3、内质网、高尔基复合体
细胞学-9章 高尔基复合体

2、参与细胞分泌活动 虽然早期的形态学观察结果就提示了高尔基体可能
与细胞分泌活动有关,但对这一功能的了解却经历了一 个较长的逐渐认识的过程。
一般认为,大囊泡是由扁平囊周边或局部 呈球状膨突而后脱落形成,并带有扁平囊所含 有的分泌物质。又称浓缩泡或分泌泡。
根据高尔基体的各部分膜囊特有的成分,可用电 镜细胞化学的方法对高尔基体的结构成分作进一步的 分析。常用的4种标志细胞化学反应是:
(1)嗜锇反应,经锇酸浸染后,高尔基体的顺面膜 囊被特异地染色。
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。
然而很多糖蛋白的分选与行使其功能并非需要糖基 化的修饰,如在成纤维细胞中,它所分泌的纤连蛋白(FN) 的数量与速率不受蛋白质糖基化与否的影响,但是糖基 化的FN比末糖基化的FN对组织蛋白酶有更强的抗性,提 示糖基化增强了糖蛋白的稳定性。此外,多烃基糖侧链 还可能影响蛋白质的水溶性及蛋白质所带电荷的性质, 如哺乳动物细胞表面常常带有负电荷,显然与很多膜蛋 白糖侧链上的唾液酸残基的存在有关。目前对蛋白质糖 基化生物学意义的了解还不够深入,从已有的研究结果 可以看出,不同的蛋白质糖基化具有不同的功能。对多 数由高尔基体分选的蛋白质来说,糖基化并非作为蛋白 质的分选信号,而更主要的作用可能是蛋白质在成熟过 程中折叠成正确的构象和增加蛋白质的稳定性。但这样 仍很难解释糖侧链在内质网,特别是在高尔基体中的如 此复杂的加工过程。
细胞生物学第六章第三节《细胞内膜系统》

②胞质溶质蛋白 ④核基因组编码蛋白
2、新生多肽链的折叠与装配
PDI催化二硫键形成,促进多肽链折叠。分子伴侣。 3、蛋白质的糖基化(glycosylation)
糙面内质网中的N-连接糖基化
4、蛋白质的胞内运输 第一站
(二)光面内质网的功能
1、脂类合成
2、糖原代谢 3、细胞解毒 肝细胞 G-6-P酶 肝细胞 氧化酶系和羟化酶系
3.管泡状网络结构
反面高尔基网(TGN)
三、高尔基复合体的主要功能
(一)高尔基复合体是胞内蛋白质运输分泌的中转站
( 二)高尔基复合体是胞内物质加工合成的重要场所 1.糖蛋白的加工合成 O-连接的糖基化
(二)高尔基复合体是胞内物质加工合成的重要场所
2.蛋白质的水解修饰
(三)在胞内蛋白质的分选和膜泡的定向运输中的枢纽作用 蛋白质分选 (protein sorting)
二、高尔基复合体的形态结构
三种不同的膜性结构组成了高尔基复合体的基本结构。
高尔基堆 (Golgi stack)
极性:顺面、反面 1.连续分支的管状网络结构 顺面高尔基网(CGN) 2.扁平膜囊 顺面膜囊 (cis cisterna) 中间膜囊 (medial cisterna) 反面膜囊 (trans cisterna)
4、免疫球蛋白重链结合蛋白
(immunoglobulin heavychain-binding protein)
单体非糖蛋白;与Hsp70同源。 分子伴侣,阻止蛋白质聚集或发生不可逆变性,协助蛋白质折叠。
二、内质网的形态结构与类型
(一)内质网是一种膜性管网结构系统 基本特征:以膜性小管、小泡和扁囊为基本结构单位,彼此
第六章 细胞质和细胞器
内质网

多聚核糖体模式图
游离核糖体
主要合成细胞本身的 固有蛋白:胞质溶质 蛋白、核蛋白、线粒 体蛋白、质体蛋白
附着核糖体?
主要合成分泌蛋 白、溶酶体蛋白、 穿膜蛋白和驻留 蛋白
细胞中所有蛋白质的合成,皆起始
于细胞质基质中游离的核糖体上。
分泌性蛋白多肽链在其合成起始后 不久,随核糖体一起附着于糙面内质网 上,不断延伸的多肽链穿过内质网膜直 至肽链合成完成。
高尔基复合体
修饰加工 分泌泡 细胞外
高尔基复合体
分泌泡 接收信号
细胞外
普遍和常见(?)
分泌细胞(?)
共同特点: 在糙面内质网合成并经加工修
饰后的各种外输性蛋白质最终被内
质网膜包裹,以膜泡形式完全隔离
于细胞质溶质进行转运 。
2.信号肽指导的穿膜蛋白插入转移的机制
单次穿膜蛋白
多次穿膜蛋白
⑴ 单次穿膜蛋白插入转移的机制
②在完成蛋白质的分拣、转运引导作用 后通常不被切除而得以保留; ③信号斑可识别以特异性糖残基为标志 的酶蛋白,并指导它们的定向转运。
(二)光面内质网的功能
1.脂类的合成与转运
⑴ 合成过程
⑴ 合成过程
※ 脂酰转移酶催化脂酰辅酶A与甘油-3-
磷酸反应形成磷脂酸;
※ 在磷酸酶的作用下,磷脂酸去磷酸化生 成双酰甘油;
信号识别颗粒 (SRP) :
signal recognition particle
存在于细胞质基质中,由6条多 肽链和一个7sRNA分子组成。能够识 别信号肽,并与核糖体结合,形成 SRP-核糖体复合体。
转运体与核糖体大亚基中央管形成肽链转运通道
转运体(translocon):
位于内质网膜,是新生的分泌 蛋白质多肽链合成时进入内质网腔 的通道。
医学细胞生物学 第六章 3节-2 高尔基复合体

Golgi Complex
嗜银的网状结构 内网器
(internal reticular apparatus)
高尔基体(Golgi body) 高尔基体 / 高尔基器 高尔基器(Golgi Apparatus) 1898年,C. Golgi 所描述的“内网器”形 年 所描述的“内网器” 态
部分质膜返 回高尔基区
TGN (反面高尔基网 反面高尔基网) 反面高尔基网 信号传导
高尔基复合体
分拣 (sorting)
受调控的膜融合
肽激素、胰蛋白酶 肽激素、 等物质的分泌泡
不连续分泌 (discontinuous secretion)
受调控和不受调控的分泌路线示意图
高尔基复合体的功能
蛋白质的糖基化
甘露糖转移酶 N-乙酰半乳糖转移酶 N-乙酰葡萄糖胺转移酶 岩藻糖转移酶 半乳糖转移酶 唾液酸转移酶
形成面潴泡: 形成面潴泡: 甘露糖和 乙酰半乳糖的糖基化酶 甘露糖和N-乙酰半乳糖的糖基化酶 糖基转移酶分布 中 间 潴 泡:N-乙酰葡萄糖胺的糖基化酶 乙酰葡萄糖胺的糖基化酶 成熟面潴泡: 成熟面潴泡: 唾液酸、半乳糖和岩藻糖的糖基化酶 唾液酸、半乳糖和岩藻糖的糖基化酶 脂类糖基化:磺基-糖基转移酶 脂类糖基化:磺基-
O-连接寡糖
预先合成好的寡糖 糖残基逐个添加
高尔基复合体的功能
内质网
高尔基复合体
切去末端 区寡糖基
添加2 添加2个 GlcNAc、 GlcNAc、 Gal和 3个Gal和 3个NANA
保留下来的核心区
内质网腔
Golgi腔 Golgi腔
内质网和高尔基复合体在糖蛋白形成过程中的作用图解
主要是对糖蛋白中的寡糖链进行修饰
细胞生物学 第六章细胞内膜系统(一)

1.信号肽假说:1975年 G.Blobel 和 D.Sabatini 提出
移 位 子
这些蛋白如何在RER上合成? 如何到达细胞指定的部位?
RER上核糖体蛋白合成的主要过程
信号肽与SRP结合,使肽链 合成暂停 SRP与SRP受体结合 SRP脱离信号肽 肽链在内质网上继续合成 ,同时信号肽引导新生肽 链进入内质网腔 信号肽切除 肽链延伸至终止 翻译体系解散
SER的功能:
脂类的合成 糖原的合成和分解 解毒作用 Ca2+ 的释放和重吸收 水和电解质代谢 胆汁的分泌
第二节高尔基复合体
最早发现于1855年 1889年意大利学者 Gamlio Golgi ,Golgi 用银染法在猫头鹰的 神经细胞内观察到了 清晰的结构
第二节高尔基复合体
一.高尔基复合体的形态结构 光镜:网状结构
网状结构 A:鼠肾细胞 (特异的红色 荧光染料所示 ) B:培养的上 皮细胞中高尔 基体的分布( 红色)
电镜观察:
1、扁平囊: 顺面、反面: 2、小囊泡 3、大囊泡
高尔基复合体的顺面(cis-face)和反面( trans-face)
高尔基复合体与其它细胞结构
Hale Waihona Puke (一)RER蛋白质合成类型: 细胞外分泌的蛋白、如抗体 、激素 跨膜蛋白 溶酶体的各种水解酶
微粒体 (microsome ):用蔗糖 密度梯度离 心分离得到 的内质网碎 片
微粒体的研究和信号肽(signal peptide)
1971年,C. Milstein等发现在骨髓瘤细胞中提取的免疫球蛋 白分子的N端要比分泌到细胞外的免疫球蛋白分子N端的氨基酸序 列多出一截。
信号序列的作用
内质网高尔基体

20
高尔基复合体的分布特点
凡是具有分泌作用的细胞,高尔基体均很发达,可见 多个高尔基体围成环状或半环状。如杯形细胞、胰腺 细胞、唾液腺细胞和小肠上皮细胞等可见到;而肌细 胞及淋巴细胞中,高尔基体则罕见。
高尔基体的发达程度与 细胞分化程度呈正相关。分 化好的细胞中,高尔基体较 发达;在未分化的细胞中, 高尔基体往往较同类成熟型 细胞少的多。
高尔基复合体与 细胞的分泌活动
高尔基复合体对蛋 白质的修饰加工
高尔基复合 体对蛋白质 的分选运输
30
Ⅳ. Function of Golgi complex
高尔基复合体与细胞的分泌活动 高尔基复合体对蛋白质的加工
蛋白质的糖基化 溶酶体酶的磷酸化 分泌性蛋白部分肽链的水解 高尔基复合体蛋白质的分选
31
脂类成分
脂类成分的种类与内质网和质膜相同。 脂类成分的含量介于内质网和质膜之间。
酶成分
糖基转移酶:催化糖蛋白合成。 磺基 - 糖基转移酶:催化糖脂合成。
特征 性酶
酰基转移酶:催化磷脂合成。 糖苷酶:去除糖分子。 其他酶:氧化还原酶、磷酸酶、激酶、磷酯酶。
28
Ⅲ. Polarity of Golgi complex
蛋
白 O - 连接的寡糖链:蛋白质的酪
氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基的OH
基与寡糖共价结合。
3H标记甘露糖
3H标记半乳糖;唾液糖 3H标记N-乙酰葡萄糖胺
34
(二)高尔基复合体对蛋白质的修饰加工
内质网中完成 糖的初加工
高尔基复合体 中糖的终加工
唾液酸 半乳糖 N-乙酰葡萄糖胺 甘露糖
细胞生物学内质网、高尔基体

第五章内质网、高尔基体小结内膜系统的概念在结构、功能和发生上密切关联的膜性结构细胞器。
内膜系统的组成内质网、高尔基体、溶酶体、内体、各种转运泡。
内膜系统形成的意义增加细胞内的表面积;使细胞内的不同生理生化反应互不干扰地进行,提高代谢效率。
内质网的组成成分、形态结构基本组成成分为脂类和蛋白质;含有至少30多种以上的酶或酶系,其中葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志酶;由管、泡或扁囊彼此相互连通的膜性管网系统;结构上与高尔基体、溶酶体等组分移行转换,功能上密切相关。
根据内质网的形态结构特征和功能特性,分为粗面内质网和滑面内质网。
rER由扁平囊状结构组成,其胞质面有核糖体附着;主要功能是:为核糖体附着提供支架,与分泌蛋白的合成、修饰加工及转运密切相关。
信号肽是指导多肽链在rER合成的决定因素sER呈管、泡状结构,其胞质面没有核糖体附着,常与rER相连通;主要功能是:脂质合成的主要场所、参与糖原的代谢和细胞的解毒作用等。
在不同细胞或同一细胞的不同生理时期,内质网具有不同的发达程度和形态分布,表现不同的功能。
高尔基体是由三种不同类型的囊泡构成的膜性细胞表现出明显的极性。
其分布、数量和发达程度,在不的组织细胞或同一细胞的不同发育时期有明显差异。
组成高尔基体的脂类、蛋白质的含量和复杂程度介于内质网和细胞膜之间,是构成质膜与内质网之间的一种渡性细胞器。
糖基转移酶是高尔基体最具特征性的标志酶。
功能糖蛋白中寡糖的合成、分泌性多糖类的合成;细胞内蛋白质分选和膜泡定向运输的枢纽蛋白质的修饰加工;1.比较粗面内质网和滑面内质网的形态结构与功能。
答:形态结构上,粗面内质网的主要形态特征是表面有核糖体附着而滑面内质网呈表面的管、泡样网状形态结构。
功能上,粗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:1.作为核糖体附着的支架 2.新生多肽链的折叠与装配3.蛋白质的糖基化4.蛋白质的胞内运输。
滑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:1.滑面内质网参与脂质的合成和转运 2.滑面内质网参与糖原的代谢3.滑面内质网是细胞解毒的主要场所4.滑面内质网是肌细胞Ca2+的储存场所5.滑面内质网与胃酸、胆汁的合成与分泌密切相关。
高尔基复合体

巨噬细胞吞入
与溶酶体融合
SiO2释放
巨噬细胞死亡 诱导成纤维细胞增生
溶酶体膜破裂
SiO2形成矽酸
胶原结节
肺弹性降低
形成 矽肺
第四节 过氧化物酶体
peroxisome
1954年Rhodin首先于鼠肾小管上皮细 胞发现过氧化酶体,该结构主要含有氧化 酶和过氧化氢酶。
一、形态结构:
过氧化物酶体 (peroxisome)是圆形 或卵圆形,直径 0.6~0.7m,由一层 单位膜包裹,内含多 种氧化酶,中央常有 类核体。
二. 溶酶体的类型
➢初级溶酶体(primary lysosome) ➢次级溶酶体(secondary lysosome )
自噬性溶酶体 异噬性溶酶体 ➢三级溶酶体 脂褐质;含铁小体;髓样小体
1. 初级溶酶体:
是高尔基体成 熟面上形成的新生 溶酶体,含水解酶 不含底物。
2. 次级溶酶体: 初级溶酶体与
2. 细胞营养作用
3. 参与组织器官的变态和退化:
两栖类尾部的吸收、子宫内膜。的
周期性萎缩。
4. 协助受精:顶体含多种水解酶。
5. 参与某些腺体组织细胞分泌过程的调节
6. 防御作用
参与组织器官的变态和退化:哺乳动物 指(趾)的形成、两栖类尾部的吸收。
五、溶酶体与人类疾病
1. 矽肺:职业病
吸入SiO2
溶酶体 lysosome
20世纪40年代末应用大鼠肝组织匀浆研究糖代谢有 关的酶时发现了含有酸性磷酸酶活性的颗粒。1955年de Duve等人在对鼠肝细胞进行细胞化学鉴定和电镜观察, 明确这种颗粒为细胞器,并命名为溶酶体。
溶酶体(lysosome)是 由一层单位膜包围而 成,内含多种酸性水 解酶的囊泡状结构。 能分解各种内源性和 外源性物质,是细胞 内的消化器官。
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与最终底物的形成,故而得名。
蛋白质合成的质量控制*
蛋白二硫键异构酶(PDI)切断二硫键,帮 助新合成蛋白重新形成二硫键并处于正确折 叠状态。
第三节 细胞质
(cytoplasm)
一、内膜系 统(ES):
细胞膜以内 在结构、功能 和发生上紧密 相关的膜性结 构的总称。
(一)内质网(endoplasmic
reticulum, ER)
1.内质网的形态结构 2.内质网的类型
*
糙面内质网 (RER)
*
光面内质网 (SER)
*
3.内质网的化学组成
(medial Golgi network)
反面高尔基网
(trans Golgi network)
3.高尔基复合体的功能
(1)蛋白质的加工修饰
(2)蛋白质的分选
*
*
(3)参与细胞的分泌活动
*
(4)参与细胞内膜的转化
*
内质网的形态结构:
EM下,由一层单位膜围成的管状、泡状或扁 囊状结构而组成的管网状系统,常与核外膜和 细胞膜相连,分布广泛。
36.8 36.5 34.4
5.6 4.7 4.6
0.12 0.47 0.51
分子伴侣在蛋白质折叠中的作用:
分子伴侣:一种蛋白质,能识别正在合成 的或已部分折叠的多肽,与其一定部位结合 并予以正确折叠。 •如结合蛋白(Bip ) 、蛋白二硫键异构酶
(PDI ) 等。
*
•在此过程中,分子伴侣只起陪伴作用,不参
电镜下,RER
S E R
RER的运输功能
信号肽假说(Blobel,1975,美)
5ˊ
3ˊ
mRNA
SRP 循环
内质网膜 内质网腔
SRP受体 信号肽 信号肽酶
1999年诺贝尔生理学医学奖获得者Günter Blobel
细胞膜
反面
顺面
细胞核
*
A.分泌ห้องสมุดไป่ตู้白
B.膜整合蛋白(包括膜受体和膜抗原等)
SER与糖原分解
肌质网
胰岛素分子的加工成熟和运输
内质网、高尔基复合体和质膜的磷脂组成*
膜类型 总磷脂
磷脂类型 神经鞘 磷脂 磷脂酰 磷脂酰乙 磷脂酰丝 胆固醇 醇胺 氨 酸磷 胆碱
脂肌醇
RER 高尔基 复合体 细胞膜
61% 45% 40%
3.4 14.2 19.2
47.8 31.4 32.0
C.定位于多种细胞器中的可溶性驻留蛋白
放射性示踪实验(3H标记亮氨酸进入胰腺的腺泡
细胞): 3’RER, 20’Golgi器, 37’浓缩泡, 120’cell分泌端 及cell外分泌物中。
对Ly蛋白的寡糖 的磷酸化 切除甘露醇 切除甘露醇, 加N-乙酰葡萄 糖胺
切除半乳糖, 加唾液酸
分选
溶酶体
细胞膜
分泌泡
*
高尔基体反面网络的蛋白分选
细胞核
细胞膜
*
N-连接糖基化
*
高尔基复合体的形态结构:
LM下呈网状、线状或颗粒状;EM下为由一层单位膜 组成的极性网状结构,有:①顺面高尔基网:顺面最外 侧的扁平膜囊,分支管网状,是运输小泡的融合处。② 中间高尔基网:3-8个扁囊组成,包括顺面扁囊、中间 扁囊和反面扁囊。③反面高尔基网:反面最外侧,分支 管网状, 附近有分泌泡分布。
*
*
5.内质网与医学的关系
病理条件下ER可发生脱粒、肿胀 和形成包含物等。
(二)高尔基复合体(Golgi complex)
1.高尔基复合体的化学组成
脂类(40%)
*
蛋白质(60%)
•糖基转移酶是其标志酶
2.高尔基复合体的形态结构
顺面高尔基网
(cis Golgi network)
*
*
中间高尔基网
微 粒 体 脂类(30%)
蛋白质(70%)
•G-6-P酶是其标志酶
4.内质网的功能
(1)糙面内质网 的功能 (2)光面内质网 的功能
1)核糖体附着的支架 2)蛋白质糖基化的场所 3)蛋白质运输的通道 4) 多肽链的折叠与组装
* *
*
*
1)脂类的合成 2)糖原代谢 3)解毒作用 4)与肌肉的收缩有关