高等教育出版社：《医学细胞生物与遗传学》课程教学资源（电子教材）第四章 细胞内膜系统和囊泡运输与疾病

第四章内膜系统和囊泡运输与疾病细胞的内膜系统（cellendomembrane）system）是指位于细胞质内：在结构、功能乃至发生上有一定联系的膜性结构或细胞结构的总称。主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体、各种转运小泡以及核膜。内膜系统的各细胞器在细胞质中的分布有较为固定的毗邻关系，内质网靠近细胞核，高尔基体则位于内质网与细胞膜之间。内膜系统各个部分之间的物质运输常通过膜泡运输方式进行（图4-1。细胞核光面内质网粗面内质网核糖体高尔基体中心体线粒体溶酶体一细胞膜图4-1细胞内膜系统在细胞内的分布第一节内质网的结构和功能与疾病由K.R.Porter等人于1945年通过电镜观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质内部有一些分布在核周围的相互吻合的网状结构，故将其命名为内质网（endoplasmicreticulum，ER）。原核细胞和真核细胞的成熟红细胞不含内质网。一、内质网的形态结构和类型（一）内质网的形态结构及化学组成内质网是由一层单位膜构成的内质网膜和内质网腔组成。内质网膜围成内质网腔，形成大小不同的小管、小泡和扁囊状结构，它们相互连接形成一个连续的网状膜系统。52医学细胞-正文.indd522018-5-1817:31:13

www.hep.com.cn 52 第四章  内膜系统和囊泡运输与 疾病 细胞的内膜系统（cell endomembrane system）是指位于细胞质内，在结构、功能乃 至发生上有一定联系的膜性结构或细胞结构的总称。主要包括内质网、高尔基体、溶酶 体、过氧化物酶体、各种转运小泡以及核膜。内膜系统的各细胞器在细胞质中的分布有 较为固定的毗邻关系，内质网靠近细胞核，高尔基体则位于内质网与细胞膜之间。内膜 系统各个部分之间的物质运输常通过膜泡运输方式进行（图 4-1）。 图 4-1 细胞内膜系统在细胞内的分布 第一节  内质网的结构和功能与疾病 由 K.R. Porter 等人于 1945 年通过电镜观察培养的小鼠成纤维细胞时，发现细胞质 内部有一些分布在核周围的相互吻合的网状结构，故将其命名为内质网（endoplasmic reticulum，ER）。原核细胞和真核细胞的成熟红细胞不含内质网。 一、内质网的形态结构和类型 （一）内质网的形态结构及化学组成 内质网是由一层单位膜构成的内质网膜和内质网腔组成。内质网膜围成内质网腔， 形成大小不同的小管、小泡和扁囊状结构，它们相互连接形成一个连续的网状膜系统。 医学细胞-正文.indd 52 2018-5-18 17:31:13

第一节内质网的结构和功能与疾病内质网腔相互联通，在靠近细胞核的部位，内质网与外核膜联通，靠近细胞膜的部位，可以延伸到细胞边缘（图4-2）内质网可占细胞全部膜相结构化学组成的50%左右，占细胞总体积的10%以上，占细胞质量的15%~20%。内质网的化学组成与细胞膜基粗面内质网本一致，以脂质和蛋白质为主要成分，蛋白质含量比细胞膜的多，脂质含量比细胞膜的少。脂质光面内质网占30%~40%，包括磷脂、中性脂、缩醛脂和神经节苷脂等。不同磷脂的含量分别为：磷脂酰胆图4-2内质网电镜图碱55%，磷脂酰乙醇胺20%~25%，磷脂酰肌醇5%~10%，磷脂酰丝氨酸5%~10%，可见磷脂酰胆碱丰富，而鞘磷脂较少。蛋白质和酶类占60%~70%，种类复杂多样，酶类至少有30种，含有以葡萄糖-6-磷酸酶为主要标志酶的诸多酶系，例如：①与解毒有关的氧化反应电子传递酶系，主要有细胞色素bs、NADH-细胞色素bs还原酶、NADH-细胞色素c还原酶、细胞色素P45O、NADH-细胞色素P450还原酶等；②与脂质代谢有关的酶类，主要有脂肪酸CoA连接酶、磷脂醛磷酸酶、胆固醇羟基化酶、磷脂转位酶等；③与糖类代谢有关的酶类，主要有葡萄糖-6-磷酸酶、葡糖醛酸转移酶和GDP-甘露糖转移酶等（表4-1）。表4-1内质网膜上主要酶类及其分布酶分布细胞色素P450细胞质溶胶面和腔面均存在细胞色素bs、NADH-细胞色素e还原酶、5'-核苷酸酶仅存在于细胞质溶胶面核苷焦磷酸酶、ATP酶、GDP-甘露糖基转移酶仅存在于细胞质溶胶面葡萄糖-6-磷酸酶*、核苷二磷酸酶、β-葡糖醛酸酶、乙酰苯胺-水仅存在于腔面解脂酶*为内质网的标志酶（二）内质网的基本类型内质网的基本类型根据内质网膜外表面是否有核糖体附着，将内质网分为粗面内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）两种类型。1.粗面内质网粗面内质网膜的外表面附有许多核糖体的小颗粒，表面粗糙，多为较大的排列整齐的扁囊，少数为小管和小泡（图4-2）。粗面内质网的数量与细胞类型、功能状态及其分化程度密切相关。在蛋白质合成旺盛的细胞中，粗面内质网特别发达，如合成消化酶的胰腺细胞和合成抗体的浆细胞；分泌旺盛期的细胞中，粗面内质网数量增加，静止期则相对较少：分化较为完善的细胞中，粗面内质网比较发达，在未成熟或者未分化的细胞中则较少，如胚胎细胞和肿瘤细胞。在肿瘤细胞中，粗面内质网的数量与肿瘤细胞的生长率以及恶性程度存在负相关53医学细胞-正文.indd532018-5-1817:31:13

www.hep.com.cn 53 第一节  内质网的结构和功能与疾病 内质网腔相互联通，在靠近细胞核的部位，内质网 与外核膜联通，靠近细胞膜的部位，可以延伸到细 胞边缘（图 4-2）。 内质网可占细胞全部膜相结构化学组成的 50% 左右，占细胞总体积的 10% 以上，占细胞质 量的 15%～20%。内质网的化学组成与细胞膜基 本一致，以脂质和蛋白质为主要成分，蛋白质含 量比细胞膜的多，脂质含量比细胞膜的少。脂质 占 30%～40%，包括磷脂、中性脂、缩醛脂和神 经节苷脂等。不同磷脂的含量分别为：磷脂酰胆 碱 55%， 磷 脂 酰 乙 醇 胺 20%～25%， 磷 脂 酰 肌 醇 5%～10%，磷脂酰丝氨酸 5%～10%，可见磷脂酰胆碱丰富，而鞘磷脂较少。蛋白质和 酶类占 60%～70%，种类复杂多样，酶类至少有 30 种，含有以葡萄糖 -6- 磷酸酶为主 要标志酶的诸多酶系，例如：①与解毒有关的氧化反应电子传递酶系，主要有细胞色素 b5、NADH- 细胞色素 b5 还原酶、NADH- 细胞色素 c 还原酶、细胞色素 P450、NADH- 细胞色素 P450 还原酶等；②与脂质代谢有关的酶类，主要有脂肪酸 CoA 连接酶、磷脂 醛磷酸酶、胆固醇羟基化酶、磷脂转位酶等；③与糖类代谢有关的酶类，主要有葡萄 糖 -6- 磷酸酶、葡糖醛酸转移酶和 GDP- 甘露糖转移酶等（表 4-1）。 表 4-1 内质网膜上主要酶类及其分布 酶 分布 细胞色素 P450 细胞质溶胶面和腔面均存在 细胞色素 b5、NADH- 细胞色素 c 还原酶、5′- 核苷酸酶 仅存在于细胞质溶胶面 核苷焦磷酸酶、ATP 酶、GDP- 甘露糖基转移酶 仅存在于细胞质溶胶面 葡萄糖 -6- 磷酸酶 *、核苷二磷酸酶、β- 葡糖醛酸酶、乙酰苯胺 - 水 解脂酶 仅存在于腔面 * 为内质网的标志酶 （二）内质网的基本类型 根 据 内 质 网 膜 外 表 面 是 否 有 核 糖 体 附 着， 将 内 质 网 分 为 粗 面 内 质 网（rough endoplasmic reticulum，RER）和光面内质网（smooth endoplasmic reticulum，SER）两种 类型。 1.  粗面内质网 粗面内质网膜的外表面附有许多核糖体的小颗粒，表面粗糙，多为 较大的排列整齐的扁囊，少数为小管和小泡（图 4-2）。 粗面内质网的数量与细胞类型、功能状态及其分化程度密切相关。在蛋白质合成旺 盛的细胞中，粗面内质网特别发达，如合成消化酶的胰腺细胞和合成抗体的浆细胞；分 泌旺盛期的细胞中，粗面内质网数量增加，静止期则相对较少；分化较为完善的细胞 中，粗面内质网比较发达，在未成熟或者未分化的细胞中则较少，如胚胎细胞和肿瘤细 胞。在肿瘤细胞中，粗面内质网的数量与肿瘤细胞的生长率以及恶性程度存在负相关 内质网的基本类型 图 4-2 内质网电镜图 医学细胞-正文.indd 53 2018-5-18 17:31:13

第四章内膜系统和囊泡运输与疾病性，因此，粗面内质网发达的程度，可以作为判断细胞分化程度和功能状态的一种形态学指标。2.光面内质网光面内质网膜的外表面无核糖体附着，表面光滑，形态多为分枝小管或小泡，多分布在一些特化的细胞中，常与粗面内质网相通（图4-3）。光面内质网的形态结构、数量分布及发达程度，在不同细胞或同一细胞的不同发育阶段差别较大，如睾丸间质细胞、卵巢黄体细胞、肝细胞及横纹肌细胞中含有大量的光面内质网。内质网腔细胞核核膜核糖体内质网膜粗面内质网光面内质网图4-3粗面内质网与光面内质网结构模式图两类内质网同时存在于大部分细胞中，所占比例不同。但在胰腺外分泌细胞中全部为粗面内质网，而骨肌细胞中分布着大量的肌质网，这是特化的光面内质网。二、内质网的功能内质网使细胞质区域化，是蛋白质、脂质和糖类的重要合成基地，其参与物质的运输、物质交换和解毒作用，对细胞起机械支持作用。粗面内质网主要负责蛋白质的合成、加工修饰及转运，光面内质网主要参与脂质合成、糖类代谢及细胞解毒等。（一）粗面内质网的功能1.作为核糖体附着的支架粗面内质网分泌蛋白或输出蛋白，承担附着核糖体的支架作用，粗面内质网腔内蛋白质是由附着核糖体合成的，主要有4类蛋白质：①分泌性蛋白或输出性蛋白，如激素、抗体、酶类、细胞因子以及细胞外基质等。②膜整合蛋白，如膜受体载体蛋白和膜抗原等。③溶酶体蛋白。④可溶性驻留蛋白，主要是指相对分子质量相对较小，可以溶解于水，存在于内质网、高尔基复合体、溶酶体及过氧化物酶体等膜性细胞器中的蛋白质。2.参与蛋白质的合成、加工修饰及转运在蛋白质生物合成中信号肽起什么作用？（1）蛋白质的合成：所有蛋白质多肽链的合成，均起始于细胞质中游离的核糖体上。那么，这些游离于细胞质中的核糖体是如何附着到内质网上面的呢？新生的分泌型蛋白质多肽链又是如何被转移到内质网中的？新生的多肽链需要由信号肽介导，与核糖体一起转运至内质网膜上，并在内质网膜上继续翻译。1975年，G.Bloble和D.Sabatini提出信号肽假说（signalhypothesis），很好地解释了新合成的蛋白质肽链是如何穿越内质网膜注入内质网腔的，并获得了1999年诺贝尔生理学或医学奖。该假说认为，新生肽链具有一段独特的序列，引导新合成的肽链从细54医学细胞-正文.indd542018-5-18 17:31:1

www.hep.com.cn 54 第四章  内膜系统和囊泡运输与疾病 性，因此，粗面内质网发达的程度，可以作为判断细胞分化程度和功能状态的一种形态 学指标。 2.  光面内质网 光面内质网膜的外表面无核糖体附着，表面光滑，形态多为分枝小 管或小泡，多分布在一些特化的细胞中，常与粗面内质网相通（图 4-3）。光面内质网的 形态结构、数量分布及发达程度，在不同细胞或同一细胞的不同发育阶段差别较大，如 睾丸间质细胞、卵巢黄体细胞、肝细胞及横纹肌细胞中含有大量的光面内质网。 图 4-3 粗面内质网与光面内质网结构模式图 两类内质网同时存在于大部分细胞中，所占比例不同。但在胰腺外分泌细胞中全部 为粗面内质网，而骨胳肌细胞中分布着大量的肌质网，这是特化的光面内质网。 二、内质网的功能 内质网使细胞质区域化，是蛋白质、脂质和糖类的重要合成基地，其参与物质的运 输、物质交换和解毒作用，对细胞起机械支持作用。粗面内质网主要负责蛋白质的合 成、加工修饰及转运，光面内质网主要参与脂质合成、糖类代谢及细胞解毒等。 （一）粗面内质网的功能 1.  作为核糖体附着的支架 粗面内质网分泌蛋白或输出蛋白，承担附着核糖体的 支架作用，粗面内质网腔内蛋白质是由附着核糖体合成的，主要有 4 类蛋白质：①分泌 性蛋白或输出性蛋白，如激素、抗体、酶类、细胞因子以及细胞外基质等。②膜整合蛋 白，如膜受体、载体蛋白和膜抗原等。③溶酶体蛋白。④可溶性驻留蛋白，主要是指相 对分子质量相对较小，可以溶解于水，存在于内质网、高尔基复合体、溶酶体及过氧化 物酶体等膜性细胞器中的蛋白质。 2.  参与蛋白质的合成、加工修饰及转运 （1）蛋白质的合成：所有蛋白质多肽链的合成，均起始于细胞质中游离的核糖体 上。那么，这些游离于细胞质中的核糖体是如何附着到内质网上面的呢？新生的分泌型 蛋白质多肽链又是如何被转移到内质网中的？新生的多肽链需要由信号肽介导，与核糖 体一起转运至内质网膜上，并在内质网膜上继续翻译。 1975 年，G.Bloble 和 D.Sabatini 提出信号肽假说（signal hypothesis），很好地解释了 新合成的蛋白质肽链是如何穿越内质网膜注入内质网腔的，并获得了 1999 年诺贝尔生 理学或医学奖。该假说认为，新生肽链具有一段独特的序列，引导新合成的肽链从细 在蛋白质生物合成中信号肽起什么作用？ 医学细胞-正文.indd 54 2018-5-18 17:31:14

第一节内质网的结构和功能与疾病胞质附着于内质网膜上，跨脂双分子层进入内质网腔或直接整合在内质网膜中。这段序列位于新合成肽链的N端，是由15~30个氨基酸组成的序列，称为信号肽（signalpeptide），信号肽具有决定蛋白质在胞内的去向或定位的作用。该信号肽一经合成可被细胞质中的信号肽识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP）识别并结合，通过信号肽的疏水性引导新生肽跨脂双分子层进人内质网腔或直接整合在内质网膜中。核糖体与内质网的结合以及肽链穿越内质网过程的基本步骤如下：第一步，信号肽的识别：内质网膜上存在信号肽识别颗粒受体（SRP-receptor，SRP-R）和移位子，细胞质中存在信号肽识别颗粒（图4-4）。SRP由6个多肽亚单位和1个RNA组成，具有翻译暂停区域、信号肽识别区域、受体结合位点，既能识别露出核糖体外的信号肽，又能识别粗面内质网上的SRP受体。新生肽链的信号肽一旦被翻译，即被SRP识别并结合，导致翻译暂时停止，肽链的SRPRNA信号肽结合位点延长受到阻遏。SRP的另一端与核糖体A位结合，形成SRP-核糖体复合体，引导向内质网移动，与内质网膜上的SRP-R识别并结合，形成一个SRP-信号肽-核糖体-mRNA复合体锚定在内质网膜通道蛋白移位子上，附着核糖体形成。当SRP-信号肽－核糖体-mRNA复合体结合在内质网膜上，随即SRP被核糖体A位结合位点解离，返回细胞基质中重复上述过程。此时，暂时被SRP受体结合位点阻遏的肽链延伸又继续合成（图4-5）。同时内质网图4-4信号肽识别颗粒模式图膜上蛋白质转运通道打开，核糖体与通道结合，信号肽插入通道。SRPRmRNASRP与信号肽SRP-核糖体复合体结合使翻译暂与SRP-R结合tRNA停，SRP与A位结合SRP释放再循环信号肽1肽链继续翻译并穿细胞质过内质网膜内质网腔SRP-R通道蛋白移位子核糖体结合蛋白图4-5信号识别颗粒作用过程55医学细胞-正文.indd5520185-1817:31:15

www.hep.com.cn 55 第一节  内质网的结构和功能与疾病 胞质附着于内质网膜上，跨脂双分子层进入内质网腔或直接整合在内质网膜中。这段 序列位于新合成肽链的 N 端，是由 15～30 个氨基酸组成的序列，称为信号肽（signal peptide），信号肽具有决定蛋白质在胞内的去向或定位的作用。该信号肽一经合成可被 细胞质中的信号肽识别颗粒（signal recognition particle，SRP）识别并结合，通过信号肽 的疏水性引导新生肽跨脂双分子层进入内质网腔或直接整合在内质网膜中。核糖体与内 质网的结合以及肽链穿越内质网过程的基本步骤如下： 第一步，信号肽的识别：内质网膜上存在信号肽识别颗粒受体（SRP-receptor， SRP-R）和移位子，细胞质中存在信号肽识别颗粒（图 4-4）。SRP 由 6 个多肽亚单位和 1 个 RNA 组成，具有翻译暂停区域、信号肽识别区域、受体结合位点，既能识别露出核 糖体外的信号肽，又能识别粗面内质网上的 SRP 受体。新生肽链的信号肽一旦被翻译， 即被 SRP 识别并结合，导致翻译暂时停止，肽链的 延长受到阻遏。SRP 的另一端与核糖体 A 位结合， 形成 SRP- 核糖体复合体，引导向内质网移动，与内 质网膜上的 SRP-R 识别并结合，形成一个 SRP- 信 号肽 - 核糖体 -mRNA 复合体锚定在内质网膜通道蛋 白移位子上，附着核糖体形成。当 SRP- 信号肽 - 核 糖体 -mRNA 复合体结合在内质网膜上，随即 SRP 被 解离，返回细胞基质中重复上述过程。此时，暂时被 阻遏的肽链延伸又继续合成（图 4-5）。同时内质网 膜上蛋白质转运通道打开，核糖体与通道结合，信号 肽插入通道。 图 4-5 信号识别颗粒作用过程 图 4-4 信号肽识别颗粒模式图 医学细胞-正文.indd 55 2018-5-18 17:31:15

第四章内膜系统和囊泡运输与疾病SRP-R：也被称为锚泊蛋白（dockingprotein），该蛋白能够通过与SRP的识别而使得核糖体结合附着于内质网上，是内质网的一种膜整合蛋白。移位子：也称为转位器（translocationapparatus），是内质网膜上的一种亲水通道，是一种动态结构，以两种可以转化的构象形式存在，即当它和信号肽结合时，处于一种开放的活性状态；在蛋白质多肽链被完全转移之后，则转变为无活性的关闭状态。第二步，肽链进人内质网腔：在信号肽的引导下，合成中的肽链通过核糖体大亚基的中央管和移位子蛋白共同形成的通道，穿过内质网膜进入内质网腔。随之，信号肽序列被内质网膜腔面上的信号肽酶切除，新生肽链继续延伸，直至完成而终止。随后，完成肽链合成的核糖体大、小亚基解聚，与内质网分离。脱离内质网的核糖体回到细胞质，进行核糖体的再循环。2（2）蛋白质的折叠与装配：多肽链合成后，需要按照特定的方式折叠形成高级三维空间结构，内质网为新生多肽链的正确折叠和装配提供了有利的环境。蛋白质多肽链的折叠过程受分子伴侣（molecularchaperone）的调节，分子伴侣是一类在细胞内帮助其他蛋白质多肽链进行正确折叠、组装、转运的蛋白质。其属于热激蛋白家族，能够识别并滞留折叠组装错误的蛋白质不被运输，抑制未成熟蛋白质的折叠使其降解，分子伴侣不参与最终产物的形成，如内质网标志性分子伴侣葡萄糖调节蛋白94。内质网腔中的氧化型谷胱甘肽（GSSG）和内质网膜腔面上的蛋白二硫键异构酶（PDI），为二硫键的形成及多肽链快速折叠提供了保证，这个过程需要分子伴侣的帮助。分子伴侣对新生蛋白质的折叠，通常始于多肽链的某些区域。分子伴侣蛋白质的共同特点是在羧基端有一个Lys-Asp-Glu-Leu四氨基酸滞留信号肽，它们能够和内质网膜上的相应受体结合而驻留于网腔不被转运，因此也称为驻留蛋白（retentionprotein）。（3）蛋白质的糖基化：糖基化（glycosylation）是指多肽链中特殊的氨基酸残基侧链上，以共价键连接上单糖和低聚糖形成糖蛋白的过程。由附着核糖体合成并经内质网转运的蛋白质，大多数都要被糖基化。蛋白质与糖的连接方式有两种：①N-连接糖蛋白：是指糖链被连接在多肽链中天冬酰胺（Asn）残基的-NH,端，这种糖基化发生在粗面内质网腔内；②O-连接糖蛋白：是指单糖链被连接在多肽链中的丝氨酸（Ser）或苏氨酸（Thr）残基侧链的-OH端上，这种糖基化发生在高尔基体腔内。核糖体合成的各种蛋白质肽链进入粗面内质网腔内后，大部分需要进行糖基化，形成N-连接糖蛋白，而游离核糖体上合成的蛋白质在细胞质中不进行糖基化。N-连接糖蛋白的糖基化主要有两类：第一类是高甘露糖，主要由N-乙酰葡萄糖胺（2分子）、葡萄糖（3分子）和多个甘露糖（>9分子）组成：第二类是复合寡糖，主要由N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、唾液酸以及岩藻糖组成。随着粗面内质网上的蛋白质的合成，粗面内质网腔内的糖基化也在启动。各种寡聚糖基在特异的糖基转移酶作用之下，逐个连接在寡聚糖链的载体上，即长醇分子上，进而形成一个含有14个糖基的长帖醇焦磷酸募聚糖基。当新合成的多肽链中暴露天冬酰胺（Asn）残基，便在寡聚糖蛋白转移酶（oligosaccharideproteintransferase）的催化下，寡聚糖链与蛋白质多肽链的Asn残基聚合。但并非蛋白质分子上所有的Asn残基都可以连接寡糖链，只有特定的氨基酸序列（糖基化序列子）Asn-x-Ser/Thr（x为脯氨酸外的任意氨基酸残基）可连接寡糖链，这种能够保证寡糖链与氨基酸连接的序列子被称为糖基化位点（图4-6）。56医学细胞--正文.indd502018-5-1817:31:

www.hep.com.cn 56 第四章  内膜系统和囊泡运输与疾病 SRP-R：也被称为锚泊蛋白（docking protein），该蛋白能够通过与 SRP 的识别而使 得核糖体结合附着于内质网上，是内质网的一种膜整合蛋白。 移位子：也称为转位器（translocation apparatus），是内质网膜上的一种亲水通道， 是一种动态结构，以两种可以转化的构象形式存在，即当它和信号肽结合时，处于一种 开放的活性状态；在蛋白质多肽链被完全转移之后，则转变为无活性的关闭状态。 第二步，肽链进入内质网腔：在信号肽的引导下，合成中的肽链通过核糖体大亚基 的中央管和移位子蛋白共同形成的通道，穿过内质网膜进入内质网腔。随之，信号肽序 列被内质网膜腔面上的信号肽酶切除，新生肽链继续延伸，直至完成而终止。随后，完 成肽链合成的核糖体大、小亚基解聚，与内质网分离。脱离内质网的核糖体回到细胞 质，进行核糖体的再循环。 （2）蛋白质的折叠与装配：多肽链合成后，需要按照特定的方式折叠形成高级三维 空间结构，内质网为新生多肽链的正确折叠和装配提供了有利的环境。蛋白质多肽链的 折叠过程受分子伴侣（molecular chaperone）的调节，分子伴侣是一类在细胞内帮助其他 蛋白质多肽链进行正确折叠、组装、转运的蛋白质。其属于热激蛋白家族，能够识别并 滞留折叠组装错误的蛋白质不被运输，抑制未成熟蛋白质的折叠使其降解，分子伴侣不 参与最终产物的形成，如内质网标志性分子伴侣葡萄糖调节蛋白 94。内质网腔中的氧 化型谷胱甘肽（GSSG）和内质网膜腔面上的蛋白二硫键异构酶（PDI），为二硫键的形 成及多肽链快速折叠提供了保证，这个过程需要分子伴侣的帮助。分子伴侣对新生蛋白 质的折叠，通常始于多肽链的某些区域。分子伴侣蛋白质的共同特点是在羧基端有一个 Lys-Asp-Glu-Leu 四氨基酸滞留信号肽，它们能够和内质网膜上的相应受体结合而驻留 于网腔不被转运，因此也称为驻留蛋白（retention protein）。 （3）蛋白质的糖基化：糖基化（glycosylation）是指多肽链中特殊的氨基酸残基侧链 上，以共价键连接上单糖和低聚糖形成糖蛋白的过程。由附着核糖体合成并经内质网转 运的蛋白质，大多数都要被糖基化。蛋白质与糖的连接方式有两种：① N- 连接糖蛋白： 是指糖链被连接在多肽链中天冬酰胺（Asn）残基的 -NH2 端，这种糖基化发生在粗面内 质网腔内；② O- 连接糖蛋白：是指单糖链被连接在多肽链中的丝氨酸（Ser）或苏氨酸 （Thr）残基侧链的 -OH 端上，这种糖基化发生在高尔基体腔内。 核糖体合成的各种蛋白质肽链进入粗面内质网腔内后，大部分需要进行糖基化，形 成 N- 连接糖蛋白，而游离核糖体上合成的蛋白质在细胞质中不进行糖基化。 N- 连接糖蛋白的糖基化主要有两类：第一类是高甘露糖，主要由 N- 乙酰葡萄糖胺 （2 分子）、葡萄糖（3 分子）和多个甘露糖（＞9 分子）组成；第二类是复合寡糖，主要 由 N- 乙酰葡萄糖胺、半乳糖、唾液酸以及岩藻糖组成。 随着粗面内质网上的蛋白质的合成，粗面内质网腔内的糖基化也在启动。各种寡聚 糖基在特异的糖基转移酶作用之下，逐个连接在寡聚糖链的载体上，即长萜醇分子上， 进而形成一个含有 14 个糖基的长萜醇焦磷酸寡聚糖基。当新合成的多肽链中暴露天冬 酰胺（Asn）残基，便在寡聚糖蛋白转移酶（oligosaccharide protein transferase）的催化 下，寡聚糖链与蛋白质多肽链的 Asn 残基聚合。但并非蛋白质分子上所有的 Asn 残基都 可以连接寡糖链，只有特定的氨基酸序列（糖基化序列子）Asn-x-Ser/Thr（x 为脯氨酸 外的任意氨基酸残基）可连接寡糖链，这种能够保证寡糖链与氨基酸连接的序列子被称 为糖基化位点（图 4-6）。 医学细胞-正文.indd 56 2018-5-18 17:31:15

第一节节内质网的结构和功能与疾病复合寡聚糖型（D个糖基的长截高甘露糖型（4个糖基的长蕲醇焦磷酸寡聚糖蛋白）A水解掉3个共水解掉6个甘露糖分子T葡萄糖分子A睡液酸葡萄糖O.半乳糖宁口中QC?O甘露糖OC中糖苷水解酶糖苷水解酶N-乙酰葡×2L一岩藻糖中A中中亨萄糖胺精醇焦醇酸葬聚糖蛋白）×2×2?????口x1???焦磷酸P?一糖基化ASAsoAsDAsCAs位点粗面内质网高尔基体在粗面内质网进行的N-连接糖基化在高尔基体进行的N-连接糖基化图4-6N-连接糖蛋白糖基化过程图解糖基化修饰具有重要的生物学意义：（1糖基化使蛋白质免遭水解酶的降解，因而对蛋白质具有保护作用：②糖基化能够引导蛋白质包装形成运输小泡，使蛋白质进行靶向运输，因而糖基化对蛋白质具有运输信号的作用；③糖基化在细胞膜表面形成的糖被，在细胞膜的保护、识别以及通讯联络等生命活动中发挥重要作用。（4）蛋白质的胞内运输：由粗面内质网膜上的附着核糖体合成的外输蛋白质，经过粗面内质网的修饰和初步加工之后，被内质网包裹形成膜性小泡，以“出芽”的方式与内质网分离开来。这种膜性小泡通过两种途径被进一步运输：一种途径是与高尔基体形成面的小囊泡融合，并在高尔基体腔内浓缩加工为分泌颗粒，脱离高尔基体，以胞吐形式分泌到细胞外，如抗体和消化酶等；另外一种途径是这种小泡直接与细胞质中的浓缩泡融合，形成酶原颗粒，然后被排出细胞，如溶酶体蛋白。（二）光面内质网的功能1.参与脂质的合成与运输光面内质网最重要的功能之一，就是合成细胞所需的几乎全部的膜脂。内质网合成脂质的底物来自于细胞质基质，合成脂质所需的相关酶类定位于内质网膜上的镶嵌蛋白，但催化作用在内质网的细胞质侧完成，主要过程为：首先是磷脂酸的形成，由脂酰基转移酶催化脂酰辅酶A的2条脂肪酸链转移并结合到甘油-3-磷酸分子上生成：其次是双酰基甘油的形成，是由磷酸酶催化磷脂酸去磷酸化而生成：最后在胆碱磷酸转移酶的催化下，在双酰基油上添加结合一个极性基团，最终形成由一个极性头部基团和两条脂肪酸链疏水尾部构成的双亲性脂质分子。光面内质网中合成的脂质分子在翻转酶的作用下，快速由细胞质基质侧转向内质网腔面，其中一部分嵌入内质网膜的脂双层中，另外一部分以“出芽”的方式转运至高尔基体、溶酶体等其他膜性细胞器及细胞膜。2.参与解毒作用肝是机体中内、外源性毒物和药物分解解毒的主要器官，肝的解毒作用主要由肝细胞中的光面内质网完成。光面内质网上集中了多种重要的氧化及电子传递酶系，如细胞色素P450、NADPH-细胞色素P450还原酶、细胞色素b5、NADPH-57医学细胞-正文.indd 572018-5-18 17:31:15

www.hep.com.cn 57 第一节  内质网的结构和功能与疾病 图 4-6 N- 连接糖蛋白糖基化过程图解 糖基化修饰具有重要的生物学意义：①糖基化使蛋白质免遭水解酶的降解，因而对 蛋白质具有保护作用；②糖基化能够引导蛋白质包装形成运输小泡，使蛋白质进行靶向 运输，因而糖基化对蛋白质具有运输信号的作用；③糖基化在细胞膜表面形成的糖被， 在细胞膜的保护、识别以及通讯联络等生命活动中发挥重要作用。 （4）蛋白质的胞内运输：由粗面内质网膜上的附着核糖体合成的外输蛋白质，经过 粗面内质网的修饰和初步加工之后，被内质网包裹形成膜性小泡，以“出芽”的方式与 内质网分离开来。这种膜性小泡通过两种途径被进一步运输：一种途径是与高尔基体形 成面的小囊泡融合，并在高尔基体腔内浓缩加工为分泌颗粒，脱离高尔基体，以胞吐形 式分泌到细胞外，如抗体和消化酶等；另外一种途径是这种小泡直接与细胞质中的浓缩 泡融合，形成酶原颗粒，然后被排出细胞，如溶酶体蛋白。 （二）光面内质网的功能 1.  参与脂质的合成与运输 光面内质网最重要的功能之一，就是合成细胞所需的 几乎全部的膜脂。内质网合成脂质的底物来自于细胞质基质，合成脂质所需的相关酶类 定位于内质网膜上的镶嵌蛋白，但催化作用在内质网的细胞质侧完成，主要过程为：首 先是磷脂酸的形成，由脂酰基转移酶催化脂酰辅酶 A 的 2 条脂肪酸链转移并结合到甘 油 -3- 磷酸分子上生成；其次是双酰基甘油的形成，是由磷酸酶催化磷脂酸去磷酸化而 生成；最后在胆碱磷酸转移酶的催化下，在双酰基甘油上添加结合一个极性基团，最终 形成由一个极性头部基团和两条脂肪酸链疏水尾部构成的双亲性脂质分子。 光面内质网中合成的脂质分子在翻转酶的作用下，快速由细胞质基质侧转向内质网 腔面，其中一部分嵌入内质网膜的脂双层中，另外一部分以“出芽”的方式转运至高尔 基体、溶酶体等其他膜性细胞器及细胞膜。 2.  参与解毒作用 肝是机体中内、外源性毒物和药物分解解毒的主要器官，肝的解 毒作用主要由肝细胞中的光面内质网完成。光面内质网上集中了多种重要的氧化及电子 传递酶系，如细胞色素 P450、NADPH- 细胞色素 P450 还原酶、细胞色素 b5、NADPH- 医学细胞-正文.indd 57 2018-5-18 17:31:15

第四章内膜系统和囊泡运输与疾病细胞色素c还原酶等。光面内质网的解毒机制包括三个方面：第一，氧化和羟化作用，药物或者毒物经光面内质网膜上的氧化或羟化后，消除其作用和毒性，也许这种氧化作用可能会使某些物质的毒性增强，同时由于羟化使代谢产物极性增强而易于排出体外；第二，转化作用，如许多氨基酸代谢生成的氨可以转化成无毒的尿素，经肾排出体外：第三，结合作用，某些药物可以结合葡糖醛酸，形成水溶性物质，从而易于排出体外。3.参与糖原的代谢肝和肌肉是糖原储存最主要的组织器官，在这些组织中光面内质网较为发达，大量的糖原颗粒靠近光面内质网。实验证明，肝细胞中的光面内质网膜上含有葡萄糖-6-磷酸酶，能够将其表面的糖原降解为葡萄糖-6-磷酸，使之去磷酸化，形成葡萄糖和磷酸，然后将葡萄糖注入内质网腔中，经过内质网膜运输到血液中补充血糖。4.参与留体类激素的合成在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中，光面内质网和线粒体，可能还有高尔基体上的一些酶共同参与留体类激素的合成。5.储存和调节Ca2+浓度肌质网（特化SER）具有储存和调节Ca2+浓度的功能。Ca结合蛋白高亲和力结合Ca。ER通过其膜上的Ca通道和Ca泵调节细胞内的Ca浓度，从而调控肌肉的收缩和舒张。三、内质网与疾病（一）内质网的病理变化1.内质网的肿胀和肥大当Na和水分渗入内质网中时，造成内质网水解变性而引起肿胀。在低氧、辐射或阻塞等情况下，也会引起肿胀。极度肿胀，最终能够导致内质网破裂。肝细胞在I型糖原累积病及恶性营养不良综合征时，表现为内质网膜断离伴随核糖体脱落的典型形态改变。2.内质网在不同肿瘤细胞中的改变在具有不同生物学特性的癌变细胞中，内质网的形态结构与功能也会呈现多样性的改变。在低分化的癌变细胞中，内质网较少；在高分化的癌变细胞中，内质网丰富发达；低侵装力癌变细胞中内质网较少，高侵袭力癌变细胞中内质网相对较为发达。（二）内质网与遗传病1.甲型血友病又称为第VI因子缺乏症或抗血友病球蛋白缺乏症皇家病，常为X连锁隐性遗传病（XR），偶有常染色体隐性遗传类型。此病是血浆中凝血因子Ⅲ遗传性缺乏或活性降低而致的凝血功能缺陷，因而称为第Ⅲ因子缺乏症，又因为维多利亚女王将血友病带入欧洲王室而被称为抗血友病球蛋白缺乏症皇家病。本病患者自幼在轻微外伤后出血不止，皮肤出血形成皮下血肿，关节腔、肌肉出血，引起关节变形，累及膝、踝时可导致跛行，见血尿或血便（图4-7）。甲型血发病以男性发病为主（图4-8）男性发病率1/10000，F8基因定位于Xq28，长186kb，突变类型以内含子22倒位和错义最为常见，有20%~30%图4-7甲型血友病患者膝关为新突变，70%有家族史，临床中检测抗血友病球蛋白节腔多次出血引致的关节变形58医学细胞-正文indd 52018-5-18 17:31:15

www.hep.com.cn 58 第四章  内膜系统和囊泡运输与疾病 细胞色素 c 还原酶等。光面内质网的解毒机制包括三个方面：第一，氧化和羟化作用， 药物或者毒物经光面内质网膜上的氧化或羟化后，消除其作用和毒性，也许这种氧化 作用可能会使某些物质的毒性增强，同时由于羟化使代谢产物极性增强而易于排出体 外；第二，转化作用，如许多氨基酸代谢生成的氨可以转化成无毒的尿素，经肾排出 体外；第三，结合作用，某些药物可以结合葡糖醛酸，形成水溶性物质，从而易于排出 体外。 3.  参与糖原的代谢 肝和肌肉是糖原储存最主要的组织器官，在这些组织中光面 内质网较为发达，大量的糖原颗粒靠近光面内质网。实验证明，肝细胞中的光面内质网 膜上含有葡萄糖 -6- 磷酸酶，能够将其表面的糖原降解为葡萄糖 -6- 磷酸，使之去磷酸 化，形成葡萄糖和磷酸，然后将葡萄糖注入内质网腔中，经过内质网膜运输到血液中补 充血糖。 4.  参与甾体类激素的合成 在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中，光面内质网和线粒 体，可能还有高尔基体上的一些酶共同参与甾体类激素的合成。 5.  储存和调节 Ca2+ 浓度 肌质网（特化 SER）具有储存和调节 Ca2+ 浓度的功能。 Ca2+ 结合蛋白高亲和力结合 Ca2+。ER 通过其膜上的 Ca2+ 通道和 Ca2+ 泵调节细胞内的 Ca2+ 浓度，从而调控肌肉的收缩和舒张。 三、内质网与疾病 （一）内质网的病理变化 1.  内质网的肿胀和肥大 当 Na+ 和水分渗入内质网中时，造成内质网水解变性而引 起肿胀。在低氧、辐射或阻塞等情况下，也会引起肿胀。极度肿胀，最终能够导致内质 网破裂。肝细胞在Ⅰ型糖原累积病及恶性营养不良综合征时，表现为内质网膜断离伴随 核糖体脱落的典型形态改变。 2.  内质网在不同肿瘤细胞中的改变 在具有不同生物学特性的癌变细胞中，内质网 的形态结构与功能也会呈现多样性的改变。在低分化的癌变细胞中，内质网较少；在高 分化的癌变细胞中，内质网丰富发达；低侵袭力癌变细胞 中内质网较少，高侵袭力癌变细胞中内质网相对较为发达。 （二）内质网与遗传病 1.  甲型血友病 又称为第Ⅷ因子缺乏症或抗血友病球 蛋白缺乏症皇家病，常为 X 连锁隐性遗传病（XR），偶有 常染色体隐性遗传类型。此病是血浆中凝血因子Ⅷ遗传性 缺乏或活性降低而致的凝血功能缺陷，因而称为第Ⅷ因子 缺乏症，又因为维多利亚女王将血友病带入欧洲王室而被 称为抗血友病球蛋白缺乏症皇家病。本病患者自幼在轻微 外伤后出血不止，皮肤出血形成皮下血肿，关节腔、肌肉 出血，引起关节变形，累及膝、踝时可导致跛行，见血尿 或血便（图 4-7）。甲型血友病以男性发病为主（图 4-8）， 男性发病率 1/10 000，F8 基因定位于 Xq28，长 186 kb，突 变类型以内含子 22 倒位和错义最为常见，有 20%～30% 为新突变，70% 有家族史，临床中检测抗血友病球蛋白 图 4-7 甲型血友病患者膝关 节腔多次出血引致的关节变形 医学细胞-正文.indd 58 2018-5-18 17:31:15

第二节高尔基体的结构和功能与疾病（VIIIAHG）检出杂合子。研究发现，一些内质网膜上的跨膜蛋白是可结合寡糖的凝集素，它们可以作为受体识别被运输的蛋白，并协助被运输的一些分泌蛋白包装进人OCOPII包被的囊泡。例如，ERGIC53凝集素蛋白识别两类凝血因子（凝血因子V和凝血因子ⅢI）表面的甘露糖，与之结合后形成有被小泡运输到高尔基体。ERGIC53蛋白在蛋白运输中起重要作用之所以口正常男性男性患者被发现，是因为在那些由于ERGIC53变异而导致正常女性ERGIC53蛋白缺乏的个体，其血液中凝血因子V和图4-8一例甲型血友病患者家系凝血因子水平下降，因而患者经常过度流血。我国一些实验室已经对甲型血友病建立了完善的分子诊断体系，在诊断患者、判断携带者、产前基因诊断方面收到了显著的社会效益，2.牛海绵样脑病是一种发生在牛身上的进行性中枢神经系统疾病，症状与羊瘙痒症类似，俗称疯牛病。病牛脑组织呈海绵状病变，并出现步态不稳，平衡失调、瘙痒、烦躁不安等症状，通常在14~90天内死亡。1997年的诺贝尔生理学或医学奖授予了S.R.Prusiner，因为他发现了蛋白感染粒（proteinationinfectiousparticle，PrP），又称病毒或普里昂，其为存在于细胞（主要为神经元）细胞膜外表面的基因（PrP）表达的正常蛋白（无感染性）构象发生畸形，折叠后形成的一种感染性的致病蛋白质，是牛海绵样脑病、绵羊瘙痒症等的病原体，是能在任何动物中引起可传染性脑病的一个特殊的病因。第二节高尔基体的结构和功能与疾病意大利医生C.Golgi于1898年首次用硝酸银染色的方法在光学显微镜下观察神经细胞后，发现细胞质中存在一些网状结构，称为内网器（intermnalreticularapparatus），为纪念发现者，便命名该细胞器为高尔基体（Golgibody）。因C.Golgi对神经结构研究的贡献，获得1906年的诺贝尔生理学或医学奖。随着电子显微镜的问世，人们才真正看到并证实该种结构是由几种膜性囊组成的复合结构，故称为高尔基复合体（Golgicomplex）。所有的真核细胞（除成熟红细胞）都存在高尔基体，在不同的生物体或不同的细胞内，高尔基体数量差异较大，每个细胞平均含有20个。分泌旺盛的细胞中高尔基体数量相对增多，如胰腺外分泌细胞、小肠上皮细胞、唾液腺细胞、神经细胞以及浆细胞等，淋巴细胞和肌细胞高尔基体数量较少。一、高尔基体的形态结构和化学组成电镜下，高尔基体是由光面膜组成的囊泡系统，它由扁平膜囊、大囊泡、小囊泡三个基本成分组成。（一）高尔基体的形态结构高尔基体的形态结构1.扁平囊泡（cistermae）是高尔基体的主体部分，呈盘状，由3～10层扁平囊平行排列在一起，称为高尔基堆（Golgistack）。相邻扁平囊间距20～30nm，囊腔宽15~20nm。扁平囊呈弓形，凸面朝向细胞核，称为顺面或形成面；凹面朝向细胞膜，59医学维胞-正文indd52018-5-18 17:31:16

www.hep.com.cn 59 第二节  高尔基体的结构和功能与疾病 （VIIIAHG）检出杂合子。 研究发现，一些内质网膜上的跨膜蛋白是可结 合寡糖的凝集素，它们可以作为受体识别被运输 的蛋白，并协助被运输的一些分泌蛋白包装进入 COPII 包被的囊泡。例如，ERGIC53 凝集素蛋白识 别两类凝血因子（凝血因子 V 和凝血因子Ⅷ）表面 的甘露糖，与之结合后形成有被小泡运输到高尔基 体。ERGIC53 蛋白在蛋白运输中起重要作用之所以 被发现，是因为在那些由于 ERGIC53 变异而导致 ERGIC53 蛋白缺乏的个体，其血液中凝血因子 V 和 凝血因子Ⅷ水平下降，因而患者经常过度流血。我 国一些实验室已经对甲型血友病建立了完善的分子诊断体系，在诊断患者、判断携带 者、产前基因诊断方面收到了显著的社会效益。 2.  牛海绵样脑病 是一种发生在牛身上的进行性中枢神经系统疾病，症状与羊瘙痒 症类似，俗称疯牛病。病牛脑组织呈海绵状病变，并出现步态不稳、平衡失调、瘙痒、 烦躁不安等症状，通常在 14～90 天内死亡。1997 年的诺贝尔生理学或医学奖授予了 S.R.Prusiner，因为他发现了蛋白感染粒（proteination infectious particle，PrP），又称朊病 毒或普里昂，其为存在于细胞（主要为神经元）细胞膜外表面的基因（PrP）表达的正常 蛋白（无感染性）构象发生畸形，折叠后形成的一种感染性的致病蛋白质，是牛海绵样脑 病、绵羊瘙痒症等的病原体，是能在任何动物中引起可传染性脑病的一个特殊的病因。 第二节  高尔基体的结构和功能与疾病 意大利医生 C. Golgi 于 1898 年首次用硝酸银染色的方法在光学显微镜下观察神经 细胞后，发现细胞质中存在一些网状结构，称为内网器（internal reticular apparatus）， 为纪念发现者，便命名该细胞器为高尔基体（Golgi body）。因 C.Golgi 对神经结构研究 的贡献，获得 1906 年的诺贝尔生理学或医学奖。随着电子显微镜的问世，人们才真 正看到并证实该种结构是由几种膜性囊组成的复合结构，故称为高尔基复合体（Golgi complex）。所有的真核细胞（除成熟红细胞）都存在高尔基体，在不同的生物体或不同 的细胞内，高尔基体数量差异较大，每个细胞平均含有 20 个。分泌旺盛的细胞中高尔 基体数量相对增多，如胰腺外分泌细胞、小肠上皮细胞、唾液腺细胞、神经细胞以及浆 细胞等，淋巴细胞和肌细胞高尔基体数量较少。 一、高尔基体的形态结构和化学组成 电镜下，高尔基体是由光面膜组成的囊泡系统，它由扁平膜囊、大囊泡、小囊泡三 个基本成分组成。 （一）高尔基体的形态结构 1.  扁平囊泡（cisternae） 是高尔基体的主体部分，呈盘状，由 3～10 层扁平囊 平行排列在一起，称为高尔基堆（Golgi stack）。相邻扁平囊间距 20～30 nm，囊腔宽 15～20 nm。扁平囊呈弓形，凸面朝向细胞核，称为顺面或形成面；凹面朝向细胞膜， 高尔基体的形态结构 图 4-8 一例甲型血友病患者家系 医学细胞-正文.indd 59 2018-5-18 17:31:16

第四章内膜系统和囊泡运输与疾病称为反面或成熟面。扁平囊膜顺面膜6厚nm，反面膜厚8nm，厚度与细胞膜接近，扁平囊由小囊泡融合而来（图4-9，图4-10）。大襄泡反面中间膜囊顺面CO扁平囊泡?O小囊泡图4-10高尔基体的形态结构图4-9光镜下的高尔基体2.小囊泡（vesicles）是直径40~80nm的球形小泡，多聚集在高尔基体形成面，通常由粗面内质网“芽生”而来，载有内质网合成的蛋白质成分并转运至扁平囊泡中，故称为运输小泡（transfervesicle）3.大囊泡（vacuoles）为直径100~500nm的膜泡，分布于高尔基体成熟面，由扁平囊周边球状膨突脱落而形成，又称为分泌泡（secretingvacuoles）。（二）高尔基体的区域化通过电镜观察、拍摄图像重组的三维结构模型以及单克隆抗体免疫电镜技术的研究，结果表明高尔基体具有明显的极性形态结构特征。高尔基体的扁平囊堆具有三个生化区室，依次为顺面高尔基网状结构（cisGolginetwork）、高尔基中间囊膜（medialGolgistack）和反面高尔基网状结构（transGolginetwork）。1.顺面高尔基网状结构又称顺面扁囊，是由靠近内质网一侧的2~3层扁平囊构成，呈连续分支的管网状结构，标志酶为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP酶）。该结构区域的主要功能有两个：①接受来自内质网新合成的物质，并将其分类后大部分转入高尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网。②进行蛋白质修饰的O-连接糖基化以及跨膜蛋白在细胞基质侧结构域的酰基化。2.高尔基中间囊膜由位于顺面高尔基网状结构和反面高尔基网状结构之间的多层扁平囊和管道组成，形成不同间隔，其主要功能是进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合成，含有N-乙酰葡萄糖胺转移酶I等。3.反面高尔基网状结构朝向细胞膜一侧，主要功能是对蛋白质的分选、包装以及输出，或被转运到细胞外，或被转运到溶酶体，是进行“晚期”蛋白质修饰的场所，其标志酶是焦磷酸硫胺素酶（TPP酶）。（三）高尔基体的化学组成高尔基体膜含有大约60%的蛋白质和40%的脂质，大量资料分析表明，高尔基体60医学细胞-正文.indd.602018-5-18 17:31:16

www.hep.com.cn 60 第四章  内膜系统和囊泡运输与疾病 称为反面或成熟面。扁平囊膜顺面膜 6 厚 nm，反面膜厚 8 nm，厚度与细胞膜接近，扁 平囊由小囊泡融合而来（图 4-9，图 4-10）。 图 4-9 光镜下的高尔基体 图 4-10 高尔基体的形态结构 2.  小囊泡（vesicles） 是直径 40～80 nm 的球形小泡，多聚集在高尔基体形成面， 通常由粗面内质网“芽生”而来，载有内质网合成的蛋白质成分并转运至扁平囊泡中， 故称为运输小泡（transfer vesicle）。 3.  大囊泡（vacuoles） 为直径 100～500 nm 的膜泡，分布于高尔基体成熟面，由 扁平囊周边球状膨突脱落而形成，又称为分泌泡（secreting vacuoles）。 （二）高尔基体的区域化 通过电镜观察、拍摄图像重组的三维结构模型以及单克隆抗体免疫电镜技术的研 究，结果表明高尔基体具有明显的极性形态结构特征。高尔基体的扁平囊堆具有三个生 化区室，依次为顺面高尔基网状结构（cis Golgi network）、高尔基中间囊膜（medial Golgi stack）和反面高尔基网状结构（trans Golgi network）。 1.  顺面高尔基网状结构 又称顺面扁囊，是由靠近内质网一侧的 2～3 层扁平囊构 成，呈连续分支的管网状结构，标志酶为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸酶（NADP 酶）。该结构 区域的主要功能有两个：①接受来自内质网新合成的物质，并将其分类后大部分转入高 尔基体中间膜囊，小部分蛋白质与脂质再返回内质网。②进行蛋白质修饰的 O- 连接糖 基化以及跨膜蛋白在细胞基质侧结构域的酰基化。 2.  高尔基中间囊膜 由位于顺面高尔基网状结构和反面高尔基网状结构之间的多 层扁平囊和管道组成，形成不同间隔，其主要功能是进行糖基化修饰和多糖及糖脂的合 成，含有 N- 乙酰葡萄糖胺转移酶Ⅰ等。 3.  反面高尔基网状结构 朝向细胞膜一侧，主要功能是对蛋白质的分选、包装以及 输出，或被转运到细胞外，或被转运到溶酶体，是进行“晚期”蛋白质修饰的场所，其 标志酶是焦磷酸硫胺素酶（TPP 酶）。 （三）高尔基体的化学组成 高尔基体膜含有大约 60% 的蛋白质和 40% 的脂质，大量资料分析表明，高尔基体 医学细胞-正文.indd 60 2018-5-18 17:31:16

第二节高尔基体的结构和功能与疾病膜的脂质成分含量介于内质网膜与细胞膜之间，蛋白质含量低于内质网膜。高尔基体含有多种重要的酶类：①包括NADP-细胞色素C还原酶和NADPH-细胞色素还原酶的氧化还原酶。②以5-核苷酸、腺苷三磷酸酶、硫胺素焦磷酸酶为主体的磷酸酶类。③参与磷脂合成的溶血卵磷脂酰基转移酶和磷酸甘油磷脂酰转移酶。④由磷脂酶A,和磷脂酶A，组成的磷脂酶类。③酪蛋白磷酸激酶。③α-甘露糖酶等，其中半乳糖基转移酶为标志酶（表4-2）。表4-2高尔基体中酶的分布酶分布脂肪酰基转移酶、甘露糖苷酶I、腺苷酸环化酶、5'-核苷酶分布在顺面高尔基网糖基转移酶*、甘露糖苷酶IⅡI、NADP酶、磷酸酶、腺苷酸环化酶分布在顺面囊膜TPP酶、CMP酶分布在反面囊膜仅存在于腔面酸性磷酸酶、核苷二磷酸酶、唾液酸转移酶、TPP酶、CMP酶、分布在反面高尔基体网5'核苷酶、腺苷酸环化酶*为高尔基体的标志酶二、高尔基体的功能高尔基体的主要功能是参与细胞的分泌活动，将内质网合成的蛋白质进行加工、分类、包装和定向运输。1.参与蛋白质的糖基化人体细胞内的糖蛋白主要分布在细胞膜、溶酶体以及分泌产物中。粗面内质网和高尔基体承担着蛋白质的糖基化修饰作用，大多数的蛋白质在粗面内质网中进行了N-连接糖基化后，还需要转运至高尔基体内进一步加工修饰为成熟的糖蛋白。O-连接蛋白的糖基化过程是在高尔基体中完成的，每种糖基都是在其相应的专一性的糖基转移酶作用下，最后一步加上睡液酸。高尔基体中的糖蛋白，其修饰为成熟的高甘露糖蛋白的过程比较简单，只需要糖苷水解酶水解3分子的甘露糖即可。而形成复合寡糖蛋白比较复杂，先水解掉5分子甘露糖，再逐一加上2分子N-乙酰葡萄糖胺、2分子半乳糖、2分子唾液酸，有的糖蛋白还需要加上岩藻糖（图4-6）。2.参与蛋白质的水解某些蛋白质或酶类，只有在高尔基体中被特异性地水解后，才能成熟或转变为有活性的物质。如人胰岛素，在内质网中是以86个氨基酸残基组成，含有A、B两条肽链和起连接作用的C肽所构成的胰岛素原的形式而存在。当它被转运到高尔基体时，在水解切除C肽后，才成为有活性的胰岛素。另外还有胰高血糖素、血清蛋白等的成熟，也都是经过高尔基体中的切除修饰来完成的。3，参与蛋白质的分选粗面内质网合成的蛋白质在高尔基体中加工，被加上不同的分选信号（磷酸、半乳糖、睡液酸等），被反面高尔基体膜上的专一受体识别、浓缩、分选后，形成不同去向的运输小泡和分泌小泡。4.参与膜泡的定向运输：被分选后的分泌小泡的运输途径可能有三条：①经高尔基体单独分冻和包装的溶酶体酶，以有被小泡的形式被转运到溶酶体中。②分泌蛋白以有被小泡的形式向细胞膜方向运输，释放到细胞外。③以分泌小泡的形式暂时储存在细胞质中，当机体需要时，再被分泌释放到细胞外。61医学细胞--正文.indd2018-5-18 17:31:16

www.hep.com.cn 61 第二节  高尔基体的结构和功能与疾病 膜的脂质成分含量介于内质网膜与细胞膜之间，蛋白质含量低于内质网膜。高尔基体含 有多种重要的酶类：①包括 NADP- 细胞色素 C 还原酶和 NADPH- 细胞色素还原酶的氧 化还原酶。②以 5′- 核苷酸、腺苷三磷酸酶、硫胺素焦磷酸酶为主体的磷酸酶类。③参 与磷脂合成的溶血卵磷脂酰基转移酶和磷酸甘油磷脂酰转移酶。④由磷脂酶 A1 和磷脂 酶 A2 组成的磷脂酶类。⑤酪蛋白磷酸激酶。⑥ α- 甘露糖酶等，其中半乳糖基转移酶为 标志酶（表 4-2）。 表 4-2 高尔基体中酶的分布 酶 分布 脂肪酰基转移酶、甘露糖苷酶Ⅰ、腺苷酸环化酶、5′- 核苷酶 分布在顺面高尔基网 糖基转移酶 *、甘露糖苷酶Ⅱ、NADP 酶、磷酸酶、腺苷酸环化酶 分布在顺面囊膜 TPP 酶、CMP 酶 分布在反面囊膜 酸性磷酸酶、核苷二磷酸酶、唾液酸转移酶、TPP 酶、CMP 酶、 仅存在于腔面 5′ 核苷酶、腺苷酸环化酶 分布在反面高尔基体网 * 为高尔基体的标志酶 二、高尔基体的功能 高尔基体的主要功能是参与细胞的分泌活动，将内质网合成的蛋白质进行加工、分 类、包装和定向运输。 1.  参与蛋白质的糖基化 人体细胞内的糖蛋白主要分布在细胞膜、溶酶体以及分泌 产物中。粗面内质网和高尔基体承担着蛋白质的糖基化修饰作用，大多数的蛋白质在粗 面内质网中进行了 N- 连接糖基化后，还需要转运至高尔基体内进一步加工修饰为成熟 的糖蛋白。O- 连接蛋白的糖基化过程是在高尔基体中完成的，每种糖基都是在其相应 的专一性的糖基转移酶作用下，最后一步加上唾液酸。高尔基体中的糖蛋白，其修饰为 成熟的高甘露糖蛋白的过程比较简单，只需要糖苷水解酶水解 3 分子的甘露糖即可。而 形成复合寡糖蛋白比较复杂，先水解掉 5 分子甘露糖，再逐一加上 2 分子 N- 乙酰葡萄 糖胺、2 分子半乳糖、2 分子唾液酸，有的糖蛋白还需要加上岩藻糖（图 4-6）。 2.  参与蛋白质的水解 某些蛋白质或酶类，只有在高尔基体中被特异性地水解后， 才能成熟或转变为有活性的物质。如人胰岛素，在内质网中是以 86 个氨基酸残基组成， 含有 A、B 两条肽链和起连接作用的 C 肽所构成的胰岛素原的形式而存在。当它被转运 到高尔基体时，在水解切除 C 肽后，才成为有活性的胰岛素。另外还有胰高血糖素、血 清蛋白等的成熟，也都是经过高尔基体中的切除修饰来完成的。 3.  参与蛋白质的分选 粗面内质网合成的蛋白质在高尔基体中加工，被加上不同 的分选信号（磷酸、半乳糖、唾液酸等），被反面高尔基体膜上的专一受体识别、浓缩、 分选后，形成不同去向的运输小泡和分泌小泡。 4.  参与膜泡的定向运输 被分选后的分泌小泡的运输途径可能有三条：①经高尔基 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中。②分泌蛋白以有 被小泡的形式向细胞膜方向运输，释放到细胞外。③以分泌小泡的形式暂时储存在细胞 质中，当机体需要时，再被分泌释放到细胞外。 医学细胞-正文.indd 61 2018-5-18 17:31:16