细胞生物学 内膜系统结构与功能

细胞内膜系统及其功能内膜：细胞质内的膜相结构，区分于质膜（细胞质膜）。

内膜系统：细胞内结构、功能、发生上相互联系，由膜包被的细胞器或者细胞结构。

内膜系统（endomembrane system）：包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡。

它们的膜是相互流动的，处于动态平衡之中；功能上也相互协同。

内膜系统的共同结构特点：都是单位膜结构；仅存在于真核细胞中；处于动态平衡中，膜之间有转化现象。

内膜系统和质膜的结构区别：单位膜的层次不如质膜明显；厚度稍薄，6~7nm；膜上的抗原不同。

一、内质网ER概述(P175)K. R. Porter(1945)发现于培养的小鼠成纤维细胞，是位于细胞质内质部分的网状结构，故名内质网。

ER是由封闭的膜系统及其围成的腔形成的互相沟通的网状结构。

存在于真核细胞中，占细胞膜系统总面积的一半左右。

（一）内质网的两种基本类型——糙面内质网和光面内质网1、糙面内质网（rER）(P176)排列整齐的扁囊状结构，表面分布大量的核糖体。

可视为内质网和核糖体的复合体。

rER的主要功能(P178)合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。

在分泌细胞和浆细胞中非常发达。

易位子结构（translocon）——位于rER膜上的蛋白复合物，是新合成的多肽进入内质网的通道。

2、光面内质网（sER）(P177)表面无核糖体，常为分支管状，形成复杂的立体结构；sER的主要功能：①脂类合成的主要场所；②作为出芽的位点，将内质网合成的蛋白质和脂类转移到高尔基体中。

3、rER和sER的结构关系rER包含20余种与sER不同的蛋白；两者都是内质网的不同区域，并不混合；4、ER与质膜、核膜的联系有时质膜向内折叠并与ER相连接，二者相通——ER从质膜起源；rER常与外层核膜相连，ER腔和核周隙沟通，外核膜上也常附有核糖体颗粒——ER膜与核膜的同源性。

5、两个概念：微粒体（microsome）：（P176）实验过程中破碎的ER自我融合形成的近似球形的膜泡结构，包含内质网膜和核糖体组分。

内膜系统概念细胞的内膜系统指在结构、功能乃至发生上相互关联，由膜包被的细胞器或细胞结构，主要包括内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体和分泌泡等功能扩大膜的总面积，为酶提供附着的支架，如脂肪代谢、氧化磷酸化相关的酶都结合在线粒体内膜上；将细胞内部区分为不同的功能区域，保证各种生化反应所需的独特的环境。

内质网结构形态特征以及分类内质网是发现比较早的一种细胞器，是真核细胞中最普遍、最多变、适应性最强的细胞器。

内质网即是现在光学显微镜下观察到的动质，广泛存在于真核细胞当中。

在透射电镜下，内质网常呈平行的双层膜状，两层膜之间的宽距不等。

在三维立体结构上，内质网系由膜形成一些形状大小不同的小管、小囊或潴泡构成的一个连续的网状膜系统其内腔室相同的。

潴泡是一些大而扁平的片状结构，为内质网的独有特征。

总得来说，内质网是由单层单位膜围城的封闭的网状管道系统。

膜向腔的一面称为腔面，向胞质的一面称为胞质面或原生质面。

根据其胞质面是否有核糖体，由将内质网分为糙面内质网和光面内质网。

糙面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，因其膜表面附有大量的核糖体而命名，主要合成分泌性的蛋白质和多种膜蛋白，糙面内质网多分布于分泌蛋白质旺盛的细胞，未分化的细胞和肿瘤细胞中所见较少光面内质网常为分支管状，形成较为复杂的立体结构，其是合成脂质的重要场所，分布于脂类合成旺盛的场所。

糙面内质网的主要功能1.蛋白质合成糙面内质网是核糖体合成蛋白质的重要场所，分泌蛋白、膜蛋白、内膜系统中的可溶性蛋白，如高尔基体、溶酶体和植物液泡等细胞器中的可溶性蛋白均是在糙面内质网上形成的。

然而所有的蛋白质的合成均是在细胞质溶质中的游离核糖体上起始地，有些蛋白质处于刚合成不久的阶段，需要转移到内质网膜上，继续使肽链延伸并完成蛋白值的合成。

附着在糙面内质网胞质面的核糖所合成的多肽链具有信号序列，且在内质网膜上还含有核糖体亲核蛋白和信号识别颗粒的受体，因此在信号识别颗粒的作用下，使多肽链可被转移到糙面内质网上进行合成。

细胞内膜系统结构与功能的联系系统：能够完成一种或者几种生理功能的多个器官按照一定的次序组合在一起的结构叫做系统，它是由相互作用相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。

系统的三个特性：一是多元性，系统是多样性的统一，差异性的统一；二是相关性，系统不存在孤立元素组分，所有元素或组分间相互依存、相互作用、相互制约；三是整体性，系统是所有元素构成的复合统一整体。

系统的科学内涵：一般定义为系统是由一些相互联系、相互制约的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的一个有机整体（集合）。

从三个方面理解系统的概念：1．系统是由若干要素（部分）组成的。

这些要素可能是一些个体、元件、零件，也可能其本身就是一个系统（或称之为子系统）。

如运算器、控制器、存储器、输入/输出设备组成了计算机的硬件系统，而硬件系统又是计算机系统的一个子系统。

2．系统有一定的结构。

一个系统是其构成要素的集合，这些要素相互联系、相互制约。

系统内部各要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及失控关系的内在表现形式，就是系统的结构。

例如钟表是由齿轮、发条、指针等零部件按一定的方式装配而成的，但一堆齿轮、发条、指针随意放在一起却不能构成钟表；人体由各个器官组成，单个各器官简单拼凑在一起不能成其为一个有行为能力的人。

3．系统有一定的功能，或者说系统要有一定的目的性。

系统的功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力、和功能。

例如信息系统的功能是进行信息的收集、传递、储存、加工、维护和使用，辅助决策者进行决策，帮助企业实现目标。

与此同时，我们还要从以下几个方面对系统进行理解：系统由部件组成，部件处于运动之中；部件间存在着联系；系统各主量之和的贡献大于各主量之贡献的和，即常说的1+1>2；系统的状态是可以转换、可以控制的。

系统的生理学概念：一些在机能上有密切联系的器官，联合起来完成一定的生理机能即可成为系统（system）。

细胞内膜系统细胞内膜系统是细胞中的一个重要组成部分，由内质网、高尔基体、溶酶体和囊泡组成。

它在维持细胞的结构和功能上起着至关重要的作用。

本文将对细胞内膜系统的结构和功能进行详细论述。

一、内质网内质网是细胞内膜系统的起源和中心。

它由连续的膜片和腔隙组成，分为粗面内质网和平滑内质网两种形态。

粗面内质网上附着着色小体，参与蛋白质合成和修饰。

平滑内质网则主要负责脂类合成、解毒和离子平衡调节。

内质网在蛋白质合成和修饰过程中起到重要的作用。

基因表达过程中，核糖体将合成的多肽链输送到粗面内质网上，经过修饰后，蛋白质被包装成囊泡，运输到其他细胞器或细胞表面。

二、高尔基体高尔基体由多层小囊泡和扁平的囊泡堆积构成。

其功能主要有两个方面：修复和包装蛋白质，并参与细胞膜的合成。

高尔基体是膜蛋白向其他细胞器或细胞表面运输的重要站点。

修复和包装蛋白质是高尔基体的重要功能之一。

粗面内质网合成的蛋白质通过囊泡转运到高尔基体，在这里发生糖基化以及其他修饰反应。

随后，蛋白质被包装成囊泡，继续前往下一个细胞器。

高尔基体还参与细胞膜的合成。

细胞膜的生物合成通过高尔基体内的小囊泡递减和融合的过程实现。

这一过程还涉及到蛋白质和脂质的转运和转化。

高尔基体维持了细胞膜的完整性和稳定性。

三、溶酶体溶酶体是一种有固定酸性pH值的细胞器，由单层膜包围。

它参与细胞吞噬、内吞和降解过程。

溶酶体内含有水解酶，能够分解蛋白质、核酸、多糖等物质。

细胞吞噬和内吞是溶酶体的重要功能之一。

当细胞需要获取外源性物质时，细胞膜向外伸出伪足并将目标物体包裹起来形成吞噬体。

随后，吞噬体与溶酶体融合，溶酶体内的水解酶分解吞噬体中的物质。

溶酶体的降解功能使其能够清除细胞内的废弃物和异常蛋白质。

细胞在代谢过程中会产生一些有毒或无用的物质，这些物质需要溶酶体进行降解。

此外，细胞还会通过溶酶体将旧的膜蛋白和膜脂转化为可再利用的分子。

四、囊泡囊泡是细胞内膜系统中的一种脱落的小泡状结构。

细胞生物学中膜系统的结构和功能在细胞生物学研究中，膜系统是一个非常重要的概念。

细胞膜、内质网、高尔基体、细胞质骨架等结构都属于膜系统的一部分。

膜系统不仅是细胞内部物质的运输通道，更是细胞进行各种生命活动的基础。

一、细胞膜细胞膜是细胞外形的基础，它是由磷脂分子和蛋白质组成的双层薄膜。

在高等生物中，细胞膜通常由三个结构组成：磷脂双分子层、脂质随体和膜蛋白。

其中，磷脂双分子层主要由磷脂分子构成，它是细胞膜的骨架。

脂质随体主要由胆固醇等脂肪类物质组成，它们可以调节细胞膜的流动性和稳定性。

膜蛋白可以分为两类：一类是跨越整个膜的跨膜蛋白，另一类是位于膜表面的周转蛋白。

膜蛋白可以帮助细胞膜传递信息，调节进出细胞的物质。

二、内质网内质网是一种组织成网状结构的膜系统，由许多通道和薄片构成。

内质网起到了细胞内分子的运输、修饰和加工等功能。

它可以分成粗面内质网和平滑内质网两种结构类型。

粗面内质网上附着着核糖体，是蛋白质合成的重要场所。

蛋白质经过核糖体翻译生成的多肽链，会在粗面内质网上进行三维构象复杂的修饰，例如糖基化、磷酸化和盐基化等。

修饰完成后，蛋白质就可以移交到各个细胞区域和器官，起到了重要的作用。

平滑内质网则主要负责化学合成和代谢过程，例如脂质合成和荷尔蒙代谢等。

此外，平滑内质网的下部还可以合成和储存细胞中的钙离子。

三、高尔基体高尔基体是一种膜囊结构，是细胞内部物质的加工和分发中心。

它由若干个薄片状的囊泡组成，具有分泌作用。

细胞中的蛋白质和糖类分子将会在内质网上经历复杂的修饰过程，然后移交到高尔基体进行加工。

高尔基体内的酸性酶可以将蛋白质和糖类分子分解为小分子物质，然后再移交到细胞质或细胞膜上。

这个过程类似于我们人体内部的肠道消化吸收过程。

四、细胞质骨架细胞质骨架是由各种蛋白质组成的一个网状结构，它可以支撑细胞的形状和稳定。

这个结构在细胞内的运输、细胞分裂和细胞肌动等方面扮演重要的角色。

细胞质骨架主要由三种蛋白组成：微管蛋白、中间纤维和微丝蛋白。

四、细胞器的结构与功能(一)内膜系统1.概念：在结构、功能乃至发生上相互关联、由单层膜包被的细胞器或细胞结构。

包括：内质网、高尔基体、溶酶体、胞内体、分泌泡等。

2.内质网ER有封闭的管状或扁平囊状膜系统及其包被的腔形成互相沟通的三维网络结构。

是蛋白质、脂质和核酸的合成基地。

占细胞膜系统的一半，体积占细胞总体积10%以上。

使细胞内膜的表面积大为增加，为多种酶（特别是多酶体系）提供了大面积的结合位点。

●微粒体——人工产物，包含内质网膜&核糖体，在体外仍具有蛋白质合成、糖基化和脂质合成功能。

●糙面内质网rER，呈扁囊状，排列较为整齐，膜上附有大量的核糖体。

合成分泌性蛋白和多种膜蛋白，在分泌细胞和分泌抗体的浆细胞中，糙面内质网发达。

病变：内质网腔扩大并形成空泡，核糖体从内质网膜上脱落，蛋白质合成受阻。

●光面内质网sER，为分支管状，形成较为复杂的立体结构。

合成脂质，细胞中几乎不含纯的光内，作为出芽位点。

在固醇类激素的细胞和肝细胞中发达。

◆内质网的功能1)蛋白质合成（糙面）：①向细胞外分泌的蛋白质；②膜的整合蛋白；③细胞器、质中的可溶性驻留蛋白2)脂质合成（光面）：几乎全部膜脂（磷脂和胆固醇—固醇类激素），最重要的是磷脂酰胆碱（卵磷脂）。

三种酶定位在内质网膜上，活性部位在细胞质基质侧。

磷脂转位酶（转位酶）将在基质侧合成的磷脂转向内质网腔面。

转运机制：①出芽，随膜泡到高尔基体、溶酶体、细胞质膜；②磷脂交换蛋白PEP，在膜之间转移磷脂；③供体膜与受体膜之间通过膜嵌入蛋白所介导的直接接触。

3)蛋白质的修饰加工：①糖基化；②二硫键形成；③折叠和多亚基蛋白的装配；④特异性的蛋白质水解切割。

糖基化：蛋白质合成的同时或合成后，在酶的催化下寡糖链被连接在肽链特定的糖基化位点，形成糖蛋白。

影响折叠、分选、定位、半衰期和降解。

N-连接糖基化：寡糖链在糖基转移酶的催化下从内质网上的磷酸多萜醇载体转移到靶蛋白三氨基酸残基序列（Asn-X-Ser/Thr）的天冬酰胺残基上。

研究细胞内膜系统的结构和功能细胞内膜系统是细胞内的一个重要细胞器组织，它由多个膜结构组成，形成了一系列的液泡、管状和膜囊结构，包括核膜、内质网、高尔基体、溶酶体和内质寡胞体等。

这些细胞内膜系统在维持细胞的结构和功能方面起到了重要的作用，是细胞内物质运输、信号传导和代谢调控的关键组成部分。

一、核膜核膜是细胞核的外层包围结构，它由内核膜和外核膜组成，两者之间形成的空间称为核腔。

核膜的主要功能是隔离细胞核与细胞质，保护细胞核内的DNA，防止DNA与其他细胞成分之间的相互作用。

此外，核膜还通过核孔膜与细胞质相连，实现核质运输，使细胞核和细胞质之间的物质交换得以进行。

二、内质网内质网是一种由连续的膜结构形成的网状管系，位于细胞质中。

内质网分为粗面内质网和平滑内质网两种形态。

粗面内质网上附着有大量的核糖体，参与蛋白质的合成和修饰。

平滑内质网则主要参与脂类代谢、钙离子储存和解毒等功能。

内质网起到了蛋白质折叠、修改和排序的重要作用，是细胞内蛋白质合成和质量控制的主要场所。

三、高尔基体高尔基体是一种由扁平膜囊状结构组成的细胞器，位于内质网的近端。

它由一系列堆叠排列的高尔基体小泡组成，这些小泡之间通过管道连接。

高尔基体主要参与蛋白质和脂类的合成、修饰和分装，是细胞内蛋白质和脂类物质的主要贮存和转运中心。

此外，高尔基体还参与细胞内信号传导、细胞外泌和膜蛋白的合成等重要过程。

四、溶酶体溶酶体是一种被单层膜包围的细胞器，其内部具有酸性pH值和多种酶。

溶酶体是细胞内降解噬食物体或细胞内部组分的主要场所，通过溶酶体的酶活性可将各种复杂物质降解为小分子物质，从而进行回收利用或排出体外。

此外，溶酶体还参与细胞自噬、免疫反应和信号传导等重要生物学过程。

五、内质寡胞体内质寡胞体是一种由连续的纤维网状结构组成的细胞器，分布在细胞质中。

内质寡胞体主要参与蛋白质的修饰和折叠，并进一步介导蛋白质的定向分布和细胞质内运输。

内质寡胞体还参与内质蛋白质的降解和蛋白质与其他细胞膜的相互作用等重要生物学过程。