《高尔基体溶酶体》PPT课件.ppt

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1、1898 高尔基（Golgi)-银染神经细胞-高尔基体-高尔基复合体,一.高尔基复合体的形态结构 相对恒定连续的整体膜结构,电镜,扁平囊泡(cisternae),小囊泡(vesicles),大囊泡(vacuoles),形成面,高尔基复合体,各部分膜囊具有不同的细胞化学反应，可用来进行鉴别,光镜：网状结构,呈极性的细胞器,顺面网状结构(cis Golgi network)CGN扁囊弯曲成凸面又称形成面（forming face）或顺面（cis face）,特征：位于顺面最外侧的扁平膜囊。中间多孔呈连续分枝状。可被锇酸特异性染色。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；功能：接受内

2、质网新合成的蛋白质与脂类，将其分类后大部分转入中间膜囊，小部分再返回内质网。,中间膜囊,特征：位于顺面网状结构与反面网状结构之间 由扁平囊与管道组成。标志酶：NADP酶 烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸酶(NADP酶)的 细胞化学反应,是高尔基体中间几层扁 平囊的标志反应.功能：糖基修饰糖酯形成多糖的合成,反面网状结构(trans Golgi network)TGN面向质膜的凹面又称成熟面（mature face）或反面,特征：位于反面的最外层。形态为管网状，与反面囊泡相连，另一侧深入细胞质中。标志酶：TPP酶，CMP酶 焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）的细胞化学反应，可特异地显示高尔基体的反面1-2层膜囊；

3、胞嘧啶单核苷酸酶(CMP酶)的细胞化学反应，可显示靠近反面上的一些膜囊状和管状结构,CMP酶也是溶酶体的标志酶，溶酶体是在此产生的。功能：参与蛋白的分类与包装，运输。,周围小泡,顺面侧的囊泡,小囊泡vesicles：内质网与高尔基体间的运输小泡。反面侧的囊泡，大囊泡vacuoles：体积较大，运输作用分泌泡与分泌颗粒。,扁 平 囊,呈盘状，3-10层称-高尔基堆,扁平囊间距：20-30nm；囊腔宽：6-15nm形成面膜薄：6nm;成熟面膜厚：8nm囊腔内含：中等电子密度的物质 中间膜囊作用：多数糖基修饰；糖脂的形成；来 源：小囊泡融合。,凸面：形成（顺）面；,小 囊 泡,30-80nm球形小泡

4、，膜厚：6nm;泡内含物质：低电子密度物质，较透明。来 源：由rER芽生而来。,大 囊 泡,100-150nm;膜厚：8nm;泡内含物质：高电子密度物质，浓缩泡。来 源：扁平囊周边或局部球状膨突脱落形成。,凹 面：成熟（反）面,二.高尔基复合体的分布和数量 根据细胞类型不同，分布状态有所不同：神经细胞-核周围交织成网；肝细胞-分散分布；有极性的上皮细胞-核顶部，顺面朝向内质网，反面朝向质膜。根据分化程度和功能状况，其发达程度和数量不同：分化程度、分泌功能数量（多达数千）（胰腺外分泌细胞、浆细胞）未分化的胚胎细胞、分泌功能不旺盛的肌细胞和淋巴细胞数量,三.高尔基复合体的化学组成,高尔基复合体膜,

5、内质网膜,细胞膜化学组分上的对比 粗面内质网膜 高尔基复合体膜 细胞膜 总磷脂 61%45%40%卵磷脂 47.8%31.4%32.0%胆固醇 0.12 0.47 0.51,含有多种酶：特征酶：糖基转移酶,从形成面到成熟面多糖的含量呈梯度上升趋势,四.高尔基复合体的功能 高尔基复合体与细胞的分泌活动 参与糖蛋白的合成和修饰 参与蛋白质的改造 对蛋白质的分拣运输 高尔基复合体与溶酶体的形成 高尔基复合体与膜的转变。,（一）高尔基复合体与细胞的分泌活动,3H标记亮氨酸 加入培养基内,在不同的时间内收集细胞做放射性自显影.,3分钟,20分钟,90分钟,高尔基复合体参与了细胞分泌活动，并起着重要的运输

6、作用；在分泌颗粒的形成过程中起着浓缩、修饰、加工等作用。,分泌蛋白质的分泌途径,蛋白质在rER的核糖体上合成,进入,内质网腔(修饰),细胞内膜泡运输,高尔基复合体(加工修饰),浓缩泡,酶原颗粒,分泌泡,细胞内贮存,分泌物排向胞外,分泌过程概括为六个阶段：1 核糖体阶段-肽链的合成；2 内质网腔阶段-肽链延伸、加糖、折叠与储存；3 胞内运输阶段-分泌蛋白转运，以出芽方式形成运输小泡，移向高尔基体并与扁囊 融合；4 分泌蛋白浓缩阶段-由形成面向分泌面移动，完成浓缩、加工，形成浓缩泡脱离进入 胞质中；5 胞内储存阶段-继续浓缩，等待释放；6 胞吐阶段-浓缩泡向细胞顶端移动，最后与质膜融合，排到胞外。

7、,（二）高尔基复合体对蛋白质的修饰加工,1.参与糖蛋白的合成和修饰,3H标记甘露糖 短期培养 颗粒主要在rER,3H标记半乳糖；唾液酸 只在高尔基体,3H标记N-乙酰葡萄糖胺 同时在rER 和高尔基体,表明N-乙酰葡萄糖胺和甘露糖存在于寡糖链的核心部位，是在rER膜上的糖基转移酶的催化下加在肽链上的；而半乳糖、唾液酸是构成糖链的周围部分，在高尔基体内。,N-连接的寡聚糖的进一步加工在rER腔中合成的N-连接的寡糖糖蛋白为由2个N-乙酰葡萄糖胺、8个甘露糖分子组成的寡糖构成，经过小囊泡转运到高尔基体顺面，并与之结合。到达高尔基体的糖蛋白一般具有相同的寡糖，其中分泌性蛋白和膜蛋白需经过加工，去除大

8、部分甘露糖。,Processing of N-linked oligosaccharides in the Golgi,甘露糖苷酶,甘,甘,N-乙酰葡萄糖胺转移酶,甘,甘,N-乙酰葡萄糖胺,甘露糖苷酶,甘,甘,N-乙酰葡萄糖胺转移酶,N-乙酰葡萄糖胺,半乳糖转移酶,唾液酸转移酶,N-连接的寡聚糖的进一步加工 先由甘露糖苷酶除去3个甘露糖，紧接着N-乙酰葡萄糖胺转移酶，将1个分子的N-乙酰葡萄糖胺结合到1个存留的甘露糖上，然后甘露糖苷酶去除另外两个甘露糖，这就形成了存在于复合寡糖上的3个甘露糖核心。在此阶段核心中的2个N-乙酰葡萄糖胺之间的键通过一种高特异性的内糖苷键成为稳定的连接。即在核心甘露

9、糖上由N-乙酰葡萄糖胺转移酶再加上另一个N-乙酰葡萄糖胺分子。此后，再经过半乳糖基转移酶、唾液酸转移酶等的作用，再加上半乳糖和唾液酸，完成了糖蛋白的合成。,O-连接的糖基化 将糖链转移到多肽链的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸或羟脯、羟赖氨酸的羟基的氧原子上。O-连接的糖基化是由不同的糖基转移酶催化的,每次加上一个单糖。同N-连接的糖基化一样,最后一步是加上唾液酸残基,这一反应发生在高尔基体反面膜囊和TGN中。糖基转移酶存在于高尔基复合体的膜上。,N-连接与O-连接的寡糖比较,胰岛素原（86）,蛋白酶水解切除一段肽链,高尔基复合体,胰岛素原的加工,2.参与蛋白质的改造,（三）高尔基复合体对蛋白质的分选运

10、输,不同部位的膜囊含有不同种类的加工寡糖链的酶：顺式面膜囊-甘露糖磷酸化酶；中间3个扁平囊-N-乙酰葡萄糖胺转移酶；反式面膜囊-唾液酸、半乳糖转移酶,蛋白质分选（protein sorting）与分选信号（sorting signals）,蛋白质在高尔基体中分选及其转运的信息是存在于编码该蛋白的基因本身,蛋白质合成,溶酶体寡聚糖磷酸化,切除甘露糖,加N-乙酰葡萄糖胺,加半乳糖,加唾液酸；分拣,溶酶体,顺面管网,中层囊,反面囊,反面管网,大泡（分泌颗粒）,rER,高尔基 复合体,顺面囊,高尔基堆,对蛋白质的分拣作用,分选作用主要是由信号序列和受体之间的相互作用决定的,溶酶体的酶是由RER上的核糖

11、体合成,RER腔内（糖蛋白）,运输小泡,高尔基复合体（加工修饰）,（四）高尔基复合体与溶酶体的形成,甘露糖-6-磷酸途径非甘露糖-6-磷酸途径,（五）高尔基复合体与膜的转变,膜流membrane flow：细胞的各种膜性结构之间相互联系和转移的现象。可以持续不断地进行，既在胞内物质运输上起重要作用，又使膜性细胞器的膜成分不断得到补充和更新。,五.高尔基复合体的异常改变,异常改变,高尔基复合体的肥大和萎缩,高尔基复合体内容物的改变,高尔基复合体在癌细胞中的改变,复习思考题：高尔基体各部分结构的特点是什么？高尔基体各部分结构的功能是什么？高尔基体具有哪些主要的生理功能？高尔基体如何完成对内质网合成

12、的蛋白质的分类及运转功能？,20世纪-40年代末-大鼠肝匀浆离心-酸性磷酸酶活性-55年-Duve等人-分析匀浆梯度组分时-细胞化学显示结合电镜一种颗粒-单位膜包含的酸性水解酶-明确为细胞器-溶酶体,一.溶酶体的形态结构和组成,溶酶体的形态特征,溶酶体是由一层单位膜包围，内含多种酸性水解酶的泡状结构。不同来源的溶酶体形态、大小、酶的种类不同：0.05-0.8m球形、卵圆形小体；也长杆状、蛇形称为管状溶酶体、线状溶酶体。发挥活性范围：pH 3-6,溶酶体（lysosome),光镜下的内皮细胞：绿色荧光定位溶酶体 红色显示线粒体,溶酶体的分布,溶酶体膜上有质子泵(H+-ATPase)：泵利用水解释

13、放的能量,将H+泵入溶酶体内,可以保持溶酶体基质内的酸性环境。,溶酶体膜内存在特殊的转运蛋白：向外运输溶酶体消化水解的产物。,膜蛋白质高度糖基化,糖基存在于膜的内侧：防止自身被水解消化。,溶酶体的膜,异常情况下,溶酶体膜被破坏,水解酶外溢,导致整个细胞被消化,进入间质后还累及周围的细胞.,溶酶体的膜含有能促进膜稳定性的胆固醇,厚6nm，膜稳定，中等分子量物质(单糖和氨基酸)可自由通过.,溶酶体中的酶,蛋白酶（肽酶）糖苷酶（水解糖蛋白和糖脂、糖链的酶）硫酸酯酶（分解氨基多糖的酶）,标志酶:酸性磷酸酶（AcP酶),内含60余种酸性水解酶,pH值5.0,为可作用于几乎所有大分子的蛋白酶,核酸酶,脂肪

14、酶,磷酸酶和硫酸酯酶类.酶可不同,但酸性磷酸酶普遍存在,为溶酶体的标志酶.,溶酶体酶的特征溶酶体的酶上都有一个特殊的标记6-磷酸甘露糖此标记是溶酶体在粗面内质网合成后通过糖基化和磷酸化添加上去的。由存在于高尔基体外侧网络的M6P受体蛋白将溶酶体的酶分选出来M6P受体蛋白在pH为6.57的条件下与M6P结合，在酸性条件下(pH=6)脱落,初级溶酶体（内体性溶酶体）：只含酶，不含底物。由高尔基体芽生的运输小泡和胞吞作用形成的内体合并而成.含未被激活的水解酶.,次级溶酶体（吞噬性溶酶体）：初级溶酶体+将被水解的各种吞噬底物和消化产物,二.溶酶体的分类,自噬过程:底物来源于衰老和崩解的细胞器及局部细胞

15、质.对细胞内结构的新旧 更替起重要作用.有损伤因素时,其数量明显增多.,底物多见于细胞和大分子物质:细菌,红细胞,铁蛋白,酶和糖原颗粒.可见于单核吞噬细胞,肝细胞,+吞噬体,异噬性溶酶体：初级溶酶体+外源性物质,异噬过程,三级溶酶体（残余小体或后溶酶体）：次级溶酶体内消化后形成的小分子物质可通过膜载体蛋白或直接排出被利用,而排不出的残渣物质累积在溶酶体内形成残余小体。可通过胞吐作用排出.,脂褐质(lipofuscin):是一些形状不规则，围以单位膜的小体，内 容物电子密度较高，常含有浅亮的脂滴。常见于衰老的神经细胞、心肌细胞和肝细胞中,残余小体排不出而蓄积形成脂褐质.,髓样结构(myelin

16、figure):是内含的膜性内容物呈同心层状、板状或指纹状等排列，因形态结构类似神经髓鞘，故称为髓样结构。结构不稳定，大小差别较大，0.3-3um.小型的常见于正常细胞。内含的板层结构是由细胞的内膜性结构分解形成的中间产物再重新组合而构筑的。在肿瘤细胞和病毒感染的细胞中数量增多。,含铁小体(siderosome):由单位膜包绕的内部充满电子密度较高的含铁颗粒，颗粒直径50-60nm。光镜下表现的含铁血黄素颗粒，或是成群而较小的或是一个较大的含铁小体。当机体大量摄入铁质时，在肝和肾等器官的吞噬细胞中可有许多含铁小体。,溶酶体的酶是由RER上的核糖体合成,RER腔内（糖蛋白）,运输小泡,高尔基复合

17、体（加工修饰）,甘露糖-6-磷酸途径非甘露糖-6-磷酸途径,三.溶酶体的形成,内体:内体有初级内体(early endosome)和次级内体(late endosome)之分,内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体酶的小囊泡。初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器。次级内体中的pH呈酸性,且具有分拣作用。内体膜上具有H+-ATPase质子泵，利用H+的浓度，保证内部酸性。,甘露糖-6-磷酸途径：高尔基顺面扁平囊内有催化磷酸基团转位的磷酸转位酶，当溶酶体糖蛋白进入顺面扁平囊被识别后，其N-连接低聚糖末端的甘露糖在磷酸转位酶催化下，加上磷酸基团，形成甘露糖-6-磷酸（M6P)

18、。高尔基反面扁平囊膜上存在M6P受体，M6P受体蛋白是一种膜整合蛋白，能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合，该处扁平囊膜出芽形成特殊的由纤维状网格蛋白包被的运输小泡。然后网格蛋白外被很快解体，无包被的运输小泡很快与内体融合，由于内体中的pH呈酸性，致使M6P蛋白水解酶与M6P受体脱离，经去磷酸化而成为溶酶体酶，形成内体性溶酶体。,溶酶体的形成机制-甘露糖-6-磷酸(M6P)途径,内吞体,rER,顺面管网,反面管网,高尔基复合体,溶酶体水解酶前体,M-6-P,溶酶体酶,前溶酶体,ATP,ADP+Pi,H+,去除磷酸,成熟溶酶体,pH=6,信号斑(signal patch)与信号肽 是溶酶

19、体酶形成的一个特殊的空间结构，信号斑是由几段信号肽形成的一个三维结构的表面,这几段信号肽聚集在一起,形成一个斑点被磷酸转移酶识别。,溶酶体形成的非M6P途径,发现:黏脂病 在粘脂病病人细胞的溶酶体中发现有未被磷酸化的水解酶,推测这些酶是通过非M6P依赖性的分选途径进入溶酶体的。,四.溶酶体的功能,功能：参与细胞内的各种消化活动，可消化分解多种外源性和内源性物质。,溶酶体的消化作用,异噬作用,自噬作用,溶酶体的消化功能对细胞的营养、机体防御保护、腺体分泌、生长以及发育起着调节作用。,吞噬作用：细胞吞噬大颗粒物质。（巨噬细胞、中性粒细胞）,吞饮作用：细胞吞噬小颗粒物质或水溶性大分子（动物所有细胞）

20、。,异噬作用：对外源性异物的消化分解过程 大分子物质和外来的病毒、细菌等经过吞噬作用进入细胞，与内体性溶酶体融合之后形成吞噬性溶酶体，异物被水解酶消化分解成小分子，穿过膜扩散到细胞基质中供细胞利用。,自噬作用：对细胞自身衰亡结构的消化分解过程。主要降解清除胞内受损伤的、衰老的细胞器以及不再需要的生物大分子等。通过自噬作用，细胞结构得以更新，是细胞新陈代谢的重要方式。,内体,初级溶酶体,吞噬体,异溶酶体,吞饮体,异溶酶体,自噬体,自溶酶体,分泌颗粒,分泌溶酶体,次 级 溶 酶 体,残余小体,异噬作用,自噬作用,胞外消化,细胞的自溶作用,在正常的机体个体发生时，器官、组织的改建形成是通过组织细胞的

21、破坏和新生实现的。,在细胞内，溶酶体膜破裂，水解酶被释放出来致使细胞自身 降解的过程。不仅使细胞崩解，还使内源性生物大分子代谢，其中一部分物质又可供组织细胞再利用。,在骨质更新过程中，破骨细胞的溶酶体酶释放到胞外，分解和消除陈旧的骨基质，是骨骼发生的一个重要步骤。,细胞外作用,协助受精,顶体：精子头部膜下含有水解酶的囊状结构。,溶酶体参与激素的形成,在甲状腺滤泡上皮细胞内合成的甲状腺球蛋白分泌到滤泡腔内被碘化后，又重新吸收到滤泡上皮细胞内，形成大脂滴。与胞内的溶酶体融合后，溶酶体内的蛋白酶能将碘化甲状腺球蛋白分解，形成甲状腺素，再经细胞底部进入细胞外的毛细血管中。,五.溶酶体与疾病,溶酶体与疾

22、病,溶酶体膜失常与疾病:矽肺、石棉沉着病。致病物质使溶酶体膜破裂，发生细胞自溶，致病物再被吸收，如此反复。巨噬细胞释放致纤维化因子,激活成纤维细胞,导致胶原纤维沉积,肺纤维化.,溶酶体与癌的关系：,溶酶体与类风湿性关节炎:类风湿因子可促使水解酶外逸.,Tay-Sachs disease,复习思考题：简述溶酶体的形成过程溶酶体的分类及各类的特点三级溶酶体的类别及各自的特点溶酶体的生理功能主要有哪些？形成溶酶体病的病因各自有哪些？吞噬性溶酶体的分类及各自的特点是什么？,过氧化物酶体(Peroxisome),1954年Rhodin电镜小鼠肾小管上皮细胞微体,一 过氧化物酶体的形态特征电镜：由一层单位

23、膜包围、高电子密度、的圆形或卵圆形的细胞器.哺乳动物的肝、肾细胞中 典型。内含多种氧化酶和过氧化氢酶。40多种。过氧化氢酶为标志酶 类核：中央常含有电子密度较高、呈规则的结晶结构。（人和鸟无）,二.过氧化物酶体所含的酶和功能,氧化酶(oxidases)：50%，特征：各种氧化酶作用于不同的底 物的同时，将氧还原成过氧化氢。对细胞氧张力的调节作用 RH2+O2 R+H2O2,过氧化氢酶(catalase)：40%,作用：对氧化酶作用底物后形成 的过氧化氢还原成水。解毒作用 RH2+H2O2 R+2H2O,防止H2O2在细胞内堆积，起保护细胞的作用。,参与核酸、脂肪和糖的代谢,三 过氧化物酶体的起

24、源,起 源,传统：内质网芽生而来。,近年来：过氧化物酶体的形成不同于溶酶体，其酶和蛋白质是由胞质中的游离核糖体合成输送而来，而膜的形成与RER有关。实验证明有一短序列指导胞液中合成的蛋白质输入到过氧化物酶体。推测在过氧化物酶体膜胞液面有识别该信号的受体蛋白，通过受体蛋白识别输入蛋白质上的信号而被输入。,过氧化物酶体通过二裂法进行增殖;所有的酶和蛋白都是由核基因编码并在细胞质中的游离核糖体上合成,通过导肽运送而来；过氧化物酶体的脂类都是由内质网合成并通过胞质溶胶中的磷脂交换蛋白输送的；在过氧化物酶体酶蛋白的羧基端有一个三肽序列Ser-Lys-Leu 起引导作用。,新的过氧化物酶体的产生 过氧化物

25、酶体通过二裂法进行增殖;,催化蛋白输入的特异蛋白,特异的胞液蛋白摄取导致的生长,子代的过氧化物酶体,囊泡与囊泡运输,囊泡与囊泡运输,囊泡（vesicle）：Small,membrane-bounded,spherical organelle in the cytoplasm of a eucaryotic cell.,常见囊泡类型,网格蛋白有被囊泡(clathrin-coated vesicle)COP I(coatmer-proteinsubunit I)COP II(coatmer-proteinsubunit II),COP II介导的内质网到高尔基复合体的运输,COP I 回收内质网驻

26、留蛋白,网格蛋白（clathrin）：外周,衔接蛋白（adator）：衔接网格蛋白与膜蛋白受体,缢断蛋白（dynamin）：水解GTP缢缩，使囊泡断离,在细胞合成与分泌途径中不同膜组分之间三种不同的膜泡运输方式:笼形蛋白包被小泡介导从高尔基体TGN质膜和胞内体及溶酶体的运输；COPII包被小泡介导从内质网向高尔基体的运输；COPI包被小泡负责将蛋白从高尔基体返回内质网。在从内质网到高尔基体和/或从高尔基体的cis面到trans面的物质转运中也可能涉及到COPI包被小泡(物质沿内吞途径的转运未表示在图中)。,本章学习重点：掌握内质网的形态结构、化学组成与功能；熟悉信号肽假说的主要内容以及膜蛋白的嵌插机制。了解内质网的生理与病理变化。掌握高尔基体的形态结构及其在糖链合成、溶酶体形成过程中的作用；熟悉其化学组成.掌握溶酶体的特性、类型、溶酶体的形成过程；熟悉溶酶体的功能；了解溶酶体与疾病的关系。掌握过氧化物酶体的形态和结构；熟悉过氧化物酶体的功能.,