细胞生物学溶酶体.doc

9.４ 溶酶体(lｙsosｏme）溶酶体是动物细胞中一种膜结合细胞器,具有多种水解酶类,　在细胞内起消化和保护作用，　可与吞噬泡或胞饮泡结合, 消化和运用其中的物质也可以消化自身细胞破损的细胞器或残片,有助于细胞器的重新组装、成分的更新及废物的消除 9.4.1 溶酶体的形态构造■ 溶酶体的形态溶酶体是一种异质性(heteｒogｅneous)的细胞器， 不同来源的溶酶体形态、大小, 甚至所具有酶的种类均有很大的不同溶酶体呈小球状,　大小变化很大，直径一般０.25~0．８μm,最大的可超过1μm,最小的直径只有25～50nm图9-36 是肝组织的Ｋuｐpｅr 细胞(肝星形细胞）中不同大小的溶酶体,该细胞重要是吞噬衰老的红细胞图9－3６ 溶酶体的形态大小具吞噬作用的肝Kuｐｐｅr细胞中不同大小的溶酶体， 图中示出至少1０个不同大小的溶酶体 ■ 溶酶体膜的稳定性溶酶体的外被是一层单位膜,　内部没有任何特殊的构造由于溶酶体中具有多种不同的水解酶类，因此溶酶体在生活细胞中必须是高度稳定的溶酶体的稳定性与其膜的构造构成有关:● 溶酶体膜中嵌有质子运送泵(H+-AＴPase),将H+ 泵入溶酶体内, 使溶酶体中的H＋ 浓度比细胞质中高;同步， 在溶酶体膜上有Cl-离子通道蛋白,可向溶酶体中运送Ｃｌ-离子, 两种运送蛋白作用的成果,就等于向溶酶体中运送了HCｌ, 以此维持溶酶体内部的酸性环境（ｐＨ约为4.6～4.８)。

●　溶酶体膜具有多种不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白, 这些膜整合蛋白的功能也许是保护溶酶体的膜免遭溶酶体内酶的袭击, 有助于避免自身膜蛋白的降解● 溶酶体膜具有较高的胆固醇, 增进了膜构造的稳定9.4.2 溶酶体的发现与溶酶体的酶类溶酶体内具有50多种酶类，这些酶的最适ｐH值是5．0, 故均为酸性水解酶(acid hydrolases)图9－37是典型的溶酶体的大小、所含重要酶类及膜中的V－型质子泵等酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶,正是对这种酶的细胞定位研究导致溶酶体的发现图 9－37 溶酶体的形态、大小、及所含重要酶类示意图 ■ 酸性磷酸酶的定位研究与溶酶体的发现在二十世纪的五十年代初期,Christiaｎ dｅ Ｄuve 和她的同事在研究亚细胞组分时发现了溶酶体，但是，溶酶体的发现带有很大的偶尔性你理解溶酶体的发现过程吗? ■　溶酶体的酶 溶酶体的酶均有一种共同的特点∶都是水解酶类，在酸性pH条件下具有最高的活性溶酶体的酶涉及∶蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等，重要类型的酶列于表9-８表9－８ 溶酶体的重要酶类酶天然底物酶天然底物磷酸酶类　酸性磷酸酶磷酸单脂酸性磷酸二脂酶磷酸二脂酸性焦磷酸酶AＴＰ， ＦAD磷脂酸磷酸酶磷脂酸磷酸蛋白磷酸酶磷酸蛋白    硫酸酯酶 芳基硫酸酯酶芳基硫酸酯 　  蛋白酶和肽酶 组织蛋白酶蛋白质胶原酶胶原肽酶肽    核酸酶　核糖核酸酶RNA脱氧核糖核酸酶DNA脂酶　磷酸脂酶磷脂酯酶脂肪酸酯β-葡萄糖脑苷脂酶 葡萄糖脑苷脂    糖苷酶　α葡萄糖苷酶糖原β葡萄糖苷酶糖蛋白β-半乳糖苷酶糖脂、糖蛋白溶菌酶细菌的细胞壁  ■ 植物溶酶体● 圆球体（ｓpheｒｏsｏmｅ）是植物细胞中由一层单位膜包裹的具有细微构造的球形颗粒，直径为０.5～１μｍ,内含酸性水解酶，相称于动物细胞的溶酶体。

● 植物细胞的液泡（vaｃuoles)植物细胞的液泡几乎占据了细胞总体积的9０%,它具有多种水解酶类， 并具有与动物细胞的溶酶体酶的类似的功能液泡膜上具有H+－ATPasｅ，　可以将H+运送到液泡中, 同步在液泡膜上尚有某些运送蛋白, 协助液泡行使某些特殊的功能(图9-３8)图9-３8 植物液泡膜的运送系统及液泡内离子和蔗糖浓度梯度的建立液泡膜具有两种类型的质子泵：Ｖ－型H+-ATPaｓe和单向焦磷酸水解质子泵这两种泵可以维持液泡中低pH,并建立正电动势,促使Cl-和NO3-从离子通道蛋白进入液泡通过H+质子梯度的力,　促使Na＋、Ca2＋和蔗糖从胞质溶胶运入液泡９．4.3　溶酶体的类型由于溶酶体在形态上的多样性和异质性,曾发现多种不同类型的溶酶体根据溶酶体处在完毕其生理功能的不同阶段, 大体分为如下几种: ■ 初级溶酶体(ｐrｉｍarｙ　ｌysosｏme)此类溶酶体是刚刚从背面高尔基体形成的小囊泡, 仅具有水解酶类,但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处在非活性状态 ■ 次级溶酶体(ｓeｃondary lyｓｏsoｍe）此类溶酶体中具有水解酶和相应的底物，是一种将要或正在进行消化作用的溶酶体。

根据所消化的物质来源不同, 分为自噬性溶酶体、异噬性溶酶体● 自噬性溶酶体(autolｙｓｏｓｏmｅ)是一种自体吞噬泡，　作用底物是内源性的,即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质这种溶酶体广泛存在于正常的细胞内，在细胞内起“清道夫”作用●　异噬性溶酶体(ｈeｔerolｙsosｏme)又称异体吞噬泡， 它的作用底物是外源性的, 即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质异噬性溶酶体事实上是初级溶酶体同内吞泡融合后形成的9.４.４　溶酶体的功能溶酶体的重要功能是消化作用(图9-3９)其消化底物的来源有三种途径:　①自体吞噬(aｕtoｐｈaｇｙ), 吞噬的是细胞内原有的物质; ② 通过吞噬形成的吞噬体(phaｇｏｓome)提供的有害物质;　③通过内吞作用（enｄocyｔosｉs)提供的营养物质由于吞噬作用和内吞作用提供的被消化的物质都是来自细胞外, 又将这两种来源的物质消化作用统称为异体吞噬（hetｅrophagｙ）图9－３9　溶酶体的类型及在细胞消化过程中的作用图中简示了溶酶体的四种消化作用：Ａ．吞噬作用;B自噬作用;C．自溶作用;D.细胞外消化作用 ■　吞噬作用(phagocｙｔｏsiｓ)● 吞噬作用外来的有害物质被吞入细胞后, 即形成由膜包裹的吞噬小体（phａgosomｅ), 初级溶酶体不久同吞噬体融合形成次级溶酶体, 此时溶酶体中的底物是从细胞外摄取的，故为异噬性的溶酶体， 在异噬性的溶酶体中吞噬物被酶水解(图9－４0)。

图９-40 吞噬作用吞噬作用的第一阶段是细胞质膜上的受体与细菌结合，然后将被感染的细菌包裹起来形成吞噬体，接着是溶酶体与吞噬体融合, 通过溶酶体酶的作用将被吞噬的细菌降解● 吞噬细胞多细胞的动物具有专门的吞噬细胞，即巨噬细胞(ｍaｃrｏphageｓ）和中性粒细胞(neｕｔｒophｉlｓ)担任机体中的保护防御任务吞噬作用也是细胞获取营养的一种方式,　细胞通过内吞作用将某些营养物质包进内吞体， 最后与溶酶体融合, 在溶酶体酶的作用下, 将吞进的营养物质消化形成可直接运用的小分子用于合成代谢吞噬作用也涉及对衰老的、进入编程死亡的细胞的吞噬 ■ 自噬作用(ａｕtopｈａgy)● 自噬作用自噬作用重要是清除降解细胞内受损伤的细胞构造、衰老的细胞器、以及不再需要的生物大分子等(图９－41)图9－4１ 自噬作用电镜照片所示是衰老的线粒体和过氧化物酶体被包裹在一种双层膜构造中，该膜来自于内质网被EＲ膜包裹而成的自噬体将会与溶酶体融合,进而被溶酶体酶降解●　自噬作用的意义自噬作用对细胞的生命活动有什么意义?● 吞噬过程被吞噬的细胞器和生物大分子先要被内质网的膜包裹起来形成自噬泡(autｏphａgic vａcｕoｌｅ， 图9－42)，　然后与初级溶酶体融合形成次级溶酶体, 即自噬性的溶酶体, 融合后的底物被溶酶体酶消化。

图9-42 自体吞噬泡形成的机制内质网形成一种双膜的杯形构造（a,b）,衰老的细胞器(线粒体)从杯口进入(ｃ), 然后封口(d）,形成双膜的小泡小泡与成熟的溶酶体融合（e),或与来自溶酶体分泌小泡融合(ｆ）， 溶酶体的酶降解融合泡中的底物(g)  ■ 自溶作用(aｕｔolｙsis）自溶作用是细胞的自我消灭(ｃelｌｕlａｒ sｅlf－ｄesｔruction), 即溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解在正常状况下, 溶酶体的膜是十分稳定的,不会对细胞自身导致伤害如果细胞受到严重损伤, 导致溶酶体破裂, 那么细胞就会在溶酶体酶的作用下被降解, 如某些红细胞常会有这种状况发生在多细胞生物的发育过程中，自溶对于形态建成具有重要作用 ■ 细胞外的消化作用(eｘtｒacelｌuｌar ｄiｇesｔion)溶酶体除了在细胞内具有消化作用外,也可以将水解酶释放到细胞外消化细胞外物质如精子头部的顶端质膜下方有一膜包裹的囊状构造, 称为顶体(acrｏｓｏmｅ）,　是一种特殊的溶酶体,　在受精过程中， 通过顶体反映, 将顶体中的溶酶体的酶释放到细胞外(图９-4３),　消化卵外膜滤泡细胞, 使精子达到卵子质膜， 卵子和精子的细胞质膜互相融合， 达到受精的目的。

图9-４3 顶体反映(ａ)海胆精子前端的顶体, 正好位于细胞核的前面; (b) 当精子的质膜与卵细胞周边物质接触时,精子释放出顶体中溶酶体的酶,消化卵细胞外的物质,使精子得以与卵细胞接触9．４.５ 溶酶体的生物发生溶酶体的形成是一种相称复杂的过程， 波及的细胞器有内质网、高尔基体和内体等比较清晰的是甘露糖-6-磷酸途径(mannoｓｅ　６－pｈosｐｈaｔe sorting pathwａy)：溶酶体的酶类在内质网上起始合成,　跨膜进入内质网的腔, 在顺面高尔基体带上甘露糖6-磷酸标记后在高尔基体背面网络形成溶酶体分泌小泡，　最后还要通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体（图9－4４)图９-44　溶酶体的酶寻靶过程、波及的细胞器及机理大多数溶酶体的酶在寡糖链上具有甘露糖， 在顺面高尔基网络转变成甘露糖-６-磷酸新形成的溶酶体的酶通过高尔基复合体，在高尔基体背面网络与膜受体结合后被包进溶酶体分泌小泡,通过出芽形成自由的分泌泡通过H+－质子泵调节溶酶体分泌小泡中的pH，使溶酶体的酶同受体脱离,受体再循环, 溶酶体酶脱磷酸后成为成熟的初级溶酶体 ■　溶酶体酶蛋白的M６P标记研究发现，溶酶体的酶上均有一种特殊的标记∶6-磷酸甘露糖(mannoｓe 6-phosphate， Ｍ6Ｐ）。

这一标记是溶酶体酶合成后在粗面内质网和高尔基体通过糖基化和磷酸化添加上去的● 糖基化溶酶体酶蛋白在膜旁核糖体上合成,进入内质网后进行Ｎ－连接糖基化,　经加工后形成带有８个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体● 信号斑(sigｎａl patch)信号斑是溶酶体酶蛋白多肽形成的一种特殊的三维构造, 它是由三段信号序列构成的, 可被磷酸转移酶特异性辨认(图9－４５)图 9－4５ 信号斑溶酶体蛋白的多肽上有三段信号序列, 通过折叠，三个信号序列互相接近形成信号斑构造● 甘露糖磷酸化的酶将磷酸基团添加到溶酶体酶的甘露糖的第六位碳上的反映是由两种酶催化的,一种酶是N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶（Ｎ-acetｙｇlucosａｍｉｎe ｐhoｓｐhoｔransferａse）,另一种酶是N-乙酰葡萄糖苷酶,　功能是释放N-乙酰葡萄糖胺（４６）图９-４6　溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶互相作用顺面高尔基体中的Ｎ－乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶有两个功能位点,一种辨认位点可以辨认信号斑并与之结合；催化位点与高甘露糖Ｎ-连接的寡聚糖以及UDP-ＧlcNＡc结合。