第七讲 内膜系统endomembrane system

医学细胞生物学第七讲 内膜系统endomembrane system，包括粗面内质网，滑面内质网，高尔基体，过氧化物酶体等。

内膜系统 endomembrane system

• 真核细胞特有 在结构、功能和发生上具有潜在相互关联的所有膜性结构的总称，包括核被膜、内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、各种转运小泡等 是统一的膜系统在局部区域特化的结果
• 一、 内质网*
  • 组成成分
    • 脂质：磷脂，中性脂，缩醛脂，神经节苷脂
    • 蛋白质：含量丰富
      • 网膜蛋白【跨】：“胞质面”，“网腔面”酶；
      • 网质蛋白：主要是 分子伴侣
        • ·内质蛋白：又称葡萄糖调节蛋白94(glucose regulated protein94, GRP94)，是内质网中标志性的分子伴侣。被蛋白激酶激活后参与肽链的折叠与转运。 ·钙网蛋白 ·钙连蛋白 ·蛋白二键硫异构酶（PDI）， ·热激蛋白70（HSP70），immunoglobulin heavy chain-binding protein P 132,
  • 分类
    • 粗面内质网 / 颗粒内质网 Rough Endoplasmic Reticulum / Granular endoplasmic reticulum
      • 功能：分泌蛋白合成、加工与转运的CPU
        • Biosyntheis of proteins
          • 一、作为核糖体支架参与蛋白质的合成
            • 1、合成外输性蛋白质（分泌性蛋白）
            • 2、膜整合蛋白：膜受体，膜抗原等
            • 3、高尔基体，RER,SER，溶酶体等可溶性驻留蛋白，如内质网腔中的网质蛋白、糖基转移酶、酸性水解酶等。内质网膜整合蛋白
            • 由附着核糖体合成的蛋白质
        • Modification of proteins
          • 二、新生多肽链的折叠与装配
            • 如二硫键的形成： 1、提供氧化环境【氧化型谷胱甘肽GSSG】 2、蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase, PDI） 蛋白质的正确折叠：网质蛋白
              • Prion是RER合成的
          • 三、蛋白质的N-糖基化修饰(N-linked glycosylation)
            • 寡糖【低聚糖】与蛋白质天冬酰胺(Asn）残基侧链上氨基基团的结合。 ---Ala-Asn-Met---
              • 催化这一过程的糖基转移酶是存在与粗面内质网网膜腔面的一种整联蛋白
        • Transportation of proteins
          • 四、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
      • 新合成肽链穿越内质网的转移机制
        • Q1.哪些蛋白质能够进入内质网腔？ ·具有信号肽序列的可溶性蛋白质（分泌蛋白质）进入内质网腔； ·具有信号肽序列的内质网穿膜驻留蛋白插入膜中 Q2.合成的多肽链怎样进入内质网腔？ ·SP…SRP…SRP-R…易位子…信号肽酶 Q3.核糖体怎样由游离状态固着在内质网膜上？ ·易位子（通道蛋白）
        • 信号肽假说 signal hypothesis
          • 名词：信号肽 singal peptide / 信号序列 signal-sequence 信号识别颗粒 signal recognition particle, SRP 信号识别颗粒受体 SRP receptor, SRP R
          • 过程
            • 1| SRP结合信号肽
            • 2| 核糖体被介导锚泊在通道蛋白易位子上，SRP解离，重复过程
            • 3| 新合成的多肽链进入内质网网腔
            • 4| 信号肽被切除[信号肽酶]，新生肽链继续延伸
            • 5| 肽链合成完成
    • 滑面内质网 / 无颗粒内质网 Bmooth Bndoplasmic Reticulum / agranular endoplasmic reticulum
      • 功能
        • i. lipid biosynthesis
          • *脂质运输方式
        • ii. metabolism of glycogen(糖原)
          • cAMP途径
        • iii. detoxification in liver
          • 肝细胞上的SER有丰富的氧化酶、转移酶系统，降解脂溶性药物。
        • iv. Major compartment for intracellular [主要的细胞内间隔]
        • v. Calcium store and regulation
          • 1、肌细胞内肌质网——特化的SER
            • 钙离子通道(电压门控)
            • 钙离子泵
            • 钙离子结合蛋白
          • 2、非肌细胞SER膜上的配体门控Ca2+通道
            • 磷脂酰肌醇信号通路（IP3、DAG和Ca2+信使体系）
• 二、 高尔基复合体*
  • *形态结构
    • Golgi complex
      • 高尔基体中间膜囊是由多个较大的扁平膜囊 flatten cisternae相互层叠、连通而形成的囊、管状结构复合体系
      • 特征：弓形弯曲，边缘膨大，分支小管和圆泡，成摞存在，具有极性
      • 两个面
        • 反面 trans face
          • 出面、分泌面、成熟面、凹面
            • 特征：大泡出
        • network 网 中间膜囊
          • 反面扁囊
          • 中间扁囊
          • 顺面扁囊
        • 顺面 cis face
          • 进面、形成面、未成熟面、凸面
            • 特征：小泡进
  • 化学组成
    • 脂质
    • 主要酶类
      • *糖基转移酶 Glycosyltransferases
        • 这是高尔基复合体的标志酶
        • 一种实例：血型糖蛋白
      • 磺化糖基转移酶 酰基转移酶 糖苷酶 磷酸激酶
  • *功能
    • 1、胞内物质的转运和细胞的分泌活动；
    • 2、糖蛋白的加工合成；
      • 多肽链的N-连接糖基化修饰 开始于糙面内质网，完成于高尔基复合体
      • 多肽链的O-连接糖基化修饰 全部在高尔基复合体中完成
        • Tyr/Ser/Thy
    • 3、蛋白质的水解；
      • 举例：“胰岛素”的成熟过程[3个转变酶]
    • 4、蛋白质的分选与胞内膜泡运输。
      • 蛋白质分选 protein sorting
        • *分选方法：
          • 1. 蛋白质上的分选信号
          • 2. 特异性受体
          • 相互识别与结合
        • 名词解释：新合成的蛋白质被特意地分送到需要它的靶部位的现象。
      • 运输小泡运送
        • *表面可以附着一层衣被蛋白 coat protein
          • 三种蛋白组成单位不同，决定不同运输方向
          • 网格蛋白 clathrin
          • 衣被蛋白Ⅰ coat protein Ⅰ,COPⅠ
          • 衣被蛋白Ⅱ coat protein Ⅱ,COPⅡ
  • 病理状态
    • 1. 高尔基复合体肥大：与分泌活动成正比。
    • 2. 高尔基复合体萎缩与损坏：脂肪肝的形成
    • 3. 肿瘤细胞中高尔基复合体的变化：与癌细胞恶性程度成反比
• 三、 溶酶体* Lysosome
  • 一、形态结构
    • 1. 6nm的单位膜包围成的异质性球囊状小体
    • 2. 膜上有多种跨膜转运蛋白，其中，质子泵（H＋-ATP酶），使内部pH值保持5左右
    • 3. 含多种酸性水解酶(溶酶)，酸性磷酸酶是标志酶
    • 4. 膜的腔面富含高度糖基化的跨膜整合蛋白(溶酶体关联膜蛋白,LAMP)，保护自身膜结构
  • *二、溶酶体的类型（“异质性”细胞器）
    • primary lysosome
    • secondary lysosome
      • 吞噬性溶酶体 phagolysosome
        • 吞噬体(phagosome)与初级溶酶体融合
          • 自噬性溶酶体 / 自体吞噬泡 autophagolysosome /autophagic vacuole
          • 异噬溶酶体/异体吞噬泡 heterophagic lysosome / heterophagic vacuole
      • 多泡体 multivesicular body
        • 胞饮体（pinosome）与初级溶酶体融合
    • tertiary lysosome/ post-lysosome/telolysosome / residual body （残余体）
      • 脂褐素 lipofuscin
        • 围以单位膜的小体 常含有浅亮的脂滴 常见于神经细胞和心肌细胞中。
      • 含铁小体 【from RC】
        • 含铁小体被以单位膜 内部充满电子密度高的含铁颗粒 在正常的单核━巨噬细胞系统细胞中可见到含铁小体。在溶血的病人脾脏中明显增多。
      • 髓样结构 myelin figure
        • 内部含 有很多膜性成份，而且呈同心层状、板状或指纹状等排列 可见于正常细胞（巨噬细胞）及病变细胞如肿瘤细胞和病毒感染的细胞
  • 三、形成与成熟
    • 以溶酶体酶蛋白【如酸性水解酶】在附着性多聚核糖体上的合成为起始
    • 1| 附着型核糖体合成后进入内质网糖基化，进入高尔基复合体磷酸化--->分选信号：甘露糖-6-磷酸（M-6-P）
    • 2| 酶蛋白分选，网格蛋白组装形成有被小泡并脱离
    • 3| 内体性溶酶体形成：与晚期内体(late endosome)融，形成内体性溶酶体，即初级溶酶体
      • *酶、LAMP等来自于粗面内质网, 分选于高尔基复合体,膜大部分来自于晚期内吞体
      • 内体：胞吞作用形成的异质性膜泡。
    • 4| 成熟：质子泵作用使得pH降为6.0左右,M-6-P解离，溶酶体酶前体去磷酸化解离 P144 图
      • 执行物质消化、分解功能后更名为次级溶酶体
  • 四、功能
    • 1.细胞内物质的消化分解及衰老残存细胞器的清除更新
    • 2.细胞（消化）营养作用
      • 1| 异体吞噬
      • 2| 自体吞噬
      • 3| 分泌自噬
        • 在分泌肽类激素细胞中，溶酶体与一部分分泌颗粒融合，将其降解以清除过多激素的现象。
    • 3.防御保护作用
    • 4.参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节
      • 甲状腺激素的形成：甲状腺球蛋白被吞噬后在溶酶体中水解为甲状腺激素
    • 5.参与生物个体发生、发育过程
      • (1) 协助精子与卵细胞受精
        • 顶体acrosome的形成
          • 精子头的顶端特化的小泡，叫作顶体(acrosome)，它是由高尔基体小泡发育而来。实际上，顶体是一种特化的溶酶体。
            • 透明脂酸酶
            • 放射冠穿透酶
            • 顶体素
      • (2) 骨骼发育中吸收陈旧的骨基质
        • 蝌蚪变蛙的尾部吸收
        • 破骨细胞的溶酶体的酶释放到细胞外，吸收和消除陈旧骨基质，促进骨质更新。
      • 哺乳动物子宫内膜的周期性萎缩
        • 在子宫内膜溶酶体中含有各种水解酶如酸性磷酸酶、β-葡萄糖醛酸酶等，能使蛋白、核酸和粘多糖分解。雌、孕激素能促进这些水解酶的合成。由于孕酮具有稳定溶酶体膜的作用，这些水解酶平时贮存在溶酶体内，不具活性。排卵后若卵子未受精：，黄体经一定时间后萎缩，此时雌、孕激素水平下降，溶酶体膜的通透性增加，水解酶进入组织，影响子宫内膜的代谢，对组织有破坏作用，因而造成内膜的剥脱和出血。
  • *五、溶酶体与人类疾病
    • 1. 与溶酶体相关的人类先天性疾病
      • 泰-萨病
      • Ⅱ型糖原蓄积病
    • 2. 溶酶体酶的释放或外泄造成的细胞或组织损伤疾病
      • 硅沉着病
        • 硅沉着病(矽肺silicosis）是由于长期吸入硅石粉尘而引起的肺广泛纤维化的一种疾病.
          • • 可明显地促进吸入肺内的石英尘从支气管排出体外，阻止粉尘侵入肺间质，阻滞粉尘在淋巴结的运行，可先与矽酸结合，形成氢键络合物，从而保护巨噬细胞免受石英尘的毒害，阻止矽肺纤维化的形成。适用于各期矽肺患者。
      • 痛风
      • 类风湿性关节炎
        • 细胞内溶酶体膜脆性增加，溶酶体酶局部释放，其中胶原酶能侵蚀软骨细胞而引起本病。
        • 消炎痛和肾上腺皮质激素能稳定溶酶体膜，而用于治疗本病。
• 四、 过氧化物酶体 peroxisome
  • 一、 形态结构
    • 膜性细胞器，含氧化酶和过氧化氢酶
    • 形态、大小多样，多为圆形或卵圆形
    • 含有类核体或类晶体结构，为尿酸氧化酶
    • 膜内侧有“边缘板”，决定着过氧化物酶体的形态（如半月形，长方形）
  • 二、 化学组成
    • 1. 氧化酶类：50~60%
    • 2. 过氧化氢酶类:40 %
      • 标志酶
      • 作用：
    • 3. 过氧化物酶类（仅存在于血细胞等少数细胞）
      • 作用：
    • 4. 还具有苹果酸脱氢酶，柠檬酸脱氢酶等
  • 三、 功能
    • 1. 解毒作用
      • 如肝中对酒精的氧化防止其对肝自身的伤害
      • 氧化酶与过氧化酶作用偶联形成一个有过氧化氢协调的简单的呼吸链，可以有效消除细胞代谢过程中产生的过氧化氢及其他毒性物质，从而起到对细胞的保护作用。
    • 2. 对氧浓度的调节作用
    • 3. 分解脂肪酸等高能分子
  • 四、 发生 P147
    • 合成：核基因编码，游离核糖体合成
    • 转运：羧基端的三氨基酸序列SKL起到导肽作用。进入过氧化物酶体 过氧化物媒体导向信号/前导肽 peroxisomal targeting signal, PTS / leader peptide
  • 五、 过氧化物酶体异常与疾病
    • 原发性过氧化物酶体缺陷与疾病
      • 遗传性无过氧化氢酶血症；
      • Zellweger 脑肝肾综合征（Zellweger syndrome）
    • 过氧化物酶体的病理性改变
• 五、 房室化compartmentation*，膜流（囊泡）
  • 即膜性细胞器对细胞的分隔作用。内膜系统在细胞内形成一个个彼此隔离、相互独立的功能性结构区域，称细胞内房室化或区域化。
  • meaning
    • 扩大细胞内的表面积，为提高细胞代谢功能奠定基础
    • 形成细胞内不同的特殊微环境，有效提高了细胞新陈代谢的质量和效率
    • 形成一个严密而完善的细胞内体系
  • 务必掌握图的意义
• 六、 Metabolism
  • substance metabolism
    • anabolism
      • constructing molecules from smaller units
      • substance origin: plasma membrane
      • product
        • protein [ribosome, RER, Golgi complex]
        • lipid [SER]
        • polysaccharides(PS): SER
        • nucleic acids [nucleus]
    • catabolism
      • (breaking down molecules into smaller units that are either oxidized to release energy, or used in other anabolic reactions)
      • lysosome, peroxisome
  • energy metabolism
    • mitochondion, peroxisome