细胞的内膜系统与囊泡运输

医用细胞生物学第四章的思维导图，主要内容有内质网(ER)、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体等。

细胞的内膜系统与囊泡运输

• 内质网（ER）
  • 定义：内质网是由一类大小，形态各异的膜性囊泡所构成的细胞器
  • 形态结构与类型
    • 由单位膜围成 的三维网状膜系统:小管，小泡或扁囊为”结构单位“
    • 糙面内质网（RER）：较整齐的的扁平囊状，有核糖体附着，与外输性蛋白及多种膜蛋白的合成加工及转运有关
    • 光面内质网(SER）：光滑的管泡样网状形态结构，多功能，不同时期差异大
    • 内质网的衍生结构：某些特殊组织中存在，如视网膜色素上皮细胞中的髓样体，一些癌细胞中的孔环状片层体
  • 化学组成
    • 微粒体（超速分级分离）
    • 脂类和蛋白质为主要成分，脂质包括磷脂，中性脂，缩醛脂，和神经节苷脂
    • 以葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志性酶的诸多酶系
      • 1.与解毒功能相关的氧化反应电子传递酶系
      • 2.与脂类物质代谢功能反应相关的酶类
      • 3.与碳水化合物代谢功能反应相关的酶类
      • 4.参与蛋白质加工转运的多种酶类
    • 网质蛋白是内质网网腔中普遍存在的一类蛋白
      • 共同特点：羧基端均含有KDEL（赖天谷亮）或HDEL（组天谷亮）的驻留信号
      • 1.免疫球蛋白重链结合蛋白：阻止蛋白质聚集或发生不可逆变性，协助蛋白质折叠
      • 2.内质蛋白：被蛋白酶激活后可参与新生肽链的折叠和转运，与钙离子结合
      • 3.钙网蛋白：钙平衡调节，蛋白质折叠和加工，抗原呈递，血管发生及凋亡发挥重要作用
      • 4.钙连蛋白：能与未完成的折叠的新生蛋白质的寡糖链结合，避免凝集与泛素化；阻止折叠不完全的蛋白离开内质网，促进完全折叠
      • 5.蛋白质二硫键异构酶：可催化二硫键的交换以保证蛋白质正常折叠
  • 功能
    • 主要进行蛋白质的合成，加工修饰，分选及转运
      • 包括1.外输性或分泌性蛋白 2.膜整合蛋白 3.构成细胞器中的驻留蛋白
      • 信号肽指导的分泌性蛋白质在糙面内质网的合成
        • 信号肽假说
        • 分子伴侣：能够帮助多肽链转运，折叠和组装的结合蛋白称作”分子伴侣“
        • 蛋白质糖基化：主要是寡糖与蛋白质天冬酰胺基侧链上的氨基基团的结合（N-连接糖基化）
        • 蛋白质的胞内运输：被内质网膜包裹，并以”出芽“的方式形成膜性小泡而转运
      • 信号肽指导的穿膜蛋白驻留蛋白插入转移的可能机制
        • 1.单次穿膜蛋白插入转移的机制：新生肽链共翻译插入机制，内信号肽介导的内开始转移肽插入转移机制
        • 2.多次穿膜蛋白的转移插入：与单次基本相同，以内信号肽作为其开始转移信号
      • 糙面内质网是蛋白质分选的起始部位
        • 无信号肽：合成的蛋白1.非定位分布的细胞质溶质驻留蛋白2.定位性分布的胞质溶质蛋白3.细胞核中的核蛋白4.线粒体，质体等半自主性细胞器所必须的核基因组编码蛋白
        • 有信号肽：带上不同标记，去往不同的目的地
        • 信号斑：1.构成信号斑的氨基酸往往相隔较远2.不会被切除3.可识别特异性糖残基为标志的酶蛋白，并指导定向转运
    • 光面内质网是作为胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器
      • 光面内质网参与脂质合成和转运（除鞘磷酸和糖脂，由ER开始，高尔基复合体完成）
      • 光面内质网参与糖原的代谢
      • 光面内质网是细胞解毒的主要场所
        • 通过催化多种化合物的氧化或羟化，使毒物药物的毒性作用被钝化或破坏；增强化合物的极性，易于排泄
      • 光面内质网是肌细胞Ca⁺的存储场所
      • 光面内质网与胃酸，胆汁的合成与分泌密切相关
    • 内质网应激
      • 未折叠蛋白反应，内质网超负荷反应，固醇调节级联反应
• 高尔基复合体
  • 形态结构
    • 由三种不同类型的膜性囊泡组成的细胞器
      • 扁平囊泡（潴泡）：主体结构，3~8个囊泡构成高尔基体堆，凸面朝向细胞核叫顺面或形成面，凹面侧向细胞膜，叫反面或成熟面
      • 小囊泡（小泡）：聚集分布于形成面，由糙面内质网芽生，分化而来，转运内质网的蛋白质到高尔基体
      • 大囊泡（液泡）：见于成熟面，由潴泡末端膨大，断离而形成
    • 具有显著的极性
      • 顺面高尔基网：管网状结构，有嗜锇反应，1.分选来自内质网的蛋白质和脂类2.进行蛋白质修饰的O-连接糖基化及穿膜蛋白在细胞质基质侧结构域的酰基化
      • 高尔基中间膜囊：进行NADP酶反应，进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成
      • 反面高尔基网：蛋白质分选，转运
    • 在不同的细胞组织中呈现不同的分布形式
  • 化学组成
    • 脂类是基本成分
    • 含有以糖基转移酶为标志的多种酶蛋白体系
  • 功能
    • 高尔基复合体是细胞内蛋白质运输分泌的中转站：连续分泌和非连续非分泌（先存储再分泌）
    • 高尔基复合体是胞内物质加工合成的重要场所
      • 糖蛋白的加工合成:①糖基化对蛋白质具有保护作用，免遭水解酶的降解②糖基化具有运输信号的作用，可引导蛋白质包装形成运输小泡，以便进行靶向运输③形成细胞膜表面的糖被
      • 蛋白质的水解加工：某些蛋白质或酶，只有特异性水解后才能成熟或转变为其作用的活性存在形式
    • 高尔基复合体是胞内蛋白质的分选和膜泡定向运输的枢纽：分泌小泡的三条运输途径和去向①经高尔基复合体单独分拣和包装的溶酶体酶，以有被小泡的形式被转运到溶酶体②分泌蛋白以有被小泡的形式运向细胞膜或被分泌释放到细胞外③以分泌小泡的形式暂时性储存在细胞质，需要时再分泌释放到胞外
• 溶酶体
  • 形态结构和化学组成
    • 高度异质性的膜性细胞器
    • 共同特征是含有酸性水解酶
      • 都由一层单位膜构成
      • 含有丰富的酸性水解酶（蛋白酶，核酸酶，脂酶，糖苷酶，磷酸酶和溶菌酶等），酸性磷酸酶为标志性酶
      • 溶酶体膜中富含两种高度糖基化的穿膜整合蛋白lgpA和lgpB，分布于腔面，可防止对其自身结构的消化分解
      • 嵌有质子泵，逆浓度运输H⁺，形成和维持酸性内环境
    • 膜糖蛋白家族具有高度同源性
  • 形成与成熟过程
    • 酶蛋白的N-糖基化与内质网转运
    • 酶蛋白在高尔基复合体内的加工与转移（形成M-6-P分选识别信号）
    • 酶蛋白的分选与转运：形成网格蛋白包裹的有被小泡
    • 内体性溶酶体的形成与成熟
      • 内体是由胞吞作用形成的一类异质性脱衣被膜泡
      • 断离后的有被小泡很快脱去网格蛋白，与晚期内体融合形成内体性溶酶体
  • 类型
    • 功能状态分类
      • 初级溶酶体:刚刚产生的溶酶体，酶处于非活性状态
      • 次级溶酶体：接受胞内外物质，并相互作用后成为次级溶酶体，实质是溶酶体的一种功能作用状态，故又称作消化泡。
        • 自噬溶酶体：作用底物主要是细胞内衰老、脱变或残损破碎的细胞器（如损害的内质网，线粒体等）或糖原颗粒等其他胞内物质
        • 异噬溶酶体：底物来源于胞吞作用的外来异物
        • 吞噬溶酶体：由吞噬细胞吞入胞外病原体或其他外来较大的颗粒性异物所形成的吞噬体与初级溶酶体融合而成的次级溶酶体（与异噬溶酶体无本质区别）
      • 三级溶酶体（后溶酶体）：完成绝大部分的消化，分解作用后，尚会有一些不能被消化，分解的物质残留，去向①通过排遗作用，以胞吐的方式被清除，释放到胞外②沉积于胞内而不被外排（例如，脂褐质，髓样结构及含铁小体）
    • 形成过程分类
      • 内体性溶酶体：与晚期内体融合形成
      • 吞噬性溶酶体：由内体性溶酶体和自噬体或异噬体融合而成
  • 功能
    • 分解胞内的外来物质及清除衰老，残损的细胞器
    • 具有物质消化与细胞营养功能
    • 是机体防御保护功能的组成部分
    • 参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节
    • 在生物个体发生与发育过程中起重要作用
• 过氧化物酶体
  • 基本理化特征
    • 是一类具有高度异质性的膜性球囊状细胞器
      • 电子致密度较高，排列规则的晶格结构，界膜内表面可见一条称之为边缘板的高电子致密度条带状结构
    • 过氧化物酶体膜具有较高的物质通透性：大分子条件可过
    • 过氧化物酶体含有以过氧化氢酶为标志的40多种酶
      • 氧化酶类：将氧气转化为过氧化氢
      • 过氧化氢酶类：将过氧化氢转化为氧气
      • 过氧化物酶类：与过氧化氢酶类相同
  • 功能
    • 能够有效清除代谢过程中产生的过氧化氢及其他毒性物质：产生的过氧化氢可氧化其他底物如甲醛，甲酸，酚，醇等
    • 有效进行细胞氧张力调节：避免高浓度氧对细胞造成损害
    • 参与对细胞内脂肪酸等高能分子物质的分解转化：分解或转化为乙酰辅酶A，再转运到基质，以备再利用或直接提供热能
  • 发生（略）
• 囊泡与囊泡转运
  • 囊泡在胞内蛋白质运输中的作用
    • 门控运输：在细胞质溶质与=细胞核之间所进行的蛋白质运输
    • 穿膜运输：通过结合在膜上的蛋白质转运体进行的蛋白质运输
    • 小泡运输：由不同的膜性运输小泡承载的一种蛋白质运输形式
  • 类型与来源
    • 网格蛋白有被小泡产生于高尔基复合体及细胞膜
    • COPⅡ有被小泡产生于内质网，介导从内质网到高尔基复合体的物质转运
    • COPⅠ有被小泡的主要功能是回收转运内质网逃逸蛋白
  • 囊泡转运
    • 囊泡转运是细胞物质定向运输的基本途径囊泡转运是一个高度有序并受到严格选择和精密控制的物质运输过程
    • 特异性识别融合是囊泡物质定向转运和准确卸载的基本保证：SNAREs蛋白家族介导囊泡与靶膜之间的相互融合；Rab蛋白家族在囊泡转运与融合中起调节作用
    • 囊泡转运是实现细胞膜及内膜系统功能结构转换和代谢更新的桥梁
• 细胞内膜系统与医学的关系
  • 内质网的病理变化
    • 内质网最常见的病理改变是肿胀、肥大或囊池塌陷
    • 内质网囊腔中包含物的形成和出现是某些疾病或病理过程的表现特征
    • 内质网在不同的肿瘤细胞中呈现多样性的改变
  • 高尔基复合体的病理形态变化
    • 功能亢进导致高尔基复合体的代偿性肥大
    • 毒性物质作用导致高尔基复合体的萎缩与损坏
    • 肿瘤细胞分化状态影响高尔基复合体形态
  • 溶酶体与疾病
    • 溶酶体酶缺乏或缺陷疾病多为一些先天性疾病：泰-萨克斯病、Ⅱ型糖原累积病
    • 溶酶体酶的释放或外泄造成的细胞或组织损伤性疾病：硅沉着病、痛风
  • 过氧化物酶体与疾病
    • 原发性过氧化物酶体缺陷所致的遗传性疾病：遗传性无过氧化物酶血症、Zellweger脑肝肾综合征
    • 疾病过程中的过氧化物酶体的病理改变
  • 囊泡转运与疾病：在阿尔兹海默病患者的大脑神经细胞中，内体运输途径受到阻碍