內質網

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內質網細胞內的一個精細的膜系統。是交織分佈細胞質中的膜的管道系統。兩膜間是扁平的腔、囊或池。內質網分兩類,一類是膜上附著核糖顆粒的叫粗糙型內質網,另一類是膜上光滑的,沒有核糖體附在上面,叫光滑型內質網。粗糙型內質網的功能合成蛋白質大分子,並把它從細胞輸送出去或在細胞內轉運到其他部位。凡蛋白質合成旺盛的細胞,粗糙型內質網便發達。在神經細胞中,粗糙型內質網的發達與記憶有關。光滑型內質網的功能與糖類脂類的合成、解毒、同化作用有關,並且還具有運輸蛋白質的功能。

分類

概述

內質網(8張)  除紅細胞外,內質網或多或少地見於所有各種細胞。內質網為由生物膜構成的互相通連的片層隙狀或小管狀系統,膜片間的隙狀空間稱為池,通常與細胞外隙和細胞漿基質之間不直接相通。這種細胞內的膜性管道繫系一方面構成細胞內物質運輸的通路,另方面為細胞內各種各樣的酶反應提供廣闊的反應面積。內質網與高爾基體核膜相連續。

粗面內質網

  在病理狀態下,粗面內質網(RER)可發生量和形態的改變。在蛋白質合成分泌活性高的細胞(如漿細胞胰腺腺泡細胞、肝細胞等)以及細胞再生病毒感染時,粗面內質網增多。粗面肉質崗的含量高低也常反映腫瘤細胞的分化程度。相反,在萎縮的細胞(如飢餓時)以及有某種物質貯積的細胞,其粗面內質網則萎縮、減少。當細胞受損時,粗面內質網上的核蛋白體往往脫落於胞漿內,粗面內質網的蛋白合成乃下降或消失;當損傷恢復時,其蛋白合成也隨之恢復。   在由各種原因引起的細胞變性壞死過程中,粗面內質網的池一般出現擴張,較輕的和局限性的擴張只有在電鏡下才能窺見,重度擴張時則在光學顯微鏡下可表現為空泡形成,電鏡下有時可見其中含有中等電子密度的絮狀物。在較強的擴張時,粗面內質網同時互相離散,膜上的顆粒呈不同程度的脫失。進而內質網本身可斷裂成大小不等的片段和大小泡。這些改變大多見於細胞水腫時,故病變不僅見於內質網,也同時累及Golgi器、線粒體和胞漿基質,有時甚至還累及溶解體。

光面內質網

  光面內質網的功能多種多樣,既參與糖原的合成,又能合成磷脂、糖脂以及糖蛋白中的糖成分,此外,還在甾類化合物的合成中起重要的作用,故在合成甾類激素的細胞中特別豐富。光面內質網含有脫甲基酶、脫羧酶、脫氨酶、葡糖醛酸酶以及混合功能氧化酶等,因而光面內質網能分解甾體、能滅活藥物毒物並使其能被排除(如肝細胞)。腸上皮細胞的光面內質網參與脂肪的運輸,心肌細胞的光面內質網(肌漿網)則參與心肌的刺激傳導。   在生理狀態下,隨著細胞功能的升降,光面內質網(SER)的數量也呈現相應改變。但亦可出現完全相反的情況,例如在某些疾病(如淤膽)時,從形態結構上看,肝細胞光面內質網顯著增生,但其混合功能氧化酶的活性反而下降,這實際上是細胞衰竭的表現。   肝細胞的光面內質網具有生物轉化作用(biotransformation),能對一些低分子物質如藥物、毒品、毒物等,進行轉化解毒,並將間接膽紅素轉化為直接膽紅素。   許多成癮藥物和嗜好品如巴比妥類吸毒嗜酒等,可導致肝細胞光面內質網的增生,長期服用口服避孕藥安眠藥、抗糖尿病葯等也能導致同樣後果。在HBsAg陽性肝炎時,肝細胞內光面內質網明顯增生,在其管道內形成HBsAg。由於光面內質網的大量增生,這種肝細胞在光學顯微鏡下呈毛玻璃外觀,故有毛玻璃細胞之稱,並可為地衣紅(orcein)著染。   在細胞損傷時光面內質網也可出現小管裂解為小泡或擴大為大泡狀。在藥物及某些芳香族化合物(主為致癌劑)的影響下,光面內質網有時可在胞漿內形成蔥皮樣層狀結構,即「副核」,可為細胞的適應XX(結構較松)或為變性性改變(結構緻密)。

發現

內質網

  由KR. Porter、A. Claude 和 EF. Fullam等人于1945年發現,他們在觀察培養的小鼠成纖維細胞時,發現細胞質內部具有網狀結構,建議叫做內質網endoplasmic reticulum,ER,後來發現內質網不僅僅存在於細胞的「內質」部,通常還有質膜和核膜相連,並且與高爾基體關係密切,並且常伴有許多線粒體。   內質網(ER,Endoplasmic Reticulum),細胞質內由膜組成的一系列片狀的囊腔和管狀的腔,彼此相通形成一個隔離於細胞基質的管道系統,為細胞中的重要細胞器。實際上是一個連續的膜囊和膜管網,可分為粗面內質網(RER, Rough Endoplasmic Reticulum)和滑面內質網(SER, Smooth Endoplasmic Reticulum)兩大部分(粗面內質網也稱為糙面內質網或顆粒型內質網,滑面內質網也稱為光面內質網或非顆粒型內質網)。   內質網聯繫細胞核和細胞質、細胞膜這幾大細胞結構,使之成為通過膜連接的整體。內質網負責物質從細胞核到細胞質,細胞膜以及細胞外的轉運過程。   粗面內質網上附著有大量核糖體,合成膜蛋白和分泌蛋白。光面內質網上無核糖體,為細胞內外糖類和脂類的合成和轉運場所。

粗面內質網

內質網細胞質中由膜圍成的分支小管、小囊或扁平囊狀結構連通而成的管道系統,其周緣常分離出一種小泡狀結構。電鏡下觀察,內質網膜厚度約為5~6納米,按形態結構的不同分為兩個區域:一是粗面內質網,多為扁平囊狀結構,膜上含有兩種核糖體親合蛋白,因而在膜的細胞質面上附著有核糖體;一是滑面內質網,多呈網狀分佈的小管,膜的細胞質面上不附著核糖體。滑面內質網不僅在一定部位與粗面內質網相連通,而且有的與質膜或核外膜相聯。內質網擴大了細胞質內的膜面積,在內質網膜上附有的多種酶,為生命活動的各種化學反應的正常進行創造有利條件。粗面內質網不僅是核糖體的支架,而且是在核糖體上合成的分泌蛋白的運輸通道。此外,能夠對核糖體合成的多肽鏈進行一定的改造,或用於自身的裝配和生成。滑面內質網具有解毒、合成脂類和分解糖元的功能,還參與分泌性蛋白的運輸過程。   內質網是細胞內的一個精細的膜系統。是交織分佈于細胞質中的膜的管道系統。兩膜間是扁平的腔、囊或池。內質網分兩類,一類是膜上附著核糖體顆粒的叫粗面內質網,另一類是膜上光滑的,沒有核糖體附在上面,叫滑面內質網。粗糙型內質網的功能是合成蛋白質大分子,並把它從細胞輸送出去或在細胞內轉運到其他部位。凡蛋白質合成旺盛的細胞,粗面內質網便發達。在神經細胞中,粗面內質網的發達與記憶有關。光滑型內質網的功能與糖類和脂類的合成、解毒、同化作用有關,並且還具有運輸蛋白質的功能。   粗面內質網又叫做顆粒型內質網,常見於蛋白質合成旺盛的細胞中。粗面內質網大多為扁平的囊,少數為球形或管泡狀的囊。在靠近核的部分,囊泡可以與核的外膜連接。粗面內質網的表面所附著的核糖體(也叫核糖核蛋白體)是合成蛋白質的場所,新合成的蛋白質就XX內質網的囊腔內。粗面內質網既是新合成的蛋白質的運輸通道,又是核糖體附著的支架。

光面內質網

滑面內質網又稱為非顆粒性內質網。滑面內質網的囊壁表面光滑,沒有核糖體附著。滑面內質網的形狀基本上都是分支小管及小囊,有時小管排列得非常緊密,以同心圓形式圍繞在分泌顆粒和線粒體的周圍。因此,滑面內質網在切面中所看到的形態,與粗面內質網有明顯的不同。   滑面內質網與蛋白質的合成無關,可是它的功能卻更為複雜,它可能參與糖元和脂類的合成、固醇類激素的合成以及具有分泌等功能。在胃組織的某些細胞的滑面內質網上曾發現有Cl-的積累,這說明它與HCl的分泌有關。在小腸上皮細胞中,可以觀察到它與運輸脂肪有關。在肌細胞和骨骼肌細胞內的滑面內質網,可能與傳導XX的作用有關在平滑肌細胞內,卻發現它與Ca2+的攝取和釋放有關。

形態與組成

  內質網膜約占細胞總膜面積的一半,是真核細胞中最多的膜。內質網是內膜構成的封閉的網狀管道系統。具有高度的多型性。粗面內質網(RER)呈扁平囊狀,排列整齊,膜圍成的空間稱為ER腔(lumen),膜外有核糖體附著。SER呈分支管狀或小泡狀,無核糖體附著。肌肉細胞中的內質網是一種特化的滑面內質網(SER),稱為肌質網,可貯存Ca2+,引起肌肉收縮。細胞不含純粹的RER或SER,它們分別是ER連續結構的一部分。

內質網形態結構

ER主要功能是合成蛋白質和脂類,分泌性蛋白和跨膜蛋白都是在ER中合成的。ER合成的脂類除   ER膜中磷脂約占50~60%,蛋白質約占20%,脂類主要成分為磷脂,磷脂酰膽鹼含量較高,鞘磷脂含量較少,沒有或很少含膽固醇。ER約有30多種膜結合蛋白,另有30多種位於內質網腔,這些蛋白的分佈具有異質性,如:葡糖-6-磷酸酶,普遍存在於內質網,被認為是標誌酶,核糖體結合糖蛋白(ribophorin)只分佈在RER,P450酶系只分佈在SER。

RER的功能

  內質網的功能    內質網是指細胞質中一系列囊腔和細管,彼此相通,形成一個隔離於細胞質基質的管道系統。它是細胞質的膜系統,外與細胞膜相連,內與核膜的外膜相通,將細胞中的各種結構連成一個整體,具有承擔細胞內物質運輸的作用。內質網能有效地增加細胞內的膜面積,內質網能將細胞內的各種結構有機地聯結成一個整體。滑面內質網上沒有核糖體附著,這種內質網所占比例較少,但功能較複雜,它與脂類、糖類代謝有關。粗面內質網上附著有核糖體,其排列也較滑面內質網規則,功能主要與蛋白質的合成有關。這兩種內質網的比例與細胞的功能有著密切的聯繫,如胰腺細胞中粗面型內質網特別發達,這與胰腺細胞合成和分泌大量的胰消化酶蛋白有關,在XX和卵巢中分泌性激素的細胞中,則滑面型內質網特別發達,這與合成和分泌性激素有關。細胞質中內質網的發達程度與其生命活動的旺盛程度呈正相關

內質網——整體結構

電鏡下,內質網是由單位膜構成的扁囊(池)和小管,並互相通連。粗面內質網由扁囊和附著在其外表面的核糖體構成,表面粗糙,細胞核周圍的粗面內質網可與核膜外層通連。主要功能是合成分泌蛋白質。滑面內質網表面光滑無核糖體附著,主要參與類固醇、脂類的合成與運輸,糖代謝及激素的滅活等。   (一)蛋白質合成   蛋白質都是在核糖體上合成的,並且起始於細胞質基質,但是有些蛋白質在合成開始不久后便轉在內質網上合成,這些蛋白質主要有:   ①向細胞外分泌的蛋白、如抗體、激素;   ②跨膜蛋白,並且決定膜蛋白在膜中的排列方式;   ③需要與其它細胞組合嚴格分開的酶,如溶酶體的各種水解酶;   ④需要進行修飾的蛋白,如糖蛋白。   C. Milstein(1972)發現從骨髓瘤細胞提取的免疫球蛋白分子N端要比分泌到細胞外的N端多出一段。G. Blobel和D. Sabatini等根據進一步的實驗,提出了信號假說(Signal hypothesis),認為蛋白質上的信號肽,指導蛋白質轉至內質網上合成。Blobel因此項發現獲1999年諾貝爾生理醫學獎。   蛋白質轉入內質網合成至少涉及5種成分:   ①信號肽(signal peptide),是引導新合成肽鏈轉移到內質網上的一段多肽,位於新合成肽鏈的N端,一般16~30個氨基酸殘基,含有6-15個帶正電荷的非極性氨基酸,由於信號肽又是引導肽鏈XX內質網腔的一段序列,又稱開始轉移序列(start transfer sequence)。   ②信號識別顆粒(signal recognition particle,SRP),由6種結構不同的多肽組成,結合一個7S RNA,分子量325KD,屬於一種核糖核蛋白(ribonucleoprotein)。SRP與信號序列結合,導致蛋白質合成暫停。   ③ SRP受體(SPR receptor),是膜的整合蛋白,為異二聚體蛋白,存在於內質網上,可與SRP特異結合。   ④停止轉移序列(stop transfer sequence),肽鏈上的一段特殊序列,與內質網膜的親合力很高,能阻止肽鏈繼續XX內質網腔,使其成為跨膜蛋白質。   ⑤轉位因子(translocator),由3-4個Sec61蛋白複合體構成的一個類似炸面圈的結構,每個Sec61蛋白由三條肽鏈組成。   蛋白質轉入內質網合成的過程:   信號肽與SRP結合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結合→SRP脫離信號肽→肽鏈在內質網上繼續合成,同時信號肽引導新生肽鏈XX內質網腔→信號肽切除→肽鏈延伸至終止→翻譯體系解散。這種肽鏈邊合成邊向內質網腔轉移的方式,稱為co-translation。   一些信號肽序列的蛋白質及信號序列   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)蛋白質的修飾與加工   包括糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成等,其中最主要的是糖基化,幾乎所有內質網上合成的蛋白質最終被糖基化。糖基化的作用是: ①使蛋白質能夠抵抗消化酶的作用;②賦予蛋白質傳導信號的功能;③某些蛋白只有在糖基化之後才能正確摺疊。   糖基一般連接在4種氨基酸上,分為2種:   O-連接的糖基化(O-linked glycosylation):與Ser、Thr和Hyp的OH連接,連接的糖為半乳糖或N-乙酰半乳糖胺,在高爾基體上進行O-連接的糖基化。   N-連接的糖基化(N-linked glycosylation):天冬酰胺殘基的NH2連接,糖為N-乙酰葡糖胺。   內質網上進行的為N-連接的糖基化。糖的供體核苷糖(nucleotide sugar),如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。糖分子首先被糖基轉移酶轉移到膜上的磷酸長醇(dolichol phosphate)分子上,裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉移酶轉到新合成肽鏈特定序列(Asn-X-Ser或Asn-X-Thr)的天冬酰胺殘基上。   (三)新生肽鏈的摺疊、組裝和運輸   COP II介導由內質網輸出的膜泡運輸,這種膜泡由內質網的排出位點(exit sites)以出芽的方式排出,內質網的排出位點沒有結合核糖體,隨機分佈在內質網上。不同的蛋白質在內質網腔中停留的時間不同,主要取決於蛋白質完成正確摺疊和組裝的時間,這一過程是在屬於hsp70家族的ATP酶的作用下完成的,需要消耗能量。有些無法完成正確摺疊的蛋白質被輸出內質網,轉入溶酶體中降解掉,大約90%的新合成的T細胞受體亞單位和乙酰膽鹼受體都被降解掉,而從未到達靶細胞膜。

ER的其它功能

  合成膜脂:大多數膜只是完全在內質網中合成的,例外的情況包括:①鞘磷脂是在內質網上開始合成的,但完成於高爾基體;②某些線粒體和葉綠體獨有的膜脂是駐留在這些細胞器中的酶催化合成的。ER合成的膜脂以膜跑運輸的方式轉運至高爾基體,溶酶體和質膜上,或借磷脂轉移蛋白(phospholipid transfer protein,PTP)形成水溶性複合物,轉至其他膜上。

蛋白質轉移到內質網上合成的過程

解毒作用SER中的P450酶系屬於單加氧酶(monooxygenase),又稱為多功能氧化酶 (mixed function oxidase)、羥化酶(hydroxylase),因其還原態的吸收峰在450nm處,故名。主要分佈在SER中,但也存在於質膜、線粒體、高爾基體、過氧化物酶體、核膜等細胞器的膜中,具有解毒作用,通常可將脂溶性有毒物質,代謝為水溶性物質,使有毒物質排出體外。有時也會將致癌物代謝為活性致癌物。P450種類繁多,但都是與其他輔助成分組成一個呼吸鏈來實現其功能,呼吸鏈中的P450還原酶實際就是一種黃素蛋白。P450催化O2分子中的一個原子加到底物分子上使之羥化,另一個氧原子被NADH或NADPH提供的氫還原生成水,在此氧化過程中無高能磷酸化合物生成。   甾體類激素的合成:在XX腺和腎上腺內分泌細胞中,SER、線粒體,可能還有高爾基體上的一些酶共同參與甾體類激素的合成。   調節血糖濃度使葡糖6-磷酸水解為磷酸和葡萄糖,釋放糖至血液中。細胞中的糖元可被酶轉化為葡糖1-磷酸,再轉變為葡糖6-磷酸,但由於膜對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後才能通過質膜,XX血液。   形成一些特殊結構:如肌細胞中的SER特化成的肌質網可儲存鈣離子,作為細胞內信號物質。   支撐作用:內質網是細胞內最豐富的膜,形成了一種網路結構,提供機械支撐作用,並成為細胞質中酶附著的支架。   轉送作用:內質網可通過出芽來運送合成物,其中光面內質網尤為突出。

病變

  細胞質的改變:滑面內質網和粗面內質網   一、滑面內質網   1、滑面內質網增生滑面內質網與產生固醇物質,解毒、激素滅活等功能有關,如解毒作用增強,肝細胞內滑面內質網增多,腎上腺皮質瘤內滑面內質網也多。   2、肌漿網水腫肌漿網亦屬滑面內質網,與肌肉收縮及鈣離子釋放回收有關。肌細胞缺氧中毒時,肌漿網可出現水腫。   二、粗面內質網   1、粗面內質網擴張、囊泡化正常粗面內質網系由膜形成扁池,腔很窄,在細胞水腫時,液體入腔內使之擴張,並形成小泡,在肝炎時肝細胞氣球樣變中也可見到。   2、粗面內質網脫粒粗面內質網扁池膜旁有核糖體依附,在粗面內質網腫脹同時膜表面核糖體脫落。也有的粗面內質網膜表面核糖體脫落,但扁池不擴張。   3、粗面內質網板層在內分泌細胞胚胎肝細胞內出現短而緊密排列粗面內質網,在內分泌腫瘤及肝癌中也可見到。   4、同心圓膜性小體有三種:第一種粗面內質網呈同心圓板層排列;第二種是滑面膜雙層呈同心圓排列;第三種是在滑面間夾有糖原。   5、粗面內質網池內隔離粗面內質網扁池擴張,帶有核糖體的膜突入擴張的池內,切面如像島狀膜性小管小泡遊離在池內。   6、粗面內質網對合池平行兩片粗面內質網緊密靠攏,內側面核糖體消失。也可有三片或多片,稱三合池或多合池。