《细胞的内膜系统》PPT课件

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1、细胞质基质和细胞内膜系统第六章细胞质基质细胞质基质细胞质基质（细胞质基质（cytoplasmic matrix or cytomatrix）是真核细胞的细胞质中除去可分）是真核细胞的细胞质中除去可分辨的细胞器以外的胶状物质。曾被称为细胞液辨的细胞器以外的胶状物质。曾被称为细胞液（cell sap）、透明质（）、透明质（hyaloplasm）、胞质）、胞质溶胶（溶胶（cytosol）和细胞质基质等。主要成分为）和细胞质基质等。主要成分为参与中间代谢的数千种酶类、细胞质骨架结构、参与中间代谢的数千种酶类、细胞质骨架结构、糖原和脂滴等处于储藏物以及糖原和脂滴等处于储藏物以及mRNA等物质。等物质。细

2、胞质基质是细胞的重要组成成分，其体积约占细胞质的一半细胞组分细胞组分数目数目体积比体积比细胞质基质细胞质基质细胞核细胞核内质网内质网高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体 胞内体胞内体 过氧化物酶体过氧化物酶体 线粒体线粒体6 6（肝细胞中细质基质及细胞其他组分的数目所占体积比）化学组成:多种物质和酶l含有水、无机盐、脂类、糖类、氨基酸、核苷酸和酶等多种物质。是细胞进行新陈代谢的主要场所l含有与中间代谢有关的数千种酶类。故认为它呈复杂的胶体性质，可随环境条件的改变（二）细胞质基质组分的组织状态n n11细胞质基质是一个高度有序的体系，其中胞质骨架纤维细胞质基质是一个高度有序的体系，其中胞质骨架纤维贯穿其

3、中，多数蛋白质直接或间接地与骨架或生物膜结合。贯穿其中，多数蛋白质直接或间接地与骨架或生物膜结合。n n22执行某一生物学过程的酶类，彼此之间可靠弱键结合，执行某一生物学过程的酶类，彼此之间可靠弱键结合，形成多酶复合体，催化一系列反应，此体系中前一个反应形成多酶复合体，催化一系列反应，此体系中前一个反应的产物即为下一个反应的底物。的产物即为下一个反应的底物。n n33蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大分子蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大分子( (如如mRNA)mRNA)之间都可通过弱键相互作用，处于动态平衡之中。之间都可通过弱键相互作用，处于动态平衡之中。n n44这种高度有序的结构体系形成

4、可以使细胞高效地完成复这种高度有序的结构体系形成可以使细胞高效地完成复杂的代谢过程。但此结构体系的维持必须依靠细胞质基质杂的代谢过程。但此结构体系的维持必须依靠细胞质基质中高浓度的蛋白质以及其周围特定的离子环境。中高浓度的蛋白质以及其周围特定的离子环境。细胞质基质的细胞质基质的主要特点主要特点：l是一个高度有序的体系是一个高度有序的体系 ：细胞质骨架纤维贯：细胞质骨架纤维贯穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接穿在粘稠的蛋白质胶体中，多数的蛋白质直接或间接的与骨架结合，或与生物膜结合，从而或间接的与骨架结合，或与生物膜结合，从而完成特定的生物学功能完成特定的生物学功能l通过弱键而相互作用处于

5、动态平衡的结构体系通过弱键而相互作用处于动态平衡的结构体系：在细胞质基质中，蛋白质与蛋白质之间，蛋白在细胞质基质中，蛋白质与蛋白质之间，蛋白质与其它大分子之间都是通过弱键相互作用，质与其它大分子之间都是通过弱键相互作用，并常常处于动态平衡之中并常常处于动态平衡之中胞质溶胶n n胞质溶胶是用差速离心的方法分离细胞匀浆物中的各种细胞组分过程中，离心除去细胞核、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，存留在上清液中的成分。是生物化学上的概念。（四）细胞质基质的概念的两种新理解n n11一种认为，细胞质基质主要是由微管、微丝和一种认为，细胞质基质主要是由微管、微丝和中间纤维等形成的相互

6、联系的结构体系，其中蛋中间纤维等形成的相互联系的结构体系，其中蛋白质和其它分子以凝聚状态或暂时的凝聚状态存白质和其它分子以凝聚状态或暂时的凝聚状态存在，与周围溶液的分子处于动态平衡，即只有直在，与周围溶液的分子处于动态平衡，即只有直接或间接结合在细胞质骨架上的成分才是细胞质接或间接结合在细胞质骨架上的成分才是细胞质基质的成分。基质的成分。n n22另一种认为，细胞质骨架是细胞中独立存在的另一种认为，细胞质骨架是细胞中独立存在的结构体系，而不应把其看成是细胞质基质中的组结构体系，而不应把其看成是细胞质基质中的组分。分。 二 功能：（）完成各种中间代谢过程完成各种中间代谢过程：如糖酵解过 程、磷酸

7、戊糖途径、糖醛酸途径等. （）与细胞质骨架相关的功能与细胞质骨架相关的功能 ：维持细胞形态、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帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠 控制蛋白质的寿命控制蛋白质的寿命（1 1）蛋白质）蛋白质N N端的第一个端的第一个aaaa残基可决定蛋白质寿命，残基可决定蛋白质寿命，其为其为MetMet、SerSer、ThrThr、AlaAla、ValVal、CysCys、GlyGly或或ProPro，则蛋白质稳定；若为其他氨基酸，则不稳定。，则蛋白质稳定；

8、若为其他氨基酸，则不稳定。（2 2）依赖于泛素）依赖于泛素( (遍在蛋白遍在蛋白, ,ubiquitinubiquitin)和蛋白酶和蛋白酶体（体（proteasomeproteasome）的蛋白降解途径）的蛋白降解途径泛素为含泛素为含6666个个aaaa的蛋白，可共价结合到含不稳定的蛋白，可共价结合到含不稳定aaaa残基的蛋白的残基的蛋白的N N端，给其贴上端，给其贴上“ “标签标签” ”，蛋白，蛋白酶体可特此标签，将其水解。酶体可特此标签，将其水解。Chapter6.2内质网Endoplasmic reticulum ER类型功能与基因表达调空概 述 1945年，著名超微结构学家K.B.P

9、orter，在电镜下观察组织培养的细胞时，发现有各种大小的管道相连成网状，并多处在细胞质的内质部位，故定名为内质网1形态1 1）内质网存在于真核细胞的细胞质中，由单位膜围成的小）内质网存在于真核细胞的细胞质中，由单位膜围成的小管管(tubule)(tubule)、小泡、小泡(vesicle)(vesicle)或扁囊或扁囊( (cisternaecisternae) )连接而成连接而成的连续网状膜系统。的连续网状膜系统。2 2）内质网膜和外层核膜是连续的，）内质网膜和外层核膜是连续的，ERER内腔与两层核膜中间内腔与两层核膜中间的核周间腔相通连，少数内质网与质膜相连。的核周间腔相通连，少数内质网

10、与质膜相连。3 3）内质网连续网状结构的形成可能由其上结合的驱动蛋白）内质网连续网状结构的形成可能由其上结合的驱动蛋白引导其沿微管延伸排列而成。引导其沿微管延伸排列而成。4 4）内质网结构和功能的好材料微粒体（）内质网结构和功能的好材料微粒体（microsomemicrosome） 组织或细胞匀浆过程中内质网被破坏，破碎的内质网重新封组织或细胞匀浆过程中内质网被破坏，破碎的内质网重新封闭形成直径约闭形成直径约100nm100nm的小囊泡结构，此即微粒体。它包的小囊泡结构，此即微粒体。它包含内质网膜与核糖体两种组分。在体外实验中，微粒体仍含内质网膜与核糖体两种组分。在体外实验中，微粒体仍具蛋白质

11、合成，蛋白质的糖基化和脂类合成等内质网的基具蛋白质合成，蛋白质的糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。本功能。它是真核细胞重要的细胞器原核细胞内没有内质网，细胞膜代行使其类似功能它增大了膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面。增大了膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面。增大了膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面。增大了膜的面积，供酶、核糖体等附着在上面。使各种化学反应有序进行。使各种化学反应有序进行。使各种化学反应有序进行。使各种化学反应有序进行。它是生物体内重要大分子，如蛋白质，脂类和糖类合成的基地也是蛋白质运输的通道。因此，有人把内质网比喻为有机物合成的“车间”或者“工厂”2 2、内质网的类型、内质

12、网的类型 根据外表面是否有颗粒附着，主要分成两类根据外表面是否有颗粒附着，主要分成两类 ：（1 1）糙面内质网（）糙面内质网（rough endoplasmic reticulumrough endoplasmic reticulum，RERRER） 2 2）光面内质网（）光面内质网（smooth endoplasmic reticulumsmooth endoplasmic reticulum，SERSER） 糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER ）:电镜下多为扁囊状结构 ,排列较为整齐排列较为整齐呈同心板层样排列，膜表面附着有大量的颗粒状的核糖体 .它

13、是合成蛋白质的重要场所蛋白质的合成：粗面内质网合成的蛋白质主要是分子量较大的分泌蛋白包括酶类、肽类激素和抗体等，此外，也合成一些膜嵌入糖蛋白（整合蛋白）、内质网腔可溶性驻留蛋白（retention protein）和溶酶体蛋白等。 光面内质网：表面光滑，无核糖体附着 在形态上常呈分枝状，小管或小泡的网状结构，很少象RER那样扩大成池，其膜也不如RER膜厚。另外，SER的一端常与RER相连，有时还和高尔基复合体或核膜相连.光面内质网是脂类合成的重要场所.细胞器：核仁细胞核核糖体囊泡糙面内质网高尔机体细胞骨架光面内质网线粒体液泡细胞质溶酶体中心粒光面型内质网与蛋白质的合成无关，但功能更为复杂光面型

14、内质网与蛋白质的合成无关，但功能更为复杂a a、合成膜脂：光面型内质网合成的脂类除满足自身、合成膜脂：光面型内质网合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。大多数膜膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。大多数膜脂是完全在光面型内质网中合成的脂是完全在光面型内质网中合成的b b、解毒作用：光面型内质网中的、解毒作用：光面型内质网中的P450P450酶系属于单加酶系属于单加氧酶，又称为多功能氧化酶、羟化酶，也有的存氧酶，又称为多功能氧化酶、羟化酶，也有的存在于质膜、线粒体、高尔基体、过氧化物酶体、在于质膜、

15、线粒体、高尔基体、过氧化物酶体、核膜等细胞器的膜中，具有解毒作用，通常可将核膜等细胞器的膜中，具有解毒作用，通常可将脂溶性有毒物质代谢为水溶性物质，使有毒物质脂溶性有毒物质代谢为水溶性物质，使有毒物质排出体外。有时也会将致癌物代谢为活性致癌物。排出体外。有时也会将致癌物代谢为活性致癌物。 c c、甾体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内分、甾体类激素的合成：在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中，光面型内质网、线粒体，可能还有高泌细胞中，光面型内质网、线粒体，可能还有高尔基体上的一些酶共同参与甾体类激素的合成。尔基体上的一些酶共同参与甾体类激素的合成。 d d、调节血糖浓度：使葡糖、调节血糖浓度：使葡糖

16、6-6-磷酸水解为磷酸和磷酸水解为磷酸和葡萄糖，释放糖至血液中。葡萄糖，释放糖至血液中。 e e、形成特殊结构：如肌细胞中的光面型内质网特、形成特殊结构：如肌细胞中的光面型内质网特化成的肌质网可储存钙离子，作为细胞内信号物化成的肌质网可储存钙离子，作为细胞内信号物质。质。 脂质的合成：由于内质网膜中含有与胆固醇合成、激素转化及其他膜脂合成的酶系，是细胞内脂类合成的主要场所它合成构成细胞所需要的包括磷脂和胆固醇在内的几乎全部的膜脂，其中最主要的磷脂是磷脂酰胆碱（卵磷脂）内质网的功能 蛋白质的合成脂质的合成蛋白质的修饰与加工新生多钛的折叠与装配其它功能蛋白质的修饰与加工：进入内质网内的蛋白质发生的

17、主要化学修饰作用有糖基化，酰基化，羟基化与二硫键的形成糖基化的发生与多肽的合成同时进行，是内质网中最常见的蛋白质修饰新生多肽的折叠与装配不同的蛋白质在内质网停留的时间长短不一，这在很大程度上取决于合成蛋白正确折叠所需要的时间（三）（三） 内质网与基因表达的调控内质网与基因表达的调控n n内质网通过膜脂成分的变化、内质网腔内未折叠蛋白和折叠好蛋白的累积来完成和细胞核的对话，实现二者之间的信号传导，调节相关基因表达。Chapter 6.3 Chapter 6.3 高尔基复合体高尔基复合体1898年年 C.Golgi 内网器内网器后来后来 高尔基高尔基复合体或高尔基器复合体或高尔基器20世纪世纪50

18、年代年代 EM下下 证实其存在证实其存在一、高尔基复合体的结构一、高尔基复合体的结构n n由数个由数个由数个由数个扁平囊泡扁平囊泡扁平囊泡扁平囊泡堆在一起形成的高度有极性的细堆在一起形成的高度有极性的细堆在一起形成的高度有极性的细堆在一起形成的高度有极性的细胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或胞器。常分布于内质网与细胞膜之间，呈弓形或半球形半球形半球形半球形, , , ,凸出的一面对着内质网称为形成面凸出的一面对着内质网称为形成面凸出的一面对着内质网称为形成面凸出的一面对着内质网称为形成面（forming

19、 faceforming faceforming faceforming face）或顺面（）或顺面（）或顺面（）或顺面（ciscisciscis face face face face）。）。）。）。n n凹进的一面对着质膜称为成熟面（凹进的一面对着质膜称为成熟面（凹进的一面对着质膜称为成熟面（凹进的一面对着质膜称为成熟面（mature facemature facemature facemature face）或反面（或反面（或反面（或反面（trans facetrans facetrans facetrans face）。）。）。）。n n膜厚膜厚膜厚膜厚66nm66nm66nm66nm

20、，中间形成囊腔，周缘多呈泡状，中间形成囊腔，周缘多呈泡状，中间形成囊腔，周缘多呈泡状，中间形成囊腔，周缘多呈泡状，48484848个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构成个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构成个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构成个扁平囊在一起，某些藻类可达一二十个，构成高尔基体的主体，称为高尔基堆（高尔基体的主体，称为高尔基堆（高尔基体的主体，称为高尔基堆（高尔基体的主体，称为高尔基堆（Golgi stackGolgi stackGolgi stackGolgi stack）。）。）。）。2高尔基体是极性细胞器1 1）排列有方向性：顺面）排列有方向性：顺面( (ci

21、scisface)face)或称输入面靠近或称输入面靠近细胞核；反面细胞核；反面(transface)(transface)或称输出面靠近细胞或称输出面靠近细胞膜。膜。2 2）物质转运方向性：物质从一侧进入，另一侧输出。）物质转运方向性：物质从一侧进入，另一侧输出。3 3）生化极性：高尔基体各膜囊中酶及其它结构成分）生化极性：高尔基体各膜囊中酶及其它结构成分不同，功能也不相同。不同，功能也不相同。高尔基体的顺面膜囊、高尔基体的顺面膜囊、transtrans面的面的1-21-2层膜囊、层膜囊、transtrans面的一些膜囊状和管状结构和中间几层扁平面的一些膜囊状和管状结构和中间几层扁平囊分别表

22、现出嗜锇反应、焦磷酸硫胺素酶囊分别表现出嗜锇反应、焦磷酸硫胺素酶(TPP(TPP酶酶) )、胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶(CMP(CMP酶酶) )和烟酰胺腺嘌呤二核苷和烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶磷酸酶(NADP(NADP酶酶) )的细胞化学反应。的细胞化学反应。 高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：高尔基体各部分膜囊具有不同的细胞化学反应：嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的嗜锇反应，经锇酸浸染后，高尔基体的ciscisciscis面膜囊

23、面膜囊面膜囊面膜囊被特异地染色；被特异地染色；被特异地染色；被特异地染色；焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶焦磷酸硫胺素酶(TPP(TPP(TPP(TPP酶酶酶酶) ) ) )的细胞化学反应，可特异的细胞化学反应，可特异的细胞化学反应，可特异的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的地显示高尔基体的地显示高尔基体的地显示高尔基体的transtranstranstrans面的面的面的面的1 1 1 12 2 2 2层膜囊；层膜囊；层膜囊；层膜囊；烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP(NADP(NADP(NADP酶酶酶酶)

24、) ) )的细胞化学的细胞化学的细胞化学的细胞化学反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；反应，是高尔基体中间几层扁平囊的标志反应；胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶胞嘧啶单核苷酸酶(CMP(CMP(CMP(CMP酶酶酶酶) ) ) )的细胞化学反应，常常的细胞化学反应，常常的细胞化学反应，常常的细胞化学反应，常常可显示靠近可显示靠近可显示靠近可显示靠近transtranstranstrans面上的一些膜囊状和管状结构，面上的一些膜囊状和管状结构，面上的一些膜囊状和管状结构，面上的一些膜囊状和管

25、状结构，CMPCMPCMPCMP酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体就是在此处分泌产生的。产生的。产生的。产生的。 （一）顺面高尔基网状结构（一）顺面高尔基网状结构（形成面）（形成面）CGNn n靠近靠近内质网内质网，顺面最外侧，呈连，顺面最外侧，呈连续分支的续分支的管网状结构管网状结构n n主要功能：主要功能：分选分选由由内质网内质网新新合成合成的的蛋白质和脂类蛋白质和脂类一般认为一般认为CGN接接受来自内质网的新受来自内质网的新合成的物质并将其合成的物质并将其分类后大部分转

26、入分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂小部分蛋白质与脂类再返回内质网。类再返回内质网。返回内质网的蛋白返回内质网的蛋白质具有质具有KDEL(或或HDEL)这一信号这一信号序列，它是驻留在序列，它是驻留在内质网内蛋白的特内质网内蛋白的特有序列。有序列。 （二）高尔基中间膜囊（二）高尔基中间膜囊n n顺、反面之间的扁平囊状结构顺、反面之间的扁平囊状结构n n主要功能：糖基修饰、糖脂形主要功能：糖基修饰、糖脂形成、多糖合成成、多糖合成（三）反面高尔基网状结构（三）反面高尔基网状结构（成熟面）（成熟面）TGNn n反面最外层，管网状，与囊泡相连n n主要功能：对蛋白质进

27、行分选、修饰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） 有极性的分泌型细胞二、高尔基复合体的功能二、高尔基复合体的功能n n（一）在细胞分泌活动中的作用一）在细胞分泌活动中的作用n n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medialGdgi中加工在TGN形成囊泡囊泡与质膜融合、排出。（二）对蛋白质的修饰加工（二）对蛋白质的修饰加工n nN-连接糖基化n nO-连接糖基化（三）分选蛋白质（三）分选蛋白质n n新蛋白质新蛋白质经经修饰修饰溶酶体酶溶酶体酶（具（具分选信号分选信号） 形成形成分泌蛋白分泌蛋白（具（

28、具分选信号分选信号） 膜蛋白膜蛋白受体受体M6P （四）对蛋白质的水解加工（四）对蛋白质的水解加工：水水解解有活性有活性，如：，如：胰岛素胰岛素 （五）参与膜的转化（五）参与膜的转化n n膜厚：膜厚： 2.54nm 6.5nmn n膜物质：如磷脂、胆固醇、蛋白质等成膜物质：如磷脂、胆固醇、蛋白质等成分，分，Golgi器器介于介于内质网内质网和和细胞膜细胞膜之间。之间。n n分泌物质浓度：稀至稠分泌物质浓度：稀至稠n n膜流膜流内质网膜内质网膜Golgi器器细胞膜细胞膜l高尔基体不论在向外运输的膜泡转移中，还是在内吞形成的膜泡转移中都起着重要的作用。l伴随各种膜泡运输过程，细胞内形成复杂的“膜流

29、”，高尔基体在“膜流”的调控中很可能起着重要的枢纽作用。l由高尔基体产生的溶酶体也参与膜流过程，其作用更多的是更新膜蛋白与膜脂以及水解内吞的物质。膜流膜流形成形成膜分化膜分化Chapter 6.4 溶酶体 lysosome l l4040年代末期年代末期: : 发现具酸性磷酸酶活性发现具酸性磷酸酶活性颗颗粒粒l l 19561956年年: :确认为细胞器，确认为细胞器， 定名为定名为溶溶酶酶体体l l 现在现在: : 发现几乎所有的真核细胞都具发现几乎所有的真核细胞都具有有 溶酶体，原核细胞无溶酶体，原核细胞无l l 细胞内的消化器官细胞内的消化器官一、溶酶体的结构及酸性水解酶一、溶酶体的结构

30、及酸性水解酶n n结构：结构：0.20.8m0.20.8m，单层膜，单层膜，6nm6nmn n内容物：含内容物：含4040种以上种以上酸性水解酶酸性水解酶，最适，最适 pH=5.0pH=5.0，这些酶能将这些酶能将蛋白质蛋白质、多糖多糖、脂类脂类和和核酸核酸等水解为小分子。等水解为小分子。n n水解发生的部位是在溶酶体水解发生的部位是在溶酶体内内。 二、溶酶体的类型二、溶酶体的类型 溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、溶酶体是以含有大量酸性水解酶为共同特征、不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性 （heterogenous）的细胞器）的细胞器

31、初级溶酶体（primary lysosome） 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。 1、初级溶酶体、初级溶酶体直径约0.20.5um膜厚6.5nm，内含物均一，无明显颗粒，是高尔基体分泌形成的（图6-26）。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、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，溶酶体膜的特征 嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；酸

32、性的内环境； 具有多种载体蛋白用于水解的产物具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；向外转运； 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解止自身膜蛋白的降解 2、次级溶酶体、次级溶酶体由初级溶酶体同消化物融合形成，形态不规则，直径可达几微米。 （二）（二） 吞噬性溶酶体吞噬性溶酶体 自体自体吞吞噬体噬体异体异体吞吞噬体噬体内体性内体性溶酶体溶酶体自噬性自噬性溶溶酶体酶体异噬性异噬性溶溶酶体酶体n n1、自噬性溶酶体：、自噬性溶酶体：作用底物是作用底物是内源性内源性的，的，对细胞内结构的更新起着重要作用。n n发生条件发生条件：细胞内结构衰老、变细胞内结构衰老

33、、变性；性；机体发生饥饿机体发生饥饿；细胞本身发生病变细胞本身发生病变2、异噬性溶酶体，作用底物是、异噬性溶酶体，作用底物是外源性外源性的，常见的，常见于于单核吞噬细胞系统单核吞噬细胞系统a a吞噬性溶酶体（吞噬性溶酶体（phagolysosomephagolysosome):):吞噬泡和吞噬泡和初级溶酶体结合形成初级溶酶体结合形成b b多泡体（多泡体（multivesicularmultivesicularbody):body):胞饮泡和初级胞饮泡和初级溶酶体结合形成溶酶体结合形成3、残余小体、残余小体 又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过

34、外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质 溶酶体的功能溶酶体的功能清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞死亡的细胞 防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）而吞噬、消化） 其它重要的生理功能其它重要的生理功能 作为细胞内的消化作为细胞内的消化“器官器官”为细胞提供营养；为细胞提供营养； 分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒参与分泌过程的调节 参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；参与清除赘生组织或退行

35、性变化的细胞； 受精过程中的精子的顶体（受精过程中的精子的顶体（acrosome）反应。）反应。 抗原加工。抗原加工。 三、溶酶体的功能三、溶酶体的功能n n参与激素生成参与激素生成滤泡腔滤泡腔甲状腺甲状腺球蛋白球蛋白I2溶酶体溶酶体甲状甲状腺素腺素甲甲状状腺腺滤滤泡泡上上皮皮细细胞胞参与机体的器官变态和退化参与机体的器官变态和退化n n自溶作用自溶作用：正常生理状态下的细胞、正常生理状态下的细胞、组织大面积的死亡组织大面积的死亡如：如：两栖类蝌蚪变态的尾部消失；哺乳类两栖类蝌蚪变态的尾部消失；哺乳类动物子宫内膜的周期性萎缩动物子宫内膜的周期性萎缩n n协助精卵受精协助精卵受精顶顶体体 溶酶体

36、与疾病的关系溶酶体与疾病的关系n n 溶酶体与矽肺溶酶体与矽肺破裂，细胞死亡破裂，细胞死亡（巨噬细胞）成纤维cell增生增生巨噬细胞不断死亡巨噬细胞不断死亡成纤维细胞成纤维细胞分泌大量胶原分泌大量胶原胶原纤维结节胶原纤维结节肺弹性下降肺弹性下降矽肺矽肺n n 先天性溶酶体病先天性溶酶体病先天性溶酶体病先天性溶酶体病 由由由由缺乏某些酶缺乏某些酶缺乏某些酶缺乏某些酶引起引起引起引起代谢障碍代谢障碍代谢障碍代谢障碍造成造成造成造成溶酶体过载溶酶体过载溶酶体过载溶酶体过载而致病而致病而致病而致病 如：如：如：如：型糖原蓄积病、泰型糖原蓄积病、泰型糖原蓄积病、泰型糖原蓄积病、泰- - - -萨二氏病萨

37、二氏病萨二氏病萨二氏病n n 溶酶体与类风湿关节炎溶酶体与类风湿关节炎溶酶体与类风湿关节炎溶酶体与类风湿关节炎 关节软骨细关节软骨细关节软骨细关节软骨细胞内胞内胞内胞内溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体膜脆性增加膜脆性增加膜脆性增加膜脆性增加溶酶体酶溶酶体酶溶酶体酶溶酶体酶局部释放局部释放局部释放局部释放侵蚀侵蚀侵蚀侵蚀软骨细胞软骨细胞软骨细胞软骨细胞n n 溶酶体与恶性肿瘤溶酶体与恶性肿瘤溶酶体与恶性肿瘤溶酶体与恶性肿瘤三溶酶体的发生n n溶酶体的形成是一个相当复杂的过程溶酶体的形成是一个相当复杂的过程, ,涉及的细涉及的细胞器有内质网、高尔基体和内体等。胞器有内质网、高尔基体和内体等。n n比较清楚

38、的是甘露糖比较清楚的是甘露糖-6-6-磷酸途径磷酸途径( (mannose6-mannose6-phosphatesortingpathway)phosphatesortingpathway)：溶酶体的酶类在内质网上起始合成溶酶体的酶类在内质网上起始合成, ,跨膜进入内跨膜进入内质网的腔质网的腔. .在顺面高尔基体带上甘露糖在顺面高尔基体带上甘露糖6-6-磷酸标记后在高尔磷酸标记后在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌小泡基体反面网络形成溶酶体分泌小泡. .最后通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体最后通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体. .n n溶酶体酶蛋白的M6P标记溶酶体酶蛋白在膜旁核糖体上合成，进入内质网后

39、进行N-连接糖基化,经加工后形成带有8个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体。溶酶体的酶上都有一个特殊的标记6-磷酸甘露糖(mannose6-phosphate,M6P)。这一标记是溶酶体酶合成后在粗面内质网和高尔基体通过糖基化和磷酸化添加上去的。n n信号斑(signalpatch)n n信号斑是溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构,它是由三段信号序列构成的,可被磷酸转移酶特异性识别。n n溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用M6P受体蛋白n nM6P受体蛋白是反面高尔基网络上的膜整合蛋白,能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之

40、结合,从而将溶酶体的酶蛋白分选出来。n nM6P受体蛋白主要存在于高尔基体的反面网络，但在一些动物细胞的质膜中发现有很多M6P受体蛋白的存在,这是细胞的一种保护机制,可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。n溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体, 并进行并进行甘露糖残基的磷酸化。甘露糖残基的磷酸化。n在反面高尔基网络在反面高尔基网络,磷酸化的酶同磷酸化的酶同M6P受体结合受体结合,通过该通过该受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中, 然后网格蛋白外被很快解体。然后网格蛋白外被很快解体。n

41、无包被的运输小泡很快与次级内体融合无包被的运输小泡很快与次级内体融合, 由于次级内体中由于次级内体中pH呈酸性呈酸性, 致使磷酸化的酶与致使磷酸化的酶与M6P受体脱离受体脱离, 接着脱磷接着脱磷酸。通过次级内体的分选作用酸。通过次级内体的分选作用. 溶酶体的酶进入从次级内溶酶体的酶进入从次级内体出芽形成的运输小泡体出芽形成的运输小泡, 接着同溶酶体融合完成溶酶体酶接着同溶酶体融合完成溶酶体酶的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。内体(endosome)的重要作用溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合及次级内体的分选作用内体(endosome)n n内体有

42、初级内体(earlyendosome)和次级内体(lateendosome)之分,内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体酶的小囊泡。初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器。n n次级内体中的pH呈酸性,且具有分拣作用。内体膜上具有ATPase-H+质子泵，利用H+质子的浓度，保证了内部pH的酸性。1954年，在电子显微镜下检查肾小管时发现一种膜结合的颗粒，直径约为0.51.0m，单层膜。由于不知道这种颗粒的功能，将它称为微体（microbody）。微体有两种主要类型过氧化物酶体和乙醛酸循环体，后者只在植物中发现。Chapter 6.5 过氧化物酶体过氧化物酶体过氧化物酶体

43、中的酶过氧化物酶体中的酶1）依赖于黄素(FAD)的氧化酶：将底物氧化，并形成H2O2，其催化反应如下式：RH2+O2R+H2O22）过氧化氢酶：占过氧化物酶体总蛋白量的40，为过氧化物酶体的标志酶，催化反应如下：H2O2+RH2R+2H2O2 过氧化物酶体的结构过氧化物酶体的结构n n 0.21.6m，中央含中央含类核体类核体（人（人和鸟除外）和鸟除外） ；肝、肾细胞中典型；肝、肾细胞中典型n n内含内含40多种酶多种酶，其中，其中过氧化氢酶过氧化氢酶普普遍存在，谓之遍存在，谓之标志酶标志酶过氧化物酶体与溶酶体的区别过氧化物酶体与溶酶体的区别过氧化物酶体和初级溶酶体的形态与过氧化物酶体和初级溶

44、酶体的形态与大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸大小类似，但过氧化物酶体中的尿酸氧化酶等常形成晶格状结构，可作为氧化酶等常形成晶格状结构，可作为电镜下识别的主要特征。电镜下识别的主要特征。 通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶通过离心可分离过氧化物酶体和溶酶体体 过氧化物酶体和溶酶体的过氧化物酶体和溶酶体的差别差别烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心）尿酸氧化酶形成的晶体状核心） 人肝细胞过氧化物酶体（人肝细胞过氧化物酶体（Ps，没有尿酸氧化酶结晶），没有尿酸氧化酶结晶） 过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能n nRH2+O2R+H2O2H

45、2O2+RH2R+H2On nH2O2 对对细胞具有毒害作用，上述细胞具有毒害作用，上述反应可解毒，如酒精被分解成乙醛反应可解毒，如酒精被分解成乙醛过氧化物酶体的功能过氧化物酶体的功能动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化动物细胞（肝细胞或肾细胞）中过氧化物酶体可氧化分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。分解血液中的有毒成分，起到解毒作用。 过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提过氧化物酶体分解脂肪酸等高能分子向细胞直接提供热能。供热能。 在植物细胞中过氧化物酶体的功能：在植物细胞中过氧化物酶体的功能： 在绿色植物叶肉细胞中，它催化在绿色植物叶肉细胞中，它催化CO2CO2固定反应固

46、定反应副产物的氧化副产物的氧化, , 即所谓即所谓光呼吸反应光呼吸反应； 乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过乙醛酸循环的反应，在种子萌发过程中，过氧化物酶体氧化物酶体, ,降解储存的脂肪酸降解储存的脂肪酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 琥珀酸琥珀酸 葡萄糖。葡萄糖。 过氧化物酶体的形成过氧化物酶体的形成 过氧化物酶体蛋白分选的信号序列过氧化物酶体蛋白分选的信号序列（PeroxisomalPeroxisomal-targeting signal-targeting signal，PTSPTS）：）： PTS1PTS1为为Ser-Ser-lys-leulys-leu，多存在于基质蛋白的，多存在于基质

47、蛋白的C C端。端。 PTS2PTS2为为Arg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leuArg/Lys-Leu/lle-5X-His/Gln-leu，存在于某些基质蛋白，存在于某些基质蛋白N-N-端。端。 过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相过氧化物酶体膜上存在几种可与信号序列相识别的可能的受体蛋白。识别的可能的受体蛋白。 过氧化物酶体的膜脂可过氧化物酶体的膜脂可 能在内质网上合成后转能在内质网上合成后转运而来。运而来。 内质网也参与内质网也参与过氧化物酶体的发生过氧化物酶体的发生Chapter 6.6 线粒体与叶绿体n n半自主性细胞器起源蛋白质分选半自主性细胞器n n一、线

48、粒体和叶绿体的一、线粒体和叶绿体的DNADNAn n均呈双链环状分子，不含组蛋白，可以半保留方式自我复均呈双链环状分子，不含组蛋白，可以半保留方式自我复制。一般线粒体制。一般线粒体DNADNA较叶绿体较叶绿体DNADNA少。少。n nmtDNAmtDNA在在S S期及期及G2G2期复制而期复制而ctDNActDNA在在G1G1期复制。它们的期复制。它们的复制受核控制，所需复制受核控制，所需DNADNA聚合酶是由核基因编码，在细胞聚合酶是由核基因编码，在细胞质核糖体上合成。质核糖体上合成。n n二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成二、线粒体和叶绿体的蛋白质合成n n绝大多数蛋白由核绝大多数蛋白由核DN

49、ADNA编码，在细游离核糖体上合成后再编码，在细游离核糖体上合成后再运送到线粒体或叶绿体中。少量自身特异蛋白由自身运送到线粒体或叶绿体中。少量自身特异蛋白由自身DNADNA编码，并在自身核糖体上合成。其中叶绿体中某些蛋白可编码，并在自身核糖体上合成。其中叶绿体中某些蛋白可由核由核DNADNA编码，在叶绿体核糖体上合成。编码，在叶绿体核糖体上合成。n n三三 线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装线粒体和叶绿体蛋白质的运送与组装第四节第四节 线粒体和叶绿体的增值与起源线粒体和叶绿体的增值与起源一一一一线粒体和叶绿体的增值线粒体和叶绿体的增值11线粒体的增殖：通过已有线粒体的生长与分裂进行繁殖。线粒体的

50、增殖：通过已有线粒体的生长与分裂进行繁殖。分裂方式如下：分裂方式如下： 间壁分离的方式，即分裂时先由内膜向中心皱褶，中间间壁分离的方式，即分裂时先由内膜向中心皱褶，中间产生隔膜，将线粒体分为两个；产生隔膜，将线粒体分为两个； 通过线粒体中部缢缩并向两端不断拉长，然后再分裂为通过线粒体中部缢缩并向两端不断拉长，然后再分裂为两个。两个。3 3）出芽生殖。）出芽生殖。22叶绿体的增值叶绿体的增值叶绿体由前质体（叶绿体由前质体（proplastidproplastid）分化而来。幼龄叶绿体可由）分化而来。幼龄叶绿体可由中部向内收缩而分裂；但成熟叶绿体不能分裂。中部向内收缩而分裂；但成熟叶绿体不能分裂。

51、二 线粒体和叶绿体的起源真核细胞的共生起源n n线粒体的来源线粒体的来源n n叶绿体的来源叶绿体的来源内共生学说内共生学说 线粒体和叶绿体是由被吞噬的线粒体和叶绿体是由被吞噬的细菌和蓝细菌和蓝 藻演化来的藻演化来的半自主性内共生学说实验证据a.a.线粒体和叶绿体的基因组大小，形态和结构方面与细菌相线粒体和叶绿体的基因组大小，形态和结构方面与细菌相似；似；b.b. b.b.线粒体和叶绿体有的蛋白质合成系统，其合成机制与线粒体和叶绿体有的蛋白质合成系统，其合成机制与细菌类似；细菌类似；c.c.c.c.线粒体和叶绿体的外膜与细胞内膜系统相似，内膜与线粒体和叶绿体的外膜与细胞内膜系统相似，内膜与细菌质

52、膜相似；细菌质膜相似；d.d. d.d.二者都以分裂的方式进行繁殖，与细菌相同；二者都以分裂的方式进行繁殖，与细菌相同； e.e.e.e.能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有能在异源细胞内长期生存，说明线粒体和叶绿体具有自主性和共生性的特征；自主性和共生性的特征； f. f. f.f.反硝化副球菌和紫色非硫光合细菌的磷脂成分、呼吸反硝化副球菌和紫色非硫光合细菌的磷脂成分、呼吸类型和细胞色素类型和细胞色素c c的初级结构与线粒体很接近；的初级结构与线粒体很接近；g.g.g.g.发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构发现介于胞内共生蓝藻与叶绿体之间的结构蓝小蓝小体，可作为原始蓝藻向叶绿体

53、演化的佐证。体，可作为原始蓝藻向叶绿体演化的佐证。内共生学说不足之处n na.不好解释在代谢上明显占优势的共生体为何将大量的遗传信息转移到宿主细胞中。b不能解释细胞核是如何进化来的，即原核细胞如何演化为真核细胞。n nc.线粒体和叶绿体的基因组中有内含子，而真细菌原核生物基因组中无内含子，其内含子如何来的，不好解释。非共生起源学说 真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细真核细胞的前身是一个进化上比较高等的好氧细菌，它比典型的原核细胞大，这样就要逐渐增加菌，它比典型的原核细胞大，这样就要逐渐增加呼吸作用的膜表面。开始是通过细菌细胞膜的内呼吸作用的膜表面。开始是通过细菌细胞膜的内陷，扩张和分化（形成的双层膜分别将基因组包陷，扩张和分化（形成的双层膜分别将基因组包围在其中），形成了线粒体和叶绿体和细胞核的围在其中），形成了线粒体和叶绿体和细胞核的雏形，后逐渐形成独立的细胞器。此学说解释了雏形，后逐渐形成独立的细胞器。此学说解释了真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。真核细胞核被膜的形成与演化的渐进过程。 但实验证验不多；无法解释线粒体和叶绿体同细但实验证验不多；无法解释线粒体和叶绿体同细菌在菌在DNADNA分子结构和蛋白合成性能上的相似之处，分子结构和蛋白合成性能上的相似之处，以及线粒体和叶绿体的以及线粒体和叶绿体的DNADNA酶、酶、RNARNA酶和核糖体酶和核糖体来源。来源。