细胞生物学9内膜系统

• 一、附着核糖体蛋白质合成的支架 • 二、蛋白质折叠 • 三、蛋白质糖基化 • 四、脂类的合成
• 蛋白质多肽链合成时，首先，在 细胞质中游离核糖体进行蛋白质
多肽链合成，合成一段短肽后，
有的则转移到粗面内质网上接着 进行肽链合成，有的继续在胞质 中合成。
• 短肽:信号肽or导肽。
mRNA上特定的密码顺序决定信号肽的合成
由膜流现象可以看出,高尔基复合体的 膜是处于一种不断消耗又不断补充的 动态平衡中。
高尔基复合体在40分钟内可完全更新 一次。
第四节 溶酶体
（lysosome）
溶酶体－进行细胞的消化。
• 具吞噬作用的 肝Kupper细胞 中不同大小的 溶酶体
• 图中示出至少 10个不同大小 的溶酶体。
溶酶体的形态特征
高尔基复合体—极性细胞器
• 高尔基复合体（Golgi complex, GC）
1898年发现。
分泌功能旺盛的细胞内GC数目很多，
如杯状细胞、胰腺外分泌细胞、唾液 腺细胞等。 • 每个细胞平均20个,糖基转移酶是高尔 基复合体的标志酶，
高尔基复合体的形态
光镜下： 网状
电镜下
烟草根尖细胞高尔基体的电镜照片
吞噬性溶酶体：内体性溶酶体与含有
底物的小泡融合而成。 自噬性溶酶体 异噬性溶酶体
• 1、分泌蛋白的加工、浓缩、储存和运输 • 2、溶酶体的形成 • 3、参与糖蛋白、糖脂、多糖等的生物
合成 • 4、对蛋白质加工、浓集、分选并运输
到各自目的地。
GC对蛋白质的加工、浓集分选与运输
经加工、修饰的膜蛋白、溶酶体酶、 分泌蛋白等分别集中于GC成熟面的不 同部位出芽，形成大囊泡，再被运到 各个功能部位。
• 大小：0.2~0.8um
• 生化特征：酸性 pH=5.0
• 标志酶： 酸性磷酸酶
溶酶体的膜
1、溶酶体膜上有H+质子泵： 保持溶酶体基质内的酸性环境。
2、溶酶体膜内存在特殊的转运蛋白： 可运输溶酶体消化水解的产物。
3、溶酶体膜的蛋白质高度糖基化： 防止自身被水解消化。
溶酶体的类型
内体性溶酶体：运输小泡与胞内体合并而成。
大小亚单位只在合成蛋白时结合在一起，合成终 止后解离。
多个核糖体结合在一条mRNA上，称多聚核糖体
40S
mRNA 核糖体的组成
tRNA （rRNA+蛋白质）
60S
中央管
多肽链
真核细胞核糖体的结构组成
核糖体的组成
核糖体的种类和沉降系数
来源
类型 大亚基 小亚基
原核细胞 70S 核糖体
真核细胞 80S 核糖体
成熟的溶酶体酶
溶酶体水 解酶前体
加入磷酸 基团
M-6-P
ATP
ADP+Pi
H+
去
PH=6
除
磷
酸
内体性 溶酶体
顺面管网 rER
反面管网 成熟溶酶体
高尔基复合体
溶酶体的形成过程：
RER上附着核糖体合成溶酶体的酶蛋白
酶蛋白进入
RER网腔，加上N－连接寡糖链
由RER芽生为运输小泡
小泡与GC的形成面融合
溶酶体酶蛋白在
多肽链继续合成进入内质网腔 信号肽酶切除信号肽
核糖体在一种脱落因子作用下被分解
核糖体上进行分泌蛋白质合成的信号假说
粗面内质网合成蛋白质种类
1、向细胞外分泌的蛋白质 2、膜镶嵌整合蛋白质 3、溶酶体蛋白，即溶酶体酶 4、构成细胞器中的可溶性驻留蛋白
蛋白质的糖基化修饰：
指在糖基转移酶的催化下，单糖或寡糖链 与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。
指位于细胞质内在形态结构、功能乃至 发生上有一定联系的膜性结构的总称。
•内质网、高尔基体、溶酶体、内吞体、分 泌泡、各种转运囊泡等。
第一节 核糖体
Ribosome
核糖体（ribosome）
• 又称核糖核蛋白体，致密小颗粒
• 几乎存在于一切细胞内。
• 非膜性结构的细胞器。
一、结构
含40%蛋白、60%RNA，2亚单位构成。分为70S 和80S两类。
5’
3’
mRNA
N端
信号肽
信号识别颗粒 SRP
信号肽(signal peptide)
• mRNA上信号密码编码合成的一段短 肽，是位于新生肽链N端含16~26个 氨基酸残基的一段序列，中间6～12 个为疏水氨基酸，N端常含有1个或 多个带正电荷的氨基酸，引导核糖 体与粗面内质网结合。
信号识别颗粒：
高尔基复合体的功能
• 1、分泌蛋白的加工、浓缩、储存和运输 • 2、溶酶体的形成 • 3、参与糖蛋白、糖脂、多糖等的生物
合成
糖蛋白的合成：
O-连接糖基化作用： 丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）和
酪氨酸（Hyp）的－OH处加糖。
膜嵌入蛋白:红细胞MN血型抗原蛋白 LDL受体蛋白
高尔基复合体的功能
二、核糖体组装
• rDNA为重复基因，人体细胞中约有200个拷贝，rDNA 没有组蛋白核心，是裸露的DNA节段，相邻基因之间 为非转录的间隔DNA。
合成ｒRNA和装配核糖体的大、小亚基
蛋白质颗粒 转录的终点
rRNA
rDNA
3｀
5｀
转录的起点
间隔
基质单位
片段
转录单位
3nm
RNA聚合酶
rDNA 转录
核糖体和内膜系统
一、核糖体 1. 结构 2. 组成 3. 功能
二、内质网 三、高尔基体 四、溶酶体 五、过氧化物酶体
细胞质
细胞质
• 范围：细胞膜以内，细胞核以外的空间。
• 内容：各细胞器和细胞质基质。
• 核糖体、内质网、高尔基体、溶酶体、 过氧化物酶体、线粒体、细胞骨架
细胞内膜系统
(endomembrane system)：
(signal recognition partical)SRP
• 存在于细胞质中的一种核酸蛋白复合 体，所含有的疏水部分能与信号肽的 疏水部分结合，另一部分可与核糖体 结合导致肽链合成终止。
信号肽假说： 游离核糖体上信号肽的合成 信号识别颗粒（SRP)-核糖体复合体形成，翻译暂停 SRP受体识别上述复合体、核糖体与内质网膜结合、通道蛋白易位子 打开通道
• 内质网（endoplasmic reticulum,ER）
1945年发现。
• 内质网普遍存在于细胞中，约占细胞整 个膜成分的一半以上。
• 标志酶： 葡萄糖-6-磷酸酶
内质网遍布整个细胞质
由喹啉蓝荧光染料染色的细胞在荧光显微镜下显示的内质网结构
经高锰酸钾技术处理后 的细胞在TEM下的内质 网膜系统的全貌性结构
高尔基复合体的功能
• 1、分泌蛋白的加工、浓缩、储存和运输 • 2、溶酶体的形成
溶酶体的酶由rER上的核糖体合成 rER腔内进行N-连接加糖（含多个甘露糖）
“出芽”形成运输小泡 高尔基体顺面膜囊加磷酸修饰
酶内带有甘露糖-6-磷酸，高尔基体反面膜囊 上有甘露糖-6-磷酸受体，能特异的与其结合
诱导溶酶体酶聚集并‘出芽’形成有被小泡 断离高尔基体后脱被成无被小泡。 无被小泡与胞内体融合 内体性溶酶体 在酸性环境中受体和配体分离
反面膜囊（trans Golgi，网状结构）
管网状，连接大囊泡；参与蛋白质的分类与包装 囊泡运输
高尔基复合体的功能
• 1、分泌蛋白的加工、浓缩、储存和运输
3H
天 竺 鼠 胰 腺 细 胞 标 记 的 亮 氨 酸 培 养 液
对分泌蛋白加工、浓缩储存和运输：
1、核糖体合成分泌蛋白跨膜转运到内质网 2、内质网对分泌蛋白N-连接加糖修饰运输 3、转运分泌蛋白的小囊泡脱离内质网与高尔基体顺面扁平
(宋今丹教授)
内质网的超微结构
是由一层单位 膜围成的小管、
小泡、扁囊状 结构相互连接 形成一个连续 的网状膜系统。
小管
扁囊状 小泡 核膜
内质网的类型
根据有无核糖体附着，可将内质网分为： 粗面内质网（rER） 滑面内质网(sER)
粗面内质网 核糖体 滑面内质网
电镜下看到的rER和sER
内质网的类型
膜囊融合 4、分泌蛋白经高尔基体扁平膜囊顺序完成加工修饰，在成
熟面分选区形成大囊泡脱离高尔基体进入细胞质 5、大囊泡浓缩发育成分泌泡移向质膜等待释放 6、分泌泡经胞吐作用将分泌蛋白释放到胞外。
对分泌蛋白的加工
内质网进行N-连接的糖蛋白 带有大量甘露糖
顺扁：剪甘露糖残基 中扁：加N-乙酰葡萄糖胺 反扁：加半乳糖、唾液酸
N-连接的加糖：发生在内质网腔内 O-连接的加糖：发生在高尔基复合体内
N-连接加糖途径：低聚糖链与蛋白质的天 冬酰胺残基侧链上的－NH2连接。低聚糖先 与粗面内质网膜上一种特殊脂类－多萜醇 分子连接，变成活化型低聚糖，一旦新合 成的肽链出现天冬酰胺残基，粗面内质网 膜上的糖基转移酶即催化低聚糖链转位于 该残基上，形成N－连接的糖蛋白。
小囊泡 来源：由rER‘芽生’而 来
凹 面：成熟（反）面 凸面：形成（顺）面；
高尔基体与内质网
顺面膜囊（forming face, cis Golgi）
接受内质网合成的物质，分类后转入中间膜囊 小部分返回（驻留蛋白）；O-连接的糖基化
中间膜囊（medial Golgi）
多数糖基化修饰，膜糖脂形成，多糖合成
GC对蛋白质的加工、浓集分选与运输
蛋白质合成
rER
溶酶体 膜镶嵌蛋白
分拣
分泌蛋白
颗粒
高尔基复合体的功能
• 1、分泌蛋白的加工、浓缩、储存和运输 • 2、溶酶体的形成 • 3、参与糖蛋白、糖脂、多糖等的生物
合成 • 4、对蛋白质加工、浓集、分选并运输
到各自目的地。 • 5、参与膜的转化
细胞的各种膜性结构间相互联系和转 移的现象称为膜流
r前R体NA、(4纤5S维r状RN) A剪切加工
颗粒状 (18s 5.8s
加工包装
28srRNA、
核糖体 的亚基
蛋白质颗粒）
• 转录时RNA聚合酶沿DNA分子排列，产物排列呈羽毛 状。rRNA首先出现在纤维部，而后转向颗粒部。
• 新合成的45SrRNA形成RNP 。甲基化后经RNA酶裂解 形成18s、28s、5.8srRNA 。成熟的rRNA仅为 45srRNA的一半，丢失的 大部分是非甲基化和GC含 量较高的区域。
核糖体的组装
真核细胞核糖体的组装
•大小亚基 在核仁中 形成。
•通过核孔 释放到细 胞质中。
三、核糖体的功能
1.氨酰-tRNA的合成 2.肽链合成起始 3.肽链延伸 4.肽链合成终止
Protein Synthesis
第二节 内质网
endoplasmic reticulum, ER
内质网—
细胞内重要的膜性细胞器
N－连接的糖蛋白有：
分泌性蛋白和溶酶体酶蛋白
Asn-X-Ser/Thr
粗面内质网与蛋白质的运输分泌:
通过管腔运送，并以“芽生”方 式膨出、脱落形成包含特定内容 物的小囊泡。
内质网合成膜脂类
•内质网合成构成细胞所需要的包括磷脂和 胆固醇在内的全部膜脂 •可以两种方式运输到细胞其它部位： 一种通过“芽生”形成运输小泡分送到高 尔基复合体、溶酶体及质膜等。 一种通过磷脂交换蛋白送往各膜性细胞器。
顺面扁平囊内加上磷酸，形成甘露糖-6-磷酸（M-6-P）
M-6-P与GC反面M-6-P受体特异结合，“芽生”成有被小泡
脱去衣被，成为无被小泡
小泡与胞内体融合，
形成内体性溶酶体，在酸性环境中M-6-P与M-6-P受体分离，
受体返回GC再利用；磷酸酶去除甘露糖上的磷酸， 酶蛋白成为有活性的酸性水解酶，初级溶酶体形成。
Golgi apparatus in cultured cell (red: Golgi; green: nucleus)
高尔基复合体的超微结构
一层单位膜构成 三个部分组成
成熟面
大囊泡
电
扁平囊
镜
小囊泡
形成面
大囊泡
来 源：扁平囊周边或局部 球状膨突脱落形成
扁平囊
凸 面：形成（顺）面 凹 面：成熟（反）面
线粒体 核糖体
55S
50S
30S
60S
40S
与原核细胞相似
真核细胞核糖体的类型
根据存在形式 游离核糖体----游离在细胞质中 附着核糖体----附着在内质网表面
☆二者主要的区别是所合成的蛋白质的种类不同，如 游离核糖体主要合成细胞内的某些基础性蛋白，附着 核糖体主要合成细胞的分泌蛋白和膜蛋白。
肿瘤细胞－游离核糖体数目增多
有无 核糖体
形态
分布
粗面内质网 （RER）
有
板层状排列 的扁囊
分泌活动旺盛 的细胞内 胃酶细胞
滑面内质网 (SER)
无
分支小管、 特化细胞中
小囊泡
肌细胞
微粒体(microsome) 粗面微粒体：粗面内质网 滑面微粒体： 粗面内质网的光滑区域
高尔基体 线粒体 细胞膜
★保存内质网的基本特征
粗面内质网的功能
Hale Waihona Puke Baidu质网与疾病
• 人体轻型乙型 病毒肝炎
• 肝细胞内粗面 内质网膜表面 核糖体脱落 （黑“↑”）， 形成密集滑面 膜扁池（白 “↑”），线 粒体（黑 “▲”）肿胀， 嵴稀少
• ×30000
滑面内质网的功能
脂类的合成 解毒作用 钙离子的储存和释放
糖原的合成与分解
第三节 高尔基体
Golgi apparatus