007：内质网与高尔基体

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,内 质 网,一、内质网的化学组成,由脂类和蛋白质构成。内质网膜含丰富的磷脂酰胆碱，而鞘磷脂含量很少。内质网膜含的蛋白质含量比细胞膜高。,内质网膜具有大量的酶，其中葡萄糖,6,磷酸酶是内质网的标志酶。,二、内质网的结构,内质网是由单位膜围成的一些形状大小不同的小管、小泡及扁囊状结构,相互连接形成一个连续的网状膜系统,三、内质网的类型,1,、粗面内质网,(rough endoplasmic,reticulum,RER,),2,、滑面内质网 （,smooth endoplasmic,reticulum,SER,),微粒体,(,microsome,),在细胞匀浆和差速离心过程中获得的由破碎的内质网自我融合形成的近似球形的膜囊泡状结构,在体外实验中,具有蛋白质合成、蛋白质糖基化和脂类合成等内质网的基本功能。,肌质网,(,sarcoplasmic,reticulum),心肌和骨骼肌细胞中的一种特殊的内质网,其功能是参与肌肉收缩活动。,1,、粗面内质网,形态上多为板层状排列的扁囊。,在合成分泌蛋白的细胞中粗面内质网发达,如胰腺外分泌细胞粗面内质网在胞质中密集排列,形成同心层板状结构。,分化较完善的细胞,粗面内质网亦发达；而未成熟或未分化好的细胞,(,如干细胞、胚胎细胞等,),与相应的正常成熟的细胞相比,则不发达。,粗面内质网的发达程度可作为判断细胞分化程度和功能状态的一种形态学指标。,2,、滑面内质网,形态上多为彼此连通的分枝小管或小泡。,在一些特化的细胞中滑面内质网比较丰富,如胃壁细胞、皮脂腺细胞、横纹肌细胞及分泌甾类激素的细胞都富含滑面内质网。一般说来,细胞内粗面内质网丰富者,则滑面内质网的量就少,反之亦然。,肝细胞例外,两类内质网都丰富,有时两者相互转化。,四、内质网的功能,内质网是一个非常复杂的网状膜系统,它将细胞质基质分隔成许多不同的小区域,使细胞内一些物质代谢能在特定的环境中进行。同时,它在细胞极为有限的空间内建立起大量的膜表面,这非常有利于许多酶的分布和各种代谢过程高效率地进行。,1,、粗面内质网的功能,参与蛋白质合成后的运输,向细胞外分泌的蛋白质,(,或称外输蛋白,),包括酶类、肽类激素和抗体及胞外基质蛋白，这类蛋白常以分泌的形式输送到细胞外。,一些膜嵌蛋白、如细胞膜蛋白、内质网等膜性细胞器膜上的膜蛋白，还有膜受体和膜抗原等。,需要与其它细胞组分严格隔离的蛋白质，如溶酶体蛋白等。,一些需要进行复杂修饰的蛋白质。,一些蛋白合成后,需进入内质网腔进行糖基化,形成糖蛋白,然后转运至相应的部位,信号序列的发现和证实,微粒体实验,在,George Palade,用离心技术分离到有核糖体结合的微粒体,即发现膜结合核糖体,(membrane-bounded ribosome),之后,科学家推测,:,膜结合核糖体合成的蛋白质首先要进入内质网的腔,然后通过选择性的分泌过程输出到细胞外,而游离核糖体上合成的蛋白质则留在细胞内使用。,为了研究内质网上合成的蛋白质是否进入了内质网的腔,Colvin Redman,和,David Sabatini,用分离的,RER,小泡,(,微粒体,),进行无细胞系统的蛋白质合成,证明了膜结合核糖体上合成的蛋白质进入了微粒体的腔。,为什么有些核糖体合成蛋白质时不同内质网结合,有些正在合成蛋白质的核糖体要同内质网结合,并将合成的蛋白质插入内质网,?,对此,美国洛克菲勒大学的,Gnter,Blobel,、,David Sabatini,和,Bernhard,Dobberstein,等于,1971,年提出两点建议,:,分泌蛋白的,N-,端含有一段特别的信号序列,(signal sequence),可将多肽和核糖体引导到,ER,膜上,;,多肽通过,ER,膜上的水性通道进入,ER,的腔中,并推测多肽是在合成的同时转移的。,信号序列存在的直接证据,1972,年,Csar Milstein,和他的同事用无细胞系统研究免疫球蛋白,(,IgG,),轻链合成时获得了信号序列存在的直接证据,证明,Blobel,等的建议是正确的。他们用分离纯化的核糖体在无细胞体系中用编码免疫球蛋白轻链的,mRNA,指导合成多肽,发现合成的多肽比分泌到细胞外的成熟的免疫球蛋白在,N,端有一段多出的肽链,它有,20,个氨基酸,他们推测,这段肽具有信号作用,使,IgG,得以通过粗面内质网并继而分泌到细胞外。,膜结合核糖体体的蛋白质合成与转运,2,、滑面内质网的功能,（,1,）脂类的合成,食物中的脂肪,血 液,磷 脂 和 胆 固 醇,肾上腺皮质细胞、睾丸间质细胞和卵巢黄体细胞滑面内质网也很发达，含有合成胆固醇的全套酶系和使胆固醇转化为皮质激素（如肾上腺激素、雄性激素和雌性激素）的酶类。此外,皮脂腺细胞也分泌脂肪性物质,它亦有发达的滑面内质网。,催化类型,酶,作用部位,碳水化合物代谢,葡萄糖,6-,磷酸酶,腔中,-,葡糖醛酸酶,腔中,葡糖醛酸转移酶,腔中,糖基转移酶,胞质溶胶,脂代谢,脂肪酸,CoA,连接酶,胞质溶胶,磷脂醛磷酸酶,胞质溶胶,胆固醇羟基化酶,胞质溶胶,转磷酸胆碱酶,胞质溶胶,磷脂转位酶,胞质溶胶和腔中,与药物脱毒相关的氧化酶,细胞色素,P-450,胞质溶胶,NADPH-,细胞色素,P-450,还原酶,胞质溶胶,细胞色素,b,5,胞质溶胶,NADH-,细胞色素,b5,还原酶,胞质溶胶,蛋白质的加工,信号肽酶蛋白二硫异构酶,腔中腔中,微粒体上检测到的光面内质网上存在的酶类,在光面内质网膜中合成磷脂酰胆碱,（,2,）糖原的合成与分解,（肝细胞）,在肝细胞中糖原颗粒的分布常与滑面内质网紧密伴随。在滑面内质网膜上含有葡萄糖,-6-,磷酸酶,在肝细胞,它可以催化由细胞质基质中肝糖原降解所产生的葡萄糖,-6-,磷酸,使之分解为磷酸与葡萄糖,然后葡萄糖进入内质网腔再被释放到血液中。,（,3,）解毒作用,（肝细胞）,由肠道吸收的外源性毒物或药物以及机体代谢自生的内源性毒物,均由肝细胞中的滑面内质网通过氧化、甲基化、结合等方式,使毒性降低或去毒后排泄。,（,4,）横纹肌的收缩,（骨骼肌和心肌）,滑面内质网围绕在每条肌原纤维的周围,形成一个十分精致的网络状结构系统,称肌质网。当肌纤维膜的兴奋传到肌质网时,引起肌质网释放,Ca,2,到肌微丝之间,Ca,2+,激活,ATP,酶,使,ATP,转变为,ADP,并释放能量,激发肌丝的滑行,引起肌肉的收缩。当肌纤维松弛时,肌质网又重新获得,Ca,2+,因此,滑面内质网在肌纤维中通过摄取和释放,Ca,2+,以参与肌肉的收缩活动,。,（,5,）水和电解质代谢,（胃底腺壁细胞）,细胞膜内陷而形成细胞分泌小管。在分泌小管的周围可见很多管泡状的滑面内质网。这些滑面内质网能将血浆中的,CL,传递到细胞内分泌小管的膜上,CL,可与胞质中由碳酸解离的,H,+,在膜上结合而产生,HCL,排出细胞外。,（,6,）胆汁的生成,（肝细胞）,胆红素原系非溶性颗粒,它们自血液入肝细胞内,经滑面内质网上的葡萄糖醛酸转移酶的作用,成为水溶性的结合胆红素,而利于排出细胞外,进入毛细胆管形成胆汁。,高尔基复合体,(Golgi apparatus),一、形态结构：,1,、一般由,4,8,个扁平膜囊堆叠成（直径,1um,，,中间窄，,周缘呈泡状,），,扁囊间距,15,30nm,。,2,、有极性：形成面,(forming face),或顺面,(,cis,face),成熟面,(mature face),或反面,(trans face),顺面膜囊；中间膜囊；反面膜囊；泡囊,高尔基体,3,，化学反应：,嗜锇反应（形成面）,焦磷酸硫胺素酶反应（成熟面的,1,2,层膜）,胞嘧啶单核苷酸酶反应（膜囊状，管状结构）,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（,NADP,酶）反应,（中间几层）,顺面膜囊,（,forming face,cis,Golgi,）,接受内质网新合成的物质，分类后转入中间膜囊，,小部分返回（驻留蛋白）；丝氨酸,O-,连接的糖基化，,跨膜蛋白胞质侧的酰基化,中间膜囊,（,medial Golgi,）,多数糖基化修饰，膜质形成，多糖合成,反面膜囊,（,trans Golgi,，,网状结构）,管网状，连接囊泡；参与蛋白质的分类与包装，,最后输出；囊泡运输,4,、化学组成：,高尔基体膜含有大约,60%,的蛋白和,40%,的脂类，具有一些和,ER,共同的蛋白成分。,膜脂中磷脂酰胆碱的含量介于,ER,和质膜之间，中性脂类主要包括胆固醇，胆固醇酯和甘油三酯。,高尔基体中的酶主要有糖基转移酶、磺基,-,糖基转移酶、氧化还原酶、磷酸酶、蛋白激酶、甘露糖苷酶、转移酶和磷脂酶等不同的类型。,二、高尔基体的功能,高尔基体的主要功能是将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、与包装，然后分门别类地送到细胞特定的部位或分泌到细胞外。,1,、蛋白质的糖基化及其修饰,N-,连接的糖链合成起始于内质网，完成于高尔基体。,许多糖蛋白同时具有,N-,连接的糖链和,O-,连接的糖链。,O-,连接的糖基化在高尔基体中进行，通常第一个连接上去的糖单元是,N-,乙酰半乳糖，连接的部位为,Ser,、,Thr,和,Hyp,的,OH,基团，然后逐次将糖基转移上去形成寡糖链。,糖基化的结果使不同的蛋白质打上不同的标记，改变多肽的构象和增加蛋白质的稳定性。,在高尔基体上还可以将一至多个氨基聚糖链通过木糖安装在核心蛋白的丝氨酸残基上，形成蛋白聚糖。这类蛋白有些被分泌到细胞外形成细胞外基质或粘液层，有些锚定在膜上。,内质网和高尔基体中与糖基化和寡糖加工有关的酶都是整合膜蛋白。,寡糖在内质网和高尔基体上的合成,2,、参与细胞分泌活动,负责对细胞合成的蛋白质进行加工，分类，并运出，其过程是,SER,上合成蛋白质,，,进入,ER,腔,，,出芽形成囊泡,，,进入,CGN,，,在,medial,Gdgi,中加工,，,在,TGN,形成囊泡,，,囊泡与质膜融合、排出。,高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。,分选：每一类蛋白质都有特异的标识（溶酶体中的酶带有,M6P,6-,磷酸甘露醇）；分选主要与蛋白质有关，分选和转运的信息存在于基因本身。,3,、进行膜的转化功能,高尔基体的膜无论是厚度还是在化学组成上都处于内质网和质膜之间，因此高尔基体在进行着膜转化的功能，在内质网上合成的新膜转移至高尔基体后，经过修饰和加工，形成运输泡与质膜融合，使新形成的膜整合到质膜上。,4,、将蛋白水解为活性物质,如将蛋白质,N,端或,C,端切除，成为有活性的物质（胰岛素,C,端）或将含有多个相同氨基序列的前体水解为有活性的多肽，如神经肽。,5,、参与形成溶酶体。,6,、参与植物细胞壁的形成，合成纤维素和果胶质。,三、高尔基体与细胞内的膜泡运输,导肽引导蛋白进入的组织及其特点,组织,信号的位置,类型,信号顺序的长度,线粒体,N-,端,氨基酸,12,30aa,叶绿体,N-,端,氨基酸,25aa,核,中部,碱性氨基酸,7-9aa,过氧化物酶体,C-,端,SKL(Ser,Lys,Leu,),3aa,导肽,(leading peptide),又称转运肽,(transit peptide),或导向序列,(targeting sequence),，它是游离核糖体上合成的蛋白质的,N-,端信号。导肽是新生蛋白,N-,端一段大约,20,80,个氨基酸的肽链,通常带正电荷的碱性氨基酸,(,特别是精氨酸和赖氨酸,),含量较为丰富,如果它们被不带电荷的氨基酸取代就不起引导作用，说明这些氨基酸对于蛋白质的定位具有重 要作用。这些氨基酸分散于不带电荷的氨基酸序列之间。转运肽序列中不含有或基本不含有带负电荷的酸性氨基酸，并且有形成两性,螺旋的倾向。转运肽的这种特征性的结构有利于穿过线粒体的双层膜。不同的转运肽之间没有同源性，说明导肽的序列与识别的特异性有关，而与二级或高级结构无太大关系。导肽运送蛋白质时具有以下特点,:,需要受体,;,消耗,ATP;,需要分子伴侣,;,要电化学梯度驱动,;,要信