第7章 细胞基质与细胞内膜系统

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§7.2.2 高尔基复合体
◆高尔基器(Golgi apparatus)或高尔基复合 体(Golgi complex)
与细胞的分泌功能有关, 能够收集和排出内质网 所合成的物质, 也是凝集某些酶原颗粒的场所, 参与糖蛋白和粘多糖的合成。
高尔基复合体与溶酶体的形成有关, 并参与细胞 的胞饮和胞吐过程。
细胞色素p-450一种末端氧化酶，在肝中具有 解毒作用，可通过羟基化而使脂溶性废物或代 谢产物失活并溶于水，排出细胞。
服用大量药物的动物，与解毒有关的酶活性会 大量增加，引起SER增长，一旦药物消失，多 余的SER会被溶酶体消化，几天内又恢复原来 的大小。
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中毒的肝细胞SER大量增生，占据细胞质绝大 部分，有的呈管状盘曲，排列成同心圆状==， 在其周围有丰富的线粒体M，有的为泡状散在--，SER增生与其解毒功能密切相关，线粒体 的围绕也可能与解毒时需要能量有关。
和颗粒后的上清液部分。富含蛋白质，占 细胞内的25～50%；含有多种酶，是细 胞代谢活动的场所；还有各种细胞内含物， 如肝糖原、脂肪细胞的脂肪滴、色素粒等
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主要特点: 高度有序
动态平衡
水分子多以水化物的形式结合
mRNA和核糖体也结合到细胞质基质上
蛋白和颗粒的扩散速率低
新看法
细胞质基质是由三类细胞质骨架形成的相互联 系的结构体系,其中蛋白和其他分子以凝聚态或 暂时的凝聚态存在
除哺乳动物细胞的红细胞外，ER在真核细胞中广 泛存在，一般认为细胞中只有一个ER以保证其功
能上的连续性。 ●Eห้องสมุดไป่ตู้ 是真核细胞中最大的细胞器 ● ER的膜占细胞膜系统的一半 ●所包围的体积占细胞总体积的10%
原核生物没有内质网,
由细胞质膜代行其功能。
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内质网的发现
1945 ,Porter和Claude等在电子显微镜下观察 组培的鸡胚成纤维细胞时发现各种大小的管道 相连成网状结构, 并集中在内质中, 所以建议 称作内质网。
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Protein glycosylation in RER
磷酸多萜醇 焦磷酸键
寡糖链
糖基转移酶
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N-乙酰葡萄糖胺
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细胞质基质和细胞核中的蛋白很少糖基化，内质 网上合成的蛋白大部分要糖基化
糖基化作用： 使蛋白能够抵抗消化酶的作用；
赋予蛋白传导信号的功能； 某些蛋白只有在糖基化后才能正确折叠．
(b)通过磷脂转运蛋白将 内质网上合成的脂转运到 线粒体、叶绿体和过氧化 物酶体的膜中。
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磷脂转运---内质网中的磷脂不断合成，使得内质 网的膜面积越来越大，必须有一种机制将磷脂转运 到其它的膜才能维持内质网膜的平衡
Transport by budding :
ER---GC, Ly, PM
Transport by phospholipid exchange proteins (PEP)
细胞的生物合成“工厂”
ＥＲ：由封闭的膜系统及其围成的腔形成的相互 沟通的网状结构，真核细胞中重要的细胞器，细 胞内蛋白和脂质的合成基地．
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内质网的形态结构
在透射电镜下观察，ER常呈平行的双层膜状 三维立体结构上，ER是由膜形成的一些形状大小不同 的小管，小囊或小泡构成的一个连续的网状膜系统， 内腔相通。 外表面称为胞质溶胶面或原生质面, 内表面称腔面。
第七章 真核细胞内膜系统的结构与功能 ➢细胞质基质 ➢细胞内膜系统
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§7.1 细胞质基质
概念：又称细胞质溶质，主要指真核细胞质内除 细胞器和内含物以外的较为均质半透明的胶状物质。
透明质,细胞液----胞质溶胶----细胞质基质
主要成分：中间代谢有关的数千种酶类、细胞 质骨架结构,糖原和脂滴
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胞质溶胶 （cytosol） 细胞匀浆经超速离心除去所有细胞器
端部分局部膨大---，或横缢成小泡。
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具易位子translocon结构－－: －－－－真核细胞内质网上的一种蛋白复合体，
中心有一直径２nm的通道，与新合成的蛋白进入 内质网有关． 不正确折叠的蛋白从易位子处由内质网腔进入细 胞质基质被降解．
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● 光面内质网(smooth endoplasmic reticulum, SER) 无核糖体附着由 小泡或小管 构成，主要从事细 胞的解毒作用,广泛存在于各种类型的细胞中 脂类合成的重要场所 往往作为出芽的位点, 将内质网上合成的蛋白质 或脂类转运到高尔基体。
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◆ 脂质的合成 SER除鞘磷脂、糖脂和2种线粒体磷脂外 能合成建造新膜所需的各种脂类
合成的最主要的磷脂为磷脂酰胆碱。
合成的脂类，有的掺入到ER本身，有的 则通过出芽的方式或专一性载体蛋白运 往其他的细胞器。
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膜磷脂转移的两种方式
(a)通过小泡运输将内质 网上合成的脂转运到其他 内膜系统的膜上包括细胞 核膜;
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● 粗面内质网(rough endoplasmic reticulum, RER) 多呈大的扁平膜囊状, 在电镜下观察排列极为整齐。它 是核糖体和内质网共同构成的复合机能结构, 普遍存在 于分泌蛋白质的细胞中 主要功能是合成分泌性的蛋白质、多种膜蛋白和酶蛋白 。
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水仙幼嫩叶肉细胞RER RER十分发达，顶
磷脂交换蛋白: ER—other organelles
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ER膜，两半脂类分布不对称？
磷脂酰胆碱的合成需要存在ER上的酶催化，酶 的活性部位朝向胞质溶质一侧，所以磷脂的合 成只发生在膜邻近胞质溶质的一半。
ER膜中存在有反转酶，能把含有胆碱的磷脂从 膜的胞质侧反转到邻腔的一半，但对含乙醇胺， 丝氨酸或肌醇的磷脂无反转作用。
N-连接糖基化
糖供体：核苷糖
糖载体：磷酸多萜醇
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◆新生肽的折叠与组装
正确折叠的蛋白才能被转运到高尔基体,否则, 通过易位子进入细胞质基质,降解
2种重要的网质蛋白，参与了蛋白的折叠
PDI: 蛋白质二硫化物异构酶
Bip: 免疫球蛋白重链结合蛋白
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PDI: 蛋白质二硫化物异构酶-------切断二硫键, 帮助新合成的蛋白重新形成二硫键并处于正确的 折叠状态 可加快蛋白正确折叠速度
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内质网的功能
◆ 蛋白质的合成 ◆蛋白质的修饰和加工 ◆新生肽的折叠与组装 ◆ 脂质的合成 ◆其他功能
◆ 蛋白质的合成
细胞中蛋白都是在核糖体上合成，并起始于细胞 质基质中“游离”核糖体
内质网上合成的蛋白： 分泌蛋白，整合膜蛋白，内膜系统各种细胞器内的 可溶性蛋白［需要隔离或修饰］
细胞质基质中合成的蛋白： 细胞质基质中驻留蛋白， 质膜外周蛋白， 核输入蛋白， 转运到线粒体和过氧化物酶体的蛋 白
Bip: 结合蛋白------一种分子伴侣chaperone
识别错误折叠的蛋白或未装配好的蛋白亚单 位,通过稳定中间产物并阻止其聚集或不可逆变 性来协助蛋白的折叠，在此过程中，其本身不发 生变化，故被称为分子伴侣。
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光面内质网的功能
糖原分解释放葡萄糖 类固醇激素的合成 肌肉收缩的调节 肝细胞的脱毒作用等。
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◆ 蛋白质的修饰和加工
修饰：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等
糖基化： 发生在ER腔面，是在糖基转移酶作用下. 可分成两大不同的糖基化修饰：
特征 合成部位 与之结合的 氨基酸残基
N-连接 糙面内质网
天冬酰胺
第一个糖残基 N-乙酰葡萄糖胺
O-连接 高尔基体
丝氨酸，苏氨酸， 羟赖氨酸，羟脯氨酸
N-乙酰半乳糖胺等
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微粒体
----在细胞匀浆和差速离心过程中获得的 由破碎的内质网自我融合形成的近似球
形的膜囊泡状结构,仍具有内质网的基本
特征。
内质网与其他细胞器的关系
细胞膜: 有时与内质网连接,甚至有管道相通
核膜: 通常内质网与外核膜相连 高尔基体: 结构,功能,发生上相联系 线粒体: 合成旺盛的细胞中两者总是相伴 微管: 内质网的分布与微管的走向一致
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细胞质基质的功能
完成各种中间代谢过程 如糖酵解过程、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径
糖原、蛋白质、脂肪酸的合成等
蛋白质的分选与运输
与细胞质骨架相关的功能 维持细胞形态、细胞运动、胞内物质运输及
能量传递等
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细胞质基质的功能
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，形 成正确的分子构象
都有丰富的光面内质网，并在光面内质网上含有 合成胆固醇和将胆固醇转化为激素的全套酶系；
所以光面内质网能够合成胆固醇，然后将胆固醇 氧化、还原、水解进一步转变成各种类固醇激素。
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■肌肉收缩的调节 Ca2+离子的调节作用 肌质网是细胞内特化的光面内质网, 是贮存Ca2+的 细胞器。肌质网膜上重要的膜蛋白是Ca2+-ATP酶。
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细胞质基质的功能
蛋白质的修饰
辅酶或辅基结合；磷酸化；糖基化；甲基化； 酰基化
控制蛋白质的寿命
稳定蛋白信号：N端第一Aa为Met，Ser， Thr，Ala，Val，Cys，Gly，Pro
泛素：76Aa 蛋白酶体：26S，筒状催化核心，调节部分
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降解变性和错误折叠的蛋白质 畸形蛋白暴露疏水基团，形成N端不稳定AA, 同样被依赖于泛素的蛋白降解途径水解 帮助变性或错误折叠的蛋白质重新折叠 ，形成正确的分子构象
细胞中 内质网 与细胞 核、高 尔基体 的立体 结构
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内质网种类
根据是否附有核糖体： 糙面内质网(RER) 光面内质网(SER)
细胞不含纯粹的RER或SER,分别是ER连续结构 的一部分
糙面内质网(Rough ER) 其上有核糖体，多为扁囊状，广泛存在 于合成蛋白质的细胞中。
光面内质网(Smooth ER) 无核糖体，多为小管或小囊状，广泛存 在于合成类固醇的细胞中。
线粒体
通过氧化磷酸化合成ATP
叶绿体
进行光合作用
过氧化物酶体 毒性分子的氧化
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线粒体、叶绿体、过氧化物酶体和细胞核等的独 立性很强,并且有特别的功能；
都参与蛋白质的加工、分选和膜泡运输,形成 了一个特别的细胞内系统。
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§7.2.1 内质网 Endoplasmic Reticulum, ER
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高尔基复合体的发现
◆意大利科学家Golgi在 1898年用硝酸银染色法 在猫头鹰和小猫的一种神经细胞中，发现了一种 嗜银的网状结构，由于存在于细胞内质中，命名 为内网器。
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细胞中蛋白主要由那种核糖体合成，膜结 合核糖体还是“游离”核糖体？ 游离核糖体合成的蛋白质的分配去向包括 胞质溶胶、线粒体、过氧化物酶体、细胞 核等， 约占细胞体积的80%以上。
而膜结合核糖体上合成的蛋白质的去向包 括ER、高尔基体、溶酶体、质膜、细胞外 等，只占细胞体积的20%
游离核糖体上合成的蛋白质起主导作用。
各自独立的结构和功能 又紧密相关，尤其是它
们的膜结构是相互转换 的，这种转换的机制则 是通过蛋白质分选和膜 运输实现的
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真核细胞膜结合区室的主要功能
细胞器(区室) 主要功能
胞质溶胶
代谢的主要场所；蛋白质合成部位
细胞核
内 内质网
膜
系
高尔基体
统 溶酶体
内体
基因组存在场所，DNA和RNA的合成地 大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地 蛋白质和脂的修饰、分选和包装 细胞内的降解作用 内吞物质的分选
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光面内质网在糖原裂 解中的作用
肝细胞中,糖原裂解释 放葡萄糖-1-磷酸, 转 变成葡萄糖-6-磷酸, 但不能通过细胞质膜。
SER上的葡萄糖-6-磷 酸酶将葡萄糖-6-磷酸 水解为葡萄糖和磷酸 后,葡萄糖就可穿过细 胞质膜进入血液。
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■ 类固醇激素的合成 分泌类固醇激素的细胞如肾上腺细胞、黄体细胞
分子伴侣 ：热休克蛋白
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§7.2 内膜系统
概念：在结构、功能及发生上密切相关的由膜包被的 细胞器或细胞结构，包括内质网、高尔基体、溶酶体、 内体和分泌泡等。 这些膜是相互流动的，处于动态平衡，功能上相互协 调
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真核细胞在进化上一个 显著特点就是形成了发 达的细胞质膜系统, 将 细胞分成许多膜结合的 区室,包括内质网、高尔 基体、溶酶体、内体和 分泌泡等。
肌质网实际上是作为钙库, 其内有钙结合蛋白, 每个钙结合蛋白可以结合30个左右的Ca2+。兴奋 信号传递到肌质网时则引起肌质网释放Ca2+, 从 而导致肌细胞的收缩活动
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肝细胞的脱毒作用
在SER膜中，有一些酶能与外源性物质结合并使其 发生氧化而失活，具有清除脂溶性废物和代谢产生 的有害物质的作用。如果外源性物质为有害物质如 药物，使其失活的作用为解毒作用。