细胞生物学-内质网
细胞生物学第五章(内膜系统)
修饰部位 ER
Golgi complex
1.脂类的合成
SER最主要的功能是合成和运输脂类。
可合成生物膜的磷脂、胆固醇和糖脂。
翻 转 酶
转运方式：
出芽：到高尔基体、 溶酶体和细胞膜。 膜泡转运
磷脂转换蛋白：线
第五章 内膜系统
Endomembrane system
内膜系统
1
内质网
2学时
2 3
4 5
高尔基复合体
溶酶体 过氧化物酶体
2学时
内膜系统与细胞整体性 2学时
教学目的
1.掌握新合成肽链在信号肽指导下穿越 内质网进行转移的过程； 2.区别掌握粗面内质网与滑面内质网的 基本功能； 3.掌握粗面内质网合成蛋白的类型和对 蛋白质的修饰作用； 4.熟悉内质网的形态结构与类型； 5.了解内质网的化学组成。
信号肽在蛋白质分选中的作用
信号肽在蛋白质 向内质网的转运过程中 是必须的.
信号肽 Signal peptide
由信号密码翻译出的，
由15－30个连续的疏水氨基酸序列。
决定蛋白质在细胞内的去向。
The signal sequence of growth hormone. Most signal sequences contain a stretch of hydrophobic amino acids, preceded by basic residues (e.g., arginine).
1972年，stein发现: 骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋白
分子的N端要比分泌到细胞外的
免疫球蛋白分子N端多一段氨基 酸序列。
细胞生物学3内质网和核糖体-PPT课件
四、滑面内质网的功能
2．解毒作用 有些酶与外源性有害物质结合，使其发生氧化而失活 清除脂溶性废物和代谢产生的有害物质 例：SER细胞色素P-450的解毒反应过程 细胞色素P-450： 末端氧化酶；在肝中具有解毒作用； 通过羟基化使脂溶性废物或代谢产物失活并溶解于水； 使一些农药或其他药物失活； 排出细胞后送入尿液
二、内质网的化学组成
脂类：磷脂、中性脂肪、磷脂酰肌醇、缩醛磷脂 和一些神经节苷脂等 蛋白质含量：比质膜多。 约含30-40种酶， 有些酶与合成甘油三酯、磷脂和胆固 醇有关 至少有两种黄素蛋白和两种血红蛋白 细胞色素P-450是SER特有标记酶 蛋白质：边周蛋白、整合膜蛋白； 膜上分布不对称， 有的偏向腔面，有的偏向胞质面
四、滑面内质网的功能
1．合成脂类 SER有许多与脂类合成有关酶， 如：乙酰转移酶、磷酸酶和胆碱磷酸转移酶等 合成：除脂肪酸和两种线粒体磷脂外， 新膜所需的各种脂类， 包括磷脂、胆固醇、甾体激素
合成的脂类：掺入到内质网膜自身， 出芽或专一性载体蛋白运往其他细胞器
四、滑面内质网的功能
翻转酶：能把含胆碱的磷脂 从膜的胞质溶质一半反转到邻腔的一半 造成膜两半脂类分布的不对称现象
三、粗面内质网的功能
1. 蛋白质的合成 所有蛋白质的合成起始：均在游离核糖体上 翻译分泌蛋白的核糖体：结合在粗面内质网膜上继续进行 翻译非分泌蛋白核糖体：只能留在细胞质基质中继续进 RER上合成的多肽链：均具有信号肽序列； 内质网膜上含有核糖体亲合蛋白与信号识别颗粒的受体， 在信号识别颗粒协助下，多肽链可被转移到RER上合成， 合成的多肽链可穿过内质网膜进入内质网腔。 穿膜时多肽链呈非折叠状态，HSP70可能参与了去折叠
细胞生物学-第五章-内膜系统
Günter Blobel
2021/4/9
Blobel with members of his laboratory 23
“信号假说”（signal hypothesis）
信号肽(signal peptide)：新合成的蛋白质分子N端含 有一段由15~30个疏水性氨基酸残基组成的特殊序列， 该序列就是蛋白质分选信号，又称信号肽。
15
（二）滑面内质网 SER在细胞中通常多呈分支管状或小泡状。 SER只占内质网的很少的部分，只有在一些
特化的细胞中才具有丰富的SER，同时也承担特 殊的功能。例如，骨骼肌细胞中分布大量的肌 质网，这是特化的SER。
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SER
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四、内质网的功能（掌握）
第五章 内膜系统
第一节 内质网 第二节 高尔基体 第三节 溶酶体 第四节 过氧化物酶体
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✓概念：内膜系统(internal membrane system) 是指位于细胞内那些在结构、功能乃至发生上 具有一定联系的膜性结构，其中包括细胞组分 中的核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧 化物酶体及液泡。
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2．蛋白质的运输
① 分泌型蛋白或溶酶体蛋白：出芽方式 ② 膜镶嵌蛋白质的运输方式
在合成多肽链的同时，便直接与内质网组合，形成了 膜镶嵌蛋白；
将合成的多肽链注入内质网腔中，然后组合到膜中。
③ 可溶性蛋白质直接转入细胞质中
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3．蛋白质的修饰
✓特点：内膜系统是真核细胞特有的结构。它 们在结构和功能上是统一的整体，是细胞内蛋 白质、酶类、脂类和糖类合成的场所，也具有 包装和运输合成物与分泌产物的功能。
细胞生物学 第五章 细胞的内膜系统
Bip是ER的驻留蛋白，能和折叠不正常的肽链结合， 并予以滞留，待折叠成正确的蛋白质后才被转运。
• 蛋白二硫键异构酶（PDI）：
蛋白二硫键异构酶，催化 – Cys – SH 生成 –S-S- ， 完成合成蛋白的修饰
• 内质蛋白
即葡萄糖调节蛋白94
• 钙网蛋白 有钙离子结合位点，协助蛋白质折叠和加工
体、溶酶体、过氧化物酶体、核膜等
细胞的内膜系统(internal membrane system)
• 内膜系统：
细胞内结构、功能及发生上密切相关的膜性 结构细胞器通称为内膜系统，主要包括内质网、 高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体和核膜等 膜性结构。
• 内膜系统形成的意义：
区室化Compartmentaliztion 分隔式区域，互不干扰地执行特定的功能， 提高细胞的代谢效率
胃底腺壁细胞sER与盐酸分泌、渗透压 肝细胞与胆汁的生成
1.脂类合成的主要部位：合成磷脂与胆固醇
• 原料：来自细胞质基质 • 脂类合成酶：位于脂质双层，活性部位都
朝向细胞质基质面，新合成的磷脂也位于 此 • 磷脂转位蛋白 (转位酶) ：位于ER膜的细胞 质基质面，协助磷脂分子翻转, 使脂双层的 磷脂分子达到平衡
溶酶体蛋白等 • 信号假说 1975年 Blobel & Doberstein
提出
信号假说中的几个名词概念
• 信号密码（signal codon） mRNA5 ’端编码特殊氨基酸序列的密码子
• 信号肽（signal peptide)：
由信号密码翻译的一段多肽链，约由18-30个 疏水氨基酸组成，能引导“游离”的核糖体与ER 膜结合
• 译后转运（post-translational translocation） 多肽链翻译完成后被转运进入内质网腔
内质网
多聚核糖体模式图
游离核糖体
主要合成细胞本身的 固有蛋白：胞质溶质 蛋白、核蛋白、线粒 体蛋白、质体蛋白
附着核糖体?
主要合成分泌蛋 白、溶酶体蛋白、 穿膜蛋白和驻留 蛋白
细胞中所有蛋白质的合成，皆起始
于细胞质基质中游离的核糖体上。
分泌性蛋白多肽链在其合成起始后 不久，随核糖体一起附着于糙面内质网 上，不断延伸的多肽链穿过内质网膜直 至肽链合成完成。
高尔基复合体
修饰加工 分泌泡 细胞外
高尔基复合体
分泌泡 接收信号
细胞外
普遍和常见（?）
分泌细胞（?）
共同特点： 在糙面内质网合成并经加工修
饰后的各种外输性蛋白质最终被内
质网膜包裹，以膜泡形式完全隔离
于细胞质溶质进行转运 。
2.信号肽指导的穿膜蛋白插入转移的机制
单次穿膜蛋白
多次穿膜蛋白
⑴ 单次穿膜蛋白插入转移的机制
②在完成蛋白质的分拣、转运引导作用 后通常不被切除而得以保留； ③信号斑可识别以特异性糖残基为标志 的酶蛋白，并指导它们的定向转运。
（二）光面内质网的功能
1.脂类的合成与转运
⑴ 合成过程
⑴ 合成过程
※ 脂酰转移酶催化脂酰辅酶A与甘油-3-
磷酸反应形成磷脂酸；
※ 在磷酸酶的作用下，磷脂酸去磷酸化生 成双酰甘油；
信号识别颗粒 (SRP) ：
signal recognition particle
存在于细胞质基质中，由6条多 肽链和一个7sRNA分子组成。能够识 别信号肽，并与核糖体结合，形成 SRP-核糖体复合体。
转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道
转运体（translocon）：
位于内质网膜，是新生的分泌 蛋白质多肽链合成时进入内质网腔 的通道。
细胞生物学PPT课件 内膜系统 内质网
rER 主要功能-蛋白质的糖基化
✓ 蛋白质的修饰包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，最主要的是糖基化 ✓ 糖基化（Glycosylation）是单糖或者寡糖与蛋白质之间通过共价键结合形成糖蛋白
的过程 ✓ 糖基化的作用：对蛋白质折叠、分选及定位有重要作用；
糖链结构影响糖蛋白的半衰期和降解 ✓ 发生于粗面内质网的糖基化主要为N-连接糖基化（N-linked glycosylation），即
✓ 壁细胞的sER膜上有大量质子泵和Cl-通道
✓ 将壁细胞形成的H+和从血液摄取的Cl-结合 成盐酸后进入腺腔
✓ 葡糖醛酸转移酶定位于肝细胞sER
✓ 使血液中非水溶性的游离胆红素（与清蛋白结 合）转变成水溶性的结合胆红素，分泌入胆汁
ER 主要功能
rER主要功能
sER主要功能
• 核糖体附着的支架 -蛋白质的合成
Günter Blobel (1936- )
信号肽 Signal peptide
信号识别颗粒 SRP
信号识别颗粒受体 SRP-R
易位子 Translocon
信号肽酶 Signal peptidase
一些重要名词
信号肽 Signal peptide
Signal sequence
新合成的蛋白质的N端有一段15-60氨基酸残基组成的疏水序列， 具有引导多肽链在合成过程中移至内质网膜上，完成蛋白质合成的 功能，信号肽在蛋白质合成完成前被内质网内的信号肽酶所切除。
肽链在内质网网腔发生修饰加工，核糖体大 小亚基解聚，并从内质网解离
rER 主要功能-蛋白质合成、定向转运
附着核糖体合成的蛋白质有：
外输性蛋白在rER经修饰加工后，最终被内质网包裹，以“出芽” 方式形成膜性小泡，直接进入大浓缩泡发育成酶原，排出细胞；
细胞生物学内质网、高尔基体
第五章内质网、高尔基体小结内膜系统的概念在结构、功能和发生上密切关联的膜性结构细胞器。
内膜系统的组成内质网、高尔基体、溶酶体、内体、各种转运泡。
内膜系统形成的意义增加细胞内的表面积；使细胞内的不同生理生化反应互不干扰地进行，提高代谢效率。
内质网的组成成分、形态结构基本组成成分为脂类和蛋白质；含有至少30多种以上的酶或酶系，其中葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志酶；由管、泡或扁囊彼此相互连通的膜性管网系统；结构上与高尔基体、溶酶体等组分移行转换，功能上密切相关。
根据内质网的形态结构特征和功能特性，分为粗面内质网和滑面内质网。
rER由扁平囊状结构组成，其胞质面有核糖体附着；主要功能是：为核糖体附着提供支架，与分泌蛋白的合成、修饰加工及转运密切相关。
信号肽是指导多肽链在rER合成的决定因素sER呈管、泡状结构，其胞质面没有核糖体附着，常与rER相连通；主要功能是：脂质合成的主要场所、参与糖原的代谢和细胞的解毒作用等。
在不同细胞或同一细胞的不同生理时期，内质网具有不同的发达程度和形态分布，表现不同的功能。
高尔基体是由三种不同类型的囊泡构成的膜性细胞表现出明显的极性。
其分布、数量和发达程度，在不的组织细胞或同一细胞的不同发育时期有明显差异。
组成高尔基体的脂类、蛋白质的含量和复杂程度介于内质网和细胞膜之间，是构成质膜与内质网之间的一种渡性细胞器。
糖基转移酶是高尔基体最具特征性的标志酶。
功能糖蛋白中寡糖的合成、分泌性多糖类的合成；细胞内蛋白质分选和膜泡定向运输的枢纽蛋白质的修饰加工；1.比较粗面内质网和滑面内质网的形态结构与功能。
答：形态结构上，粗面内质网的主要形态特征是表面有核糖体附着而滑面内质网呈表面的管、泡样网状形态结构。
功能上，粗面内质网与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关：1.作为核糖体附着的支架 2.新生多肽链的折叠与装配3.蛋白质的糖基化4.蛋白质的胞内运输。
滑面内质网是作为胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器：1.滑面内质网参与脂质的合成和转运 2.滑面内质网参与糖原的代谢3.滑面内质网是细胞解毒的主要场所4.滑面内质网是肌细胞Ca2+的储存场所5.滑面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关。
细胞生物学 内质网
Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL） 分子伴侣蛋白肽链 C 末端具有驻留信号肽
结合蛋白 （BiP) 的作用
KDEL可与膜上的受体结合，驻留于腔内而不被转运
3) 粗面内质网与蛋白质的糖基化
蛋白质的糖基化：
在糖基转移酶催化 下，单糖或寡糖与蛋 白质的氨基酸残基侧链 共价结合形成糖蛋白的 过程。
N-连接的糖蛋白
氚标记亮氨酸实验
粗面内质网 膜上膨出、 脱落形成小 囊泡→转运 到高尔基复 合体进一步 加工修饰→ 排向胞外。
分泌蛋白的输送是由两种包被囊泡介导
COPII包被小泡的装配
Sar-GTP与内质网膜的结合起始COPII亚基的 装配，形成小泡的包被并出芽，跨膜受体在腔 面捕获并富集被转运的可溶性蛋白
内质网驻留蛋白的回收
粗面内质网
粗面内质网（rough ER,RER):
膜表面附着核糖体；形态多为板层状排列的扁囊；网腔内含低电子或中等电子 密度的物质；多分布在分泌活动旺盛或分化较完善的细胞内。核糖体的解聚和脱粒
粗面内质网随功能活动、病理变化而有数量和形态大小的变化：分泌功能↑→发达数量↑。癌细胞分 化程度↑ →发达量多；分化程度↓→量少。可根据发达程度来判断细胞分化和功能状态。
微粒体 (microsome)：为 用超级分级分离的方法,从细胞 匀浆中分离出的直径在100 nm左右的球囊状封闭小泡。 Small vesicle that is derived from fragmented endoplasmic reticulum produced when cells are homogenized.
甘 葡
肽链 天冬酰胺残基 甘露糖 葡萄糖 N-乙酰葡萄糖胺
NN Ｎ N
在内质网合成的大部分可 溶性的和结合膜的蛋白质都 是糖蛋白，需要在内质网腔 内进行糖基化。（在胞质中 游离核糖体上所合成的可溶 蛋白不进行糖基化）
细胞生物学全套资料--第三节内质网
第三节内质网1945年KR. Porter，A. Claude 和EF. Fullam等人，观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部具有网状结构，建议叫做内质网。
后来发现内质网，通常与质膜、核膜相连，并且与高尔基体的关系密切，并且常伴有许多线粒体。
一、形态与组成内质网膜：* 约占细胞总膜面积的1/2是真核细胞中最多的膜* 内质网是内膜构成的、封闭的、网状管道系统* 具有高度的多型性* 分为，粗面型内质网、光面型内质网（图6-21）RER呈扁平囊状，排列整齐，膜围成的空间，称为ER腔膜外有核糖体附着SER呈分支管状or 小泡状无核糖体附着细胞中不含纯粹的RER或SER它们分别是ER连续结构的一部分ER主要功能：* 是合成蛋白质、脂类分泌性蛋白、跨膜蛋白，都是在ER中合成的* ER合成的脂类，除满足自身需要外还供给高尔基体、溶酶体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构ER膜中：* 含大约60%的蛋白、40%的脂类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没有or 很少含胆固醇* 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，具有异质性如：葡糖-6-磷酸酶（G-6-P酶)，普遍存在于内质网被认为是标志酶* 核糖体结合糖蛋白，只分布在RERP450酶系只分布在SER图6-20 RER的形态图6-21 SER的形态引自http://www.uni-mainz.de/二、RER的功能（一）蛋白质合成蛋白质：* 都在核糖体上合成的* 起始于细胞质基质有些蛋白质，在合成开始不久后转到内质网上合成* 合成的蛋白质主要有细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素跨膜蛋白需要与其它细胞组分，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C. Milstein（1972）发现：从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端，长一些分泌到细胞外的免疫球蛋白N端，短一些G. Blobel和D. Sabatini等：*根据进一步的实验，提出了信号假说认为蛋白质上的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合成* Blobel因此获1999年诺贝尔生理医学奖。
医学细胞生物学第一章内质网
SRP的分子组成及功能位点
新合成肽链在信号肽指导下穿越内质网转移过程
信号肽 SRP-核糖体复合体 核糖体与RER膜结合 多肽链进入ER腔
信号识别颗粒（singnal recognition particle,SRP) ：
识别信号肽并与之结合，引导核糖体与ER结合。 SRP是核糖核蛋白复合体。是由一个7SRNA（300核 苷酸）分子和6条多肽链组成。 SRP三个功能位点： 1.信号肽结合位点； 2.SRP受体结合位点； 3.翻译暂停结构区域。
三、内质网的类型
滑面内质网
粗面内质网
7
1. 粗面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）
形 态：板层状排列的扁囊; 内含物：低电子或中等电子密度的物质 (新合成的蛋 白质) ; 分 布：分泌旺盛或分化高的细胞内;
膜表面附着核糖体。
粗面内质网的形态
2. 滑面内质网（ smooth endoplasmic reticulum，SER）
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磷脂、胆固醇、糖脂 糖原的合成与分解
五、新合成肽链在信号肽指导下穿越 内质网进行转移
问题1：新合成后的蛋白质肽链如何穿越 ER膜 注入内质网腔? 问题2 ：膜蛋白为什么能停留在膜上?
细胞内存在两种蛋白质分选信号
信号肽（signal peptide）:
信号肽是位于蛋白质上一段约15～30 个 连续的氨基酸顺序。
信号斑（signal patch）: 位于蛋白质不同部位的氨基酸顺序，在多 肽链折叠后形成的一个斑块，信号斑为三维结 构。
信号肽具有引导新合成的蛋白质从细胞质 进入内质网的机制
“信号假说”要点:
新合成的蛋白质分子 N 端含有一段信号肽，该信 号肽一经合成可被细胞质中的信号识别颗粒（signal pecogniton particle,SRP ）识别并结合，通过信号 肽的疏水性引导新生肽跨脂双分子层进入ER腔或直接 整合在ER膜中。信号肽具有决定蛋白质在细胞内的去 向或定位的作用。
内质网
与内质网有关的疾病
相关疾病
• 研究发现，内质网应激是慢性代谢疾病的 重要标志，也是连接免疫系统与代谢系统 的桥梁。代谢系统的细胞作为合成代谢活 跃的细胞，具有高度发达的内质网。内质 网被视为“代谢感受器”，与内分泌网络 建立了广泛而密切的联系。在营养过剩状 态下，内质网发生应激，成为触发代谢疾 病的重要因素。下面主要从炎症和细胞凋 亡的角度阐述内质网应激的致病机制。
介绍： 内质网是具有重要生理功 能的细胞器，是真核细胞蛋白质 合成、钙离子贮存以及脂质生成 的主要场所。内质网的功能状态 对蛋白质的折叠、成熟及转运至 关重要。细胞稳态改变可以干扰 内质网功能而引起内质网应激 (endoplasmic reticulum stress, ERS)。
内质网应激
• 定义：内质网应激是内质网功能紊乱时， 蛋白质出现错误折叠并与未折叠蛋白在腔 内聚集，以及钙平衡紊乱的状态。 • 信号通路：内质网应激主要包括三条信号 通路：(1)非折叠蛋白反应；(2)内质网超负 荷反应；(3)固醇级联反应。而非折叠蛋白 反应是其中研究较多的信号通路，其最终 目的是通过减少蛋白质合成，促使蛋白质 降解和增加分子伴侣合成帮起细胞凋亡。
相关疾病
• 内质网应激与2型糖尿病 • 2型糖尿病介绍：胰岛素抵抗(insulin resistance, IR)即胰岛素靶组织对胰岛素的敏感性降低，通常 指胰岛素介导的葡萄糖利用率下降，是2型糖尿病 的重要特征之一。在正常情况下，胰岛素能够激 活肌肉、肝脏、脂肪组织中的胰岛素信号通路， 使其摄取葡萄糖并转化为糖原或脂肪进行储存， 从而达到降低血糖的功能。但在2型糖尿病患者中， 胰岛素的这一重要功能受损，外周组织(如肌肉、 肝脏、脂肪组织等) 对胰岛素敏感性下降，从而直 接导致2型糖尿病的发生。
细胞生物学第四章第五章
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，没有或很少含胆固醇。
微粒体:
(microsome) 直径100nm的 封闭囊泡
ER
• 内质网含有以G-6-P为主要标志酶的诸多酶
系
• 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，如：
葡萄糖-6-磷酸酶，普遍存在于内质网，被
2. 高尔基体中间膜囊（medial Golgi），多数糖基修饰， 此处。
3. 高尔基体反面的网络结构（trans Golgi network，
TGN）， 是高尔基体的出口区域，功能是参与蛋
白质的分类与包装，最后输出。
二、高尔基复合体的基本组分和特征
（一）脂类是高尔基复合体结构 的最基本化学组分 • 高尔基体膜含有大约60%的蛋白和40%的脂类，
Protein glycosylation in RER
2个N-乙酰葡萄糖胺 9个甘露糖 3个葡萄糖
第二节 高尔基复合体
• 最早发现于1855年，1889年，Golgi用银染法，在 猫头鹰的脊髓神经节细胞内观察到了清晰的结构， 定名为高尔基体。20世纪50年代以后才正确认识 它的存在和结构。
一、具有极性的膜性细胞器形态与组成
高尔基复合体在 17 分泌颗粒的形成 分 钟 过程中起着浓缩、 修饰、加工等作 3 用。 分 钟
• 2、蛋白质的糖基化
• O-连接的糖基化主要在高尔基复合体中进行，
糖的供体为核苷糖。 ①高甘露糖
②复杂型
糖 蛋 白
N-连接的寡糖链：起始在rER腔，最终完成 在高尔基复合体。 O-连接的寡糖链：在高尔基复合体内合成。
三、高尔基复合体主要功能
• 1、参与细胞分泌活动
细胞生物学课件8-内膜系统-内质网
内质网的功能
1 蛋白质合成
内质网上的核糖体合成蛋白质。
3 脂类代谢
平滑内质网参与脂类的合成和代谢。
2 蛋白质修饰和折叠
内质网中的酶对蛋白质进行修饰和折叠。
4 钙离子存储和释放
粗面内质网负责钙离子的存储和释放。
来自内质网的蛋白质分泌
高尔基体的形成
内质网和其他细胞器合作形成高尔基体，准备 蛋白质分泌。
分泌途径
来自粗面内质网的蛋白质通过转运泡泡，进入 高尔基体，最终被分泌到细胞外。
内质网与其他细胞器的关系
内质网与高尔基体的联系 内质网与线粒体的联系 内质网与溶酶体的联系
内质网通过转运泡泡将蛋白质传递到高尔基体。
内质网通过线粒体与脂质代谢和能量合成相互 关联。 内质网与溶酶体共同参与蛋白质分解和细胞废 物的清理。
细胞生物学课件8-内膜系 统-内质网
了解细胞的内膜系统-内质网的基本结构和功能，以及其与其他细胞器之间的 关系，以及在疾病中的作用。
内质网的结构
平滑内网
粗面内质网
结构：没有附着核糖体的薄膜系统。
结构：有附着核糖体的薄膜系统。
功能：合成和代谢脂类，涉及荷尔蒙代谢和解毒。 功能：参与蛋白质的合成、修饰和折叠。
内质网在疾病的作用
内质网应激
当内质网受到损害或过度 负荷时，会引起内质网应 激，可能导致细胞死亡或 疾病。
蛋白质开裂
内质网功能异常可能导致 蛋白质无法正确折叠和修 饰，引发疾病。
注意事项
保持内质网的功能正常， 对细胞健康和疾病预防至 关重要。
总结
内质网的基本结构 和功能
包括平滑内质网和粗面内质 网，参与蛋白质和脂类合成、 修饰和折叠，以及钙离子的 存储。
细胞生物学中的内质网和高尔基体
细胞生物学中的内质网和高尔基体细胞是生命的基本单位，其中有许多重要的细胞器，其中内质网和高尔基体是细胞中非常重要的组成部分。
在细胞的生物学学科中，学习内质网和高尔基体对于探索细胞的结构和功能具有至关重要的作用。
本文将探讨它们的结构、功能，以及在疾病治疗中的应用。
1. 内质网内质网是一个很大的细胞内膜系统，位于细胞浆中。
它是一个与细胞核相连着的复杂网状系统，涵盖了整个细胞。
内质网可以分为两种形式：粗面内质网和平滑内质网。
粗面内质网是一种有着突起的平滑内质网，有着空心腔室的结构。
它这种特有的结构被称为样式或核糖体。
核糖体是负责细胞核物质合成的地方，主要包括蛋白质和RNA。
另一类是平滑内质网，它主要缺少样式。
平滑内质网在细胞中存在的时间要比粗面内质网时间长得多。
它们包括多种不同的结构，它们在细胞内的作用也十分重要，具有许多独特的功能。
内质网功能包括：物质调节、蛋白质修饰、储存和释放等功能。
2. 高尔基体高尔基体是一种被薄膜包绕的细胞器，其由许多片类似于饼干的薄膜组成。
高尔基体存在于内质网的附属机构，处于深层细胞中。
高尔基体不同于内质网，它不参与生物分子的合成，但仍然具有许多重要的功能。
高尔基体是负责组装蛋白质的地方，这些蛋白质可以运行到细胞中并参与许多重要的生命过程中。
高尔基体与内质网关系密切。
它们促进分子在细胞中的传送，并确保这些分子能够到达细胞中位于正确位置的重要结构和器官。
这些器官不仅包括其他的细胞质器，还包括细胞表面的受体分子以及像溶酸泡一样的细胞物质。
3. 内质网和高尔基体在疾病治疗中的应用近年来，研究人员已经发现内质网和高尔基体在疾病治疗中的应用潜力。
由于内质网和高尔基体的重要性，这些细胞器正在成为一种有前景的新型治疗手段。
许多疾病，如癌症和神经退化性疾病，都与内质网和高尔基体功能失调有关。
这种功能失调可能会导致细胞发育异常以及其他许多疾病。
疾病治疗中，内质网和高尔基体发现有前途的新型治疗手段。
细胞生物学中的内质网和高尔基体
细胞生物学中的内质网和高尔基体内质网和高尔基体是细胞中两个非常重要的细胞器，它们对整个生物体的新陈代谢和正常生物学功能起着至关重要的作用。
内质网内质网（endoplasmic reticulum）是生物体内一种预处理和分泌蛋白质的膜结构，也是众多生物体重要的生物反应和代谢活动的场所。
它包括粗面内质网和平滑内质网两种类型。
粗面内质网主要参与蛋白质的合成和加工，在其表面上有许多小的颗粒物，称为核糖体。
核糖体主要通过三联密码子将RNA翻译成一条多肽链，这个过程称为翻译。
随着肽链的增加，出现了一系列复杂的修饰和整合步骤，包括蛋白糖基化、蛋白裂解、蛋白拼接等。
这些修饰不仅能够保持蛋白质结构和稳定性，而且还能影响它们的功能。
这就是为什么人类内质网功能异常可能导致许多疾病的原因。
相比之下，平滑内质网没有颗粒物，而是充满着许多酶，包括肝内杂质净化酶、甘油酰胺磷酰酶和CYP450等。
平滑内质网还能合成脂质和电解质，并提供一系列代谢和调节活动。
高尔基体高尔基体是细胞内另一个重要的膜系统，它是细胞膜的基本组成部分之一，同时也是蛋白质和其他分子转运的关键场所。
高尔基体由几个分泌泡组成，每个泡都有各自的名称和特定的蛋白质配备。
根据这些蛋白质不同的功能和安排方式，可以将高尔基体分成多个不同的区域，如转运区（TGN）、近缘区（Cis）和深度区（Trans）等。
对于每个区域而言，都有特定的膜脂，以及蛋白质和酶的组成，以实现不同的任务，例如蛋白质转运，酶的激活和分解等。
生物体内的高尔基体还有其他一些功能，比如细胞间质的调节和种种细胞信号通路的浸润。
这些功能也是高尔基体在细胞功能和反应环节中不可或缺的一部分。
内质网和高尔基体在细胞中的作用和重要性是显而易见的。
两者都有一系列的生化和细胞学活动，通过它们形成的反应、代谢和地位，生物体得以存活和演化。
其中一些活动，如糖酵解和蛋白质分泌，即使有小小的变化，也会对整个细胞的生理和生化活动产生不可逆转的影响。
细胞内质网的结构和功能
细胞内质网的结构和功能细胞内质网是一种细胞器，存在于细胞的内部，它扮演着多种生物化学反应的活动场所，参与了生物体多种生物学功能的执行。
本文将简单介绍细胞内质网的结构和功能。
一、结构细胞内质网是体积较大的有膜的细胞器，由连通的管道和包涵的泡膜组成。
在正常状态下，内质网的平均直径为50-60纳米。
内质网主要由以下几个结构组成：平滑内质网、粗面内质网和高尔基复合体。
1.平滑内质网平滑内质网是内质网的一种形态，其表面没有附着核糖体，主要参与细胞脂质代谢，如合成过氧化物酶、肝糖异酶等。
平滑内质网还参与了生物合成反应的调节和细胞的钙离子平衡调节。
2.粗面内质网粗面内质网是内质网的另一种形态，粗面内质网上附着核糖体颗粒，主要参与蛋白质合成。
其中的多肽链在合成过程中会向外伸出，经过复合体的一系列反应后形成蛋白质分子。
3.高尔基复合体高尔基复合体是内向膜型细胞器，由多个囊泡通过融合形成，其主要功能是调节分泌途径，是一种具有高度异质性的分泌细胞器。
二、功能细胞内质网主要参与了细胞代谢和蛋白质合成的过程。
其功能主要包括以下几个方面：1.蛋白质合成细胞内质网在细胞蛋白质合成的过程中扮演着重要的角色，其中的多肽链在合成过程中会向外伸出，经过内质网的一系列反应后形成蛋白质分子。
粗面内质网主要参与蛋白质的合成，而平滑内质网则参与蛋白质的修饰和输送，以及脂质合成的过程。
2.物质的吸收和分解平滑内质网主要参与细胞的物质吸收和分解过程。
此外，在平滑内质网的表面还有许多酶存在，这些酶可以参与脂肪酸代谢、甘油三酯代谢、胆固醇代谢等过程。
3.钙离子的调节平滑内质网也参与了细胞的钙离子调节过程。
在平滑内质网的一些酶的作用下，钙离子得以在细胞内进行平衡调节，进而影响细胞其他代谢的过程。
4.分泌途径的调节高尔基复合体对体内分泌途径的调节起到了重要的作用。
细胞通过高尔基复合体将分泌物从内质网引导到细胞表面，同时在分泌途径过程中进行一系列的调节，是细胞分泌的一个重要组成部分。
细胞生物学件8_内膜系统-内质网
二、核糖体的化学组成
• 主 要 成 分 蛋 白 质 和 RNA ， 蛋 白 质 占 40~50%， RNA占50~60%。
• 组成核糖体的RNA特称为核糖体RNA（r RNA ） ， 占 细 胞 中 RNA 总 量 的 80% 以 上 。
一．内质网的形态结构
• 内质网膜约占细胞总膜面积的一半，是真 核细胞中最多的膜。
• 内质网是内膜构成的封闭的网状管道系统。 具有高度的多型性。
• 可分为粗面型内质网（RER）和光面型内 质网（SER）两类。
• RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。 肌 肉 细 胞 中 的 肌 质 网 是 一 种 特 化 的 RER ， 可 贮存Ca2+，引起肌肉收缩。
glycosylation）：与Ser和Thr的OH连 接，连接的糖为半乳糖或N乙酰半乳糖胺。 如胶原、血型糖蛋白等 • 2．N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的 NH2连接，连接的糖为N-乙酰葡糖胺。
• 内质网上进行的为N-连接的糖基化。图 7-9
• 糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)， 如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDPN-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转 移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。 再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 冬酰胺残基上。
然后进行扩增。
第三节 核糖体（Ribosome）
• 核糖体在各类细胞中普遍存在，是一种 无膜包被的颗粒状结构，具有很强的嗜 碱性。
• 功能：蛋白合成
一、核糖体 的基本结 构与类型
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细胞内的膜泡运输
❖ COPⅡ有被小泡： (Sar) 内质网 高尔基体CGN
❖ COPⅠ有被小泡：(ARF) 高尔基体CGN 内质网 (回收信号序列KDEL)
❖ 网格蛋白有被小泡：（ARF)
高尔基体TGN
细胞膜、胞内体、
溶酶体、液泡
高尔基体的功能
❖ 蛋白质的糖基化加工 形成O-连接的糖苷键， 进一步加工N-连接的糖苷键
同位素 标记 实验
分泌泡的形成
内质网
高尔基器 分泌泡
分泌泡如何与细胞膜发生融合?
膜流
溶酶体
内吞泡
内质网
高尔基器
分泌泡
膜泡运输
出芽
融合
有被小泡
网格蛋白包被 的有被小泡
COP I包被的 有被小泡
COP II包被的 有被小泡
膜泡运输
三种类型的包被蛋白： COP II = 内质网到高尔基器 COP I = 高尔基器 到高尔基器 高尔基器到内质网 网格蛋白 = 高尔基器到分泌泡、 细胞膜、溶酶体、胞内体
高尔基体的功能
❖ 蛋白质的糖基化加工 形成O-连接的糖苷键， 进一步加工N-连接的糖苷键
❖ 分泌活动和分选包装 ❖ 细胞内的膜泡运输 ❖ 溶酶体的发生 ❖ 合成和分泌多糖，并参与细胞壁的形成
为什么蛋白质要糖基化?
❖ 增强糖蛋白的稳定性，对蛋白酶的抗性 ❖ 影响蛋白质的水溶性和所带电荷的性质 ❖ 影响多肽的构象 ❖ 有利于高尔基体的分类和包装
•附着核糖体合成的蛋白质边合成边转运到内质网 腔内（共转移）
蛋白合成和共转移
In the cell, polyribosomes can be found: A. In cytosol or B. Bound to ER membrane
Co-translational transport across ER membrane!
multi-pass membrane proteins
锚定序列
停止转移序列
或起始转移序列
疏 水 性
亲 水 性
rER合成的内在蛋白
信号序列 停止转移序列 锚定序列
停止转移序列
起始转移序列 停止转移序列
停止转移序列 锚定序列 停止转移序列
起始转移序列 停止转移序列
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成（外分泌蛋白、膜蛋白和 细胞器中的驻留蛋白）
transport hypothesis?
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成（外分泌蛋白、膜蛋白 和细胞器中的驻留蛋白）
❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢（葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解） ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ （Ca2+--ATP酶）
How does ER signal peptide direct
Glycosylation in the Golgi apparatus
Core region 核心区
Complex oligosaccharide
复杂的N-连接寡糖
高甘露糖N-连接寡糖
High mannose oligosaccharide
特征
N-连接
O-连接
合成部位
rER
Golgi body
❖ 核糖体与内质网膜上的易位子（translocon）结 合，肽链又开始延伸
❖ SRP脱离信号肽和核糖体，返回细胞质基质重新 使用
❖ 信号肽被信号肽酶切除
信号序列
信号识别 颗粒
内质网内的可溶性 蛋白质合成
信号 识别 颗粒 受体
易位子
信号肽酶
可溶性蛋白质
信号肽识别颗粒
信号肽序列结合位点
翻译停止区
SRP受体 结合位点
的氨基基团上 ❖ 糖基化加工与蛋白质合成是同时进行的
蛋白质的糖基 化加工
寡糖链由14个糖分子构成： 2个N-乙酰葡萄糖胺， 9个甘露糖 3个葡萄糖分子构成
糖基转移酶
rER内的糖蛋白在被运送到高尔基体前，切除了 寡糖链上的3个葡萄糖分子和1个甘露糖分子
蛋白质二硫键的形成
蛋白二硫键异构酶
Protein disulfide isomerase
the ribosome to the ER membrane?
❖ 当信号肽从核糖体中伸出，信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP)就结合到信号肽上，肽 链暂停延伸
❖ SRP的受体（停泊蛋白）是内质网膜上的内在蛋 白
❖ SRP与其受体结合，将核糖体带到内质网表面
等
内质网
内质网的结构
内质网的种类
❖ rER：扁囊 ❖ sER：小管、小囊 ❖ 微粒体(microsome)
何谓微粒体?
匀浆
离心
Microsomes are biochemical machines
❖ 可用于蛋白质合成 的功能性分析
❖ 研究脂类代谢
Electron micrograph of rough ER microsomes
组织化学染色显示高尔基器的区隔化
A. Unstained B. Stained for Cis-Golgi C. Stained for medial-Golgi D. Stained for Trans-Golgi
结果表明，高尔基器的 不同扁囊含有不同的酶
高尔基器的功能分区
•溶酶体蛋白质上的 寡糖链被磷酸化修 饰 •进一步修饰 来自内 质网的
❖ 分选包装和分泌活动 ❖ 细胞内的膜泡运输 ❖ 溶酶体的发生 ❖ 合成和分泌多糖，并参与细胞壁的形成
粗面内质网 高尔基器顺面
高尔基器反面
受体回收
溶酶体
受体
6-磷酸甘露糖 N-寡糖链
溶酶体酶
溶酶体酶如何进入溶酶体?
蛋白质修饰过程
结合蛋白
(Binding Protein)
蛋白二硫键异构酶
❖ 蛋白二硫键异构酶
切断错误的二硫键，正确连接二硫键
❖ 结合蛋白（binding protein, Bip） 识别不正确折叠或未装配好的蛋白亚单位， 并促使其重新折叠与装配，属热休克蛋白 Hsp70家族。
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成（外分泌蛋白、膜蛋白和细胞 器中的驻留蛋白）
内含物（储存物）：糖原和色素
膜相细胞器
❖ 内质网 ❖ 高尔基器 ❖ 溶酶体 ❖ 过氧物酶体 ❖ 线粒体 ❖ 叶绿体 ❖ 细胞核
非膜相细胞器
❖ 核糖体 ❖ 细胞骨架
细胞质的功能
❖ 中间代谢反应：糖酵解、磷酸戊糖途径、糖醛酸途 径
❖ 合成反应：糖原合成、蛋白质合成、脂肪酸合成 ❖ 细胞信号转导通路以及各种调控途径 ❖ 蛋白质的修饰、降解、更新及重新折叠 ❖ 维持细胞的形态、细胞的运动、细胞内的物质运输
泛素
蛋白酶体
分子伴侣
Transport from ER to Golgi
❖ 只有正确折叠的蛋白质可以离开 ER ❖ 错误折叠的蛋白质被分子伴侣(chaperones)结合而滞留
在ER lumen ❖ 最终错误折叠的蛋白质进入细胞质降解 ❖ 蛋白多聚体也需要装配后离开ER
内质网的功能
❖ 蛋白质的合成 ❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢（葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解） ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ （Ca2+--ATP酶）
合成方式
来自一个寡糖前 一个一个单糖加
体
入
与之结合的氨基 天冬酰胺 酸残基
丝氨酸、苏氨酸、 羟脯氨酸、羟赖 氨酸
最终长度
至少5个糖残基 一般1~4个糖残 基
第一个糖残基 N-乙酰葡萄糖胺 N-乙酰半乳糖胺 等
高尔基体的功能
❖ 蛋白质的糖基化加工 形成O-连接的糖苷键， 进一步加工N-连接的糖苷键
❖ 分选包装和分泌活动 ❖ 细胞内的膜泡运输 ❖ 溶酶体的发生 ❖ 合成和分泌多糖，并参与细胞壁的形成
内质网 高尔基体
溶酶体 过氧物酶体
内质网
endoplasmic reticulum (ER)
细胞质的组成
❖ 细胞质包括： 细胞质基质（cytoplasmic matrix）
小分子：水，无机盐 中分子：脂类、氨基酸、糖类、核苷酸 大分子：蛋白质（酶）、脂蛋白、RNA、
多糖
细胞器( ) 膜相细胞器和非膜相细胞器
易位子
Type I single pass proteins
停止转移序列
What’s the character of stop-transfer sequence?
Type II single pass proteins
锚定序列 或起始转移序列
What’s the character of signal-anchor sequence?
❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢（葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解） ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ （Ca2+--ATP酶）
蛋白质的修饰和加工
❖ 在内质网进行蛋白质的N-糖苷键的加工 ❖ 羟基化、酰基化加工，和二硫键的形成 ❖ 寡糖链连接到蛋白质的天冬酰胺残基侧链
❖ 蛋白质的修饰与加工 ❖ 蛋白质折叠和转运 ❖ 脂质的合成 ❖ 糖类代谢（葡萄糖-6-磷酸酶参与糖原分解） ❖ 解毒作用 ❖ 肌质网储存Ca2+ （Ca2+--ATP酶）
蛋白质的正确折叠
未折叠蛋白 未完全折 叠的蛋白
正确折叠的蛋白
糖基转移酶
糖苷酶
错误折叠的蛋白质如何降解？
❖ 约80%的蛋白质不正确折叠 ❖ 转运到细胞质后，先除去糖分子，经泛素修饰后降解
游离核糖体和附着核糖体
蛋白质在哪里合成?