内质网

内膜系统endomenbranesystem生命科学学院细胞生物学系刘艳平学习目的与要求1.掌握内膜系统的概念及结构组成。2.掌握内质网、高尔基复合体、溶酶体的结构特征与生理功能。3.熟悉囊泡的主要类型及其在胞内物质转运中的重要作用。4.了解内膜系统的病理改变。高尔基体线粒体细胞质细胞膜细胞核粗面内质网光面内质网中心体纤毛真核细胞非膜相结构？膜相结构？原核细胞质膜构成的单一区室内膜系统：指位于细胞质内，在结构，功能乃至发生上有一定联系的膜性结构的总称。?意义：为细胞提供了足够的表面积，各种重要生命活动区域化。内质网高尔基复合体溶酶体过氧化物酶体各种转运小泡线粒体?内质网Endoplasmicreticulum(ER)主要内容：一、形态结构与类型(重点)二、化学组成三、功能(重点)四、病理变化核膜外层一、形态结构与类型内质网(一)形态结构小管小泡扁囊状细胞膜核膜内质网细胞膜内质网是由大小不同、形态各异的膜性小管、小泡和扁囊彼此连通所构成的三维网管结构体系。内质网分布于细胞的内质区，并扩展、延伸至靠近细胞膜的外质区。除哺乳类成熟的红细胞之外，内质网普遍存在于各类细胞之中。内质网的形态结构？内质网腔：是由内质网膜围成的腔。内质网膜：厚度约5-6nm，面积占整个内膜系统的一半左右。胞质面腔面内质网的形态差异•生理变化饥饿、缺氧、肝炎、药物等影响,内质网会发生相应的变化，出现囊泡化。•不同发育阶段分化低的细胞则内质网小、不发达；分化高的细胞则内质网数量增多、结构复杂。•单位结构存在情况一些细胞，小管、小囊、扁平囊都存在；而某些细胞只存在其中一种或两种。（二）内质网的类型依据不同的形态结构特征，可将内质网划分为：糙面内质网（roughendoplasmicreticulum,RER）光面内质网（smoothendoplasmicreticulum,SER）特殊类型的内质网（肌质网）糙面内质网附着核糖体扁平囊：光面内质网无附着核糖体小管、小泡两种内质网的分布根据细胞类型的不同而不同胰腺外分泌细胞全为糙面内质网肌细胞全为光面内质网肾上腺皮质细胞两者均存在在某些特殊组织细胞中存在着一些由内质网局部分化、衍生而来的异型结构。髓样体（myeloidbody）：视网膜色素上皮细胞。孔环状片层（annulatelamellae）：生殖细胞、癌细胞等。(三)内质网的衍生结构运用蔗糖浓度梯度离心分离技术可获得颗粒型和光滑型两种不同的微粒体。目前，对内质网的化学特征与生理功能的了解和认识，大多是通过对微粒体的生化、生理分析而获得的。二、内质网的化学组成微粒体(microsome)细胞匀浆经过蔗糖密度梯度离心之后使细胞器得以分离，得到由膜围成的直径100nm左右的封闭小泡，称为微粒体。（一）主要化学组成成分脂类和蛋白质二者比例大约为1:2脂类以磷酯含量最多内质网中可分辨出30多种不同的多肽。（二）内质网膜含有诸多酶系主要包括：与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系与脂类代谢反应相关的酶类与碳水化合物代谢反应相关的酶类与蛋白质加工转运的酶类标志酶：葡萄糖-6-磷酸酶（G-6-Ｐ）（三）网质蛋白（reticulo-plasmin）网质蛋白是普遍地存在于内质网网腔中的一类蛋白质。特点：在多肽链的羧基端（C端）均含有KDEL（Lys-Asp-Glu-Leu，赖-天冬-谷-亮）或HDEL（His-Asp-Glu-Leu）的驻留信号，驻留信号可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而驻留于内质网腔不被转运。目前已知的网质蛋白：免疫球蛋白重链结合蛋白，内质蛋白，钙网蛋白，钙连蛋白，蛋白质二硫键异构酶等。三、内质网的主要功能（一）糙面内质网的功能与外输性蛋白质的合成、加工修饰及转运过程密切相关：核糖体附着的支架蛋白质在内质网腔内的修饰多肽链的折叠与装配蛋白质的运输多聚核糖体模式图在进行蛋白质合成时，多个核糖体被一条mRNA链串联在一起，成为合成蛋白质的功能团，称为多聚核糖体。游离核糖体附着核糖体?主要合成细胞本身的固有蛋白：胞质溶质蛋白、核蛋白、线粒体蛋白、质体蛋白主要合成分泌蛋白、溶酶体蛋白、穿膜蛋白和驻留蛋白细胞中所有蛋白质的合成，皆起始于细胞质基质中游离的核糖体上。分泌性蛋白多肽链在其合成起始后不久，随核糖体一起附着于糙面内质网上，不断延伸的多肽链穿过内质网膜直至肽链合成完成。蛋白质合成时，为什么有的核糖体能与内质网膜结合？是什么机制引导核糖体与内质网的结合？合成后的蛋白质怎样穿过内质网膜进入腔,并进行加工？1.信号肽指导的分泌性蛋白质的合成The1999NobelPrizeinPhysiologyorMedicineGünterBlobel信号假说----1975年----Bloble提出分泌蛋白的合成信号密码：（signalcodon）信号肽（signalpeptide）信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP)SRP受体(SRPreceptor)转运体（translocon）（1）信号肽假说信号密码：signalcodon在mRNA的5’端起始密码AUG之后，一组编码特殊氨基酸序列的密码，称为信号密码。信号肽：signalpeptide在游离核糖体上由信号密码翻译出一段由18-30个氨基酸组成的肽链，存在于所有分泌蛋白肽链的氨基端，是指导蛋白多肽链在糙面内质网上进行合成的决定因素。信号肽识别颗粒结构示意图信号识别颗粒(SRP)：signalrecognitionparticle存在于细胞质基质中，由6条多肽链和一个7sRNA分子组成。能够识别信号肽，并与核糖体结合，形成SRP-核糖体复合体。转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道转运体（translocon）：位于内质网膜，是新生的分泌蛋白质多肽链合成时进入内质网腔的通道。内质网腔细胞质SRP受体信号识别颗粒(SRP)转运体tRNAAP核糖体mRNA信号肽A信号假说信号假说？①游离核糖体上合成信号肽；②SRP识别信号肽，形成SRP-核糖体复合体，翻译暂停；③核糖体与糙面内质网结合，形成SRP-SRP受体-核糖体复合物；④SRP脱离核糖体，多肽链继续合成；⑤切除信号肽；⑥核糖体再循环。（2）新生肽链的折叠与装配由附着核糖体合成的新生多肽链需要在内质网腔中进行进一步的折叠与装配，这一过程由分子伴侣协助完成。分子伴侣（molecularchaperone）：能够帮助多肽链转运、折叠和组装的结合蛋白，本身不参与最终产物的形成。如蛋白二硫键异构酶、结合蛋白和钙网素等。分子伴侣蛋白的共同特点？在羧基端有一KDEL驻留信号肽，它们和内质网膜上的相应受体结合而驻留于网腔不被转运。因此，也被称作驻留蛋白（retentionprotein）。(3)蛋白质的修饰新生肽链进入内质网腔之后，要经过各种不同的修饰和正确的折叠之后才能运送到其他的部位。如：糖基化、羟基化、酰基化、二硫键的形成等蛋白质的糖基化：是指单糖或寡糖与蛋白质共价结合形成糖蛋白的过程。糖基化方式N-连接的寡糖蛋白：发生在内质网腔内。O-连接的寡糖蛋白：发生在高尔基复合体内。蛋白质和寡糖的连接方式•N-连接糖基化寡糖连接在蛋白质的天冬酰氨残基侧链上的氨基上。•O-连接糖基化寡糖连接在蛋白质的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等残基侧链的羟基上。多萜醇ppＮＮ甘甘甘甘甘葡葡葡甘甘多萜醇ppＮＮ甘甘甘甘甘Ａsn多萜醇ppRER腔RER膜多萜醇pp多萜醇ＮN-乙酰葡萄糖胺甘甘露糖葡葡萄糖糖基转移酶糖蛋白2个N-乙酰葡萄糖胺9个甘露糖3个葡萄糖14寡糖多萜醇糖基转移酶(4）分泌蛋白质的转运分泌蛋白质的两个转运途径：分泌蛋白进入内质网腔糖基化高尔基复合体修饰加工分泌泡细胞外高尔基复合体分泌泡糖基化细胞外接收信号普遍和常见（?）分泌细胞（?）共同特点：在糙面内质网合成并经加工修饰后的各种外输性蛋白质最终被内质网膜包裹，以膜泡形式完全隔离于细胞质溶质进行转运。2.信号肽指导的穿膜蛋白插入转移的机制单次穿膜蛋白多次穿膜蛋白⑴单次穿膜蛋白插入转移的机制①新生肽链共翻译插入机制起始转移信号肽——起始肽链转移。停止转移信号肽——与内质网膜有很强的亲和力而能结合在内质网膜中，使转运体由活性状态转换为钝化状态而终止肽链的转移，这段序列不再转移到内质网腔中，形成穿膜的α-螺旋结构区。②内信号肽（internalsignalpeptide）介导的插入转移机制内信号肽——位于多肽链内部的信号肽序列，具有与N端信号肽同样的功能，当内信号肽到达转运体时，则保留在内质网膜的脂双层中，成为单次穿膜的α-螺旋结构。膜蛋白的合成示具内信号肽的单次穿膜蛋白的转移插入⑵多次穿膜蛋白质的转移插入与单次穿膜蛋白的转移机制大致相同，在多次穿膜蛋白肽链上，存在两个或者两个以上的疏水性开始转移肽结构序列和停止转移肽结构序列。多次穿膜蛋白3.糙面内质网是蛋白质分选的起始部位无内质网信号肽的蛋白质，在游离核糖体上完成蛋白质合成。有内质网信号肽的蛋白质，在附着核糖体上进行，进入内质网完成蛋白质合成，并起始分选过程。信号斑（signalpatch）：是重要的蛋白质分选转运信号。概念：新生蛋白质多肽链合成后折叠时，在其表面由特定氨基酸序列形成的三维功能结构。信号斑与信号肽的区别：①构成信号斑的氨基酸残基（或序列片段）往往相间排列存在于蛋白质多肽链中，彼此相距较远；②在完成蛋白质的分拣、转运引导作用后通常不被切除而得以保留；③信号斑可识别以特异性糖残基为标志的酶蛋白，并指导它们的定向转运。（二）光面内质网的功能1.脂类的合成与转运⑴合成过程⑴合成过程※脂酰转移酶催化脂酰辅酶A与甘油-3-磷酸反应形成磷脂酸；※在磷酸酶的作用下，磷脂酸去磷酸化生成双酰甘油；※在胆碱磷酸转移酶催化下，添加极性基团，形成双亲性脂类分子。(2)合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）合成后的转运（2）脂类分子合成后的转运（2）合成后的转运翻转：从细胞质基质面“翻转”到腔面的膜层中。磷脂交换蛋白：作为载体，形成复合体进入细胞质基质，通过自由扩散，转运至线粒体和过氧化物酶体上。运输小泡：转运到高尔基复合体，溶酶体和细胞膜上。分解代谢SER上有葡萄糖-6-磷酸酶糖原葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖磷酸进入内质网腔后释放入血液被利用2.糖原代谢合成代谢证明有关：动物绝食，SER变化证明无关：SER无尿苷二磷酸葡萄糖-糖原转移酶3.细胞解毒的主要场所肝脏的解毒作用主要由肝细胞中的光面内质网来完成。肝细胞光面内质网上含有的氧化及电子传递酶系可催化多种化合物的氧化或羟化，破坏毒物、药物的毒性，增加化合物的极性，使之便于排泄。实验给动物喂食笨巴比妥肝细胞光面内质网增多，与解毒作用相关的酶含量增加。SER含有参与解毒作用的各种酶系。4.Ca2+的储存及调节肌质网上的Ca2+泵胞质肌质网胞质Ca2+Ca2+细胞膜外界刺激ATP酶ATPADPPiCa2+在肌细胞中，光面内质网特化为一种特殊的结构——肌质网。肌质网网膜上的Ca2+-ATP酶可进行Ca2+的储存和释放。5.与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关。机制原因举例肿胀水分子和钠离子进入内质网腔低氧、辐射、阻塞造成的压力肝细胞肿胀严重时可发生破裂核糖体脱落脱水低氧、病毒感染病毒性肝炎肥大功能亢进，内质网增生特定刺激浆细胞；组织修复时物质沉积代谢异常基因突变等α1抗胰蛋白酶缺乏症四、内质网的病理变化Seeyounexttime.