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  • 内质网

    内质网是细胞内的一个精细的膜系统。是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。两膜间是扁平的腔、囊或池。内质网分两类,一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗糙型内质网,另一类是膜上光滑的,没有核糖体附在上面,叫光滑型内质网。粗糙型内质网的功能是合成蛋白质大分子,并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。凡蛋白质合成旺盛的细胞,粗糙型内质网便发达。在神经细胞中,粗糙型内质网的发达与记忆有关。光滑型内质网的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关,并且还具有运输蛋白质的功能

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 内质网 英文名: Endoplasmic reticulum
    缩 写: ER 所 属: 细胞
    分 类: 粗糙型内质网,光滑型内质网 所属领域: 生物学

    目录

     概述/内质网 编辑

    除哺乳动物成熟的红细胞外,内质网或多或少地见于所有各种细胞。内质网为由生物膜构成的互相通连
    11
    的片层隙状或小管状系统,膜片间的隙状空间称为池,通常与细胞外隙和细胞浆基质之间不直接相通。这种细胞内的膜性管道系统一方面构成细胞内物质运输的通路,另方面为细胞内各种各样的酶反应提供广阔的反应面积。内质网与高尔基体及核膜相连续。

    标志酶/内质网 编辑

    内质网标志酶是葡萄糖-6-磷酸酶

    分类/内质网 编辑

    粗面内质网

    在病理状态下,粗面内质网可发生量和形态的改变。在蛋白质合成及分泌活性高的细胞(如浆细胞、胰腺腺泡细胞、肝细胞等)以及细胞再生和病毒感染时,粗面内质网增多。粗面内质网的含量高低也常反映肿瘤细胞的分化程度。相反,在萎缩的细胞(如饥饿时)以及有某种物质贮积的细胞,其粗面内质网则萎缩、减少。当细胞受损时,粗面内质网上的核蛋白体往往脱落于胞浆内,粗面内质网的蛋白合成会下降或消失;当损伤恢复时,其蛋白合成也随之恢复。
    在由各种原因引起的细胞变性和坏死过程中,粗面内质网的池一般出现扩张,较轻的和局限性的扩张只有在电镜下才能窥见,重度扩张时则在光学显微镜下可表现为空泡形成,电镜下有时可见其中含有中等电子密度的絮状物。在较强的扩张时,粗面内质网同时互相离散,膜上的颗粒呈不同程度的脱失。进而内质网本身可断裂成大小不等的片段和大小泡。这些改变大多见于细胞水肿时,故病变不仅见于内质网,也同时累及高尔基体、线粒体和胞浆基质,有时甚至还累及溶解体。

    光面内质网

    光面内质网的功能多种多样,既参与糖原的合成,又能合成磷脂、糖脂以及糖蛋白中的糖成分,此外,还在甾类化合物的合成中起重要的作用,故在合成甾类激素的细胞中特别丰富。光面内质网含有脱甲基酶、脱羧酶、脱氨酶、葡糖醛酸酶以及混合功能氧化酶等,因而光面内质网能分解甾体、能灭活药物和毒物并使其能被排除(如肝细胞)。肠上皮细胞的光面内质网参与脂肪的运输,心肌细胞的光面内质网(肌浆网)则参与心肌的刺激传导。
    在生理状态下,随着细胞功能的升降,光面内质网的数量也呈现相应改变。但亦可出现完全相反的情况,例如在某些疾病(如淤胆)时,从形态结构上看,肝细胞光面内质网显著增生,但其混合功能氧化酶的活性反而下降,这实际上是细胞衰竭的表现。
    肝细胞的光面内质网具有生物转化作用,能对一些低分子物质如药物、毒品、毒物等,进行转化解毒,并将间接胆红素转化为直接胆红素。
    许多成瘾药物和嗜好品如巴比妥类、吸毒、嗜酒等,可导致肝细胞光面内质网的增生,长期服用口服避孕药、安眠药、抗糖尿病药等也能导致同样后果。在HBsAg阳性肝炎时,肝细胞内光面内质网明显增生,在其管道内形成HBsAg。由于光面内质网的大量增生,这种肝细胞在光学显微镜下呈毛玻璃外观,故有毛玻璃细胞之称,并可为地衣红(orcein)着染。
    在细胞损伤时光面内质网也可出现小管裂解为小泡或扩大为大泡状。在药物及某些芳香族化合物(主为致癌剂)的影响下,光面内质网有时可在胞浆内形成葱皮样层状结构,即“副核”,可为细胞的适应性反应(结构较松)或为变性性改变(结构致密)。

    发现/内质网 编辑


    由KR. Porter、A. Claude 和 EF. Fullam等人于1945年发现,他们在观察培养的小鼠成纤维细胞时,发现细胞质内部具有网状结构,建议叫做内质网endoplasmic reticulum,ER,后来发现内质网不仅仅存在于细胞的“内质”部,通常还有质膜和核膜相连,并且与高尔基体关系密切,并且常伴有许多线粒体。
    内质网,细胞质内由膜组成的一系列片状的囊腔和管状的腔,彼此相通形成一个隔离于细胞基质的管道系统,为细胞中的重要细胞器。实际上是一个连续的膜囊和膜管网,可分为粗面内质网和滑面内质网两大部分。
    内质网联系了细胞核和细胞质、细胞膜这几大细胞结构,使之成为通过膜连接的整体。内质网负责物质从细胞核到细胞质,细胞膜以及细胞外的转运过程。
    粗面内质网上附着有大量核糖体,合成膜蛋白和分泌蛋白。光面内质网上无核糖体,为细胞内外糖类和脂类的合成和转运场所。
    内质网细胞质中由膜围成的分支小管、小囊或扁平囊状结构连通而成的管道系统,其周缘常分离出一种小泡状结构。电镜下观察,内质网膜厚度约为5~6纳米,按形态结构的不同分为两个区域:一是粗面内质网,多为扁平囊状结构,膜上含有两种核糖体亲合蛋白,因而在膜的细胞质面上附着有核糖体;一是滑面内质网,多呈网状分布的小管,膜的细胞质面上不附着核糖体。滑面内质网不仅在一定部位与粗面内质网相连通,而且有的与质膜或核外膜相联。内质网扩大了细胞质内的膜面积,在内质网膜上附有的多种酶,为生命活动的各种化学反应的正常进行创造有利条件。粗面内质网不仅是核糖体的支架,而且是在核糖体上合成的分泌蛋白的运输通道。此外,能够对核糖体合成的多肽链进行一定的改造,或用于自身的装配和生成。滑面内质网具有解毒、合成脂类和分解糖元的功能,还参与分泌性蛋白的运输过程。
    内质网是细胞内的一个精细的膜系统。是交织分布于细胞质中的膜的管道系统。两膜间是扁平的腔、囊或池。内质网分两类,一类是膜上附着核糖体颗粒的叫粗面内质网,另一类是膜上光滑的,没有核糖体附在上面,叫滑面内质网。粗糙型内质网的功能是合成蛋白质大分子,并把它从细胞输送出去或在细胞内转运到其他部位。凡蛋白质合成旺盛的细胞,粗面内质网便发达。在神经细胞中,粗面内质网的发达与记忆有关。光滑型内质网的功能与糖类和脂类的合成、解毒、同化作用有关,并且还具有运输蛋白质的功能。
    粗面内质网又叫做颗粒型内质网,常见于蛋白质合成旺盛的细胞中。粗面内质网大多为扁平的囊,少数为球形或管泡状的囊。在靠近核的部分,囊泡可以与核的外膜连接。粗面内质网的表面所附着的核糖体(也叫核糖核蛋白体)是合成蛋白质的场所,新合成的蛋白质就进入内质网的囊腔内。粗面内质网既是新合成的蛋白质的运输通道,又是核糖体附着的支架。
    滑面内质网又称为非颗粒性内质网。滑面内质网的囊壁表面光滑,没有核糖体附着。滑面内质网的形状基本上都是分支小管及小囊,有时小管排列得非常紧密,以同心圆形式围绕在分泌颗粒和线粒体的周围。因此,滑面内质网在切面中所看到的形态,与粗面内质网有明显的不同。
    滑面内质网与蛋白质的合成无关,可是它的功能却更为复杂,它可能参与糖元和脂类的合成、固醇类激素的合成以及具有分泌等功能。在胃组织的某些细胞的滑面内质网上曾发现有Cl-的积累,这说明它与HCl的分泌有关。在小肠上皮细胞中,可以观察到它与运输脂肪有关。在心肌细胞和骨骼肌细胞内的滑面内质网,可能与传导兴奋的作用有关在平滑肌细胞内,却发现它与Ca2+的摄取和释放有关。

    形态与组成/内质网 编辑

    内质网膜约占细胞总膜面积的一半,是真核细胞中最多的膜。内质网是内膜构成的封闭的网状管道系统。具有高度的多型性。粗面内质网(RER)呈扁平囊状,排列整齐,膜围成的空间称为ER腔(lumen),膜外有核糖体附着。SER呈分支管状或小泡状,无核糖体附着。肌肉细胞中的内质网是一种特化的滑面内质网(SER),称为肌质网,可贮存Ca2+,引起肌肉收缩。细胞不含纯粹的RER或SER,它们分别是ER连续结构的一部分。
    ER主要功能是合成蛋白质和脂类,分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂类除
    ER膜中磷脂约占50~60%,蛋白质约占20%,脂类主要成分为磷脂,磷脂酰胆碱含量较高,鞘磷脂含量较少,没有或很少含胆固醇。ER约有30多种膜结合蛋白,另有30多种位于内质网腔,这些蛋白的分布具有异质性,如:葡糖-6-磷酸酶,普遍存在于内质网,被认为是标志酶,核糖体结合糖蛋白(ribophorin)只分布在RER,P450酶系只分布在SER。

    RER的功能/内质网 编辑

    内质网的功能
    内质网是指细胞质中一系列囊腔和细管,彼此相通,形成一个隔离于细胞质基质的管道系统。它是细胞质的膜系统,外与细胞膜相连,内与核膜的外膜相通,将细胞中的各种结构连成一个整体,具有承担细胞内物质运输的作用。内质网能有效地增加细胞内的膜面积,内质网能将细胞内的各种结构有机地联结成一个整体。滑面内质网上没有核糖体附着,这种内质网所占比例较少,但功能较复杂,它与脂类、糖类代谢有关。粗面内质网上附着有核糖体,其排列也较滑面内质网规则,功能主要与蛋白质的合成有关。这两种内质网的比例与细胞的功能有着密切的联系,如胰腺细胞中粗面型内质网特别发达,这与胰腺细胞合成和分泌大量的胰消化酶蛋白有关,在睾丸和卵巢中分泌性激素的细胞中,则滑面型内质网特别发达,这与合成和分泌性激素有关。细胞质中内质网的发达程度与其生命活动的旺盛程度呈正相关。
    电镜下,内质网是由单位膜构成的扁囊(池)和小管,并互相通连。粗面内质网由扁囊和附着在其外表面的核糖体构成,表面粗糙,细胞核周围的粗面内质网可与核膜外层通连。主要功能是合成分泌蛋白质。滑面内质网表面光滑无核糖体附着,主要参与类固醇、脂类的合成与运输,糖代谢及激素的灭活等。
    (一)蛋白质合成
    蛋白质都是在核糖体上合成的,并且起始于细胞质基质,但是有些蛋白质在合成开始不久后便转在内质网上合成,这些蛋白质主要有:
    ①向细胞外分泌的蛋白、如抗体、激素;
    ②跨膜蛋白,并且决定膜蛋白在膜中的排列方式;
    ③需要与其它细胞组合严格分开的酶,如溶酶体的各种水解酶;
    ④需要进行修饰的蛋白,如糖蛋白。
    C. Milstein(1972)发现从骨髓瘤细胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到细胞外的N端多出一段。G. Blobel和D. Sabatini等根据进一步的实验,提出了信号假说(Signal hypothesis),认为蛋白质上的信号肽,指导蛋白质转至内质网上合成。Blobel因此项发现获1999年诺贝尔生理医学奖。
    蛋白质转入内质网合成至少涉及5种成分:
    ①信号肽(signal peptide),是引导新合成肽链转移到内质网上的一段多肽,位于新合成肽链的N端,一般16~30个氨基酸残基,含有6-15个带正电荷的非极性氨基酸,由于信号肽又是引导肽链进入内质网腔的一段序列,又称开始转移序列(start transfer sequence)。
    ②信号识别颗粒(signal recognition particle,SRP),由6种结构不同的多肽组成,结合一个7S RNA,分子量325KD,属于一种核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP与信号序列结合,导致蛋白质合成暂停。
    ③ SRP受体(SPR receptor),是膜的整合蛋白,为异二聚体蛋白,存在于内质网上,可与SRP特异结合。
    ④停止转移序列(stop transfer sequence),肽链上的一段特殊序列,与内质网膜的亲合力很高,能阻止肽链继续进入内质网腔,使其成为跨膜蛋白质。
    ⑤转位因子(translocator),由3-4个Sec61蛋白复合体构成的一个类似炸面圈的结构,每个Sec61蛋白由三条肽链组成。
    蛋白质转入内质网合成的过程:
    信号肽与SRP结合→肽链延伸终止→SRP与受体结合→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。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式,称为co-translation。
    一些信号肽序列的蛋白质及信号序列
    Preproalbumin
    Met-Lys-Trp-Val-Thr-Phe-Leu-Leu-Leu-Leu-Phe-Ile-Ser- Gly-Ser-Ala-Phe-Ser↓Arg...
    Pre-IgG light chain
    Met-Asp-Met-Arg-Ala-Pro-Ala-Gln-Ile-Phe-Gly-Phe-Leu- Leu-Leu-Leu-Phe-Pro-Gly- Thr-Arg-Cys↓Asp...
    Prelysozyme
    Met-Arg-Ser-Leu-Leu-Ile-Leu-Val-Leu-Cys-Phe-Leu- Pro-Leu-Ala-Ala-Leu-Gly↓Lys...
    (二)蛋白质的修饰与加工
    包括糖基化、羟基化、酰基化、二硫键形成等,其中最主要的是糖基化,几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。糖基化的作用是: ①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用;②赋予蛋白质传导信号的功能;③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。
    糖基一般连接在4种氨基酸上,分为2种:
    O-连接的糖基化(O-linked glycosylation):与Ser、Thr和Hyp的OH连接,连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺,在高尔基体上进行O-连接的糖基化。
    N-连接的糖基化(N-linked glycosylation):与天冬酰胺残基的NH2连接,糖为N-乙酰葡糖胺。
    内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar),如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇(dolichol phosphate)分子上,装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列(Asn-X-Ser或Asn-X-Thr)的天冬酰胺残基上。
    (三)新生肽链的折叠、组装和运输
    COP II介导由内质网输出的膜泡运输,这种膜泡由内质网的排出位点(exit sites)以出芽的方式排出,内质网的排出位点没有结合核糖体,随机分布在内质网上。不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同,主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间,这一过程是在属于hsp70家族的ATP酶的作用下完成的,需要消耗能量。有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网,转入溶酶体中降解掉,大约90%的新合成的T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉,而从未到达靶细胞膜。

    ER的其它功能/内质网 编辑

    合成膜脂:大多数膜只是完全在内质网中合成的,例外的情况包括:①鞘磷脂是在内质网上开始合成的,但完成于高尔基体;②某些线粒体和叶绿体独有的膜脂是驻留在这些细胞器中的酶催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑运输的方式转运至高尔基体,溶酶体和质膜上,或借磷脂转移蛋白(phospholipid transfer protein,PTP)形成水溶性复合物,转至其他膜上。
    解毒作用:SER中的P450酶系属于单加氧酶(monooxygenase),又称为多功能氧化酶 (mixed function oxidase)、羟化酶(hydroxylase),因其还原态的吸收峰在450nm处,故名。主要分布在SER中,但也存在于质膜、线粒体、高尔基体、过氧化物酶体、核膜等细胞器的膜中,具有解毒作用,通常可将脂溶性有毒物质,代谢为水溶性物质,使有毒物质排出体外。有时也会将致癌物代谢为活性致癌物。P450种类繁多,但都是与其他辅助成分组成一个呼吸链来实现其功能,呼吸链中的P450还原酶实际就是一种黄素蛋白。P450催化O2分子中的一个原子加到底物分子上使之羟化,另一个氧原子被NADH或NADPH提供的氢还原生成水,在此氧化过程中无高能磷酸化合物生成。
    甾体类激素的合成:在生殖腺和肾上腺的内分泌细胞中,SER、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。
    调节血糖浓度:使葡糖6-磷酸水解为磷酸和葡萄糖,释放糖至血液中。细胞中的糖元可被酶转化为葡糖1-磷酸,再转变为葡糖6-磷酸,但由于膜对磷酸化的糖是高度不通透的,葡糖6-磷酸只有在去磷酸化以后才能通过质膜,进入血液。
    形成一些特殊结构:如肌细胞中的SER特化成的肌质网可储存钙离子,作为细胞内信号物质。
    支撑作用:内质网是细胞内最丰富的膜,形成了一种网络结构,提供机械支撑作用,并成为细胞质中酶附着的支架。
    转送作用:内质网可通过出芽来运送合成物,其中光面内质网尤为突出。

    病变/内质网 编辑

    细胞质的改变:滑面内质网和粗面内质网
    一、滑面内质网
    1、滑面内质网增生滑面内质网与产生固醇物质,解毒、激素灭活等功能有关,如解毒作用增强,肝细胞内滑面内质网增多,肾上腺皮质瘤内滑面内质网也多。
    2、肌浆网水肿肌浆网亦属滑面内质网,与肌肉收缩及钙离子释放回收有关。肌细胞缺氧,中毒时,肌浆网可出现水肿。
    二、粗面内质网
    1、粗面内质网扩张、囊泡化正常粗面内质网系由膜形成扁池,腔很窄,在细胞水肿时,液体入腔内使之扩张,并形成小泡,在肝炎时肝细胞气球样变中也可见到。
    2、粗面内质网脱粒粗面内质网扁池膜旁有核糖体依附,在粗面内质网肿胀同时膜表面核糖体脱落。也有的粗面内质网膜表面核糖体脱落,但扁池不扩张。
    3、粗面内质网板层在内分泌细胞及胚胎肝细胞内出现短而紧密排列粗面内质网,在内分泌肿瘤及肝癌中也可见到。
    4、同心圆膜性小体有三种:第一种粗面内质网呈同心圆板层排列;第二种是滑面膜双层呈同心圆排列;第三种是在滑面间夹有糖原。
    5、粗面内质网池内隔离粗面内质网扁池扩张,带有核糖体的膜突入扩张的池内,切面如像岛状膜性小管小泡游离在池内。
    6、粗面内质网对合池平行两片粗面内质网紧密靠拢,内侧面核糖体消失。也可有三片或多片,称三合池或多合池。

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