内质网

内质网——结构模式图

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。

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。根据内质网膜上有没有附着核糖体，将内质网分为滑面型内质网和粗面型内质网两种。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。

可分为滑面内质网和粗面内质网。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，糖代谢及激素的灭火等。

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endoplasmicreticulum，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微米，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。

粗面型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。粗面型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。粗面型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。粗面型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。

滑面型内质网又称为非颗粒性内质网。滑面型内质网的囊壁表面光滑，没有核糖体附着。滑面型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，滑面型内质网在切面中所看到的形态，与粗面型内质网有明显的不同。

滑面型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型内质网上曾发现有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型内质网，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。

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。可分为粗面型内质网（roughendoplasmicreticulum，RER）和光面型内质网（smoothendoplasmicreticulum，SER）两类。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合成的脂类除满足自身需要外，还提供给高尔基体、溶酶体、内体、质膜、线粒体、叶绿体等膜性细胞结构。

ER膜中含大约60%的蛋白和40%的脂类，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。

内质网的两种基本类型：根据结构与功能，内质网可分为两种基本类型：粗面内质网（roughendoplasmicreticu-lum，rER）和光面内质网（smoothendoplasmicreticulum，sER）。

·粗面内质网
粗面内质网多呈扁囊状，排列较为整齐，因在其膜表面分布着大量的核糖体而命名。它是内质网与核糖体共同形成的复合机能结构，其主要功能是合成分泌性的蛋白和多种膜蛋白。因此在分泌细胞（如胰腺腺泡细胞）和浆细胞（分泌抗体）中粗面内质网非常发达，而在一些未分化的细胞与肿瘤细胞中则较为稀少。

表面没有核糖体结合的内质网称光面内质网，光面内质网常常由分支的管道形成较为复杂的立体结构。

·光面内质网
光面内质网是脂类合成的重要场所，细胞中几乎不含有纯的光面内质网，它们只是作为内质网这一连续结构的一部分。光面内质网所占的区域通常较小，它往往作为出芽的位点，将内质网上合成的蛋白质或脂类转移到高尔基体内。在某些细胞中，光面内质网非常发达并具有特殊的功能，如合成固醇类激素的细胞及肝细胞等。

·两者对比介绍
用密度梯度离心技术可将肝细胞中的光面内质网和粗面内质网分离出来，发现粗面内质网上有20余种与光面内质网上不同的蛋白质。既然内质网是一个连续的整体结构，因此，在内质网膜上可能有某些特殊的装置，将光面内质网与粗面内质网的部位间隔开来，并维持其形态。否则在内质网膜这个二维的液相结构中，不同区域的脂类和蛋白质就会因侧向扩散而趋于平衡。

内质网与其它细胞器关系的研究，对阐明细胞的一些生理生化过程及细胞器的发生与进化是很有意义的，也提出一些有启示性的设想。

超微结构研究表明，向内折叠的细胞质膜有时与内质网相连接，甚至有管道相通。原核细胞的细胞质膜内侧有时附着大量核糖体，因而一些人认为在细胞进化过程中，内质网可能由细胞质膜进一步演化而来。

内质网膜常与外层核膜连接，内质网的腔与核周隙相沟通，而且外核膜有时也附着大量的核糖体，这种结构上的联系不仅反映了核-质的物质交换，同时也提出了内质网与核膜在发生上的同源关系。

光面内质网与高尔基体在结构、功能与发生上的关系更为密切。此外，在合成旺盛的细胞内，粗面内质网总是与线粒体紧密相依，因为线粒体是内质网执行功能时所需能量的直接“供应站”。在间期细胞中内质网的分布常常与微管的走向一致，且总是沿微管向细胞周缘延伸。已发现一种微管动力蛋白——驱动蛋白(kinesin)与内质网结合，推测内质网一端固定在核膜上，另一端在驱动蛋白的牵引下沿微管形成复杂的网状结构。

内质网对外界因素的作用（如射线、化学毒物、病毒等）非常敏感，粗面内质网发生的最普遍的病理变化是内质网腔扩大并形成空泡，继而发生脱粒现象，即核糖体从内质网膜上脱落与遗失，蛋白质合成受阻。

（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（Signalhypothesis），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（signalpeptide），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（starttransfersequence）。

2、信号识别颗粒（signalrecognitionparticle，SRP），由6种结构不同的多肽组成，结合一个7SRNA，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（SPRreceptor），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（stoptransfersequence），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。

（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：
1、O-连接的糖基化（O-linkedglycosylation）：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。
2、N-连接的糖基化（N-linkedglycosylation）：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(nucleotidesugar)，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（dolicholphosphate）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
COPII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（exitsites）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。

·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（phospholipidtransferprotein，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(mixedfunctionoxidase)、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。

叶绿体	细胞器	立克次体	基因工程
溶酶体	支原体	细胞壁	螺旋体
中心体	放线菌	内毒素	酵母
液泡	衣原体	细胞膜	病理学

【1】：http://www.cella.cn/book/06/03.htm
【2】：http://www.bioon.com/biology/Class422/161514.shtml
【3】：http://info.datang.net/N/N0273.HTM