分布不同。在同 种细胞不同发育时期，随着生理机能的不同，ER也不一样。l化学组成：l内质网的两种基本类型粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum，rER）l多为扁囊状，在ER膜的外表面附有大量的核糖体，普遍 存在于分泌蛋白质的细胞中。光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，sER）lER膜上无颗粒（核糖体），ER的成分不是扁囊，而常为 小管小囊，它们连接成网，广泛存在于能合成类固醇的细胞中。l微粒体（microsome） 11l内质网的化学组成：脂类约占三分之一，蛋白质占三分之二。光滑内质 网的脂类比粗糙内质
7、网多一些。粗糙内质网含有大量 RNA。较高的脂类成分（磷脂含量多，占70%），蛋白 质含量比质膜多，具有大量的酶（30-40种）。重要的标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶，电子传递体系： 细胞色素b5、NADH-细胞色素b5还原酶、NADPH-细胞 色素P450以及NADPH-细胞色素P450还原酶。12二、ER的功能ER是细胞内蛋白质与脂类合成的基地，几乎全部脂类和多种重要蛋白都是在内质网合成的。 rER的功能 sER的功能13rER的功能l蛋白质合成蛋白质都是在核糖体上合成的，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。 需要移入内质网继续合成的蛋白：分泌蛋白；膜整合
8、蛋白；内膜系统各 种细胞器内的可溶性蛋白（需要隔离或修饰）l蛋白质的修饰与加工蛋白质的修饰加工：包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其 中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化在glycosyltransferase作用下发生在ER腔面l糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： O-连接的糖基化：与 Ser、Thr和Hyp的OH连接； N-连接的糖基化：与天冬酰胺残基的NH2连 接。l新生肽的折叠与组装这一过程是在属于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的，需要消耗能量。 l脂类的合成合成膜脂，磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽的方式转运至高尔基体 ，溶酶体和质膜
9、上，或借磷脂转换蛋白（phospholipids exchange protein， PEP）形成水溶性复合物，转至其他膜上。14sER的功能l 类固醇激素的合成（生殖腺内分泌细胞和肾上腺皮质）l 肝的解毒作用（Detoxification）System of oxygenases-cytochrome p450 family；l 肝细胞葡萄糖的释放（G-6PG）l储存钙离子：肌质网膜上的Ca2+-ATP酶将细胞质基质中Ca2+ 泵入肌质网腔中返回15一、高尔基体的形态结构l电镜下高尔基体结构是由扁平膜囊和大小不等的囊泡构成l高尔基体在结构和生化成分上具有极性，和内质网临近的近 核一侧，扁囊弯
10、曲呈凸面，称为形成面（forming face）或顺 面（cis face）；在远核的一侧，面向细胞膜的一面呈凹面， 称为成熟面（mature face）或反面（trans face）。 l高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应：l高尔基体至少由互相联系的4个部分组成，每一部分又可能划 分出更精细的间隔；l化学组成：60%蛋白质核40%脂类。其特征性酶是：糖基转移 酶16高尔基体各部膜囊的种标志细胞化学反应l嗜锇反应的高尔基体cis面膜囊；l焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）细胞化学反应，显示trans面12 层膜囊；l胞嘧啶单核苷酸酶（CMP酶）细胞化学反应，显示靠近trans 面膜囊状和管状结构；G
11、ERL结构：60年代初，Novikoff发现CMP和酸性磷酸酶存在于高 尔基体的一侧，称这种结构为GERL，意为与高尔基体（G）密切相关 ，但它是内质网（ER）的一部分，参与溶酶体（L）的生成。 l烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶（NADP酶）的细胞化学反应，显 示中间扁平囊17l高尔基体顺面网状结构（cis-Golgi network，CGN ）又称cis膜囊，是高尔基体的入口区域，接受由内 质网合成的物质并分类后转入中间膜囊。 l高尔基体中间膜囊（medial Golgi）：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 生此处。 l高尔基体反面网状结构（trans Golgi netw
12、ork， TGN）：由反面一侧的囊泡和网管组成，是高尔基体的出口区 域，功能是参与蛋白质的分类与包装，最后输出。l周围大小不等的囊泡：高尔基体的4个组成部分18二、 高尔基体的功能l1、参与细胞分泌活动负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是SER上合成蛋 白质-进入ER腔以出芽形成囊泡进入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形 成囊泡囊泡与质膜融合、排出。l2、蛋白质的糖基化O-连接的糖基化主要在高尔基体中进行，通过逐次将糖基转移到Ser、Thr和 Hyr的OH上形成寡糖链，糖的供体同样为核苷糖，如UDP-半乳糖。糖基化的结果 使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构
13、象和增加蛋白质的稳定性。l3、进行膜的转化功能高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此 高尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经 过修饰和加工，形成高尔基体大囊泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。l4、将蛋白水解为溶性物质如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质（胰岛素C端）或将含有多个 相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。l5、参与形成溶酶体和微体l6、参与植物细胞壁的形成， 植物细胞壁中的纤维素和果胶质是在高尔基本 中合成的。19三、高尔基体与细胞内的膜泡运输高尔基体在细胞内膜泡蛋白运输中起重要的枢纽作用膜泡运输的主
14、要途径,其中多数与高尔基体直接相关20一、溶酶体的结构类型l初级溶酶体（primary lysosome） 直径约0.20.5um，膜厚7.5nm，内含物均一，无明显颗粒。含有多 种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有 酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酶酶等60余种，这 些酶均属于酸性水解酶，反应的最适PH值为5左右。 l次级溶酶体（secondary lysosome） 自噬溶酶体（autophagolysosome） 异噬溶酶体（phagolysosome） 残余小体（residual body），又称后溶酶体。 l溶酶体膜的特征： 嵌有质子泵，形成和维持
15、溶酶体中酸性的内环境； 具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。l溶酶体的标志酶：酸性磷酸酶（acid phosphatase）21二、溶酶体的功能l1. 细胞内消化：对高等动物而言，细胞的营养物质主要来源于血液中的水 分子物质，而一些大分子物质通过内吞作用进入细胞，如内吞低密脂蛋白获 得胆固醇；对一些单细胞真核生物，溶酶体的消化作用就更为重要了。l2. 细胞凋亡：个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫 和蛙类的变态发育等等。这一过程是在基因控制下实现的，溶酶体可清除不 需要的细胞。l3. 自体吞噬：清除细胞中无用的生物大分子，
16、衰老的细胞器等，如许多生 物大分子的半衰期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左 右。l4. 防御作用：如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解 。l5. 参与分泌过程的调节，如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。l6. 形成精子的顶体。l 溶酶体与疾病22溶酶体与疾病 l1矽肺二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，含有矽尘的吞噬小体与 溶酶体合并成为次级溶酶体。二氧化硅的羟基与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键 ，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细 内吞噬，如此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子”，并激活成 纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。l2
