医学生物学-生命的细胞基础-细胞质-内膜系统

医学生物学第一篇生命的基础讲师：陈晶QQ：354275129email:[e-mail]第二章生命的细胞基础第三节细胞质“ABusyFactory”细胞质由细胞膜(质膜)包被的细胞内的大部分物质，包括各种细胞器和细胞溶胶。细胞器（organelle）真核细胞中具有特定功能的结构细胞质基质(细胞溶胶cytomatrix)细胞质中除细胞器以外的透明、黏稠、流动的液体内质网核糖体液泡叶绿体线粒体高尔基体细胞壁细胞膜细胞核植物细胞亚显微结构模式图内质网中心体线粒体高尔基体细胞膜细胞核核糖体动物细胞亚显微结构模式图要研究各种细胞器的组成成分和功能，需要将这些细胞器分离出来，用什么方法呢？差速离心法将匀浆放入离心管破坏细胞膜（形成由各种细胞器和细胞中其他物质组成的匀浆）将各种细胞器分离开（利用不同的离心速度所产生的不同离心力）用高速离心机在不同的转速下进行离心一、内膜系统（endomembranesystem）内膜是相对于细胞膜而言；指细胞内，在结构、功能和发生上有一定联系的膜性细胞器的总称。组成：内质网、高尔基体、溶酶体、核膜、膜性运转小泡功能：蛋白质、脂类和糖类合成、加工、包装、分选和运输场所豚鼠胰腺细胞分泌物形成过程图解核糖体→内质网→高尔基体→分泌泡→细胞外分泌泡内质网细胞核线粒体高尔基体红点代表被标记的分泌蛋白３Ｈ标记亮氨酸供给豚鼠的胰腺细胞以合成蛋白质与分泌蛋白合成加工、分泌有关的细胞器：核糖体内质网高尔基体蛋白质的合成过程：核糖体内质网高尔基体细胞膜（初步合成）（加工）（进一步加工）（融合、分泌）（一）内质网（endoplasmicreticulum，ER）1.结构：单位膜构成的囊腔和细管组成，且彼此相通内质网的结构特点：外与质膜相连，内与细胞核膜相连内膜系统中心地位内质网与核膜相连内质网与质膜相连微粒体：为用蔗糖密度梯度离心法,从细胞匀浆2.内质网化学组成光面微粒体粗面微粒体蔗糖密度梯度液匀浆离心sERrER中分离出的Ф约100nm膜泡(ER碎片)。微粒体(内质网)化学组成：脂类中性脂缩醛脂神经节苷脂磷脂类磷脂酰胆碱；占55%磷脂酰乙醇胺；占20%~25%磷脂酰丝氨酸；占5%~10%鞘磷脂；占4%~7%磷脂酰肌醇；占5%~10%蛋白质：30-40种，15~150KDa,含多种酶类。标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶脂类占30~40%;蛋白质占60~70%。ER膜还有与甘油三脂、磷脂、糖脂、脂肪酸、胆固醇、类固醇激素、胆汁酸等合成有关的众多酶系。ER部分酶的分布(30~40种)酶存在位置酶存在位置细胞色素b5胞质面核苷焦磷酸酶胞质面NADP细胞色素b5甘露糖基转移酶胞质面NADPH-细胞色素c胞质面核苷二磷酸酶胞质面细胞色素P450胞质面葡萄糖-6-磷酸酶ER腔面ATP酶胞质面乙酰苯胺-水解脂酶ER腔面5-核苷酸酶胞质面β-葡糖苷酸酶ER腔面还原酶胞质面磷酸酶胞质面还原酶胆碱磷酸转移酶胞质面注☞P450指还原型细胞色素与CO结合时；在450nm波长处有最大吸收峰而命名；它是滑面内质网的标志酶。3、内质网类型、数量和分布（1）类型核糖体粗面内质网滑面内质网A、糙面内质网(roughendoplasmicreticulum;rER):B、光面内质网(smoothendoplasmicreticulum;sER):rER膜表面附有核糖体，粗糙；板层状排列扁囊。sER膜表面无核糖体，光滑；分枝小管或小泡。内质网电镜图分布和数量与细胞的类型和生理状态有关。B、滑面内质网：特化细胞多。如；睾丸间质细胞、肾上腺皮质细胞、骨骼肌细胞（全sER）、肝细胞等。（2）数量和分布A、糙面内质网：分化高、分泌功能旺盛细胞多。如；胰腺外分泌细胞(全rER)、唾液腺细胞等。未成熟细胞、低分化细胞少。如；干细胞、母细胞、胚胎细胞和培养细胞等。4、内质网的功能一个多功能细胞器糙面内质网：与蛋白质合成后与加工、运输有关光面内质网：上有许多与糖类、脂质合成有关的酶（氧化酒精的酶，合成磷脂的酶）蛋白质合成、折叠、糖基化、转运（1）rER的功能rER合成分泌蛋白(主要)和部分驻留蛋白。A蛋白合成过程1975-Blobel“信号肽假说（signalpeptidehypothesis）”分泌性蛋白质首先在细胞质内合成一段信号肽并与信号识别颗粒（SRP）结合，然后再与内质网结合，把新生肽链输入到内质网腔内。内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒(SRP)转运器蛋白氨酰tRNAAP核糖体mRNA信号肽A信号肽假说新生肽链tRNA18~30aa葡萄糖结合蛋白(BiP)转运器核糖体结合蛋白（SRP受体）翻译停止在胞质内合成信号肽(18~30aa)信号识别颗粒-核糖体复合体形成复合体与rER膜受体结合多肽链进入内质网腔主要过程信号肽识别区核糖体结合区SRP-RNA多肽亚基信号识别颗粒(SRP)模式图(6肽+7SRNA)与受体结合区B蛋白质在rER腔内折叠的控制肽链折叠、盘曲成三维空间结构需分子伴侣参与。eg.结合蛋白（bindingproteinBip)：参与新生肽链的折叠和转运,还能与错误折叠蛋白结合，并予以滞留和改正。蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI）：多肽二硫键形成。能识别新生肽链，帮助新生肽链正确折叠、装配，但自身不参与终产物形成，只起陪伴、监督作用的蛋白质或酶称分子伴侣(分子伴娘)。分子伴侣C端有驻留信号肽(驻留蛋白)，其氨基酸序列为“KDEL”(-赖-天冬-谷-亮-;Lys-Asp-Glu-Len-)。KDEL能与rER膜上的KDEL受体结合,使分子伴侣滞留在rER腔内，帮助蛋白折叠和装配。※分子伴侣有下列三个方面功能：①保证蛋白质正确折叠和亚基组装。②可使错误聚合的蛋白质解聚。③可改正错误折叠、组装的蛋白质。核糖体中间膜囊小囊泡转运小泡蛋白质反面高尔基复合体细胞核顺面有被小泡CrER蛋白质向高尔基复合体的转运外分泌内质网D蛋白质糖基化肽链的特定氨基酸与寡聚糖共价结合生成糖蛋白的过程称糖基化（glycosylation）。①N-连接寡糖蛋白在ER腔内与肽链的天冬酰氨NH2的N连接。主要有N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖。②O-连接寡糖蛋白:在高尔基体内与丝氨酸、苏氨酸、羟赖氨酸的OH的O连接生成糖蛋白的过程。蛋白质与糖的连接方式有以下两种；细胞质rER腔多萜醇寡糖链新生肽链NH2焦磷酸天冬酰胺NH2AsnPP蛋白质在rER腔内的糖基化作用rER膜糖基转移酶核糖体※多萜醇--含75~95个碳原子的长链，其中有15~18个异戊二稀的非饱和脂。分泌性蛋白质；粗面内质网的功能膜整合蛋白质；驻留在rER的蛋白质；合成蛋白质对蛋白质进行加工和修饰对蛋白质进行分选与转运蛋白质折叠蛋白质糖基化修饰多肽链上二硫键的形成定位于高尔基复合体、光面内质网和溶酶体的蛋白质；（2）滑面内质网的功能(功能复杂)A合成脂类及固醇类激素sER有合成脂类和性激素的全套酶系。除合成膜脂外，还合成脂肪、磷脂、胆固醇、甾醇类激素等。在肾上腺皮质细胞，睾丸间质细胞、卵巢黄体细胞、小肠上皮细胞sER发达。Example磷脂酰胆碱(卵磷脂)合成过程•几乎所有生物膜所需脂类的合成都在内质网中完成酰基转移酶磷脂酸酶胆碱转移酶胆碱脂肪酸磷酸甘油三种基本底物三种催化酶（在细胞质基质内）（位于内质网的脂质双层）（磷脂、胆固醇、糖脂）磷脂酰胆碱在rER膜上合成过程脂酰CoA甘油-3-磷酸脂肪酸磷脂酸磷酸酶甘油二脂磷脂酰胆碱胆碱鳞酸转移酶（胞苷-2-磷酸胆碱）C-P2CoA细胞质ER膜外层类质ER腔ER膜内层类质++CoAC=OCoAC=O脂肪酸CH2-CH-CH2CHOHP脂肪酸脂肪酸C=OC=OCH2-CH-CH2P脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸C=OCOCH2-CH-CH2C=OCOCH2-CH-CH2CH2PC-P-P-胆碱pi（胞苷-1-磷酸）胆碱2脂酰CoA+甘油→磷脂酸→脱鳞酸→甘油二脂+胞苷-2-磷酸胆碱→磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝胺酸、磷脂酰肌醇等均以此法合成。胞液面腔液面翻转酶内质网膜上脂类分子从一侧翻转至另一侧示意图脂类分子膜上分布的平衡方式光面内质网合成的磷脂运输至质膜，高尔基复合体、溶酶体以及胞内体膜，都是通过膜性小泡进行的；运输至线粒体和微体的膜则是通过磷脂转移蛋白介导的。磷脂转移酶是一种水溶性载体蛋白，可将磷脂埋藏在其分子内转移。磷脂的运输糖原合成？？？实验动物禁食5天后喂食，肝细胞sER与糖原数量升高，可能sER与糖原合成有关。但有人研究指出；sER无与糖原合成有关的酶(尿苷二磷酸葡萄糖-糖原转移酶；UDPG)，与糖原合成无关。糖原分解肝糖原需分解为6-磷酸葡萄糖→葡萄糖→血糖。研究发现；6-磷酸葡萄糖→血糖的过程,需sER膜上的1-磷酸葡萄糖酶把6-磷酸葡萄糖的磷酸脱掉→葡萄糖→血糖。B参与糖原的代谢机体内的外源性和内源性毒物以及药物均是通过肝细胞的光面内质网完成解毒过程。氧化酶体系转移酶体系细胞色素酶P450NADPH-细胞色素c还原酶细胞色素酶b5NADH-细胞色素b5还原酶细胞色素酶P450还原酶解毒酶系形成光面内质网的电子传递体系，在电子传递、氧化还原过程中，催化多种化合物氧化、羟化、从而钝化或破坏毒物或药物的毒性；同时，由于羟化作用，化合物的水溶性增强，易于排泄。C与细胞解毒作用有关eg.将脂溶性药物(巴比妥盐、致癌物质)注射到动物体内，可见肝细胞sER增生、扩大。用巴比妥饲鼠，肝细胞sER增生，葡糖醛酸转移酶含量亦增多，该酶催化葡糖醛酸与巴比妥、类固醇等药物结合，形成易于排泄的水溶性化合物。另外，肝细胞sER的酶还可使氨基酸代谢产生的氨→尿素→经肾排出。DsER与钙的储存和释放sER在肌肉细胞特化为肌质网；肌质网有储存和调节肌细胞钙浓度功能（钙泵、钙载体）EsER与盐酸分泌有关在胃底腺壁细胞的胞质分泌小管周围有sER围绕，这些sER能将血浆中的Cl-转运到分泌小管的膜上，并与胞质中H+结合生成HCl。F与胆汁的生成有关（胆汁酸盐+胆红素=胆汁）胆汁酸盐90%由小肠上皮重吸收后再循环入肝，约10%的胆汁酸盐由肝细胞的sER合成。糖原代谢合成脂类解毒作用储存和调节Ca2＋浓度滑面内质网的功能与胃酸的生成有关与胆汁的生成有关与血小板的形成有关肿胀：在缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，ER由于水分和钠的流入，内质网变成囊泡，囊泡相互融合形成更大的囊泡，甚至使内质网胀破。萎缩：在病毒性肝炎，如肝细胞发生水分丢失，粗面内质网的核糖体则脱落，内质网皱缩，肝细胞也呈皱缩状。5内质网的病理变化糖原和脂类在ER中积累：α1－抗胰蛋白酶(肝细胞中合成的糖蛋白)缺乏症病人，其血清中缺乏α1－抗胰蛋白酶，而肝细胞的rER、sER中却累积有α1－抗胰蛋白酶。原因：酶（α1－抗胰蛋白酶）分子异常（基因突变造成），因而不能从肝细胞排出，从而血清中缺乏这种酶。临床表现：新生儿肝炎，婴幼儿肝硬化.早年发病（30～45岁）的阻塞性肺气肿等。α-1-抗胰蛋白酶是一种急性反应蛋白，主要功能是保护组织免受蛋白酶攻击，因而在应激反应、中和清除毒素、控制感染与炎症、阻止自身消化等过程起重要作用。内质网与阿尔茨海默病•大脑皮层β-淀粉样蛋白聚集•内质网Ca2+信号调节紊乱，将改变β-淀粉样前体蛋白在内质网的加工，过量生成β-淀粉样蛋白，沉积于内质网、胞质和分泌到细胞外，形成AD病变。（二）高尔基复合体（Golgicomplex）1898意大利,高尔基（CamilloGolgi)----光镜----枭、猫----神经细胞发现。结构？功能？1高尔基体的结构高尔基复合体是由一层单位膜包围而成的复杂的囊泡系统，电镜下由小囊泡、扁平囊和大囊泡组成。高尔基复合体的结构可分为三个部分：顺面高尔基网（cis-Golginetwork，CGN），中间高尔基网（medialGloginetwork，MGN）反面高尔基网（transGloginetwork，TGN）扁平囊呈盘状，3-10层称——高尔基堆扁平囊间距：20-30nm；凹面：成熟（反）面凸面：形成