细胞生物学 第五章 高尔基体

第二节高尔基体一、形态结构（掌握）二、极性（掌握）三、化学组成（了解）四、功能（掌握）五、与疾病的相关性（了解）在电镜下，高尔基复合体的超微结构是由三部分组成：扁平囊（saccal）、小囊泡（vesicles）和大囊泡（vacuoles）。一、形态结构扁平囊一组高尔基复合体约由3~8个扁平囊平行排列，呈弓形或半球形，构成了Golgi的主体凸面（conrexface）/顺面（cisface）/生成面（formingface）/未成熟面凹面（concaveface）/反面（transface）/分泌面（secretingface）/成熟面扁平囊一组高尔基复合体约由3~8个扁平囊平行排列，呈弓形或半球形，构成了Golgi的主体凸面（conrexface）/顺面（cisface）/生成面（formingface）/未成熟面凹面（concaveface）/反面（transface）/分泌面（secretingface）/成熟面小囊泡在扁平囊的生成面附近靠近RER处由RER芽生而来的运输小泡，携带着蛋白质的运输小泡与扁平囊融合一方面将蛋白质从RER运输到高尔基复合体，另一方面又不断补充扁平囊的膜。大囊泡又称之为分泌泡（secretingvacuoles）或浓缩泡（condensingvacuoles）大囊泡是由扁平囊末端膨大脱落或者与之相连，并包裹着已经浓缩和加工修饰的分泌性物质而形成的。nucleusgreen，Golgibodyred分泌颗粒转运小泡反面顺面二、高尔基复合体的极性高尔基体不同区域的细胞化学反应：①顺面管网结构：嗜锇（OsO4）反应②顺面膜囊：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP）③顺面膜囊：焦磷酸硫胺素酶（TPP）④顺面管网结构：胞嘧啶单核苷酸酶（CMP）Golginetwork三、化学组成细胞化学分析：介于细胞膜与内质网之间蛋白含量高富含酶类：如糖基转移酶，磷脂酶，酪蛋白磷酸激酶，甘露糖苷酶等。高尔基体是处于内质网和细胞膜之间的一种过渡性细胞器。（一）蛋白质的糖基化作用（二）蛋白质水解作用（三）蛋白质的分选与运输四、功能（一）蛋白质的糖基化作用1.N-连接糖蛋白的糖基化糖基化过程主要在内质网中进行，但要在Golgi中进行进一步精细加工主要或全部在高尔基复合体中进行2.O-连接糖蛋白的糖基化（二）蛋白质水解作用有些分泌性蛋白质（如胰岛素）在从RER刚合成时是无功能的大分子蛋白质前体这些蛋白质前体，通过运输小泡注入到高尔基复合体后，通过蛋白质水解酶水解切除部分肽链或修饰而形成成熟的分泌性蛋白质。前胰岛素原信号肽信号肽酶切除信号肽胰岛素原（84个氨基酸）蛋白酶水解C肽链胰岛素（51个氨基酸）内质网高尔基体（三）蛋白质的分拣与运输在RER上合成被运至高尔基复合体的蛋白，被修饰加工后可被添加上不同的分选信号，如磷酸、半乳糖、唾液酸等在反面管网区的腔面上镶嵌有可识别不同分选信号的专一性受体蛋白，从而将各类蛋白质进行分拣、包装分别形成各自的分泌颗粒离开高尔基复合体，运输到细胞不同的靶组织，执行相应功能1.溶酶体酶蛋白的分选运输与溶酶体的形成在高尔基体的trans面以出芽的方式形成前溶酶体蛋白→N-连接的糖基化（内质网腔中）→进入高尔基体→磷酸转移酶作用下形成6-磷酸甘露糖（M6P）→与trans膜囊上M6P受体结合→通过衣被包装成运输小泡→与晚期的内体融合形成前溶酶体，受体解离→切除甘露糖残基上的磷酸形成成熟的溶酶体2.分泌性蛋白的分选和运输③高尔基复合体本身可直接完成分泌活动，而不形成小泡①连续分泌(continuoussecretion)：分泌蛋白持续不断地通过胞吐作用形成小泡分泌到细胞外②调节分泌(regulatedsecretion)：分泌细胞将分泌物质以很高的浓度储存在分泌泡中，暂时存留在细胞质，当受到一定的条件刺激时才释放到胞外。例如消化酶前体Step1:ProteinsynthesisinRERProteinsynthesis&SecretionTransportofproteinbetweenERandGolgiisprimarilyviavesiculartransport.Step2:VesiclescarryingproteinstoGolgiApparatusERGolgiTransportofmaterialinandoutoftheGolgicomplexinvolvesbuddingandfusionofvesicles.PhosphorylationoccursintheCisregion.Glycosylationhappensinmedialregions.Whenproteinspassesthroughthecisternaedifferenttypesofcarbohydratesareaddedtotheproteinlikemannose(man),galactose(gal).Step3:ProteinsmodificationStep4:SortinginTransGolgiNetwork(TGN)•Ingeneral,secretoryproteincontainsspecificsortingsignal•SomespecificreceptorsinGolgimembranecanrecognizethesignals.Step5:TransportingvesicletoplasmamembraneandreleasingcontentsSecretiontotheoutsideworldoccursbyexocytosis:thevesiclefuseswiththecellmembrane,releasingitscontents.五、高尔基复合体与人类疾病（一）高尔基复合体的肥大和萎缩（二）高尔基复合体内容物改变（三）高尔基复合体在肿瘤细胞中异常变化低分化的癌细胞中，高尔基复合体不发达高分化的癌细胞中，高尔基复合体较发达第三节溶酶体（lysosome）一、形态结构（了解）二、酶（了解）三、类型（掌握）四、功能五、溶酶体与人类疾病一、形态结构一层单位膜包围的囊泡状结构，厚约6nm，圆形或椭圆形囊泡，大小不一。溶酶体膜中有含量丰富的高度糖基化跨膜蛋白，防止了溶酶体膜被自身的水解酶消化。溶酶体膜中存在一种特殊的转运蛋白，能将溶酶体消化后的水解产物运出溶酶体，以供细胞利用或排出细胞外。富含水解酶是溶酶体的最大特点。溶酶体内含有60余种酶，统称为溶酶（lysosomeenzyme)二、酶蛋白酶核酸酶糖苷酶脂酶磷酸酶硫酸酯酶三、类型根据溶酶体的功能状态以及溶酶体中是否含有被水解的底物:初级溶酶体(primarylysosome)次级溶酶体(secondarylysosome)残质体(residualbody)2、次级溶酶体（secondarylysosome）指由初级溶酶体与含底物的小泡融合而成的，含有活动性的水解酶和消化代谢产物的溶酶体3、残余体（residualbody）次级溶酶体消化分解后期，由于水解酶活性降低，导致一些底物不能被完全分解而残留在溶酶体内，这种含残余底物的溶酶体称为残余体。如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质。1、初级溶酶体（primarylysosome）由高尔基体分泌形成，含多种酸性水解酶，但不含作用底物，酶无活性的小体。肝细胞脂褐质胞吞作用受体再循环细胞膜细胞质次级溶酶体吞噬体初级溶酶体胞吐作用出芽形式转运小泡反面顺面四、溶酶体的功能（一）消化作用l.异噬作用2.自噬作用3.胞外消化（二）自溶作用（三）参与免疫过程（四）对激素分泌的调节作用（一）消化作用l.异噬作用(heterophagy)概念:溶酶体对细胞外源性物质的消化作用过程:细胞膜摄入外源性物质吞噬体或吞饮体+初级溶酶体融合异噬溶酶体激活水解酶消化水解外源性物质为可溶性小分子物质通过溶酶体膜上转运蛋白分泌到细胞质中被利用。功能:消化外界物质获取营养；消除异体物质进行机体防御，是细胞利用外源物质和构成防御屏障的重要方式概念：初级溶酶体与自噬体融合，消化分解由于病理或生理因素而被损伤、破坏或衰老的细胞器的过程。细胞内还有两种特殊的自噬作用：溶噬(lysosomophagy)分泌自噬(crinophagy):又称为粒溶作用(granulysis)2.自噬作用(autophagy)溶酶体通过胞吐作用将内含的水解酶释放到细胞外，消化细胞外物质。例如精子受精过程中，精子顶体本质是溶酶体，受精中顶体可将溶酶释放到细胞外，消化卵泡外周的卵泡细胞，便于精子进入卵细胞达到受精目的。3．胞外消化（二）自溶作用细胞内的溶酶体膜破裂，内含的水解酶释放到细胞质中，导致细胞本身被消化的现象称为自溶作用（autocytolysis）。例如蛙类在个体发育变态中，由蝌蚪发育为蛙的过程，蝌蚪尾部的消失正是由于巨噬细胞的自溶作用的结果。（三）免疫作用当机体受到病原体、异物等具有抗原性的物质攻击时，则激活巨噬细胞趋化移动、相互接触，通过巨噬细胞内吞捕捉这些抗原物质而形成吞噬体，吞噬体可与细胞内的初级溶酶体融合成吞噬溶酶体，经过溶酶消化分解，其中绝大多数抗原物质被降解为可被利用的小分子物质，从而完成机体防御功能。（四）对激素分泌的调节作用当机体受到病原体、异物等具有抗原性的物质攻击时，则激活巨噬细胞趋化移动、相互接触，通过巨噬细胞内吞捕捉这些抗原物质而形成吞噬体，吞噬体可与细胞内的初级溶酶体融合成吞噬溶酶体，经过溶酶消化分解，其中绝大多数抗原物质被降解为可被利用的小分子物质，从而完成机体防御功能。五、溶酶体与人类疾病（一）先天性溶酶体病（溶酶缺乏）溶酶体贮积病II型糖原累积病：缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶。台-萨氏综合症：缺少氨基已糖酯酶A。Gaucher病：缺乏β-葡萄糖苷酶。细胞内含物病：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变。台-萨氏综合症溶酶体的同心圆结构Woman’sFibroblastCholesterylEsterHydrolase（二）矽肺（异噬作用+自溶作用）肺吸入含二氧化硅的粉尘后，被巨噬细胞吞噬，后与初级溶酶体融合，而二氧化硅在吞噬溶酶体内无法消化而积聚形成硅酸。硅酸能破坏溶酶体膜的稳定性而致溶酶体膜破裂，内含水解酶溢到细胞内，导致细胞自溶、死亡。死亡的巨噬细胞释放的二氧化硅又被其他正常的巨噬细胞吞噬，重复同样过程。导致大量的巨噬细胞死亡并释放巨噬细胞纤维化因子，诱导成纤维细胞增生和分泌大量胶原物质，这些胶原纤维在肺组织沉积形成纤维化结节，降低了肺的弹性，影响了肺的功能而形成矽肺。（三）类风湿性关节炎（溶酶体膜稳定性降低，易脆裂，溶酶溢出）（四）休克（溶酶溢出，造成细胞自溶）（五）肿瘤（致癌物质，溶酶释放，损伤核膜和DNA）（六）肺结核（结核杆菌引起肺组织钙化和纤维化）第四节过氧化物酶体(peroxisome)一、结构是微体（microbody）的一种，由一层单位膜包裹而成的囊泡状细胞器，内含40多种氧化酶，普遍存在于人和高等动物细胞中。氧化酶过氧化氢酶（是过氧化物酶体的标志酶）过氧化物酶Peroxisomeofhepatocyte烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心）二、功能1.调节细胞的氧张力：氧化酶2.氧化解毒：酚、甲醛、甲酸、乙醇等过氧化氢酶3.对脂肪酸进行β氧化:将长脂肪链氧化成短脂肪链RH2+O2R+H2O2H2O2+R'H2R'+2H2OZellweger综合征：也叫脑肝肾综合征；患者细胞的过氧化物酶体中，酶蛋白输入有关的蛋白质变异，酶体是“空的”；脑、肝、肾异常，出生3-6个月后死亡。三、过氧化物酶体与医学思考题1.连续分泌（continuossecretion）调节分泌(regulatedsecretion)初级溶酶体（primarylysosome）次级溶酶体（secondarylysosome）残质体（residualbody）异噬作用（beteroph