医学细胞生物学课件：第五章 细胞内膜系统与囊泡转运

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1、细胞内膜系统与细胞内膜系统与囊泡转运囊泡转运 ( (endomembraneendomembrane system system and vesicle transport)and vesicle transport) 第五章第五章内容概述概述第一节内质网第一节内质网第二节第二节 高尔基复合体高尔基复合体第三节溶酶体第三节溶酶体第四节过氧化物酶体第四节过氧化物酶体第五节囊泡与囊泡转运第五节囊泡与囊泡转运第六节内膜系统与医学的关系第六节内膜系统与医学的关系 概概 述述一、内膜系统的概念一、内膜系统的概念 内膜系统内膜系统:胞内那些在胞内那些在结构、功能乃至发生结构、功能乃至发生上密切相上密切相关

2、的膜性结构细胞器之总称。关的膜性结构细胞器之总称。 真核细胞特有真核细胞特有 内质网内质网、高尔基复合体、溶酶体、各种转运小泡高尔基复合体、溶酶体、各种转运小泡 、 核膜、过氧化物酶体核膜、过氧化物酶体 二、生物学意义二、生物学意义 房室性区域化效应房室性区域化效应膜流膜流-膜交换膜交换信息整合信息整合 第一节内质网第一节内质网(Endoplasmic reticulum ER)1945年发现年发现 占整个膜系统的占整个膜系统的50%，总体积的，总体积的10%以上以上微粒体一、内质网的化学组成一、内质网的化学组成（一）脂类和蛋白质（一）脂类和蛋白质 脂类：蛋白质脂类：蛋白质 = 1：2 . 磷

3、脂含量最多磷脂含量最多 2 . 蛋白质：可分辨出蛋白质：可分辨出30多种不同的多多种不同的多 肽带纹。肽带纹。 酶、网质蛋白酶、网质蛋白（二）膜标志酶：（二）膜标志酶：G-6-酶酶 30多种酶：多种酶：解毒功能解毒功能-细胞色素细胞色素P450 NADPH-细胞色素细胞色素P450还还原酶等原酶等 脂类物质代谢脂类物质代谢-脂肪酸脂肪酸CoA连接酶连接酶 碳水化合物代谢碳水化合物代谢- G-6-酶酶 （三）内质网网腔（三）内质网网腔-网质蛋白网质蛋白结构特点结构特点-驻留信号驻留信号C端四肽端四肽 KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) HDEL（His-Asp-Glu-Leu) 驻留信

4、号的功能作用：驻留信号的功能作用： 与与内质网膜上相应受体内质网膜上相应受体的识别结合而不被转运的识别结合而不被转运 网质蛋白网质蛋白 1.免疫球蛋白重链结合蛋白免疫球蛋白重链结合蛋白 性质性质 单体非糖蛋白；与单体非糖蛋白；与Hsp70同源同源 功能功能 作为分子伴侣，可阻止蛋白质聚集或发生不作为分子伴侣，可阻止蛋白质聚集或发生不可逆变性，协助蛋白质折叠可逆变性，协助蛋白质折叠 2.内质蛋白内质蛋白 性质性质 二聚体糖蛋白二聚体糖蛋白 特点特点 含量最丰含量最丰 功能功能 内质网的标志性分子伴侣；可与钙离子结合内质网的标志性分子伴侣；可与钙离子结合 3. 钙网蛋白钙网蛋白 性质性质 钙离子结

5、合蛋白钙离子结合蛋白 功能功能 参与钙平衡调节；蛋白质折叠加工；参与钙平衡调节；蛋白质折叠加工； 抗原呈递；血管发生；抗原呈递；血管发生； 细胞凋亡等生物学作用过程细胞凋亡等生物学作用过程 4.钙连蛋白钙连蛋白 性质性质 凝集素样钙离子依赖伴侣蛋白凝集素样钙离子依赖伴侣蛋白 功能功能 与新生未完成折叠蛋白的寡糖链结合，避与新生未完成折叠蛋白的寡糖链结合，避 免蛋白质凝集与泛素化；阻止折叠不完全免蛋白质凝集与泛素化；阻止折叠不完全 的蛋白离开内质网，并促使其完全折叠的蛋白离开内质网，并促使其完全折叠 5.蛋白质二硫键异构酶（蛋白质二硫键异构酶（BIP) 功能功能 催化蛋白中二硫键的交换，保证蛋白

6、正常折叠催化蛋白中二硫键的交换，保证蛋白正常折叠 二硫键：在胞质侧与细胞器的腔内多见二硫键：在胞质侧与细胞器的腔内多见 细胞质之内少见（还原性环境）细胞质之内少见（还原性环境） 二、内质网的一般形态结构二、内质网的一般形态结构（一）膜性管网结构系统（一）膜性管网结构系统基本特征：基本特征： 膜性小管、小泡和扁囊膜性小管、小泡和扁囊彼此连通的三维网管结彼此连通的三维网管结构体系；构体系； 向外扩展可达质膜下，向内延伸常与核膜相连向外扩展可达质膜下，向内延伸常与核膜相连 具有不同组织细胞类型、同一细胞不同发育阶具有不同组织细胞类型、同一细胞不同发育阶段及不同生理功能状态下的形态结构类型与分布段及不

7、同生理功能状态下的形态结构类型与分布的差异性。的差异性。 鼠肝细胞内质网形态结构示意图鼠肝细胞内质网形态结构示意图 睾丸间质细胞内质网透射电镜图睾丸间质细胞内质网透射电镜图 图图 C1 图图 C2图图C1 荧光标记培养的哺乳动物细胞内质网透射电镜图荧光标记培养的哺乳动物细胞内质网透射电镜图图图C2 荧光标记生活的植物细胞内质网透射电镜图荧光标记生活的植物细胞内质网透射电镜图横纹肌细胞中肌质网形态结构模式图横纹肌细胞中肌质网形态结构模式图Figure12-2 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)（二）内质网的类型（二）内质网的类型 依

8、据不同的形态结构特征，可将内质网划分为两种依据不同的形态结构特征，可将内质网划分为两种基本类型，即：基本类型，即： 粗面内质网（粗面内质网（ rough endoplasmic reticulum,RER） 滑面内质网（滑面内质网（ smooth endoplasmic reticulum,SER） 粗面内质网形态图粗面内质网形态图1.粗面内质网 形态结构特征：排列整齐的扁平囊状结构，网膜胞质面有核糖体颗粒附着。 2.滑面内质网 形态结构特征 表面光滑的管、泡样网状结构，可与粗面内质网相互连通。滑面内质网 3.内质网衍生结构类型内质网衍生结构类型 髓样体（髓样体（myeloid body） 孔

9、环状片层体（孔环状片层体（annulate lamellae） 电镜下观察到的孔环状片层体型内质网电镜下观察到的孔环状片层体型内质网三、内质网的主要功能三、内质网的主要功能（一）粗面内质网的功能（一）粗面内质网的功能 与与外输性蛋白质外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关。密切相关。 具体体现：具体体现： 作为核糖体附着的支架作为核糖体附着的支架 新生多肽链的折叠与装配新生多肽链的折叠与装配 蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 蛋白质的胞内运输蛋白质的胞内运输 1作为核糖体附着的支架作为核糖体附着的支架 核糖体是所有细胞内蛋白质合成的唯一场所核糖体是所有细胞

10、内蛋白质合成的唯一场所 一切蛋白质的合成皆起始于游离的核糖体上一切蛋白质的合成皆起始于游离的核糖体上 蛋白合成起始之后会以两种不同的形式进行，并据蛋白合成起始之后会以两种不同的形式进行，并据此而把蛋白质归纳划分为两种不同的类别：此而把蛋白质归纳划分为两种不同的类别： 内源性蛋白内源性蛋白 外输性蛋白外输性蛋白核糖体（1）内源性蛋白）内源性蛋白 游离多核糖体游离多核糖体 非定位分布的非定位分布的胞质溶质驻留蛋白胞质溶质驻留蛋白-催化中心催化中心 定位性分布的胞质溶质蛋白定位性分布的胞质溶质蛋白-中心粒及周围物质中心粒及周围物质 合成后通过核孔复合体输送转运并定位于合成后通过核孔复合体输送转运并定

11、位于细胞核细胞核中的核蛋白中的核蛋白-组蛋白及非组蛋白组蛋白及非组蛋白 线粒体、质体线粒体、质体- 核基因组编码蛋白核基因组编码蛋白（2）外输性蛋白）外输性蛋白 粗面内质网粗面内质网 膜整合蛋白膜整合蛋白： 插入到内质网膜，随着功能结构插入到内质网膜，随着功能结构 的转换进入内膜系统各个区域以及细胞膜中的转换进入内膜系统各个区域以及细胞膜中 可溶性驻留蛋白可溶性驻留蛋白：最终定位于：最终定位于RER、SER、高、高 尔基复合体、溶酶体等细胞器中尔基复合体、溶酶体等细胞器中 分泌蛋白分泌蛋白：通过出胞作用转运到细胞外：通过出胞作用转运到细胞外 核糖体与蛋白质合成核糖体与蛋白质合成2新生多肽链的折

12、叠与装配新生多肽链的折叠与装配-分子伴侣分子伴侣 蛋蛋白白二二硫硫键键异异构构酶酶-催催化化二二硫硫键键形形成成，促促进进多多肽链肽链折叠折叠。 结结合合蛋蛋白白、内内质质蛋蛋白白、钙钙网网蛋蛋白白和和钙钙连连蛋蛋白白-滞滞留留折折叠叠错错误误的的多多肽肽和和尚尚未未完完成成装装配配的的蛋蛋白白亚亚单单位位，并促使它们的重新折叠、装配与运输。并促使它们的重新折叠、装配与运输。蛋白折叠蛋白质折叠问题被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题，它是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结构并进一步预测其功能，是极富挑战性的工作。蛋白错误折叠-内质网应激错误折叠

13、蛋白被蛋白酶体降解 3蛋白质的糖基化蛋白质的糖基化 糖基化糖基化(glycosylation)：单糖或者寡糖与蛋白质之：单糖或者寡糖与蛋白质之间通过共价键的结合形成糖蛋白的过程。间通过共价键的结合形成糖蛋白的过程。 形式形式 N-连接糖基化连接糖基化（N-linked glycosylation）：寡糖与）：寡糖与蛋白质蛋白质天冬酰胺天冬酰胺残基侧链上氨基基团的结合残基侧链上氨基基团的结合N-连接糖基化过程前体：14寡糖N-乙酰葡糖胺，甘露糖，葡萄糖组成与内质网嵌入脂质分子多萜醇连接活化由糖基转移酶转移连接至特定三肽序列：Asn-X-ser或Asn-X-Thr(X为除Pro外的任何氨基酸）的A

14、sn上。糙面内质网中的糙面内质网中的N-连接糖基化连接糖基化 被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基内质网N-连接糖基化意义监制蛋白质量协助蛋白折叠错误折叠蛋白运输至胞浆降解4蛋白质的胞内运输蛋白质的胞内运输 两条主要途径：两条主要途径：（1）转运小泡转运小泡高尔基复合体高尔基复合体分泌颗粒分泌颗粒细胞细胞之外。之外。（2）膜泡膜泡大浓缩泡大浓缩泡酶原颗粒酶原颗粒排出细胞。排出细胞。（仅见于某些哺乳动物的胰腺外分泌细胞）（仅见于某些哺乳动物的胰腺外分泌细胞） 共共同同特特点点：以以膜膜泡泡形形式式完完全全隔隔离离于于细细胞胞质质溶溶质质进进行

15、行转转运运 。四、新合成肽链穿越内质网的转移过程四、新合成肽链穿越内质网的转移过程（一）信号肽是指导蛋白多肽链在粗面内质网上合成与穿（一）信号肽是指导蛋白多肽链在粗面内质网上合成与穿越转移的决定因素越转移的决定因素 1.参与因子参与因子 信号密码信号密码 信号肽：信号肽：1830个疏水氨基酸个疏水氨基酸 信号肽识别颗粒信号肽识别颗粒(SRP)（6个多肽亚单位个多肽亚单位 +7SLRNA） SRP受体受体 内质网膜核糖体结合蛋白内质网膜核糖体结合蛋白 内质网膜转运体内质网膜转运体(translocon)2.过程：过程：（1）SRP-核糖体复合体形成核糖体复合体形成 信号肽信号肽-SRP-核糖体核

16、糖体A位位 （肽链合成暂时停止）（肽链合成暂时停止）（2）SRP-核糖体复合体锚泊停靠核糖体复合体锚泊停靠 信号肽信号肽-SRP-核糖体核糖体A位位 SRP受体受体核糖体结核糖体结合蛋白合蛋白（SRP释放）释放）（3）肽链合成重新开始，转运器开放，肽链穿膜入腔）肽链合成重新开始，转运器开放，肽链穿膜入腔转运转运 核糖体附着与肽链的延伸合成核糖体附着与肽链的延伸合成 转运体与新生多肽链的穿膜运输转运体与新生多肽链的穿膜运输 信号肽识别颗粒结构示意图信号肽识别颗粒结构示意图转运体与核糖体大亚基中央管转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道形成肽链转运通道 转运体结构断面示意图转运体结构断面示意图

17、 Figure12-42 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-42a Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-42b Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)（二）由信号肽指导的穿膜驻留蛋白插入（二）由信号肽指导的穿膜驻留蛋白插入 转移的可能机制转移的可能机制 1单次穿膜蛋白插入转移的机制单次穿膜蛋白插入转移的机制 （1）新生肽链共翻译插入（）新生肽链共翻译插入（cotranslat

18、ion insertion）转移机制转移机制 （2）内信号肽（）内信号肽（internal signal peptide）介导的内开）介导的内开始转移肽（始转移肽（internal start-transfer peptide）插入转移机）插入转移机制制 内质网中的穿膜方向决定最终膜蛋白在膜上的蛋白质穿膜的方向Figure12-45 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-46 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-47 Molecular

19、Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-47(part1of2) Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-47(part2of2) Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)Figure12-48 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)2多次穿膜蛋白质的转移插入多次穿膜蛋白质的转移插入 Figure12-49 Molecular Biology of

20、 the Cell(GarlandScience2008)Table12-3 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)（三）信号肽决定蛋白质胞内定向定位转运（三）信号肽决定蛋白质胞内定向定位转运 1.内质网信号序列（内质网信号序列（ER signal sequence） 2.驻留信号（驻留信号（retention signal） 内质网驻留信号（内质网驻留信号（ER retention signal） 内质网回收信号（内质网回收信号（ER retrieval signal） 3.核输入信号（核输入信号（nuclear import si

21、gnal） 4.核输出信号（核输出信号（nuclear export signal） 5.过氧化物酶体引导信号（过氧化物酶体引导信号（peroxisomal targeting signal，PTS） 6.转运肽（转运肽（transit peptide/ transit sequence）：线）：线粒体、质体粒体、质体信号斑氨基酸残基相间排列氨基酸残基相间排列不会被切除不会被切除可识别特异性糖残基标志的酶蛋白可识别特异性糖残基标志的酶蛋白滑面内质网滑面内质网 多样性细胞器多样性细胞器 1脂类合成脂类合成2糖原的代谢糖原的代谢3细胞解毒作用细胞解毒作用 4Ca2+的储存及的储存及Ca2+浓度的调

22、节浓度的调节5胃酸、胆汁的合成与分泌胃酸、胆汁的合成与分泌内质网与疾病（一）最常见病理形态改变（一）最常见病理形态改变 肿胀、核糖体脱落肿胀、核糖体脱落-低氧、辐射、病毒性低氧、辐射、病毒性肝炎肝炎 囊池塌陷囊池塌陷-膜过氧化损伤膜过氧化损伤（二）包涵物（二）包涵物 药物中毒、肿瘤药物中毒、肿瘤（三）肿瘤细胞（三）肿瘤细胞 分化低分化低-稀少稀少 分化高分化高-较多较多 第二节第二节 高尔基复合体高尔基复合体 1898年发现年发现 内网器内网器 (internal reticular apparatus)：光镜：光镜 高尔基器高尔基器(Golgi apparatus) 高尔基复合体：电镜。高尔

23、基复合体：电镜。一、高尔基复合体的形态结构一、高尔基复合体的形态结构（一）三种不同的膜性囊泡组成（一）三种不同的膜性囊泡组成 1小囊泡or顺面高尔基网状结构（形成面）2扁平囊泡or高尔基中间膜囊3大囊泡or反面高尔基网状结构（成熟面） 高尔基体各部分的名称培养的上皮细胞中高尔基体的分布（高尔基体为红色，核为绿色）扁平囊泡扁平囊泡 or 高尔基中间膜囊高尔基中间膜囊3-8个略呈弓形弯曲的扁平囊泡个略呈弓形弯曲的扁平囊泡高尔基堆高尔基堆囊腔宽囊腔宽15-20nm，相邻囊间距，相邻囊间距20-30nm凸面朝向核，称为形成面，膜厚凸面朝向核，称为形成面，膜厚6nm；凹；凹面朝向细胞膜，称成熟面，膜厚面

24、朝向细胞膜，称成熟面，膜厚8nm左右。左右。小囊泡小囊泡 or 顺面高尔基网状结构（形成面）顺面高尔基网状结构（形成面）40-80nm的膜泡结构：的膜泡结构： 光滑小泡光滑小泡-多多 衣被小泡衣被小泡-少少由粗面内质网芽生、分化而来由粗面内质网芽生、分化而来大囊泡大囊泡 or 反面高尔基网状结构（成熟面）反面高尔基网状结构（成熟面） 直径：直径：100-500nm由扁平囊末端膨大、断离行成由扁平囊末端膨大、断离行成 高尔基复合体电镜图高尔基复合体电镜图 高尔基复合体形态结构模式图高尔基复合体形态结构模式图动物细胞高尔基体（红色）植物细胞高尔基体（二）高尔基复合体的极性（二）高尔基复合体的极性

25、1.顺面高尔基网状结构（顺面高尔基网状结构（cis Golgi network） 显示嗜锇反应阳性显示嗜锇反应阳性 囊腔小尔窄、囊膜薄囊腔小尔窄、囊膜薄 2.高尔基中间膜囊（高尔基中间膜囊（medial Golgi stack) NADP酶反应阳性酶反应阳性 (除与顺面网状结构相邻的一侧除与顺面网状结构相邻的一侧) 3.反面高尔基网状结构（反面高尔基网状结构（ trans Golgi network） 形态结构和化学特性上具有细胞的差异性和多样形态结构和化学特性上具有细胞的差异性和多样性性高尔基体极性高尔基体极性二、高尔基复合体的化学组成二、高尔基复合体的化学组成 脂类：蛋白质脂类：蛋白质=4

26、0%：60% 多种酶蛋白多种酶蛋白 氧化还原酶氧化还原酶 磷酸酶类磷酸酶类 脂酰转移酶脂酰转移酶 磷脂酶类磷脂酶类 酪蛋白磷酸激酶酪蛋白磷酸激酶 -甘露糖苷甘露糖苷酶酶 糖基转移酶：糖基转移酶：标志酶标志酶 三、高尔基体的功能三、高尔基体的功能（一）分泌蛋白的加工与修饰（一）分泌蛋白的加工与修饰 1.1.糖蛋白的加工合成糖蛋白的加工合成 原来糖链中的大部分甘露糖被切除，但又原来糖链中的大部分甘露糖被切除，但又被多种糖基转移酶依次加上了不同类型的被多种糖基转移酶依次加上了不同类型的糖分子，形成了结构各异的寡糖链。糖分子，形成了结构各异的寡糖链。N-连接糖基化与连接糖基化与O连接糖基化主要区别N-

27、N-连接糖基化连接糖基化O连接糖基化糖基化发生部位粗面内质网高尔基复合体连接的氨基酸残基天冬酰胺丝氨酸 苏氨酸 酪氨酸连接基团氨基羟基第一个糖基N-乙酰葡糖胺半乳糖 N-乙酰半乳糖胺糖链长度5-25个糖基1-6个糖基糖基化方式寡糖连一次性连接单糖基逐个添加内质网与高尔基体内糖基化内质网与高尔基体内糖基化糖链模型图糖链模型图 两种糖基化之区别比较两种糖基化之区别比较 蛋白聚糖蛋白聚糖细胞外基质细胞外基质高尔基内部结构蛋白质糖基化意义蛋白质糖基化意义（1）帮助折叠：折叠中间物易溶于水，免于聚集）帮助折叠：折叠中间物易溶于水，免于聚集（2）保护作用：糖链不易弯曲抵抗蛋白水解酶，免遭）保护作用：糖链不

28、易弯曲抵抗蛋白水解酶，免遭水解酶的降解水解酶的降解（3）运输信号：引导蛋白质包装成运输小泡，靶向运）运输信号：引导蛋白质包装成运输小泡，靶向运输输（4）形成糖被：保护、识别、通讯联络）形成糖被：保护、识别、通讯联络例例：种特异性：种特异性顶体内的结合素（卵结合蛋白，顶体内的结合素（卵结合蛋白，bindin）可识）可识别特异的糖基序列，以保证精子与卵的种特异别特异的糖基序列，以保证精子与卵的种特异性结合。性结合。 2. 蛋白质水解蛋白质水解胰岛素由胰岛素由A、B两个肽链组成。两个肽链组成。胰岛素原胰岛素原 （86个氨基酸组成）个氨基酸组成）切去切去31、32、60三个精氨酸连接的链，断链生成没有

29、作用的三个精氨酸连接的链，断链生成没有作用的C链，除去。链，除去。 3.3.蛋白质分选蛋白质分选（1）溶酶体）溶酶体（2）细胞外）细胞外（3）细胞质）细胞质-分泌胞外分泌胞外高尔基复合体分布形式高尔基复合体分布形式 神经细胞神经细胞-围绕细胞核分布围绕细胞核分布 输卵管内皮、肠上皮黏膜、甲状腺和胰腺输卵管内皮、肠上皮黏膜、甲状腺和胰腺-细胞核附细胞核附近趋向于一极分布。近趋向于一极分布。 肝细胞肝细胞-沿胆细管分布在细胞边缘。沿胆细管分布在细胞边缘。 精、卵等少数特殊类型的细胞精、卵等少数特殊类型的细胞-分散的分布状态。分散的分布状态。 分化发育成熟且具有旺盛分泌功能活动的细胞中，高分化发育成

30、熟且具有旺盛分泌功能活动的细胞中，高尔基复合体较为发达。尔基复合体较为发达。 第三节溶酶体第三节溶酶体 lysosome 溶酶体系由一层单位膜构成的球囊状结构溶酶体系由一层单位膜构成的球囊状结构 膜厚约膜厚约nm 含含60多种酸性水解酶多种酸性水解酶 PH：3.5-5.5 普遍存在于各类组织细胞之中普遍存在于各类组织细胞之中一、溶酶体的主要形态结构及化学特征一、溶酶体的主要形态结构及化学特征.高度的异质性高度的异质性大小差别巨大：最小者直径仅大小差别巨大：最小者直径仅50nm;一般直径一般直径200800nm；最大者直径可达数微米；最大者直径可达数微米数量不同数量不同所含水解酶的种类不同所含水

31、解酶的种类不同. 溶酶体的共性特征溶酶体的共性特征 （1）一层单位膜）一层单位膜 （2）含有酸性水解酶）含有酸性水解酶 蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶、 磷酸酶、溶菌酶磷酸酶、溶菌酶 （3）膜中富含高度糖基化的跨膜整合蛋白）膜中富含高度糖基化的跨膜整合蛋白lgpA 、 lgpB （4）膜上嵌有质子泵）膜上嵌有质子泵Figure13-36 Molecular Biology of the Cell(GarlandScience2008)溶酶体电镜图溶酶体电镜图 二、溶酶体的类型二、溶酶体的类型（一）依据不同的生理功能状态：分为三种基本类型（一）依据不同的生理功能状态：

32、分为三种基本类型 ： 1.初级溶酶体（初级溶酶体（primary lysosome）直径约直径约0.20.5um膜厚膜厚7.5nm，内含物均一，内含物均一2.次级溶酶体（次级溶酶体（secondary lysosome） （1）自噬溶酶体（）自噬溶酶体（autophagolysosome） 自噬溶酶体途径（自噬溶酶体途径（ALP） 供给营养供给营养 清除过剩或缺陷细胞器清除过剩或缺陷细胞器 自噬溶酶体途径（自噬溶酶体途径（ALP）分类）分类 大自噬大自噬 小自噬小自噬 分子伴侣介导自噬（分子伴侣介导自噬（CAM） （2）异噬溶酶体（）异噬溶酶体（heterophagic lysosome）次级

33、溶酶体次级溶酶体正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物 3.三级溶酶体（残余体）三级溶酶体（残余体） 脂褐质脂褐质 髓样结构髓样结构 含铁小体含铁小体肝细胞中脂褐质（二）基于其形成过程和不同发育阶段可将溶酶体分（二）基于其形成过程和不同发育阶段可将溶酶体分为两大类型为两大类型 内溶酶体（内溶酶体（endolysosome） 吞噬溶酶体（吞噬溶酶体（phagolysosome） 1. 酶蛋白在内质网中的修饰加工及转运酶蛋白在内质网中的修饰加工及转运 酶蛋白前体酶蛋白前体 N-连接的甘露糖蛋白连接的甘露糖蛋白 转运小泡转运小泡

34、2. 在高尔基复合体中的修饰加工在高尔基复合体中的修饰加工 寡糖链甘露糖残基磷酸化寡糖链甘露糖残基磷酸化(M-6-P) 与膜受体与膜受体 结合，结合， 分选分选 网格蛋白有被转运小泡的形成网格蛋白有被转运小泡的形成 3. 内体性溶酶体的形成内体性溶酶体的形成 有被小泡有被小泡 无被小泡无被小泡 + 晚内吞体晚内吞体 内体性溶酶体内体性溶酶体三、溶酶体的形成与成熟三、溶酶体的形成与成熟（一）内溶酶体：由运输小泡合并晚期内体形成（一）内溶酶体：由运输小泡合并晚期内体形成内体性溶酶体的成熟内体性溶酶体的成熟 内体（内吞体）内体（内吞体）：胞吞形成的异质性脱衣被膜泡。直：胞吞形成的异质性脱衣被膜泡。直

35、径在径在300-400nm之间。之间。 早期内体：近质膜处，囊腔中早期内体：近质膜处，囊腔中ph较高（较高（7.0-7.4） 晚期内体：近核，与源于高尔基复合体的含有酸性水晚期内体：近核，与源于高尔基复合体的含有酸性水解酶的运输小泡融合后发生变化解酶的运输小泡融合后发生变化 随微管移动至细胞内部随微管移动至细胞内部产生小管，将参与胞吞的受体送回高尔基体与胞膜上产生小管，将参与胞吞的受体送回高尔基体与胞膜上溶酶体酶蛋白受体回到高尔基体溶酶体酶蛋白受体回到高尔基体 囊膜上质子泵泵入胞质中囊膜上质子泵泵入胞质中H+,H+,腔内腔内PHPH从从7.47.4降到降到6.06.0 溶酶体酶前体从溶酶体酶前

36、体从M-6-PM-6-P膜受体上解离，膜受体上解离，磷酸化成熟磷酸化成熟 膜膜M-6-PM-6-P受体以出芽形式衍生成运输小泡，受体以出芽形式衍生成运输小泡，重新回到高尔基体成熟面重新回到高尔基体成熟面受体循环利用例:转铁蛋白（Transferrin) 血液：转铁蛋白血液：转铁蛋白+铁离子铁离子膜转铁蛋白受体膜转铁蛋白受体 早内体内分为早内体内分为 铁离子铁离子 转铁蛋白与受体复合物转铁蛋白与受体复合物 回到细胞膜回到细胞膜 转铁蛋白重复利用转铁蛋白重复利用受体向下调节例：类鸦片受体（Opioid)、EGF受体类鸦片受体类鸦片受体+吗啡或海洛因吗啡或海洛因内体内体传递信息传递信息与溶酶体融合与

37、溶酶体融合降解减少，降低与配体结合量降解减少，降低与配体结合量红色红色-转铁蛋白转铁蛋白绿色绿色-类鸦片受体类鸦片受体黄色：红色与绿色黄色：红色与绿色重叠重叠 内溶酶体形成过程内溶酶体形成过程 四、溶酶体的功能四、溶酶体的功能 1. 细胞消化作用细胞消化作用 2. 细胞营养功能细胞营养功能 3. 细胞防御保护功能细胞防御保护功能 4. 激素分泌的调控功能激素分泌的调控功能 分泌型溶酶体分泌型溶酶体-黑色素细胞分泌黑色素黑色素细胞分泌黑色素 5. 生物个体发生、发育过程中的功能生物个体发生、发育过程中的功能 授精、授精、 破骨细胞对骨组织再吸收破骨细胞对骨组织再吸收 溶酶体的自溶作用溶酶体的自溶

38、作用 溶酶体与衰老红细胞溶酶体与细菌溶酶体与细菌 溶酶体与受精溶酶体与受精 溶酶体与疾病1.矽肺矽肺 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，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此反复进行。受损或已破坏的巨

39、噬细胞释放“致纤维化因子致纤维化因子”，并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。，并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。2肺结核肺结核 结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。被吞噬而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。3类风湿性关节炎类

40、风湿性关节炎 溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。 4各类贮积症各类贮积症台台-萨氏综合征（萨氏综合征（Tay-Sachs diesease）：叫黑蒙性家族痴呆症，）：叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶溶酶体缺少氨基已糖酯酶A（-N-hexosaminidase），导致神），导致神经节甘脂经节甘脂GM2积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，26岁死亡。岁死亡。患者表现为渐进性失明、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群患者表现为渐进性失明、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群中。中。II型糖原累

41、积病（型糖原累积病（Pompe病）：溶酶体缺乏病）：溶酶体缺乏-1,4-葡萄糖苷酶，糖葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。Gaucher病：又称脑苷脂沉积病病：又称脑苷脂沉积病, 巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏缺乏- 葡萄糖苷酶。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体葡萄糖苷酶。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内内,巨噬细胞变成巨噬细胞变成Gaucher 细胞，患者的

42、肝、脾、淋巴结等肿大，细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，中枢神经系统发生退行性变化，常在中枢神经系统发生退行性变化，常在1 岁内死亡。岁内死亡。细胞内含物病（细胞内含物病（inclusion-cell disease，I-cell disease）：一种）：一种更严重的贮积症，更严重的贮积症，N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起。由乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起。由于基因突变，高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成于基因突变，高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成M6P分选分选信号，酶被运出细胞（信号，酶被运出细胞（default pathway）。这类病人成纤维细）。这类病人成纤维细胞的溶

43、酶体中没有水解酶，导致底物在溶酶体中大量贮积，形成胞的溶酶体中没有水解酶，导致底物在溶酶体中大量贮积，形成所谓的所谓的“包涵体（包涵体（inclusion）”。另外这类病人肝细胞中有正。另外这类病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具有常的溶酶体，说明溶酶体形成还具有M6P之外的途径。之外的途径。台-萨氏综合征一、过氧化物酶体的基本形态结构特征一、过氧化物酶体的基本形态结构特征一层单位膜包裹而成的膜性结构小体一层单位膜包裹而成的膜性结构小体多呈圆形或卵圆形多呈圆形或卵圆形直径：直径：0.21.5um之间之间类核体（类核体（nucleoid）-电子致密度较高、排列规电子致密度较高、排列规则

44、的晶格结构则的晶格结构:尿酸氧化酶尿酸氧化酶边缘板（边缘板（marginal plate）-界膜内表面一条高界膜内表面一条高电子致密度的条带状结构电子致密度的条带状结构 第四节第四节 过氧化物酶体过氧化物酶体 共同特点共同特点: 多种依赖黄素的氧化酶多种依赖黄素的氧化酶:40多种氧化酶多种氧化酶 L-氨基酸氧化酶，氨基酸氧化酶， D-氨基酸氧化酶，氨基酸氧化酶， 尿酸氧化酶的含量极高尿酸氧化酶的含量极高 过氧化氢酶（标志酶）过氧化氢酶（标志酶） 过氧化酶体电镜图过氧化酶体电镜图二、过氧化物酶体的酶类组成二、过氧化物酶体的酶类组成内含内含40多种酶，三种类型：多种酶，三种类型：.氧化酶类氧化酶类

45、基本特征：对作用底物的氧化过程中，能够把氧还基本特征：对作用底物的氧化过程中，能够把氧还原成过氧化氢，其反应通式可表示为：原成过氧化氢，其反应通式可表示为：RH2+O2 R+H2O2.过氧化氢酶类过氧化氢酶类被视之为过氧化物酶体的被视之为过氧化物酶体的标志性酶标志性酶。其作用是将过。其作用是将过氧化氢分解成水和氧气：氧化氢分解成水和氧气：2H2O2 2H2O +O2 .过氧化物酶类过氧化物酶类仅存在于如血细胞等少数几种细胞类型的过氧化仅存在于如血细胞等少数几种细胞类型的过氧化物酶体之中，其作用与过氧化氢酶相同。物酶体之中，其作用与过氧化氢酶相同。三、过氧化物酶体的功能三、过氧化物酶体的功能 .

46、消除过氧化氢及其他毒性物质。消除过氧化氢及其他毒性物质。 基本作用机制：氧化酶与过氧化氢酶催化作用的偶基本作用机制：氧化酶与过氧化氢酶催化作用的偶联，形成一个由过氧化氢协调的简单的呼吸链联，形成一个由过氧化氢协调的简单的呼吸链 酚、甲酸、甲醛和乙醇酚、甲酸、甲醛和乙醇 .细胞氧张力的调节细胞氧张力的调节 线粒体氧化所需的最佳氧浓度为线粒体氧化所需的最佳氧浓度为2%左右，增加氧左右，增加氧浓度，并不提高线粒体的氧化能力。浓度，并不提高线粒体的氧化能力。 过氧化物酶体的氧化率是随氧张力增强而成正比地过氧化物酶体的氧化率是随氧张力增强而成正比地提高。提高。 .参与细胞内脂肪酸等高能分子物质的分解参与

47、细胞内脂肪酸等高能分子物质的分解转化转化 脂肪酸氧化脂肪酸氧化-乙酰辅酶乙酰辅酶A 2550%:过氧化物酶体中氧化过氧化物酶体中氧化 其他其他:线粒体中氧化线粒体中氧化 乙醇乙醇-乙醛（醉酒表现）乙醛（醉酒表现）-乙酸乙酸 乙醇氧化的代谢酶有乙醇脱氢酶、乙醛脱乙醇氧化的代谢酶有乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶、微粒体乙醇氧化系统氢酶、微粒体乙醇氧化系统四、过氧化酶体发生四、过氧化酶体发生过氧化物酶体与疾病过氧化物酶体与疾病遗传性疾病（过氧化氢酶缺乏）遗传性疾病（过氧化氢酶缺乏） 1.遗传性过氧化氢酶血症遗传性过氧化氢酶血症 过氧化氢酶缺乏过氧化氢酶缺乏-口腔炎口腔炎 2.Zellweger脑肝肾综合征脑

48、肝肾综合征 肝功能障碍、重度骨骼肌张力减退、脑肝功能障碍、重度骨骼肌张力减退、脑发育迟缓发育迟缓 、癫痫、癫痫第五节囊泡与囊泡转运第五节囊泡与囊泡转运囊泡（囊泡（vesicle）是真核细胞中常见的膜泡结构。是真核细胞中常见的膜泡结构。 囊泡转运（囊泡转运（ vesiclar transport）是指囊泡以出芽的形式，是指囊泡以出芽的形式，从一种细胞器膜产生、断离后又定向地与另一种细胞器从一种细胞器膜产生、断离后又定向地与另一种细胞器膜融合的过程。膜融合的过程。 瑞典卡罗琳医学院10月7日决定，将2013年诺贝尔生理学或医学奖授予三名科学家63岁的美国生物岁的美国生物学家詹姆斯学家詹姆斯E罗斯曼

49、（罗斯曼（James E.Rothman），），65岁的岁的美国细胞生物学家兰迪美国细胞生物学家兰迪谢克曼（谢克曼（Randy W. Schekman）和）和58岁的德国生物化学家托马斯岁的德国生物化学家托马斯聚德霍夫聚德霍夫（Thomas C. Sdhof），以表彰他们在细胞内运输系统领域的新发现。罗斯曼在听到获奖消息后非常震惊，要求先给自罗斯曼在听到获奖消息后非常震惊，要求先给自己十分钟洗澡镇定一下，再接受诺贝尔媒体的采己十分钟洗澡镇定一下，再接受诺贝尔媒体的采访。访。“我非常高兴与谢克曼、聚德霍夫共同获得我非常高兴与谢克曼、聚德霍夫共同获得这个奖项。这个奖项。”他说。他说。谢克曼在得知自

50、己获奖后称：谢克曼在得知自己获奖后称：“我的第一反应是我的第一反应是噢，上帝啊！噢，上帝啊！第二反应也是如此。第二反应也是如此。”他发现他发现了酵母菌中调节细胞囊泡运输机制的基因，揭示了酵母菌中调节细胞囊泡运输机制的基因，揭示三个基因的突变导致了三个基因的突变导致了“类似于糟糕的公共交通类似于糟糕的公共交通系统的状况系统的状况”。谢克曼发现了用编码来调节囊泡运输关键蛋白的基因。谢克曼发现了用编码来调节囊泡运输关键蛋白的基因。他通过对被打乱的基因突变酵母个体进行检测，发现了他通过对被打乱的基因突变酵母个体进行检测，发现了将囊泡运送到不同细胞器或者细胞表面的那种将囊泡运送到不同细胞器或者细胞表面的

51、那种基因基因。 罗斯曼则发现了某种罗斯曼则发现了某种蛋白复合物蛋白复合物，它可以使囊泡融合到，它可以使囊泡融合到相对应的内膜系统或者细胞膜中。囊泡上的蛋白会与内相对应的内膜系统或者细胞膜中。囊泡上的蛋白会与内膜的特异补体蛋白相互结合，这样就能够确保囊泡的正膜的特异补体蛋白相互结合，这样就能够确保囊泡的正确融合，也就可以使运输的分子到达正确的位置。确融合，也就可以使运输的分子到达正确的位置。聚德霍夫把这种运输活动放在特定的身体部位去研究：聚德霍夫把这种运输活动放在特定的身体部位去研究：大脑大脑。他想知道大脑中的信号是如何从一个神经细胞传。他想知道大脑中的信号是如何从一个神经细胞传输到另外一个去，

52、以及钙离子是如何调控这一过程。他输到另外一个去，以及钙离子是如何调控这一过程。他发现了脑细胞是怎样感知到钙离子，并将此信号转换成发现了脑细胞是怎样感知到钙离子，并将此信号转换成囊泡中分子的形式。大脑信号如此这般神奇微妙的传递囊泡中分子的形式。大脑信号如此这般神奇微妙的传递原理从而得到明确的解释。原理从而得到明确的解释。一、囊泡的主要类型一、囊泡的主要类型 囊泡类型至少有囊泡类型至少有10种以上。种以上。 目前了解较多的主要有以下三种类型：目前了解较多的主要有以下三种类型： 网格蛋白有被囊泡（网格蛋白有被囊泡（clathrin-coated vesicle） COPI有被囊泡（有被囊泡（coat

53、mer-protein subunits） COPII有被囊泡有被囊泡 囊泡的三种类型囊泡的三种类型 . 网格蛋白有被囊泡网格蛋白有被囊泡特征：特征：直径在直径在50100nm之间之间外被以由网格蛋白纤维构成的网架结构外被以由网格蛋白纤维构成的网架结构在网格蛋白结构外框与囊膜之间填充、覆盖有大在网格蛋白结构外框与囊膜之间填充、覆盖有大 量的衔接蛋白量的衔接蛋白功能：功能：介导从高尔基复合体向溶酶体、胞内体或质膜外介导从高尔基复合体向溶酶体、胞内体或质膜外的物质转运的物质转运将外来物质转送到细胞质或溶酶体将外来物质转送到细胞质或溶酶体1 1、有被小窝与有被小泡的形成、有被小窝与有被小泡的形成有被

54、小窝：有被小窝：受体集中的质膜区域，受体集中的质膜区域，10-20倍，占质膜倍，占质膜2%有被小泡有被小泡 1.网格蛋白网格蛋白（无特异性）（无特异性） 二聚体：二聚体：1条重链和条重链和1条轻链条轻链 3个二聚体：三腿蛋白复合物（网格蛋白）个二聚体：三腿蛋白复合物（网格蛋白） 36个三腿蛋白复合物：六角形或五角形个三腿蛋白复合物：六角形或五角形 ，篮网状结构，篮网状结构 2.衔接蛋白：衔接蛋白：多种多种 目前发现目前发现4种种-AP1 AP2 AP3 AP4 网格蛋白有被小泡之来源与形成网格蛋白有被小泡之来源与形成 三腿蛋白复合物三腿蛋白复合物网格蛋白有被小泡形态结构网格蛋白有被小泡形态结构

55、 发动蛋白发动蛋白经由胞吞作用的网格蛋白有被小泡之形成过程经由胞吞作用的网格蛋白有被小泡之形成过程 三腿蛋白复合物三腿蛋白复合物网格蛋白有被小泡网格蛋白有被小泡（二）（二）COP有被囊泡有被囊泡特征：特征：非网格蛋白有被囊泡类型非网格蛋白有被囊泡类型功能：功能：主要负责内质网逃逸蛋白的捕捉、回收转运及主要负责内质网逃逸蛋白的捕捉、回收转运及高高尔基复合体膜内蛋白尔基复合体膜内蛋白-内质网的逆向运输内质网的逆向运输 COP有被囊泡外被蛋白有被囊泡外被蛋白- 关键分子：关键分子：ARF（蛋白）蛋白）-GTPCOP有被囊泡有被囊泡(三）三）COPII有被囊泡有被囊泡特征：特征：非网格蛋白有被囊泡非网

56、格蛋白有被囊泡功能：功能：介导从内质网到高尔基复合体的物质转运介导从内质网到高尔基复合体的物质转运COPII的形态与形成的形态与形成 COPII有被囊泡装配有被囊泡装配五种蛋白五种蛋白 Sar蛋白蛋白:调节外被装配调节外被装配 Sar蛋白蛋白-GTP：结合内质网膜，促进装配：结合内质网膜，促进装配 Sar蛋白蛋白-GDP：无活性：无活性COPII 有被小泡的组装激活有被小泡的组装激活COPII 组装组装 COPII 组装组装COPII有被囊泡模型图有被囊泡模型图 COPII介导的物质运输介导的物质运输 ：内质网：内质网-高尔基中间体高尔基中间体 二、囊泡转运及其运行的分子基础二、囊泡转运及其运

57、行的分子基础 . 物质定向运输的重要途径和基本形式物质定向运输的重要途径和基本形式. 高度有序、严格选择和精密控制高度有序、严格选择和精密控制. 基本保证基本保证-特异性识别融合特异性识别融合. 细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新 由囊泡转运介导的细胞内膜流示意图由囊泡转运介导的细胞内膜流示意图 特异性识别融合机制SNAREs（soluble NSF attachment protein receptor）家族）家族介导膜融合介导膜融合v-SNAREs-位于运输小泡上位于运输小泡上t-SNAREs-位于靶膜上位于靶膜上能相互缠绕形成跨能相互缠绕形成跨S

58、NAREs复合体复合体融合蛋白融合蛋白-降低去除水分子耗能降低去除水分子耗能囊泡转运囊泡转运囊泡相关蛋白囊泡相关蛋白囊泡转运囊泡转运HIV病毒融合蛋白的工作原理HIV病毒与细胞融合过程接合蛋白复合体接合蛋白复合体AP3亚单位基因缺陷亚单位基因缺陷-高尔基囊泡形成障碍高尔基囊泡形成障碍-影响黑色素分泌影响黑色素分泌思考题思考题1.何谓内膜系统？何谓内膜系统？ 2.真核生物内膜系统的出现、形成具有哪些重要的真核生物内膜系统的出现、形成具有哪些重要的生物学意义？生物学意义？3.内质网的种类内质网的种类4.内质网驻留信号肽内质网驻留信号肽5.N-连接糖基化与连接糖基化与O-连接糖基化区别。连接糖基化区别。 N-连接糖基连接糖基化过程。化过程。6.肽链进入内质网的过程肽链进入内质网的过程 7.高尔基复合体结构高尔基复合体结构8.高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能9.溶酶体的共同特征溶酶体的共同特征10.溶酶体的类型溶酶体的类型11.内体性溶酶体的形成与成熟过程内体性溶酶体的形成与成熟过程12.溶酶体的功能溶酶体的功能13.囊泡类型及作用囊泡类型及作用14.囊泡特异性识别融合机制囊泡特异性识别融合机制