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