细胞生物学笔记-细胞的内膜系统

内膜系统概念:是细胞内部在结构、功能及其发生上相互关联的膜性结构细胞器的总称组成

概念细胞质中由小管、小泡和扁囊连接成三维网状的膜系统,由内质网膜围成的腔称为内质网腔;

功能

★区域化作用

★扩大表面积

★合成和分解作用内质网

高尔基体

溶酶体

过氧化氢酶体

囊泡和囊泡运输

核膜

形态和结构

扁囊

小管

小泡

脂类占1/3 蛋白质占2/3

化学成分

卵磷脂占55%

脑磷脂占20-25%

磷脂酰丝氨酸占5-10%

磷脂酰肌醇占

5-10%

鞘磷脂占4-7%

占60-70%,含有30-40种酶,三大酶系:

1、与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系。

2、与脂类代谢功能反应相关的酶类。

3、与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类。

由膜构成的小管、小泡或扁平囊连成的网状膜系统,因此把小管、小泡扁平囊看作是

构成内质网膜的结构单位。它们围绕细胞核成同心圆层次,膜可与核膜、质膜相连通。结构特点

类型及其特有功能粗面内质网(rough ER, r ER

呈扁囊状,膜上附着有核糖体

其腔常与核周腔相连

滑面内质网(s ER)

内质网表面没有核糖蛋白体附着

请自己查书、笔记填写出方框、下划线、括号处的内容,以便复习。

也请注意出现的错别字。

粗面内质网

功 1)作为核糖体的支架 能 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 由片层状排列的扁平囊构成,表面附着有核糖蛋白体。 在分泌Pr 旺盛的细胞中r ER 特别丰富。如 ①胰腺细胞、浆细胞、胃酶细胞中全部为r ER 。 ②在未成熟的细胞或未分化的干细胞和胚胎细胞r ER 不发达,

因此根据r ER 结构的复杂程度来断判细胞的功能状态和分化程度。 ③r ER 上的核糖Pr 体主要合成细胞外的分泌Pr ,如酶、肽类激素和抗体。 信号肽介导的蛋白质合成、加工和运输 1)核糖体与ER 膜结合(四步) ①信号密码和信号肽的产生 ②信号识别颗粒(SRP)及其特点 ③SRP —核糖体复合体形成 ④复合体与ER 膜结合 2)在信号肽的引导下多肽链穿膜进入ER 腔内(蛋白质合成信号假说) 3)多肽链在ER 腔内折叠(分子伴侣折叠) 细胞质中存在一类特殊蛋白质分子能对新合成的多肽进行折叠转运,这种蛋白质称分子伴侣。 滞留信号肽(KDEL):分子伴侣C 端末尾都具有“滞留信号肽”,它可与ER 膜KDEL 受体结合, 而不被转运出ER ,而长期驻留于ER 腔内,故分子伴侣又被称为驻留蛋白。

4)蛋白质在ER 腔内的糖基化 ER 合成蛋白质(主要指分泌蛋白)在ER 管腔内,进行糖基化,形成糖蛋白。

糖基化 是指单糖或者寡糖与蛋白质之间通过共价键的结构形成糖蛋白的过程。 糖蛋白中最普遍的一种糖基是与天冬酰胺残基连接的N-连接寡糖,这主要是在rER 中完成。 5)蛋白质胞内运输过程:

rER 上合成的都是外输性Pr,经修饰、加工后以“出芽”的方式形成膜性小泡被转运。

①小泡被转运进入高尔基复合体(外输性蛋白的主要途径) ②直接形成酶原颗粒,排出细胞(特指哺乳动物的胰腺外分泌细胞)

SRP+核糖体 信号肽存在 SRP-核糖体复合体

在信号肽引导下

复合体与ER 膜上受体结合 信号肽穿膜入腔并被切掉讲解 受体变构 SRP 脱离核糖体进入循环 完整多肽合成,核糖体脱离ER 膜。 粗面内质网上合成的蛋白质包括: (1)外输性或分泌性蛋白质: 包括所有的肽类激素、多种细胞因子、抗体、消化酶、细胞外基质蛋白等。 (2)膜整合蛋白质(内在蛋白): 例如膜抗原、膜受体等功能性膜蛋白。

(3)细胞器中的驻留蛋白: 包括粗面内质网自身在内的滑面内质网、 高尔基复合体、溶酶体等各种细胞器中的 可溶性驻留蛋白。 这些蛋白质,均须经由粗面内质网进行修饰、加工和转运。

滑面内质网的功能 1)脂类的合成和运输:sER 合成的脂类与rER 合成的蛋白质结合形成脂蛋白, 经高尔基体分泌出胞。如肝细胞中合成的低密度脂蛋白(LDL )和极低密度脂蛋白。 2)糖原的合成与分解:主要存在于肝细胞中的sER 网膜上。 3

)解毒作用:存在于肝细胞中。 4

)参与肌肉的收缩作用:因为肌细胞的肌质网膜是Ca2+储成场所。 5

)参与胃酸与胆汁的合成与分泌:胃壁腺上皮细胞中滑面内质网可使CI-与H+结合生成HCI ;在肝细胞中,滑面内质网不仅能够合成胆盐,而且,可通过所含葡萄糖醛酸转移酶的作用,使非水溶性的胆红素颗粒形成水溶性的结合胆红素。 病理改变的现象:肿胀、肥大、某些物质的积累。 本质:是由于水分和Na+的流入,使内质网变成囊泡,囊泡融合扩张成大囊泡。 如低氧、辐射和阻塞所造成的压力均可能引起ER 的肿胀和扩张。 例1:病毒性肝炎:肝细胞发生水分丢失,出现脱水时,rER 上的核糖体会脱落,

这时萎陷的ER 和其它细胞成分一起浓缩成团块,肝细胞皱缩。

2:在细菌性感染和有毒物进入体内后, 产生抗体的浆细胞和具有解毒作用的肝细胞的ER 会变的肥大, 反应机体抗感染和解毒的作用。 例3:癌细胞中的ER 改变:不同的癌细胞其ER 改变不同:

① 高分化癌细胞ER 丰富,呈网状遍布于细胞。 ② 低分化癌细胞ER 少。 ③ 高侵袭力癌细胞伸出伪足,ER 可伸至其中。 ④ 低侵袭力癌细胞伪足少。

分选蛋白质的去向:

①形成溶酶体

②转运形成膜蛋白或分泌出胞

③以分泌小泡的形式储存于细胞质中, 在需要时再分泌出胞。

高尔基体

③低密度区:半乳糖基转移酶及唾液酸基转移酶。

特色反应:

①生成面:锇酸浸染(细胞嗜锇反应),G 体生成面呈黑色网状。 ②成熟面:用焦P 酸胺素酶(TPP)水解TPP 。 ③中间膜囊:用烟酰胺嘌呤二核苷磷酸酶

把NADP(辅酶Ⅱ)水解为NAD(辅酶Ⅰ),并释放磷酸。

④CMP 酶(胞嘧啶单核苷酸):CMP 为溶酶体(L)标志酶,在G 体成熟面也有, 它们是ER 的一部分,参与了L 的生成,所以又称为GERL 。

蛋白质糖基化的意义:

◆糖基化使蛋白质免于水解酶的降解; ◆糖基化可以引导蛋白质靶向运输; ◆糖基化能形成糖被,对细胞起保护、 识别及通讯作用。

G 体可对N-连接寡糖进行修剪。 糖蛋白:增强蛋白质的稳定和单向运输。 糖链还有免疫识别的作用

分选:例如L 酸性水解酶(糖蛋白)糖链中必须含有M6P

(即磷酸化甘露糖),也就是说G 体反面在对蛋白分选时,

只有糖链中含有M6P 的糖蛋白,才能被分选运输到L 中。转运小泡由反面G 体网状结构生成,并由衣被包裹,形成衣被小泡(分泌泡)。衣被小泡在运输过程中,衣被会逐渐脱去,衣被返回到高尔基网状结构中去。

膜的转化

功能上:修饰、加工、分选、转运、蛋白质。 结构上:膜流

不同病理条件下,G 体异常改变 ①癌细胞不同分化程度

低分化的癌细胞,G 体少,不发达 高分化的癌细胞,G 体发达 ②病理状态下:

肝细胞中G 体脂蛋白合成发生障碍, 脂蛋白颗粒消失,G 体形态萎缩, 结构损坏,甚至消失。 ③细胞机能亢进时: G 体结构肥大,分泌活动加强,

溶酶体

酸性水解酶构成的具有消化作用的囊泡状细胞器

各种酸性蛋白,少量的糖、脂、核酸。

初级溶酶体

次级溶酶体

三级溶酶体

吞噬溶酶体

内体溶酶体

=内体溶酶体+吞噬底物=

=运输小泡+内体自噬性溶酶体

异噬性溶酶体

残质体

◆溶酶体都含有酸性水解酶

◆都是一层单位膜包裹

◆膜中都含有高度糖基化的膜整合蛋白

◆膜上嵌有质子泵,

能将H+逆浓度梯度泵入溶酶体,

维持溶酶体中的酸性环境

◆具有高度的异质性;

溶酶体膜失常与疾病:

溶酶体膜是一层单位膜,在正常情况下,

它有明显的屏障作用,可防止水解酶进入胞质,

以免细胞的结构被破坏而造成细胞的死亡。如

果因某种原因使溶酶体膜受损,各种水解酶进入

胞质可使细胞分解;如果进入细胞间质,可破

坏细胞间质,导致组织自溶,如矽肺、痛风等

病就与溶酶体膜遭受破坏有关。

糖原贮积病又名Pompe病,是由于肝

和肌细胞中溶酶体内缺乏一种酸性α-

葡萄糖苷酶。

正常时此酶分解糖原,当缺乏此酶

时,溶酶体吞噬的过剩糖原无法降解,大

量堆积在次级溶酶体内使其肿胀,最后,

溶酶体破裂,其他酶漏出,严重破坏组织

细胞,此病属常染色体缺陷性遗传病,患

痛风:破坏物质沉积在骨膜腔和结

缔组织中的尿酸结晶,该结晶被中

性粒细胞吞噬,释放肺原酶,破坏

软骨组织而产生炎症。

先天性溶酶体病:指遗传所致溶

酶体某种酶缺乏,造成次级溶酶体

内相应底物不能被消化,底物积蓄,

代谢障碍,故又称贮积性疾病。目前

已知此类疾病有40种以上,大致可

分为糖原贮积病、脂质沉积病、粘

多糖沉积病等几大类。

早在30年前,Allison就提出:

溶酶体与癌症的发生有关。

近年来,溶酶体与癌症发生之

间的关系日益引起人们的注意,有

些致癌、促癌物质造成溶酶体膜伤

害,使其内部的酶游离出来,造成

DNA分子的损伤,可以引起细胞癌

变。除上述之外,溶酶体还与休克、

细胞老化及心脏、肝脏的某些疾病

矽肺:肺部吸入矽尘后,矽粉末(SiO2)

被组织中的吞噬细胞吞噬,但是溶酶

体不能破坏矽粉末,而矽粉末却能使

溶酶体膜破坏,释放出其中的水解酶,

引起细胞死亡;释放出的矽粉末再被

健康的吞噬细胞吞噬可得到同样的结

果,肺部细胞死亡,导致肺原纤维沉

积,减低肺的弹性,损伤肺的功能。

Gaucher病:又称脑苷脂沉积病,是

巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏

β-葡萄糖苷酶造成的。

大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些

细胞溶酶体内,巨噬细胞变成Gaucher

细胞,患者的肝、脾、淋巴结等肿大,

中枢神经系统和脑干神经系统发生变

性、萎缩。此病多发生于婴儿,病程进

展很快,常在1岁内死亡,如果幼年后才

发病,则病程进展慢,最长者可活10多

溶酶体的作用过程

①对有毒物质的解毒

在过氧化物酶体中,氧化酶能氧化多种底物(RH2),

并将氧还原为过氧化氢(H 2O 2),过氧化氢酶又把过氧化氢还原为水。

RH 2+O 2 R+H 2O 2

H 2O 2 + R`H 2 R`+H 2O

氧化酶氧化

还 原

过氧化氢酶

还 原

功能

②调节细胞氧张力,避免细胞遭受高浓度氧的损伤 ③对细胞质氧化型辅酶Ⅰ的再生作用 ④参与脂肪、核酸和糖的代谢

过氧化物酶体

结构

在电镜下过氧化物酶体由单位膜包裹、内含多种氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶的圆形或卵圆形小体,亦称微体(中央含有电子密度较高呈规则状的结构)

成分

过氧化物酶体内含40多种酶(一个酶体不全含)。主要是氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶。

其中氧化酶占总量的50%,过氧化氢酶占总量的40%。每个酶体中均含有H 2O 2酶

还原是加电子,提供电子的是底物RH 2,R`H 2等供体 如甲醇、乙醇、亚硝酸盐或甲酸等分子。

H 2O 2对细胞有害,过氧化氢酶能消除H 2O 2, 防止H 2O 2在体内聚积。过氧化氢酶能利用H 2O 2 通过氧化反应来氧化分解有毒物质, 如酚、甲酸、甲醛、乙醇、亚硝酸盐等。

由 滑面 内质网出芽形成,再由信号肽引导,被转运到过氧化物酶体中。

但现在也证明,过氧化物酶体的大部分蛋白(各种酶)是在细胞质中游离核糖体上合成的。由酶蛋白上的信号肽(丝—赖—亮)将其引导到过氧化

物酶体之中。 推测过氧化物酶体膜上存在着识别相应信号肽的受体。

发生 ①肝癌细胞中,过氧化物酶体少,生长快,其量少。 ②病毒肝类等炎症或乙醇中毒,过氧化酶体增多。 ③组装缺陷:例如

病变细胞中的过氧化物酶体 如:Zellweger 综合征(脑肝

肾综合征):(AR ),发病率

新生儿的1/25000-50000。由于过氧化氢体膜上转运

蛋白分子异常,使酶分子不能进入腔内,对极长脂

肪酸无法氧化,使其堆积

在细胞质内,影响早期胚

胎细胞的迁移。

成的蛋白质经高尔基体

膜或内体。细胞外入胞早期内体运至溶酶体

囊泡运输囊泡:是真核生物由细胞(器)膜外凸或内凹而、

―囊泡转运‖。

G→分泌泡→溶酶体等。

网格蛋白包被囊泡

COPⅡ包被囊泡(小泡)

COPⅠ包被囊泡

真核生物的囊泡均由一层膜包裹,称―囊膜‖,

囊膜表面有特异性的包被蛋白(衣被)。

包被蛋白的作用:①能将囊膜塑成芽泡

②分选(识别)、转运蛋白质

网格蛋白包被囊泡

★由G体反面的管网结构出芽生成,负责蛋白质从G反面的管网结构

运至质膜、胞内体、溶酶体以及分泌出胞。

★由细胞膜内凹生成

◆囊泡的表面覆盖一层形同网格的纤维丝状蛋白(网格蛋白),该蛋白有三个外展臂(或称三腿),

每一个臂含一条重链、一条轻链,其中轻链有α、β两种类型,它们功能各异。

◆网格蛋白位于囊泡的表面,大大提高了网格蛋白包裹囊泡的表面张力。

◆网格蛋白与囊泡之间的距离为20mm,其间充满大量转接蛋白(即接合素,负责捕获被转运分子

)。

结构特点

过程:由细胞膜内陷形成小窝,逐渐被网格蛋白包裹,形成网格蛋白包被小窝,随着小窝内陷加深,其表面被网格蛋白完全包住,形成网格蛋白被包囊泡。

功能:物质→从质膜→内吞泡→胞内体→溶酶体溶解消化。

来源

①动力素:动力素是由900个氨基酸组成的胞浆蛋白,也是一种GTP结合蛋白,存在于有被小窝的颈部,

形成环状结构,能水解GTP,收缩囊泡口,使囊泡与细胞膜脱离。

②接合素(转接蛋白):

网格蛋白包被囊泡在转运过程中,被转运分子由网格蛋白和囊泡之间的转接蛋白进行识别和捕获。

过程:被转运的分子先与质膜上的受体结合,形成复合体,再与接合素结合而被捕获,

结合在受体上的分子被整合进入网格蛋白包被囊泡膜内以便运输。

转运分子+受体→复合体+转接蛋白(捕获)→网格蛋白包被囊泡。

形成

COPⅡ包被囊泡

概念:指囊泡表面,覆盖着COPⅡ蛋白的囊泡。

结构:COPⅡ蛋白由5种蛋白亚基组成。

功能:负责从内质网→向G体转运物质。

来源:由ER出芽生成(即G体顺面转运小泡部分)

原理:◆COPⅡ包被小泡对转运物质有选择性;

即只能与转运到G的某些可溶性蛋白选择性的结合,

而不能与到G的驻留蛋白结合。

◆COPⅡ蛋白能识别ER合成的膜蛋白上的分选信号,

并与之结合,将其选择性的运出ER。

COPⅠ包被囊泡

概念:即指囊泡表面覆盖着COPⅠ包被蛋白的囊泡。

结构:COPⅠ包被蛋白是由多个亚基组成的多聚体,

如α、β、γ、δ、ε等。

功能:主要负责G体膜内蛋白逆向转运,

即从G逆向ER运输,同时回收转运内质网逃逸蛋白。

产生:COPⅠ由G体出芽生成。

原理:在G体顺面膜上存在滞留信号肽(KDEL)受体。

这种受体能将COPⅠ包被囊泡中的蛋白返回内质网。

因为内质网驻留蛋白或者G体顺面膜内蛋白都含有信号肽序列

(KDEL)。当逃逸时首先到达G体,此时可被G体顺面上的KDEL

受体识别,而被COPⅠ囊泡包被后送返ER。

COPⅠ包被小泡也可进行从ER→G顺面→G体反面的顺行

转运(很少)。

囊泡转运及其特点

(一)、物质定向运输:

◆囊泡产生的方式:由细胞器膜外凸或内凹芽生形成,囊膜来源于细胞器的膜。

◆囊泡转运的本质:是从一种细胞器膜产生,脱离后又定向地与另一细胞膜相互融合的过程,囊泡的转运总是伴随着物质的转运。

◆囊泡转运的方向:取决于被转运物质的性质和去向,如胞吞、胞吐。

(二)、高度的有序性和严格的选择:

★囊泡转运的有序性:特定物质→特定运行方式→锚泊(定)于既定靶标→膜融合→释放被转运的物质。★严格的选择性:如从ER→G转运,从驻留Pr和不合格的外输Pr又被COPI遣返回ER。

囊泡与靶细胞器的结合(囊泡与靶细胞器的特定锚泊与融合)

1、锚泊的概念

转运囊泡以出芽方式产生后,按一定的途径到达靶细胞器,转运囊泡通过对靶细胞器进行识别,

而将其内容物转入靶细胞器,这种识别称―锚泊‖,锚泊后的囊泡与靶细胞融合,并释放出转运分子。

2、囊泡与靶细胞器间的识别:即先识别→膜融合→释放转运分子。

①原理:细胞中各类转运囊泡及细胞器膜的表面均存在着一套特有的、互补的―识别‖序列(SNAREs或

称融合锚定蛋白),又称―膜结合受体蛋白‖。如转运囊泡表面的V AMP(腺苷酸酶)相关蛋白被称为囊泡SNAREs);而靶细胞膜上的syntaxin则为靶C器膜上SNAREs的对应序列t-SNAREs。

识别步骤:

第一步:转运囊泡表面的腺苷酸酶(V AMP)与靶细胞膜上的

syntaxin互相识别锚泊(有特异性)。

第二步:囊泡与靶细胞器膜准确融合。

锚泊蛋白:细胞内所有膜的融合都是由融合蛋白催化完成的,

该蛋白在膜融合部位合成,并与SNAREs组装成融合复合物。

融合锚泊蛋白的类型:

转运囊泡的融合涉及三种融合锚泊蛋白。

①V-SNARE:囊泡表面膜受体蛋白。

②t-SNARE :靶细胞器膜受体蛋白。

③SNAP25 :指可溶性NSF附着受体。

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