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1、医学细胞生物学细胞质和医学细胞生物学细胞质和细胞器第五讲细胞器第五讲-赵崴赵崴 一、形态结构：一、形态结构： 由一层单位膜包围由一层单位膜包围形成的囊泡系统。形成的囊泡系统。由排列较整齐的扁由排列较整齐的扁平囊和囊泡构成。平囊和囊泡构成。二、化学组成二、化学组成1.1.蛋白质蛋白质60%60%；脂类；脂类40%40%。介于细胞膜和内质网之间。介于细胞膜和内质网之间2.2.高尔基体的酶：高尔基体的酶： 糖基转移酶糖基转移酶；磺基糖基转移酶；氧化还；磺基糖基转移酶；氧化还原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂原酶；磷酸酶；激酶；甘露糖苷酶；磷脂酰转移酶；磷脂酶。酰转移酶；磷脂酶。1.1.胞内物质的转
2、送运输和分泌活动胞内物质的转送运输和分泌活动2.2.糖蛋白的加工合成糖蛋白的加工合成3.3.蛋白质的水解蛋白质的水解4.4.蛋白质的分选与胞内膜泡运输蛋白质的分选与胞内膜泡运输三三. . 高尔基体的功能高尔基体的功能3分钟分钟17分钟分钟117分钟分钟3 3H H标记亮氨酸标记亮氨酸（一）与细胞的分泌活动有关（一）与细胞的分泌活动有关2.2.糖蛋白的加工合成：糖蛋白的加工合成： O- O-连接的糖基化：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏连接的糖基化：蛋白质上的酪氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链的氨酸残基侧链的-OH-OH基团与寡糖共价结合。主要或基团与寡糖共价结合。主要或全部在高尔基体进行。全部在高尔基
3、体进行。AsnAsnAsnAsnAsnN-乙酰葡乙酰葡萄糖胺萄糖胺甘露糖甘露糖葡萄糖葡萄糖岩藻糖岩藻糖半乳糖半乳糖唾液酸唾液酸粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体 寡糖链经一系列酶的加工切除和添加特定的单糖寡糖链经一系列酶的加工切除和添加特定的单糖寡糖链经一系列酶的加工切除和添加特定的单糖寡糖链经一系列酶的加工切除和添加特定的单糖（半乳糖、唾液酸），形成成熟糖蛋白并在结构上呈（半乳糖、唾液酸），形成成熟糖蛋白并在结构上呈（半乳糖、唾液酸），形成成熟糖蛋白并在结构上呈（半乳糖、唾液酸），形成成熟糖蛋白并在结构上呈现多样化差异。现多样化差异。现多样化差异。现多样化差异。蛋白质合成蛋白质合成寡糖磷酸
4、化寡糖磷酸化除甘露糖加除甘露糖加N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖、加半乳糖、唾液酸唾液酸分选分选溶酶体溶酶体分泌泡分泌泡糖基化有关的酶固定糖基化有关的酶固定在内质网及高尔基体在内质网及高尔基体不同的区室内，为整不同的区室内，为整合膜蛋白。合膜蛋白。O-连接糖基化：连接糖基化：由不同的糖基转移酶由不同的糖基转移酶催化，每次加上一个催化，每次加上一个单糖，最后加唾液酸单糖，最后加唾液酸残基。残基。3. 蛋白的水解和加工：蛋白的水解和加工： 有些蛋白质在有些蛋白质在rER合成后，须经高尔基合成后，须经高尔基体水解加工才具有活性。体水解加工才具有活性。 胰胰胰胰岛岛岛岛B B细细细细胞胞胞胞前前前
5、前胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素原原原原胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素原原原原信号肽信号肽信号肽信号肽C C段肽段肽段肽段肽胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素粗面内质网粗面内质网粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体高尔基体高尔基体转变酶转变酶转变酶转变酶4. 4. 蛋白的分选和运输：蛋白的分选和运输：1 1）溶酶体酶：）溶酶体酶： 带有带有分选信号分选信号，高尔基体生成的运输小泡膜，高尔基体生成的运输小泡膜上上 有分选信号的有分选信号的受体受体。2 2）分泌蛋白：）分泌蛋白： 在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，在成熟面，通过分选信号与相应受体结合，选择性地将分泌蛋白送到分泌泡中。选择性地将分泌蛋白送到分泌泡中。
6、3 3）膜蛋白：由运输小泡送至不同部位）膜蛋白：由运输小泡送至不同部位蛋白质分选信号及运输途径蛋白质分选信号及运输途径分选信号典型的信号序列ER腔内腔内Lys-Asp-Glu-Leu-COO膜蛋白膜蛋白Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala线粒体线粒体N- 螺旋细胞核细胞核Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val过氧化物酶体过氧化物酶体Ser-Lys-Leu溶酶体溶酶体M-6-P碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸；酸性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸核定位信号核定位信号 螺旋螺旋信号信号过氧化过氧化物酶体物酶体C端端3肽信
7、号肽肽信号肽N端信号肽端信号肽结构性结构性 分泌小泡分泌小泡浓缩信号浓缩信号调节性调节性 分泌小泡分泌小泡信信号号M-6-P驻留内质网的蛋白质驻留内质网的蛋白质带有带有(-Lys-Asp-Glu-Leu-COO)信号。信号。驻留高尔基复合驻留高尔基复合体的蛋白质带有体的蛋白质带有跨膜跨膜 螺旋螺旋信号。信号。蛋白质的分选蛋白质的分选Cop I and II Vesicles不同运输途径的衣被类型衣被衣被类类型型GTP酶 组成与衔接蛋白运运输输方向方向clathrinARFClathrin重链与轻链，AP2质质膜膜内体内体Clathrin重链与轻链，AP1高高尔尔基体基体内体内体Clathrin
8、重链与轻链，AP3高高尔尔基体基体溶溶酶酶体，体，植物液泡植物液泡COPIARFCOP高高尔尔基体基体内内质质网网COPIISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16内内质质网网高高尔尔基体基体四、高尔基体的病理变化四、高尔基体的病理变化 肥大、萎缩、内容物及形态结构的改变等。肥大、萎缩、内容物及形态结构的改变等。中毒细胞：萎缩、结构破坏消失。中毒细胞：萎缩、结构破坏消失。癌细胞：低分化不发达、高分化发达。癌细胞：低分化不发达、高分化发达。损伤：扩张、崩解。损伤：扩张、崩解。溶酶体lysosome 20 20世纪世纪4040年代末应用大鼠肝组织匀浆研究糖代谢
9、有年代末应用大鼠肝组织匀浆研究糖代谢有关的酶时发现了含有酸性磷酸酶活性的颗粒。关的酶时发现了含有酸性磷酸酶活性的颗粒。1955 de 1955 de DuveDuve等人在对鼠肝细胞进行细胞化学鉴定和电镜观察，等人在对鼠肝细胞进行细胞化学鉴定和电镜观察，明确这种颗粒为细胞器，并命名为溶酶体。明确这种颗粒为细胞器，并命名为溶酶体。 溶酶体溶酶体(lysosome)(lysosome)是是由一层单位膜包围而由一层单位膜包围而成，内含多种酸性水成，内含多种酸性水解酶的囊泡状结构。解酶的囊泡状结构。能分解各种内源性和能分解各种内源性和外源性物质，是细胞外源性物质，是细胞内的消化器官。内的消化器官。一、
10、形态、结构一、形态、结构1.1.形态：球形或卵圆形，直径形态：球形或卵圆形，直径0.20.2 0.80.8 m m，膜，膜6nm6nm。2.2.成分：成分：6060种以上酸性水解酶，水解蛋白、多糖、种以上酸性水解酶，水解蛋白、多糖、 脂类、核酸等为小分子。脂类、核酸等为小分子。3.3.特性：特性： 异形性细胞器异形性细胞器 膜上存在质子泵膜上存在质子泵 pH 5.0pH 5.0 高度糖基化高度糖基化溶酶体膜的特性溶酶体膜的特性溶溶 酶酶(lysosomal enzyme)pH 5.0糖基化糖基化糖基化糖基化质子泵质子泵质子泵质子泵HATPADPPi动物溶酶体中的各种酶动物溶酶体中的各种酶 正常
11、情况下溶酶体正常情况下溶酶体膜稳定膜稳定, ,小分子物质小分子物质( (如如单糖、氨基酸单糖、氨基酸) ) 可以自可以自由通过，使酶与其它部由通过，使酶与其它部分分开，细胞免受自身分分开，细胞免受自身溶酶体的消化。溶酶体的消化。磷酸酶磷酸酶核酸酶核酸酶核苷酶核苷酶蛋白酶蛋白酶脂肪酶脂肪酶硫酸酯酶硫酸酯酶pH360.05 0.8m溶酶体溶酶体ATPH+ADPpH7.2二二. . 溶酶体的类型溶酶体的类型初级溶酶体初级溶酶体(primary (primary lysosomelysosome) )次级溶酶体次级溶酶体(secondary (secondary lysosomelysosome )
12、)自噬性溶酶体自噬性溶酶体异噬性溶酶体异噬性溶酶体三级溶酶体三级溶酶体脂褐质；含铁小体脂褐质；含铁小体多泡体；髓样小体多泡体；髓样小体1.初级溶酶体：初级溶酶体：是高尔基体成是高尔基体成熟面上形成的新生熟面上形成的新生溶酶体，含水解酶溶酶体，含水解酶不含底物。不含底物。2.次级溶酶体：次级溶酶体：初级溶酶体与初级溶酶体与底物融合形成的，底物融合形成的，含水解酶和底物。含水解酶和底物。3.三级溶酶体：三级溶酶体：残余体残余体残余小体：残余小体：由于酶活性下降，未消化的残余物质保留在溶酶活性下降，未消化的残余物质保留在溶酶体内，形成电子密度高、色调较深的残余小体。酶体内，形成电子密度高、色调较深的
13、残余小体。 类型类型：脂褐质、含铁小体、多泡体、髓样结构脂褐质、含铁小体、多泡体、髓样结构 溶酶体的形成由内质网和高尔基体共同参与溶酶体的形成由内质网和高尔基体共同参与, ,集胞内物集胞内物质合成、加工、包装、运输及结构转化为一体的复杂质合成、加工、包装、运输及结构转化为一体的复杂而有序的过程而有序的过程1.1.酶蛋白的糖基化与磷酸化酶蛋白的糖基化与磷酸化2.2.酶蛋白的分选酶蛋白的分选3.3.内体性溶酶体的形成内体性溶酶体的形成4.4.溶酶体的成熟溶酶体的成熟三三.溶酶体的形成与成熟溶酶体的形成与成熟溶酶体形成溶酶体形成ATPATPADPADP溶酶体水解酶前体溶酶体水解酶前体来自内质网来自内
14、质网6-磷酸甘露磷酸甘露糖糖(M6P)高尔基体高尔基体顺面顺面反面反面ATPADP脱磷酸脱磷酸成熟溶酶成熟溶酶体水解酶体水解酶溶酶体溶酶体依赖依赖M6P受体受体的输送的输送输送小泡输送小泡受体再循环受体再循环笼蛋白外被笼蛋白外被出芽泡中的出芽泡中的M6P受体受体四、溶酶体的功能四、溶酶体的功能1.消化消化：对内源性和外源性物质的消化，为：对内源性和外源性物质的消化，为细胞提供营养、防御。细胞提供营养、防御。2.参与激素生成参与激素生成：甲状腺素的生成。：甲状腺素的生成。3.参与组织器官的变态和退化参与组织器官的变态和退化：两栖类尾部的吸收、子宫内膜。的两栖类尾部的吸收、子宫内膜。的周期性萎缩。
15、周期性萎缩。4.协助受精协助受精：顶体含多种水解酶。：顶体含多种水解酶。5.骨代谢骨代谢：分解、清除旧的骨基质。：分解、清除旧的骨基质。6.防御作用防御作用顶体顶体细胞核细胞核参与组织器官的变态和退化参与组织器官的变态和退化：哺乳动物：哺乳动物指指(趾趾)的形成、两栖类尾部的吸收。的形成、两栖类尾部的吸收。五、溶酶体与人类疾病五、溶酶体与人类疾病1.矽肺：职业病矽肺：职业病吸入吸入SiO2巨噬细胞吞入巨噬细胞吞入与溶酶体融合与溶酶体融合SiO2形成矽酸形成矽酸溶酶体膜破裂溶酶体膜破裂巨噬细胞死亡巨噬细胞死亡SiO2释放释放诱导成纤维细胞增生诱导成纤维细胞增生胶原结节胶原结节肺弹性降低肺弹性降低
16、形成形成矽肺矽肺第四节 过氧化物酶体 peroxisome 1954 1954年年RhodinRhodin首先于鼠肾小管上皮细首先于鼠肾小管上皮细胞发现过氧化酶体，该结构主要含有氧化胞发现过氧化酶体，该结构主要含有氧化酶和过氧化物酶。酶和过氧化物酶。一、形态结构：一、形态结构： 过氧化物酶体过氧化物酶体(peroxisome)(peroxisome)是圆形是圆形或卵圆形，直径或卵圆形，直径0.60.6 0.70.7 m m，由一层由一层单位膜包裹，单位膜包裹，内含多内含多种氧化酶，中央常有种氧化酶，中央常有类核体类核体。标志酶：过氧化氢酶标志酶：过氧化氢酶大鼠肝细胞大鼠肝细胞鼠肝细胞超薄切片所
17、显示的过氧化物酶体（鼠肝细胞超薄切片所显示的过氧化物酶体（P P）和其它细胞器如线粒体（）和其它细胞器如线粒体（M M）等）等（Albert et al. ，1989）二二. .过氧化物酶体所含的酶过氧化物酶体所含的酶氧化酶氧化酶：占过氧化物酶体酶含量的：占过氧化物酶体酶含量的50%50%作用：氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢。作用：氧化底物的同时，将氧还原成过氧化氢。过氧化氢酶过氧化氢酶：占过氧化物酶体酶含量的：占过氧化物酶体酶含量的40%40%作用：对氧化酶作用底物后形成的过氧化氢还原作用：对氧化酶作用底物后形成的过氧化氢还原成水。成水。标志酶标志酶过氧化物酶过氧化物酶：将过氧化氢还原成
18、水：将过氧化氢还原成水三三. .过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能2H2H2 2O O2 2过氧化氢酶过氧化氢酶2H2H2 2O +OO +O2 2防止防止H H2 2O O2 2在细胞内堆积，起保护细胞的作用。在细胞内堆积，起保护细胞的作用。功功 能能对有毒物质的解毒作用：对有毒物质的解毒作用：RHRH2 2+H+H2 2O O2 2 R+ 2HR+ 2H2 2O O对细胞氧张力的调节作用：对细胞氧张力的调节作用： RHRH2 2+O+O2 2R+ HR+ H2 2O O2 2参与核酸、脂肪和糖的代谢参与核酸、脂肪和糖的代谢四四. .过氧化物酶体的起源过氧化物酶体的起源起起 源源传统：内质
19、网芽生而来。传统：内质网芽生而来。与溶酶体相似：内质网与溶酶体相似：内质网小泡小泡高尔基复合体高尔基复合体分泌泡分泌泡过氧化物酶体过氧化物酶体近年来：与线粒体发生相似近年来：与线粒体发生相似过氧化物酶体的形成不同与溶酶体，其酶和蛋白质是由胞过氧化物酶体的形成不同与溶酶体，其酶和蛋白质是由胞质中的游离核糖体合成输送而来，而膜的形成与质中的游离核糖体合成输送而来，而膜的形成与rERrER有关。有关。新的过氧化物酶体的产生新的过氧化物酶体的产生催化蛋白输入的特异蛋白催化蛋白输入的特异蛋白特异的胞液蛋白摄取特异的胞液蛋白摄取导致的生长导致的生长子子代代的的过过氧氧化化物物酶酶体体过氧化物酶体与初级溶酶
20、体的特征比较过氧化物酶体与初级溶酶体的特征比较特 征 溶酶体 过氧化物酶体 形态大小 多呈球形，直径0.20.5微米， 球形，直径多在0.150.25微米， 无酶晶体 常有酶晶体 酶种类 酸性水解酶 含有氧化酶类 pH 5左右 7左右 是否需O2 不需要 需要 功能 细胞内的消化作用 多种功能 发生 酶在糙面内质网合成经高尔基 酶在细胞质基质中合成， 体出芽形成 经分裂与装配形成识别的标志酶 酸性水解酶等 过氧化氢酶 细胞的区室化细胞的区室化(compartmentation)内内内内膜膜膜膜系系系系统统统统在在在在细细细细胞胞胞胞内内内内形形形形成成成成相相相相互互互互分分分分隔隔隔隔的的的
21、的膜膜膜膜性性性性区区区区室室室室，这这这这些些些些区区区区室室室室将将将将各各各各种种种种酶酶酶酶系系系系统统统统局局局局限限限限在在在在细细细细胞胞胞胞内内内内特特特特定定定定的的的的区区区区域域域域，使使使使细细细细胞胞胞胞内内内内特特特特定定定定的的的的生生生生化化化化反反反反应应应应过过过过程程程程在在在在特特特特定定定定的的的的区区区区域域域域内内内内互互互互不不不不干干干干扰扰扰扰地地地地进进进进行行行行，提提提提高高高高了了了了细细细细胞新陈代谢的效率。胞新陈代谢的效率。胞新陈代谢的效率。胞新陈代谢的效率。膜流膜流(membrane flow)指指指指细细细细胞胞胞胞的的的的膜
22、膜膜膜成成成成分分分分在在在在质质质质膜膜膜膜与与与与内内内内膜膜膜膜系系系系统统统统之之之之间间间间、以及在内膜系统各结构之间流动的现象。以及在内膜系统各结构之间流动的现象。以及在内膜系统各结构之间流动的现象。以及在内膜系统各结构之间流动的现象。膜膜膜膜流流流流是是是是指指指指细细细细胞胞胞胞的的的的膜膜膜膜成成成成分分分分在在在在内内内内膜膜膜膜系系系系统统统统各各各各结结结结构构构构之之之之间间间间，以以以以及及及及在在在在内内内内膜膜膜膜系系系系统统统统与与与与细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜之之之之间间间间的的的的穿穿穿穿梭梭梭梭、转转转转移移移移、转转转转换换换换和和和和重重重重组组组组的
23、的的的过过过过程程程程。通通通通过过过过膜膜膜膜性性性性小小小小泡泡泡泡出出出出芽芽芽芽和和和和融合融合融合融合实现，又称为实现，又称为实现，又称为实现，又称为小泡流小泡流小泡流小泡流(vesicle flow)(vesicle flow)。本章节重点本章节重点vv内膜系统的定义内膜系统的定义内膜系统的定义内膜系统的定义vv内质网的分类及功能内质网的分类及功能内质网的分类及功能内质网的分类及功能vv信号假说信号假说信号假说信号假说vv高尔基复合体的结构及功能高尔基复合体的结构及功能高尔基复合体的结构及功能高尔基复合体的结构及功能vv溶酶体的形成、类型及功能溶酶体的形成、类型及功能溶酶体的形成、类型及功能溶酶体的形成、类型及功能vv蛋白质的分选及运输方式蛋白质的分选及运输方式蛋白质的分选及运输方式蛋白质的分选及运输方式vv膜流膜流膜流膜流结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！51
