1、廣東醫學院生物教研室廣東醫學院生物教研室 張華華張華華第六章 內膜系統Endomembrane system第六章之二第六章之二 內質網內質網（部分）（部分） 高爾基復合體高爾基復合體內膜系統內膜系統 概概 念念 ：細胞質中由膜圍成的、在結構、功能，細胞質中由膜圍成的、在結構、功能，乃至發生上有密切關系的小管、小泡和扁囊共乃至發生上有密切關系的小管、小泡和扁囊共同組成的同組成的膜系統膜系統。屬于內膜系統的細胞器有：。屬于內膜系統的細胞器有：內質網、高爾基復合體、溶酶體、過氧化物酶內質網、高爾基復合體、溶酶體、過氧化物酶體、各種運輸小泡及核膜等功能結構。體、各種運輸小泡及核膜等功能結構。 意意

2、義：義： 內膜系統的出現是真核細胞區別于原內膜系統的出現是真核細胞區別于原核細胞的顯著特點之一，其意義在于：大大增核細胞的顯著特點之一，其意義在于：大大增加了細胞內膜的表面積，為多種酶特別是多酶加了細胞內膜的表面積，為多種酶特別是多酶體系提供了大面積的結合部位。體系提供了大面積的結合部位。內膜系統內膜系統l 內膜系統結構上的統一性內膜系統結構上的統一性l內膜系統功能上的統一性內膜系統功能上的統一性是細胞內蛋白質的加工、分選和運輸系統是細胞內蛋白質的加工、分選和運輸系統Endoplasmic Reticulum (ER)內內 質質 網網n 內質網的化學組成內質網的化學組成n 內質網的功能內質網的

3、功能u粗面內質網粗面內質網(RER)的功能的功能u滑面內質網滑面內質網(SER)的功能的功能n 內質網的形態結構和類型內質網的形態結構和類型n 內質網的病理改變內質網的病理改變內質網內質網（endoplasmic reticulum,ER） 19451945年年Porter K.RPorter K.R和和Claude A.DClaude A.D用電子顯用電子顯微鏡觀察培養的小鼠微鏡觀察培養的小鼠成纖維細胞發現細胞成纖維細胞發現細胞質中有一些形狀大小質中有一些形狀大小略有不同的小管、小略有不同的小管、小囊連接成網狀的結構囊連接成網狀的結構稱稱內質網內質網。ER的化學組成的化學組成脂質和蛋白質，動

4、物細胞內質網脂質含脂質和蛋白質，動物細胞內質網脂質含量約為量約為60%60%，蛋白質含量約為，蛋白質含量約為40%40%。 1 1、扁平囊排列、扁平囊排列： 內質網膜之間為狹窄內質網膜之間為狹窄的腔，形狀扁而長，的腔，形狀扁而長，不封閉，相互連通。不封閉，相互連通。 2.2.小泡狀排列小泡狀排列 泡狀，如氣球，腔較泡狀，如氣球，腔較大。大。 3.3.小管狀排列小管狀排列 呈分支而細長的管子。呈分支而細長的管子。ER的形態結構和類型的形態結構和類型形態形態 內質網的形態變異很大，其形態、數量內質網的形態變異很大，其形態、數量和分布在不同細胞中不同，常與細胞的和分布在不同細胞中不同，常與細胞的類型

5、、生理功能狀態、分化程度以及環類型、生理功能狀態、分化程度以及環境條件有關。境條件有關。 同一細胞不同區域的內質網其形態也會同一細胞不同區域的內質網其形態也會隨發育時期、生理狀態不同而不同。隨發育時期、生理狀態不同而不同。ER的形態結構和類型的形態結構和類型結構結構 1、內質網膜：、內質網膜： 內質網是交織分布在內質網是交織分布在細胞質中高度分化、細胞質中高度分化、十分復雜的內膜管道十分復雜的內膜管道系統。厚約系統。厚約5-6nm .5-6nm . 2、內質網腔：內質網腔： 由內質網膜圍成的空由內質網膜圍成的空腔。其大小隨細胞種腔。其大小隨細胞種類和生理狀態而不同類和生理狀態而不同。ER的形態

6、結構和類型的形態結構和類型光面內質網光面內質網(SER)Smooth endoplasmic reticulum特點特點:膜表面附著核膜表面附著核糖體糖體形態形態:多為板層狀排多為板層狀排列的扁囊列的扁囊分布分布:多在分泌活動多在分泌活動旺盛的細胞內旺盛的細胞內特點特點:膜表面膜表面無無核糖體核糖體形態形態:多為分支小管或小泡多為分支小管或小泡分布分布: 肌細胞、合成類固醇肌細胞、合成類固醇激素的細胞中較豐富激素的細胞中較豐富核糖體核糖體細胞核細胞核ER的形態結構和類型的形態結構和類型糙面內質網糙面內質網(RER)Rough endoplasmic reticulum類型類型Rough end

7、oplasmic reticulum 糙面內質網糙面內質網Smooth endoplasmic reticulum 光面內質網光面內質網內質網的模式圖內質網的模式圖漿細胞漿細胞細胞核細胞核Z線線I帶帶A帶帶肌原纖維肌原纖維肌纖維膜肌纖維膜肌質網肌質網線粒體線粒體肌細胞肌細胞RER function1.1.蛋白質合成蛋白質合成二、二、ER function 膜整合蛋白膜整合蛋白 分泌蛋白分泌蛋白 溶酶體酶蛋白溶酶體酶蛋白 駐留蛋白駐留蛋白 u合成蛋白質的種類合成蛋白質的種類注意：注意：細胞中蛋白質都是在核糖體上合成的，細胞中蛋白質都是在核糖體上合成的，并都是起始于細胞質基質中并都是起始于細胞質基

8、質中“游離游離”核糖體核糖體。編碼分泌蛋編碼分泌蛋白的白的mRNA附著的多聚核糖體附著的多聚核糖體核糖體的大小亞基貯存庫核糖體的大小亞基貯存庫編碼結構蛋白的mRNARER function1.1.蛋白質合成蛋白質合成l信號肽假說的主要內容信號肽假說的主要內容l參與因子參與因子蛋白質蛋白質N N端的信號肽端的信號肽信號識別顆粒（信號識別顆粒（signal recognition particle，SRP）信號識別顆粒受體（信號識別顆粒受體（SRP-receptor）通道蛋白移位子通道蛋白移位子RER function1.1.蛋白質合成蛋白質合成信號肽信號肽的合成的合成 1信號肽信號肽- -SRP

9、SRP- -核糖體核糖體2123456信號肽信號肽-SRPSRP- -SRPSRP受體受體- -核糖體核糖體3核糖體核糖體-移位子移位子4信號肽信號肽被切被切,多肽鏈多肽鏈進入進入RER腔腔5多肽鏈合成完成多肽鏈合成完成,核核糖體大小亞基分離糖體大小亞基分離6信號肽信號肽信號肽假說信號肽假說細胞質中核糖體在蛋白質合成啟細胞質中核糖體在蛋白質合成啟動后動后, , 根據根據mRNAmRNA上特定的信號序上特定的信號序列合成列合成一段短肽一段短肽, ,它可它可引導引導核糖核糖體結合到粗面內質網膜上體結合到粗面內質網膜上SRP receptor通道蛋白移位子通道蛋白移位子信號識別顆粒信號識別顆粒(SR

10、P)(signal recognition particle)1. 1. 蛋白質的合成蛋白質的合成RER function1. 1. 蛋白質的合成蛋白質的合成2.2.新生多肽鏈的折疊和裝配新生多肽鏈的折疊和裝配RER function內質網中含有豐富的內質網中含有豐富的氧化型谷胱甘肽（氧化型谷胱甘肽（GSSG）、）、蛋白二硫蛋白二硫鍵鍵異構酶（異構酶（二硫鍵形成）二硫鍵形成）和和結合蛋白結合蛋白（Binding protein，Bip 促進促進肽鏈肽鏈折疊折疊），為蛋白），為蛋白質的折疊提供了極為有利的環境。質的折疊提供了極為有利的環境。多肽鏈的氨基酸組成和排列決定蛋白質的多肽鏈的氨基酸組成和

11、排列決定蛋白質的基本理基本理化特性；化特性；多肽鏈的折疊而成的三維高級結構決定多肽鏈的折疊而成的三維高級結構決定蛋白質功能的實現蛋白質功能的實現。 指單糖或寡糖與蛋白質共價指單糖或寡糖與蛋白質共價結合形成糖蛋白的過程結合形成糖蛋白的過程蛋白質的糖基化：蛋白質的糖基化：3. 3. 蛋白質的加工修飾蛋白質的加工修飾RER functionuN-N-連接的糖基化連接的糖基化:(:(始于始于ERER腔腔, ,完成于完成于GC)GC) 寡糖連接到肽鏈的寡糖連接到肽鏈的天冬酰胺殘天冬酰胺殘基側鏈的基側鏈的氨基氨基(NH2)上上uO-O-連接的糖基化連接的糖基化:(:(全部或主要于全部或主要于GCGC完成完

12、成) )寡糖寡糖寡糖轉移酶寡糖轉移酶多多萜萜醇醇1414個糖殘基個糖殘基-連接的糖基化連接的糖基化RER出出芽芽運輸小泡運輸小泡跨膜蛋白跨膜蛋白分泌蛋白分泌蛋白溶酶體酶蛋白溶酶體酶蛋白駐留蛋白駐留蛋白靶細胞器靶細胞器到高爾基體到高爾基體RER function1. 1. 蛋白質合成蛋白質合成3. 3. 蛋白質的加工和修飾蛋白質的加工和修飾4. 蛋白質的運輸蛋白質的運輸2. 2. 新生多肽鏈的折疊和裝配新生多肽鏈的折疊和裝配1.1.脂質的合成脂質的合成 二、二、ER functionSER function (多功能的細胞器多功能的細胞器)細胞所需絕大多數膜脂細胞所需絕大多數膜脂( (包括磷脂包

13、括磷脂和膽固醇和膽固醇）是光面內質網最為重要的功能之一。是光面內質網最為重要的功能之一。1.1.脂質的合成脂質的合成 二、二、ER functionSER function (多功能的細胞器多功能的細胞器)脂質合成的脂質合成的底物底物來來源于源于細胞質基質細胞質基質；催；催化脂質合成的化脂質合成的酶系酶系是是定位于定位于內質網膜上的內質網膜上的鑲嵌蛋白鑲嵌蛋白；脂質的合；脂質的合成成起始并完成于內質起始并完成于內質網的胞質側網的胞質側。脂類分子從脂類分子從ER膜的膜的一層翻轉到另一層一層翻轉到另一層運輸小泡運輸小泡轉運至高爾基轉運至高爾基復合體、溶酶體、質膜復合體、溶酶體、質膜磷脂轉換蛋白磷脂

14、轉換蛋白轉運至線轉運至線粒體和過氧化物酶體粒體和過氧化物酶體ERER合成磷脂后的兩種主要轉運方式合成磷脂后的兩種主要轉運方式2.2.參與糖原分解代謝（肝細胞）參與糖原分解代謝（肝細胞）SER function (多功能的細胞器多功能的細胞器)糖原合成代謝？糖原合成代謝？SER在糖原分解中的作用在糖原分解中的作用 3.3.具有解毒作用（肝細胞）具有解毒作用（肝細胞） sERsER氧化及電子傳遞酶系氧化及電子傳遞酶系n由腸道吸收的外源性有毒物質或藥物及機由腸道吸收的外源性有毒物質或藥物及機體代謝自生的內源性毒物，大多數經過肝細體代謝自生的內源性毒物，大多數經過肝細胞內的胞內的SER通過氧化、通過氧

15、化、羥化羥化方式，使毒性降方式，使毒性降低、失毒或利于排泄。低、失毒或利于排泄。SER function (多功能的細胞器多功能的細胞器)解毒作用 機體內的外源性和內源性毒物以及藥物均是通過肝細機體內的外源性和內源性毒物以及藥物均是通過肝細胞的光面內質網完成解毒過程。胞的光面內質網完成解毒過程。氧化酶體系氧化酶體系轉移酶體系轉移酶體系細胞色素酶細胞色素酶P450P450NADPH-NADPH-細胞色素細胞色素c c還原酶還原酶細胞色素酶細胞色素酶b5b5NADH-NADH-細胞色素細胞色素b5b5還原酶還原酶細胞色素酶細胞色素酶P450P450還原酶還原酶解解毒毒酶酶系系形成光面內質網的電子傳

16、遞體系，在電子傳遞、形成光面內質網的電子傳遞體系，在電子傳遞、氧化還原過程中，催化多種化合物氧化、羥化、氧化還原過程中，催化多種化合物氧化、羥化、從而鈍化或破壞毒物或藥物的毒性；同時，由于從而鈍化或破壞毒物或藥物的毒性；同時，由于羥化作用，化合物的水溶性增強，易于排泄。羥化作用，化合物的水溶性增強，易于排泄。 氧化酶系氧化酶系的的核心成員是細胞色素核心成員是細胞色素P-450。它它參與有毒物質以參與有毒物質以及類固醇和脂肪酸的羥基化及類固醇和脂肪酸的羥基化。被氧化的物質同細胞色素被氧化的物質同細胞色素P-450結合結合細胞色素細胞色素P-450中的鐵原子被中的鐵原子被NADPH還原還原氧氧同細

17、胞色素同細胞色素P-450結合結合底物結合一個氧原子被氧化底物結合一個氧原子被氧化,另一個另一個氧原子用于形成水。被氧化的底物由于帶上羥基氧原子用于形成水。被氧化的底物由于帶上羥基,增強水溶性增強水溶性,容易被分泌排出。容易被分泌排出。4.4.參與骨骼肌的收縮參與骨骼肌的收縮在肌細胞中肌質網在肌細胞中肌質網( (即即SER)SER)是是CaCa+貯存場貯存場所所, ,可通過釋放和回收可通過釋放和回收CaCa+調節肌肉收縮調節肌肉收縮 SER function (多功能的細胞器多功能的細胞器)儲存和調節Ca2+濃度內質網的病理性改變內質網的病理性改變 ERER是一個敏感的細胞器。是一個敏感的細胞

18、器。 形態結構改變：形態結構改變： 腫脹腫脹水解變性水解變性 肥大肥大藥物中毒、病毒感染等藥物中毒、病毒感染等 囊池塌陷囊池塌陷膜損傷致合成障礙膜損傷致合成障礙 癌細胞：癌細胞： 低分化低分化ERER少少 高分化高分化ERER多多 低侵襲力低侵襲力ERER少少 高侵襲力高侵襲力ERER多多內質網與阿爾茨海默病內質網與阿爾茨海默病 大腦皮層大腦皮層- -淀粉樣蛋白聚集淀粉樣蛋白聚集 內質網內質網Ca2+Ca2+信號調節紊亂，將改變信號調節紊亂，將改變- -淀粉樣淀粉樣前體蛋白在內質網的加工前體蛋白在內質網的加工 ，過量生成，過量生成- -淀粉淀粉樣蛋白，沉積于內質網、胞質和分泌到細胞外，樣蛋白，

19、沉積于內質網、胞質和分泌到細胞外，形成形成ADAD病變。病變。小結小結1、內質網的形態特征、內質網的形態特征由一層單位膜圍成的連續的網狀膜系統由一層單位膜圍成的連續的網狀膜系統2、內質網的功能、內質網的功能粗面內質網和光面內質網粗面內質網和光面內質網RER：與蛋白質的合成、加工、運輸有關：與蛋白質的合成、加工、運輸有關SER：多功能的細胞器：多功能的細胞器(Golgi complex, GC)高爾基復合體高爾基復合體Camillo Golgi 1843-1926 Italian physician/scientist Shared Nobel Prize (1906) with Santiag

20、o Ramn y Cajal (Spanish)for their work on the structure of the nervous system. (reticularist vs. neuronalist)高爾基復合體高爾基復合體n高爾基復合體的化學組成高爾基復合體的化學組成n高爾基復合體的功能高爾基復合體的功能n高爾基復合體的形態結構高爾基復合體的形態結構n高爾基復合體的病理改變高爾基復合體的病理改變(Golgi complex, GC) 高爾基復合體是高爾基復合體是由一層單位膜包由一層單位膜包圍而成的復雜的圍而成的復雜的囊泡系統，電鏡囊泡系統，電鏡下由小囊泡、扁下由小囊泡、扁平

21、囊和大囊泡組平囊和大囊泡組成成高爾基復合體高爾基復合體(Golgi complex, GC)一一. .Golgi complex 的形態結構的形態結構n光鏡下一般為不規則網狀、顆光鏡下一般為不規則網狀、顆n電鏡下由扁平囊和大小不等的電鏡下由扁平囊和大小不等的n常分布于內質網和細胞膜之間，常分布于內質網和細胞膜之間，粒狀或線狀粒狀或線狀囊泡組成囊泡組成有極性有極性；扁平囊凸面稱扁平囊凸面稱生成面或未生成面或未成熟面成熟面，凹面稱，凹面稱成熟面或分泌面成熟面或分泌面 凸面：凸面：生成生成(順順)面面凹凹 面：面：分泌分泌(反反)面面扁扁平平囊囊小泡小泡 大泡大泡(分泌泡分泌泡)順面膜囊順面膜囊反面

22、膜囊反面膜囊中間膜囊中間膜囊反面膜囊反面膜囊( (分選運輸分選運輸) )中間膜囊中間膜囊( (糖基化糖基化) )順面膜囊順面膜囊( (篩選篩選) )順面順面反面反面二二. . 化學組成化學組成n標志酶是標志酶是糖基轉移酶糖基轉移酶高爾基體膜含有大約高爾基體膜含有大約60%的蛋白質和的蛋白質和40%的脂類。的脂類。膜脂含量介于膜脂含量介于ER和質膜之間。和質膜之間。高爾基體中的酶主要有糖基轉移酶、氧化還高爾基體中的酶主要有糖基轉移酶、氧化還原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、轉原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、轉移酶和磷脂酶等不同的類型。移酶和磷脂酶等不同的類型。三三. .Golgi comp

23、lex functions（一）參與細胞的分泌活動（一）參與細胞的分泌活動負責對細胞合成的蛋白質進行加工，分類，并運出。負責對細胞合成的蛋白質進行加工，分類，并運出。RER上合成蛋白質上合成蛋白質進入進入ER腔腔出芽形成囊泡出芽形成囊泡進入進入CGN在高爾基堆加工在高爾基堆加工在在TGN形成囊泡形成囊泡囊泡與質膜融合、排出囊泡與質膜融合、排出3 3H H標記標記亮氨酸亮氨酸3分鐘分鐘17分鐘分鐘117分鐘分鐘放射性示蹤實驗放射性示蹤實驗進入進入rERrER腔腔1轉移到高爾基體轉移到高爾基體2分泌、釋放于細胞外分泌、釋放于細胞外3分泌蛋白運輸途徑分泌蛋白運輸途徑甘露糖甘露糖N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡

24、萄糖胺半乳糖半乳糖唾液酸唾液酸高爾基復合體完成高爾基復合體完成內質網中起始內質網中起始（二）糖蛋白的加工合成（二）糖蛋白的加工合成N-N-連接糖基化連接糖基化: :三三. .Golgi complex functions（二）糖蛋白的加工合成（二）糖蛋白的加工合成O-O-連接糖基化連接糖基化: : 寡糖連接到蛋白質的酪氨酸、絲寡糖連接到蛋白質的酪氨酸、絲氨酸和蘇氨酸殘基側鏈的氨酸和蘇氨酸殘基側鏈的羥基羥基(-OH)上上糖基化的結果糖基化的結果、使不同的蛋白質帶上不同的標記、使不同的蛋白質帶上不同的標記、改變多肽的構象和增加蛋白質的穩定性、改變多肽的構象和增加蛋白質的穩定性蛋白質合成蛋白質合成溶

25、酶體寡聚糖磷酸化溶酶體寡聚糖磷酸化切除甘露糖切除甘露糖加加N-乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺加半乳糖加半乳糖加唾液酸；分選加唾液酸；分選溶酶體溶酶體順面管網順面管網中層囊中層囊反面囊反面囊反面管網反面管網大泡（分泌顆粒）大泡（分泌顆粒）rER高爾基復合體高爾基復合體順面囊順面囊切除甘露糖切除甘露糖扁平囊扁平囊 高爾基體功能區隔化示意圖（溶酶體酶蛋白）高爾基體功能區隔化示意圖（溶酶體酶蛋白）糖蛋白在高爾基復合體中的加工和修飾在空間和時間上的糖蛋白在高爾基復合體中的加工和修飾在空間和時間上的高度有序性，高爾基復合體具有功能的區域性。高度有序性，高爾基復合體具有功能的區域性。 M-6-P M-6-P是溶酶體酶是溶酶體酶的分選信號，這種磷的分選信號，這種磷酸化甘露糖的形成，酸化甘露糖的形成，一方面保護了甘露糖一方面保護了甘露糖免受高爾基網中甘露免受高爾基網中甘露糖酶的切割，同時，糖酶的切割，同時，也防止了高爾基體中也防止了高爾基體中N-N-乙酰葡萄糖胺，