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1、第六章细胞内膜系统endomembrane system1.定义：真核细胞中，结构、功能和发生上相关的、由膜围绕形成的细胞器或细胞结构称为细 胞内膜系统，如核被膜、内质网、高尔基体、 溶酶体和各种小泡及液泡等。2.功能：区隔化；增加内表面积，提高代谢和调 节能力。 从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷 和内共生。 从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原 有内膜系统的分裂，具有核外遗传的特性。3.内膜系统的特点 不含DNA，其功能活动、装配完全受核DNA的控制；各种内膜之间可以通过出芽和融合的方式交流 。 所以，线粒体、叶绿体不属于内膜系统。第一节 内质网 一、形态与组成 二、RER的功能 三
2、、ER的其它功能 第二节 高尔基体 一、形态与组成 二、功能区隔 三、主要功能 第三节 溶酶体与过氧化物酶体第一节 内质网 endoplasmic reticulum,ER p348 1897年卡尼尔在光镜下发现分泌活动旺盛的胰腺 、唾液腺细胞中有一个嗜碱性的特化区，这个区域 存在着条形和丝状结构，这种结构随细胞的活动而 有变化，命名为ergastoplasm（动质或酿造质）。 波特 1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞，因 最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名内 质网。 波特于1954年证实内质网是由膜围绕的囊泡组成 ，并不只存在于内质部位，但仍沿用此名。 内质网是真核细胞中由封闭的膜
3、系统，及其围成的形状大小不同的小管、小囊、或扁囊状结构形成的，相互沟通的、连续的网状系统，其内腔相互通连，膜厚约50-60。 约占细胞总膜面积的一半，约占细胞总体积的1/10。ER一、形态、结构与类型（一）内质网的形态 管状：多为分支、分叉，管腔直径500- 1000A，小管的膜向内与核膜相连，向外与细 胞膜相连。 泡状：内腔大，400-5000A，小泡之间或与 其它管腔之间连通较少。 扁平囊状：形状扁而长，四周封闭，两膜 间宽度为400-500，常很多重叠在一起并相 互通连。 中间类型：环状片层、髓样体、网状、同心圆、离散。 多态性，形态数目在不同细胞或同一细胞的不同发育阶段、不同生理条件下
4、不同；形态随细胞发育从简单到复杂，数目从少到多。（二）内质网的类型 分为粗糙型内质网和光滑型内质网。1.粗糙型内质网rough ER，RER 呈扁平囊状，排列整齐，膜表面有核糖 体附着；RER的腔常与核膜所围成的腔相通 连。 为一种动态可变的细胞器，随着细胞类 型、发育时期等而发生变化。如唾液腺细胞 分泌旺盛时RER增多，反之则少；而未成熟 未分化的细胞如干细胞、胚胎细胞则少。 功能：合成分泌蛋白和多种膜蛋白。2.光滑型内质网 smooth ER，SER ：呈分支管状或小 泡状，无核糖体附着 ，分泌激素的细胞(尤分泌固醇类激素的细胞) 中较多。功能：脂质的合 成。3.粗糙型内质网和光滑型内质网
5、的关系与分布它们分别是ER连续结构的一部分；二者相互通连，发生上RER在SER之前。实验依据:（1）鼠肝细胞出生前RER优先增加,出生后主要是SER;（2）用14C-亮氨酸或14C-甘油进行实验,在ER快速生长时期渗入的蛋白质或脂类在RER中较多，说明膜的合成是按照RER-SER的方向进行。分布：大部分细胞不含纯粹的RER或SER,兼有RER、SER；有的细胞如胰腺外分泌细胞全为RER，而平滑肌横纹肌细胞全为SER。（三）内质网的结构和组成内质网由膜和腔构成，膜厚50-60A，含有多种蛋白。 内质网约占细胞质量的15-20%，构成元素C、H、O、N 、P最多，膜中脂类与蛋白质的比值约3:7（S
6、ER高于RER ）。 脂类主要成分为磷脂，磷脂酰胆碱含量较高，鞘磷脂 含量较少，很少含或没有胆固醇。 ER约有30多种膜结合蛋白，另有30多种位于内质网腔 。这些蛋白的分布具有异质性，有许多种酶，如：葡糖 -6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被认为是内质网的标 志酶；核糖体结合糖蛋白只分布在RER，P450酶系只分 布在SER。微粒体(microsome)：生化分析过程中（细胞匀 浆、超速离心）形成的球形囊泡结构，主要是内 质网膜（混有细胞膜、高尔基体膜）碎片和核糖 体，而非细胞内固有结构。体外可进行蛋白合成 、糖基化、脂合成等由于分离技术的不断改进，现已得到纯化的微 粒体，并能把RER和SER的
7、微粒体分开；甚至在分 离RER的膜时能进一步区分出重粗面内质网(HER) 和轻粗面内质网(LER)，这两种膜中的核糖体含 量及酶的活性都有一定的差异。而HER与LER都属 RER，显然RER的不同区域膜的组成不同，HER含 有的核糖体数量明显比LER的多。二、ER的功能（一）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；但有些蛋白质在合成开 始不久便转在ER上合成，主要有分泌性蛋白 和跨膜蛋白： 向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素； 膜的整合蛋白； 需要与其它细胞组合严格分开的酶，如溶酶体的 各种水解酶； 需要进行修饰的蛋白，如糖蛋白。分泌蛋白：RER以小泡形式从ER上分离出来高
8、尔基体分泌小泡酶原颗粒排出体外.Caro和Palade3H-leu放射自显影发现：3分钟放射性在RER,17分钟在RER、高尔基体及附近小泡,117分钟只见于酶原颗粒。膜蛋白：直接进入RER形成ER膜的膜蛋白。溶酶体蛋白：后述。1、信号假说(Signal hypothesis)：蛋白合成始于游离核糖体：新生肽N端有一段信号肽，当新生肽长约50-70AA后，信号肽从核糖体的大亚基中露出；N端信号序列靠自由碰撞与内质网膜接触，然后插入内质网的膜：蛋白质以袢环形式穿过内质网的膜：新生肽随着信号肽通过RER膜上的蛋白孔道穿过脂双层进入RER腔内。进入RER内腔后被信号肽酶水解；蛋白的存在方式：若信号序
9、列被切除：完全进入内质网腔，成为分泌蛋白；若含停止转移信号: 跨膜蛋白 这一假设经过多年的继续研究又有了新的发展和补充，但基本观点仍是正确的。2、蛋白质转移到内质网合成涉及的成分：（1）信号肽（signal peptide） 一般位于新合成肽链的N端（有的可位于 中部）。常含15-35个氨基酸残基：N端至少 含有1个带正电荷的氨基酸；中部含有6-12个 疏水氨基酸，常见的为丙氨酸、亮氨酸、异 亮氨酸、苯丙氨酸；C端具有可被信号肽酶识别的位点。 作用：引导核糖体到内质网并引导肽链 进入内质网腔开始穿膜转移,又称开始转移序 列（start transfer sequence）。N端信号肽的一般结构
10、AA Sequences of ER Signal Peptides信号肽没有特异性和专一性，目前尚未发现共同的信号序列。（2）信号识别颗粒(signal recognition particle，SRP) 组成：SRP是11S的核糖核蛋白复合体， 它由6条不同的肽链和一个7s的RNA（300个 核苷酸长度）所组成，约325KD。 3个功能域，一个识别信号肽；一个干 扰氨酰tRNA和肽酰基移位酶的反应，使多 肽链的延伸终止；另一个与SRP受体蛋白结 合。SRP以三种状态存在：即游离、同核糖 体（信号肽）结合、结合在RER膜上。（3）SRP受体,即停泊蛋白docking protein,DP E
11、R膜上的异二聚体整合蛋白：亚基(69KD)亲水性位于细胞质面；亚基(30KD)疏水性嵌入内质网膜内。含量多少决定了内质网膜结合核糖体的多少 可使SRP-信号肽-新生肽链-核糖体-mRNA的复合体连接到ER膜上，使正在合成蛋白质的核糖体停泊在ER上，同时解除SRP对肽链合成的抑制作用，这时，核糖体-SRP-DP的三结合关系被破坏，SRP脱落下来进入下一个循环。SRP受体与SRP结合的GTP-GDP交换循环 SRP受体是一种G蛋白，结合GTP是为活性状态，可以与 SRP结合；结合GDP为非活性状态，不能与SRP结合（4）转位因子(translocator,易位子translocon)： 多蛋白复合
12、物，由3-4个Sec61蛋白构成的直径2nm通道，哺乳动物细胞中有三种类型的Sec61, 即、和，每个Sec61由3条肽链组成，Sec61有10个跨膜螺旋。详细作用不清。 当SRP-信号肽-新生肽链-核糖体-mRNA的复合体连接到ER膜上，SRP受体GTP水解，释放SRP，核糖体与通道结合，新生肽插进通道。Translocation of soluble proteins across ER 在信号肽的引导下，合成中的肽链穿越ER膜进入ER腔，ER内表面有信号肽酶将先进入的多肽N端信号肽切除，后面的肽链继续进入ER腔，直至蛋白质合成完毕。 为分泌蛋白质编码的mRNA也可在游离的核糖体上发生翻译
13、，因其肽链不含信号肽称为前蛋白；而位于ER、高尔基体中的蛋白质前体称为蛋白原。3、可溶性蛋白的共翻译转运可溶性蛋白质转入内质网合成的过程 信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体结合SRP脱离信号肽肽链在ER上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入ER腔信号肽切除肽链延伸至终止翻译体系解散，蛋白转运通道关闭，核糖体与内质网脱离。 这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式称为共转运co-translation。可溶性蛋白的产生共转运4、内质网驻留信号ER retention signal 内质网的结构和功能蛋白质在其羧基端都具有的信号：赖氨酸(Lys)-天冬氨酸(Asp)-谷氨酸(Glu)-亮氨酸(
14、Leu)序列，即KDEL信号序列。 去除该序列趋向于形成分泌蛋白，而向其它蛋白质中添加该序列则会阻止其形成分泌蛋白。5、跨膜蛋白的形成（1）单次跨膜蛋白：由N端信号肽+终止转移肽或内部信号肽产生；内部信号肽：起始转移信号，不可切除，疏水 停止转移序列(stop transfer sequence)：又称终止转移肽，与内质网膜的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜蛋白。新生肽是否含有内部信号肽和/或终止转移肽决定了该蛋白是成为膜蛋白还是内质网腔的蛋白；上图终止转运信号， 下图内部信号序列（跨膜蛋白保持含正电荷多的一端朝向细胞质基质面）单次跨膜蛋白的形成（2）二次跨膜蛋白：存在两个跨膜的疏水
15、区，一般内部信号肽和终止转移肽各产生一个；（3）多次跨膜蛋白：含多个内部信号肽或终止转移肽。 因此，新生肽是否含有内部信号序列和终止转运信号决定该蛋白是成为膜蛋白，还是内质网腔的蛋白，并且内部信号序列和终止转运信号的数目决定了膜蛋白的跨膜次数。Insertion of a Multipass Transmembrane protein into the ER membrane（二）蛋白质的修饰与加工 指在RER上合成的蛋白质的氨基酸糖基化、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，伴随多肽链的合成同时进行。1.糖基化：ER上进行N-连接的糖基
16、化，与天冬酰胺残基的NH2连接的第一个糖为N-乙酰葡糖胺。单糖基首先被糖基转移酶转移到内质网膜上的长萜醇焦磷酸分子上，装配成 14糖的核心寡糖链；再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列(Asn-X-Ser/Thr)的天冬酰胺残基的自由NH2上。N-连接的糖基化的过程N-连接的寡糖链 结构组成： 核心区：在各种寡糖链中均相同， 与天冬酰胺残基直接相连的第一个糖总 是N-乙酰葡糖胺。 末端区：在各种寡糖链中是不同的 。 N-连接的寡糖链的种类： 3-9-2结构：3葡萄糖-9甘露糖-2N- 乙酰葡糖胺。 高甘露糖N-乙酰葡糖胺。 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； 某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠； 在细胞表面形成细胞外被，起细胞识别、保护细胞膜的作用。糖基化的作用2.羟基化 在少数蛋白上发生，如合成胶原的细胞中主要进行的修饰：脯氨酸、赖氨酸的羟基化。3.酰基化 内质
