细胞内膜系统与囊泡转运细胞内膜系统与囊泡转运l相对于细胞质膜而言，细胞内部那些在结相对于细胞质膜而言，细胞内部那些在结构、功能以及发生上相互密切关联的所有构、功能以及发生上相互密切关联的所有膜性结构的细胞器被通称为细胞的内膜系膜性结构的细胞器被通称为细胞的内膜系统统（endomembrane system），），主要包括：主要包括：内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体等。物酶体等。l内膜系统指细胞内在结构、功能及发生上内膜系统指细胞内在结构、功能及发生上相关的由生物膜包绕形成的细胞器或细胞相关的由生物膜包绕形成的细胞器或细胞结构。结构。内膜系统的出现及其形成的腔室性区域化效应内膜系统的出现及其形成的腔室性区域化效应的意义在于：的意义在于：1、有效地增加了细胞内有限空间的表面积；、有效地增加了细胞内有限空间的表面积；2、内膜系统各个组分在功能结构上持续发生、内膜系统各个组分在功能结构上持续发生的相互移行转换，保证了各种代谢活动的有的相互移行转换，保证了各种代谢活动的有序稳定性；序稳定性；3、通过各种膜性运输小泡介导的物质转运沟、通过各种膜性运输小泡介导的物质转运沟通了细胞与外环境的相互联系。通了细胞与外环境的相互联系。蛋白质的合成和分选是内膜系统的主要功能。蛋白质的合成和分选是内膜系统的主要功能。内质网内质网 内质网内质网(endoplasmic reticulum, ER)是是普遍存在于动植物细胞中细胞核附近、细普遍存在于动植物细胞中细胞核附近、细胞质区域内的一些由小管和小泡连接而成胞质区域内的一些由小管和小泡连接而成的三维网状结构，其主要化学组成成分为的三维网状结构，其主要化学组成成分为脂类、蛋白质和多种酶类。脂类、蛋白质和多种酶类。 内质网膜脂类组成包括磷脂、中性脂内质网膜脂类组成包括磷脂、中性脂等，以磷脂含量为多。蛋白质种类有数十等，以磷脂含量为多。蛋白质种类有数十种之多。种之多。 l内质网膜中含有内质网膜中含有30多种酶，其中葡萄糖多种酶，其中葡萄糖6磷酸酶被看作是内质网的主要标志性磷酸酶被看作是内质网的主要标志性酶。酶。l内质网网腔中还含有许多网质蛋白，主要内质网网腔中还含有许多网质蛋白，主要有免疫球蛋白重链结合蛋白、内质蛋白、有免疫球蛋白重链结合蛋白、内质蛋白、蛋白质二蛋白质二硫键异构酶、钙网蛋白等。各种硫键异构酶、钙网蛋白等。各种网质蛋白有各自的结构和功能，但都有一网质蛋白有各自的结构和功能，但都有一个个4氨氨基酸序列驻留信号，该驻留信号可基酸序列驻留信号，该驻留信号可通过与内质网膜上相应受体的识别结合而通过与内质网膜上相应受体的识别结合而留驻于内质网腔不被转运。留驻于内质网腔不被转运。 内质网的基本结构单位是由一层平均厚内质网的基本结构单位是由一层平均厚度约度约56nm的单位膜所形成的大小形状各异的单位膜所形成的大小形状各异的管（的管（ER tubule）、泡（）、泡（ER vesicle）或扁）或扁囊（囊（ER lamina），它们在细胞质中彼此相），它们在细胞质中彼此相互连通，构成一个连续的膜性管网系统。互连通，构成一个连续的膜性管网系统。 内内质网在整体结构上可与高尔基复合体、溶酶质网在整体结构上可与高尔基复合体、溶酶体等其他组分移行转换，在功能上则与这些体等其他组分移行转换，在功能上则与这些结构密切相关。结构密切相关。 内质网还向内、外延伸，与细胞核外膜内质网还向内、外延伸，与细胞核外膜直接连通或达到细胞质溶质外侧质膜下的边直接连通或达到细胞质溶质外侧质膜下的边缘区域。缘区域。 l 内质网的数量及结构的复杂程度往往与细胞的内质网的数量及结构的复杂程度往往与细胞的发育进程呈正相关。发育进程呈正相关。 在不同种生物的同类组织细胞中的内质网是在不同种生物的同类组织细胞中的内质网是基本相似的。基本相似的。 内质网因其形态差异分为糙面内质网和光面内质网因其形态差异分为糙面内质网和光面内质网两种基本类型。内质网两种基本类型。l 两种类型的内质网在不同组织细胞中的分布两种类型的内质网在不同组织细胞中的分布状况各不相同，有的细胞中皆为糙面内质网，有状况各不相同，有的细胞中皆为糙面内质网，有的细胞中全部为光面内质网，还有些细胞中则是的细胞中全部为光面内质网，还有些细胞中则是二者以不同的比例共存，并且可以随着细胞不同二者以不同的比例共存，并且可以随着细胞不同发育阶段或生理功能状态的变化而相互发生类型发育阶段或生理功能状态的变化而相互发生类型的转换。的转换。l糙面内质网（糙面内质网（rough endoplasmic reticulum，RER）又）又名颗粒内质网名颗粒内质网（granular endoplasmic reticulum），其），其网膜网膜胞质面附有许多核糖胞质面附有许多核糖体颗粒，两者共同形体颗粒，两者共同形成一种功能性结构复成一种功能性结构复合体，主要与外输性合体，主要与外输性蛋白质及多种膜蛋白蛋白质及多种膜蛋白的合成有关。的合成有关。l核糖体核糖体（ribosome）也）也称核蛋白体，是称核蛋白体，是合成蛋白质的机合成蛋白质的机器，其功能是按器，其功能是按照照mRNA的指令的指令由氨基酸合成蛋由氨基酸合成蛋白质。几乎所有白质。几乎所有的细胞里都存在的细胞里都存在核糖体。核糖体核糖体。核糖体由大、由大、小两个亚小两个亚基组成。基组成。l光面内质网光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）又称无颗）又称无颗粒内质网粒内质网（agranular endoplasmic reticulum），网），网膜表面无颗粒膜表面无颗粒（核糖体），故（核糖体），故光滑光滑，常与粗面，常与粗面内质网相通，是内质网相通，是一种多功能细胞一种多功能细胞器，与许多脂类器，与许多脂类物质的合成有关。物质的合成有关。内质网的主要功能与蛋白质和脂类物质的合成内质网的主要功能与蛋白质和脂类物质的合成及运输有关及运输有关（一）糙面内质网，与外输性蛋白质的分泌（一）糙面内质网，与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰及转运过程密切相关合成、加工修饰及转运过程密切相关 1、核糖体附着的支架核糖体附着的支架 许多蛋白质多肽链许多蛋白质多肽链的延伸合成，一旦开始，必须伴随合成活的延伸合成，一旦开始，必须伴随合成活动所在的核糖体一起转移、附着于糙面内动所在的核糖体一起转移、附着于糙面内质网上才能继续并最终完成。所以糙面内质网上才能继续并最终完成。所以糙面内质网最基本的功能之一，就是为那些正在质网最基本的功能之一，就是为那些正在进行蛋白质合成的核糖体提供附着支架。进行蛋白质合成的核糖体提供附着支架。2、新生多肽链的折叠与装配、新生多肽链的折叠与装配 内质网中的内质网中的许多酶为新生多肽链的正确折叠和装配提许多酶为新生多肽链的正确折叠和装配提供了有利的环境。供了有利的环境。3、蛋白质的糖基化、蛋白质的糖基化 许多蛋白质的功能有许多蛋白质的功能有赖于糖基化形成糖蛋白才能实现，内质网赖于糖基化形成糖蛋白才能实现，内质网中的许多酶有助于完成这一反应。中的许多酶有助于完成这一反应。4、蛋白质的胞内运输蛋白质的胞内运输 外输性蛋白质在糙外输性蛋白质在糙面内质网中合成、修饰、加工后，最终被面内质网中合成、修饰、加工后，最终被内质网膜包裹，并以内质网膜包裹，并以“出芽出芽”方式形成膜方式形成膜性小泡而转运。性小泡而转运。 （二）光面内质网，是作为细胞内脂类物质合成主（二）光面内质网，是作为细胞内脂类物质合成主要场所的多功能细胞器。要场所的多功能细胞器。 1、脂质合成与转运、脂质合成与转运 食物消化产生的脂类物质进入食物消化产生的脂类物质进入细胞在内质网中被重新合成为甘油三酯等脂类，这细胞在内质网中被重新合成为甘油三酯等脂类，这些脂类会与粗面内质网来的蛋白质组成脂蛋白，再些脂类会与粗面内质网来的蛋白质组成脂蛋白，再经由高尔基复合体分泌出去。滑面内质网是细胞内经由高尔基复合体分泌出去。滑面内质网是细胞内脂类合成的重要场所，不同的细胞内滑面内质网因脂类合成的重要场所，不同的细胞内滑面内质网因其化学组成及所含酶类不同，功能也不同。其化学组成及所含酶类不同，功能也不同。2、糖原代谢、糖原代谢 肝细胞中滑面内质网网膜的葡萄糖肝细胞中滑面内质网网膜的葡萄糖6磷酸酶能催化糖原的降解产物葡萄糖磷酸酶能催化糖原的降解产物葡萄糖6磷酸磷酸去磷酸化产生葡萄糖。去磷酸化产生葡萄糖。 3、解毒作用、解毒作用 肝脏解毒作用主要由肝细胞中的滑肝脏解毒作用主要由肝细胞中的滑面内质网完成。面内质网完成。4、参与钙离子的储存和浓度调节、参与钙离子的储存和浓度调节 肌质网网膜上肌质网网膜上有有Ca+-ATP酶把细胞质中的酶把细胞质中的Ca+泵入网腔储存，泵入网腔储存，必要时释放。必要时释放。5、与胃酸、胆汁的合成、分泌密切相关、与胃酸、胆汁的合成、分泌密切相关 在胃壁在胃壁腺上皮细胞中腺上皮细胞中Cl- 、 H+结合生成结合生成HCl的场所；肝的场所；肝细胞中合成胆红素。细胞中合成胆红素。新合成肽链在信号肽指导下穿越内质网进行转移新合成肽链在信号肽指导下穿越内质网进行转移l信号肽（信号肽（singnal peptide）普遍存在于所有）普遍存在于所有分泌性蛋白肽链的分泌性蛋白肽链的N端，这是一段由不同数端，这是一段由不同数目、不同种类的目、不同种类的氨基酸组成的疏水性氨基氨基酸组成的疏水性氨基酸序列。在信号肽引导下，合成中的肽链酸序列。在信号肽引导下，合成中的肽链通过核糖体和移位子蛋白共同形成的通道，通过核糖体和移位子蛋白共同形成的通道，穿越内质网网膜进入网腔。穿越内质网网膜进入网腔。 高尔基复合体高尔基复合体l高尔基复合体（高尔基复合体（Golgi complex）原称内网器，）原称内网器，由意大利学者由意大利学者Golgi最先发现，故名之，由于最先发现，故名之，由于其由几部分组成其由几部分组成，故称其为复合体。，故称其为复合体。高尔基复合体的形态结构高尔基复合体的形态结构（一）由三种不同大小类型的囊泡组成膜性结构复（一）由三种不同大小类型的囊泡组成膜性结构复合体。合体。1、扁平囊泡，又称为潴泡（扁平囊泡，又称为潴泡（ cisternae） 最最具特征的主体结构高尔基堆，其凸面朝向具特征的主体结构高尔基堆，其凸面朝向细胞核，称为顺面或形成面，凹面朝向细胞细胞核，称为顺面或形成面，凹面朝向细胞膜，称为反面或成熟面，中间为扁平囊区。膜，称为反面或成熟面，中间为扁平囊区。2、小囊泡，又称为小泡（、小囊泡，又称为小泡（vesicles） 聚集分聚集分布于形成面附近，主要起运输作用。布于形成面附近，主要起运输作用。3、大囊泡，又称为液泡（、大囊泡，又称为液泡（vacuoles） 也称分也称分泌泡，常见于成熟面，可能将新合成的物质泌泡，常见于成熟面，可能将新合成的物质运出复合体。运出复合体。 （二）具有极性特征的细胞器（二）具有极性特征的细胞器 顺面高尔基网呈顺面高尔基网呈现出连续分支的管网状结构，其功能一是分选现出连续分支的管网状结构，其功能一是分选来自内质网的蛋白质和脂类，并将其大部分转来自内质网的蛋白质和脂类，并将其大部分转入到高尔基中间囊膜，小部分重新送回内质网入到高尔基中间囊膜，小部分重新送回内质网而成为驻留蛋白，二是进行蛋白修饰的而成为驻留蛋白，二是进行蛋白修饰的O连连接糖基化以及跨膜蛋白在细胞质基质侧结构域接糖基化以及跨膜蛋白在细胞质基质侧结构域的酰基化。中间囊膜的主要功能是进行糖基化的酰基化。中间囊膜的主要功能是进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成。反面网状结构的主修饰和多糖及糖脂的合成。反面网状结构的主要功能是对蛋白质进行分选，最终使得这些蛋要功能是对蛋白质进行分选，最终使得这些蛋白或被分泌到细胞外，或被转运到溶酶体。白或被分泌到细胞外，或被转运到溶酶体。 （三）在不同组织细胞中具有不同分布形式（三）在不同组织细胞中具有不同分布形式 比如围绕细胞核分布、趋于一极分布、分比如围绕细胞核分布、趋于一极分布、分散分布等等，其数量和发达程度，也因细散分布等等，其数量和发达程度，也因细胞的生长、发育、分化程度和细胞的功能胞的生长、发育、分化程度和细胞的功能类型的不同而出现较大差异，并且会随着类型的不同而出现较大差异，并且会随着细胞的生理状态而变化。细胞的生理状态而变化。高尔基复合体的化学组成高尔基复合体的化学组成l脂类是高尔基复合体结构的最基本化学组脂类是高尔基复合体结构的最基本化学组分，蛋白质组成含量和复杂程度介于内质分，蛋白质组成含量和复杂程度介于内质网和细胞膜之间。高尔基复合体含有多种网和细胞膜之间。高尔基复合体含有多种酶类，其中糖基转移酶是最具有特征性的酶类，其中糖基转移酶是最具有特征性的标志酶，主要有参与糖蛋白合成的糖基转标志酶，主要有参与糖蛋白合成的糖基转移酶类和参与糖脂合成的硫化糖基转移酶移酶类和参与糖脂合成的硫化糖基转移酶类。类。高尔基复合体的功能高尔基复合体的功能（一）细胞内蛋白质运输分泌的中转站（一）细胞内蛋白质运输分泌的中转站（二）细胞内物质加工合成的重要场所（二）细胞内物质加工合成的重要场所 糖糖蛋白的合成和修饰、蛋白质（或酶原蛋白）蛋白的合成和修饰、蛋白质（或酶原蛋白）的水解等。的水解等。（三）细胞内蛋白质的分选和膜泡的定向运（三）细胞内蛋白质的分选和膜泡的定向运输。输。（四）参与溶酶体的形成。（四）参与溶酶体的形成。溶酶体溶酶体l溶酶体溶酶体（lysosome）是一种内含多种水解酶是一种内含多种水解酶的膜性细胞器，多呈圆形或球形，呈高度的膜性细胞器，多呈圆形或球形，呈高度异质性。异质性。l溶酶体的共同特征是含有丰富的酸性水解溶酶体的共同特征是含有丰富的酸性水解酶类。酶类。溶酶体中可含有溶酶体中可含有60多种能够分解机体中几乎所有生多种能够分解机体中几乎所有生物活性物质的酸性水解酶，这些酶的最适作用物活性物质的酸性水解酶，这些酶的最适作用pH通通常为常为3.55.5。溶酶体在其形态大小、数量分布、。溶酶体在其形态大小、数量分布、生理生化等各方面表现出高度异质性生理生化等各方面表现出高度异质性(heterogenous)。l对溶酶体的分类目前有两种方式对溶酶体的分类目前有两种方式 （一）以其生理功能状态分为三种基本类型（一）以其生理功能状态分为三种基本类型 1、初级溶酶体（、初级溶酶体（primary lysosome）形成途径中刚形成途径中刚刚产生的溶酶体，囊腔中仅含水解酶，常处于非活刚产生的溶酶体，囊腔中仅含水解酶，常处于非活性状态。性状态。 2、次级溶酶体（、次级溶酶体（secondary lysosome）已接受来自胞已接受来自胞内外的物质，自噬，异噬（吞噬）。内外的物质，自噬，异噬（吞噬）。 3、残余（三级溶酶）体（、残余（三级溶酶）体（tertiary lysosome）完成任完成任务或完不成任务后的溶酶体，残留小体。务或完不成任务后的溶酶体，残留小体。（二）基于形成过程不同分为两种类型（二）基于形成过程不同分为两种类型 1、内体性溶酶体（、内体性溶酶体（endolysosome）由运输由运输小泡和内体合并形成，也有人将其称为晚小泡和内体合并形成，也有人将其称为晚期内体期内体(late endosome)。 2、吞噬性溶酶体（、吞噬性溶酶体（phagolysosome ?）内体内体性溶酶体与来自胞内外的作用底物相互融性溶酶体与来自胞内外的作用底物相互融合而成。合而成。溶酶体的形成与成熟是多种细胞器参溶酶体的形成与成熟是多种细胞器参与的复杂而有序的过程与的复杂而有序的过程1、内体溶酶体是运输小泡合并晚期内体形成的；、内体溶酶体是运输小泡合并晚期内体形成的；2、吞噬性溶酶体是内溶酶体与来源于胞内外的作、吞噬性溶酶体是内溶酶体与来源于胞内外的作 用底物融合而成的。用底物融合而成的。l溶酶体具有多种生物学功能：溶酶体具有多种生物学功能： （一）能够分解胞内的外来物质及清除衰（一）能够分解胞内的外来物质及清除衰老、残损的细胞器；老、残损的细胞器； （二）具有细胞营养功能；（二）具有细胞营养功能； （三）是机体防御保护功能的组成部分；（三）是机体防御保护功能的组成部分； （四）参与某些腺体组织细胞分泌过程的（四）参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节；调节； （五）参与个体发生、发育过程。（五）参与个体发生、发育过程。过氧化物酶体过氧化物酶体l过氧化物酶体（过氧化物酶体（peroxisome）有点类似溶有点类似溶酶体，但其所含酶类主要为氧酶体，但其所含酶类主要为氧化酶和过氧化酶和过氧化氢酶。化氢酶。l过氧化物酶体形态上多呈圆形或卵圆形。过氧化物酶体形态上多呈圆形或卵圆形。l过氧化物酶体主要包含三种酶类：过氧化物酶体主要包含三种酶类： 1、氧化酶类，将氧还原成过氧化氢；、氧化酶类，将氧还原成过氧化氢； 2、过氧化氢酶类，将过氧化氢分解为水和氧气；、过氧化氢酶类，将过氧化氢分解为水和氧气； 3、过氧化物酶类，作用与、过氧化物酶类，作用与2、相似。、相似。 过氧化物酶体的主要生理功能是解毒作用过氧化物酶体的主要生理功能是解毒作用囊泡与囊泡运输囊泡与囊泡运输l囊泡囊泡(vesicle)是真核细胞中常见的膜泡结是真核细胞中常见的膜泡结构，虽不像内质网、高尔基复合体等作为构，虽不像内质网、高尔基复合体等作为一种相对稳定的细胞内固有结构而存在，一种相对稳定的细胞内固有结构而存在，但是却仍然是细胞内膜系统不可或缺的重但是却仍然是细胞内膜系统不可或缺的重要功能结构组分。要功能结构组分。l囊泡运输囊泡运输(vesicular transport)是真核细胞是真核细胞特有的一种细胞物质内外转运的形式。特有的一种细胞物质内外转运的形式。l囊泡是细胞内物质定向运输的载体。囊泡是细胞内物质定向运输的载体。l三种类型：三种类型： 网格蛋白有被囊泡，含网格蛋白、衔接蛋白、缢网格蛋白有被囊泡，含网格蛋白、衔接蛋白、缢断蛋白等；断蛋白等； coatmer-protein subunits I，COP I有被囊泡；有被囊泡； COP II有被囊泡等。有被囊泡等。l网格蛋白有被囊泡可产生于高尔基复合体，也可网格蛋白有被囊泡可产生于高尔基复合体，也可由细胞膜受体介导的细胞内吞作用而形成。由细胞膜受体介导的细胞内吞作用而形成。 网格蛋白有被囊泡的网格蛋白有被囊泡的产生，是一个非常复产生，是一个非常复杂的过程。在囊泡形杂的过程。在囊泡形成中，除网格蛋白与成中，除网格蛋白与衔接蛋白外，还有发衔接蛋白外，还有发动蛋白等也发挥着及动蛋白等也发挥着及其重要的作用。其重要的作用。lCOP II有被囊有被囊泡由糙面内质泡由糙面内质网产生，由数网产生，由数种蛋白质参与种蛋白质参与组成，主要负组成，主要负责介导从内质责介导从内质网到高尔基复网到高尔基复合体的物质运合体的物质运输，对物质的输，对物质的转运有一定的转运有一定的选择性。选择性。lCOP I有被囊泡可能由高尔基复合体生成，主要有被囊泡可能由高尔基复合体生成，主要负责内质网逃逸蛋白的捕捉、回收转运以及高尔负责内质网逃逸蛋白的捕捉、回收转运以及高尔基体膜内蛋白的逆向运输，也能行使从内质网到基体膜内蛋白的逆向运输，也能行使从内质网到高尔基体的顺向转移。高尔基体的顺向转移。囊泡转运是一个受到精密调控而高度有序的物质转囊泡转运是一个受到精密调控而高度有序的物质转运过程运过程l囊泡转运是囊泡以出芽方式，从一种细胞器膜产生、脱离囊泡转运是囊泡以出芽方式，从一种细胞器膜产生、脱离后又定向地与另一种细胞器膜相互融合的过程，是细胞物后又定向地与另一种细胞器膜相互融合的过程，是细胞物质定向运输的重要途径和基本形式。质定向运输的重要途径和基本形式。l囊泡转运是一个高度有序、受到严格选择和精密控制的物囊泡转运是一个高度有序、受到严格选择和精密控制的物质运输过程。质运输过程。l特异性识别融合是囊泡物质定向运输和准确卸载的基本保特异性识别融合是囊泡物质定向运输和准确卸载的基本保证。证。l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，维持着细胞膜与内膜系统膜物质总量的平衡。新的桥梁，维持着细胞膜与内膜系统膜物质总量的平衡。细胞内膜系统与医学的关系细胞内膜系统与医学的关系一、内质网是一个比较敏感的细胞器，在各种因素一、内质网是一个比较敏感的细胞器，在各种因素如缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，会产如缺氧、辐射、毒物作用和感染等条件下，会产生病理变化，包括肿胀、肥大、囊池塌陷和包涵生病理变化，包括肿胀、肥大、囊池塌陷和包涵物的形成等等。物的形成等等。 内质网囊腔中包涵物的形成和出现可看作为某些内质网囊腔中包涵物的形成和出现可看作为某些疾病或病理过程的表现特征，内质网在不同肿瘤疾病或病理过程的表现特征，内质网在不同肿瘤细胞中也可发生多种改变。细胞中也可发生多种改变。二、病理状态下高尔基复合体出现多种异常改变。二、病理状态下高尔基复合体出现多种异常改变。 功能亢进导致高尔基复合体的代偿性肥大、毒性功能亢进导致高尔基复合体的代偿性肥大、毒性物质作用下高尔基复合体发生萎缩与损伤、肿瘤物质作用下高尔基复合体发生萎缩与损伤、肿瘤细胞中高尔基复合体可发生明显变化。细胞中高尔基复合体可发生明显变化。三、某些先天性疾病与溶酶体缺陷或酶过度三、某些先天性疾病与溶酶体缺陷或酶过度释放有关。释放有关。 溶酶体酶缺乏或缺陷、溶酶体酶的过度释溶酶体酶缺乏或缺陷、溶酶体酶的过度释放或外泄可造成细胞或组织损伤。放或外泄可造成细胞或组织损伤。四、过氧化物酶体缺陷或数量、体积、形态四、过氧化物酶体缺陷或数量、体积、形态异常亦可致病。异常亦可致病。