第四章细胞的内膜系统

The Golgi Apparatus
二、功能区隔
1. 高尔基体顺面的网络结构（cis Golgi network，CGN）， 是高尔基体的入口区域。 2. 高尔基体中间膜囊（ medial Golgi），多数糖基修饰， 糖脂的形成以及与高尔基体有关的糖合成均发生此处。 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。
粗面内质网膜 上的SRP受体
蛋白质运 输器
蛋白质转入内质网合成的过程：
• 信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合 →SRP脱离信号肽→肽链在内质网上继续合成，同时信号 肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至 终止。 • 这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为cotranslation。
三、主要功能
• 1、分泌蛋白的加工与修饰
• 蛋白质有两种糖基化修饰方式，一种为Ｎ－连接
的糖基化，主要发生在粗面内质网，别一种为O连接的糖基化，主要在高尔基体中进行，糖的供
体为RER上高尔基体对蛋白质的分类，依据的是
蛋白质上的信号肽或信号斑。
2、蛋白质的分选与运输 高尔基体内的蛋白质运输主要有三种途径，一种 运送到体内，参与溶酶体的形成；第二种为送到 分泌颗粒，再通过分泌活动释放到细胞外，第三可示例为：
• 6、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。
高尔基体分泌
功能示意图
第三节 溶酶体
一、溶酶体的形态结构与组成
• 溶酶体（lysosome）为C. de Duve与B. Novikoff 1955年 首次发现。 • 是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器， 其主要功能是进行细胞内消化。 • 具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大 的不同。酸性磷酸酶是标志酶。 • 膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。
• 内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如
CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。
• 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。
一、内质网的化学形态与组成
1、内质网的化学组成
• ER主要功能是合成蛋白质和脂类，分泌性蛋白和跨膜蛋
白都是在ER中合成的。 • ER膜中含大约60%的蛋白和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，没有或 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，
•
G. Blobel等1975年提出了信号假说(Signal hypothesis)，
认为蛋白质 N端的信号肽，指导蛋白质转至内质网上合
成，如果没有信号肽，则核糖体留在细胞质基质中完成 多肽链的合成。因此获1999年诺贝尔生理医学奖。 • 1. 蛋白质转移到内质网合成涉及以下成分： 信号肽（signal peptide），位于新合成肽链的N端，一 般16~30个氨基酸残基，含有 6-15个连续排列的带正电 荷的非极性氨基酸，由于信号肽又是引导肽链进入内质
3.
4. 5.
SRP受体（SPR receptor），内质网膜的整合蛋白，异
二聚体，可与SRP特异结合。 停止转移序列（stop transfer sequence），与内质网膜 的亲合力很高，阻止肽链继续进入网腔，成为跨膜Pr。 转位因子（translocator，translocon），由3-4个Sec61
分子伴侣能检查多肽的折叠状态，可以与不正确折 叠的多肽结合，并把它们滞留在内质网腔内。
（４）、脂类的合成
• 合成磷脂、胆固醇等膜脂，合成后以出芽 的方式转运至高尔基体，溶酶体和质膜上， 或借磷脂转移蛋白（PTP）形成水溶性复合 物，转至其他膜上。
（二）、滑面内质网
1. 解毒，如肝细胞的细胞色素P450酶系。 2. 参与甾体类激素的合成。 3. 使葡糖6-磷酸水解，释放糖至血液中。 4. 储存钙离子，作为细胞内信号物质，如肌
称为细胞内膜系统，如核被膜、内质网、高尔基体等。 • 功能：区隔化；增加内表面积，提高代谢和调节能力。 • 从系统发生来看内膜系统起源于质膜的内陷和内共生。 • 从个体发生来看新细胞的内膜系统来源于原有内膜系统
的分裂，具有核外遗传的特性。
第一节 内质网
• K. R. Porter等于1945年发现于培养的小鼠成纤维细胞， 因最初看到的是位于细胞质内部的网状结构，故名内质 网（endoplasmic reticulum，ER）。
• 是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，可分为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异 噬溶酶体(phagolysosome) 。 • 3、残体（residual body）
• 又称后溶酶体（ post-lysosome ）已失去酶活性，仅留未
消化的残渣，故名。残体可通过外排作用排出细胞，也可 能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的 脂褐质。
二、高尔基复合体的形态结构
• 是由数个扁平囊泡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，呈弓形或半球形。 • 凸出的一面对着内质网称为形成面或顺面（cis face）。凹进的一面对着质膜称为成熟面或反面 （trans face）。顺面和反面都有一些或大或小的 运输小泡。 • 扁平囊直径约1um，单层膜构成，中间为囊腔， 周缘多呈泡状，4~8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(Golgi stack)。
– ②赋予蛋白质传导信号的功能；
– ③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。
• 糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种：
– O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、 Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳
糖胺，在高尔基体上进行。
– N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰 胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。
合成蛋白质→ 进入ER腔→ COPII运输泡→ 在TGN形成运输泡→
进入顺面高尔基体→ 运输与质膜融合、 排出。
在medial Gdgi中加工→
• 3、进行膜的转化功能 • 内质网上合成的新膜脂转移至高尔基体后，经过修饰和加 工，形成运输泡与质膜融合。
• 4、将蛋白水解为活性物质
• 如将蛋白质N端或C端切除，成为有活性的物质，如胰岛素 （C 端）；或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活 性的多肽，如神经肽。 • 5、参与形成溶酶体。
网腔的一段序列，又称开始转移序列（ start transfer
sequence）；
2.
信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP），由
6种多肽组成，结合一个7SL RNA，能识别露于核糖体
之外的信号肽，又能识别粗面内质网上的SRP受体，。 能与信号序列结合，导致蛋白质合成暂停。
蛋白构成的通道，每个Sec61由3条肽链组成。
信号肽识别颗粒(SRP)
Translocation of soluble proteins across ER
SRP与信号 肽的结合使 翻译暂停
SRP-核糖体复合体 与内质网膜上的 SRP受体结合
新生肽链上的信号肽
核糖 体结 合蛋 白
继续翻译 并开始穿 过内质网 膜
膜系统，是封闭的网络系统。
• 分为粗面型内质网（rough endoplasmic reticulum，
RER ） 和 光 面 型 内 质 网 （ smooth endoplasmic reticulum，SER）。 •
•RER呈扁平囊状，排列整齐，有核糖体附着。主要
功能是合成分泌蛋白和各种膜蛋白，其分布情况及 发达成程度可作为判断细胞功能状态和分化程度的 一个指标。 •SER呈分支管状或小泡状，无核糖体附着是一种多 功能结构，如解毒作用、储存钙离子作用、合成脂 质等。
Insertion of a Multipass Transmembrane protein into the ER membrane
（２）、蛋白质的修饰与加工
• 包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等，其中最主 要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖 基化。
• 糖基化的作用：
– ①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；
高尔基复合体.有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网，转入溶
酶体中降解掉，大约90%的新合成的T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受 体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。
同时,蛋白质的折叠需要内质网腔内的可溶性驻留 蛋白如蛋白二硫异构酶、Bip等这类蛋白能特异性的识 别新生肽链或部分折叠的多肽并与之结合，帮助这些多 肽进行折叠、装配和转运，但本身并不参与最终产物的 形成，只起陪伴作用，故称为分子伴侣。
Protein glycosylation in RER
多萜醇
天冬酰胺
（3）、蛋白质链的折叠、组装和运输
• COP II介导由内质网输出的膜泡运输，这种膜泡由内质网的排出位点
（exit sites）以出芽的方式排出。
• 不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白质完 成正确折叠和组装的时间，这一过程是在属于 hsp70家族的ATP酶的 作用下完成的，需要消耗能量。 • 经过正确折叠和装配的蛋白质通过内质网膜以衣被小泡的形式运输到
• 膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解
二、溶酶体的类型
1、初级溶酶体（primary lysosome）
直径约0.2~0.5um，有多种酸性水解酶，但没有活性，包括蛋