细胞生物学7.2

三、溶酶体的形态结构与功能发现：先差速离心，后形态观察（1955年，deDuve&Novikoff）溶酶体（lysosome）：由单层膜围绕，内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，主要功能是进行细胞内的消化作用。对维持细胞正常代谢活动及防御等方面起重要作用，在病理学中具有重要意义。酸性水解酶膜上有H+-pumps,pH5.0多种载体蛋白，向外转运水解产物膜蛋白高度糖基化（一）溶酶体的形态结构与类型溶酶体是异质性的细胞器（形态大小、包含的水解酶种类）初级溶酶体次级溶酶体残余(小)体（后溶酶体）0.2-0.5um，内容物均一，无明显颗粒物质，含多种水解酶(酸性水解酶)，最适PH5，PH7失活自噬溶酶体异噬溶酶体内含生物大分子、颗粒、膜片甚至细胞器，形态不规则，直径达几纳米未消化物质残存在溶酶体中，通过类似胞吐方式排出内容物残余小体中的物质也可在细胞内可形成脂褐质色素颗粒，形成老年斑初级溶酶体残余（小）体次级溶酶体（二）溶酶体的功能——消化1.清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞——细胞内消化不需要的酶细胞器细胞自噬泡巨噬细胞自噬溶酶体异噬溶酶体异噬泡台-萨氏(Tay-Sachs)（家族黑蒙性白病）溶酶体中β-氨基己糖脂酶A(β-N-hexosaminidaseA)缺失，GM2累积在脑细胞内，精神呆滞，2-6岁死亡。类似疾病——储积症——隐性遗传病溶酶体中充满了未降解的物质2.防御功能——细胞外消化清除抗原-抗体复合物及吞噬的细菌、病毒巨噬细胞中自由基与溶酶体共同杀菌某些细胞特有的功能：巨噬细胞等吞噬细胞麻风杆菌、利什曼原虫：巨噬细胞中繁殖—抑制吞噬泡酸化—抑制酶的活性病毒：受体介导的胞吞作用侵入细胞—利用酸性环境释放病毒核壳防御功能失灵3.其他重要的生理功能①作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养②分泌细胞中，参与分泌的调节过程③参与清除赘生性组织或退行性变化的细胞：蝌蚪尾巴的退化④精子的顶体为特化的溶酶体，受精过程发生顶体反应，促进受精如将甲状腺球蛋白降解成有活性的甲状腺素。营养来自血液，内吞LDL、血清脂蛋白动物细胞溶酶体系统示意图（三）溶酶体的发生识别信号：不是肽链，而是依赖溶酶体酶的构象或三级结构形成溶酶体蛋白Cis膜囊中间膜囊Trans膜囊N连接糖基化甘露糖N-乙酰葡糖胺磷酸去乙酰葡糖胺形成M6P受体结合出芽，形成初级溶酶体1.依赖M6P的溶酶体分选途径溶酶体的发生过程2.溶酶体蛋白的其他分选途径①依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分含有M6P标志的溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外。②在细胞质膜上还存在依赖于钙离子的M6P受体，与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，把酶运送至前溶酶体中，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。③还存在不依赖于M6P的分选途径，如T细胞溶酶体中的酶通过不依赖M6P的途径进入溶酶体。溶酶体膜上的蛋白不具有M6P标志。酸性磷酸酶的分选也不涉及M6P途径鉴定溶酶体的主要标志酶（四）溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（microbody）——由单层膜围绕的内含一种或几种氧化酶类的细胞器，由J.Rhodin（1954）首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。是一种具有异质性的细胞器，在不同生物及不同发育阶段有所不同。共同特点是内含一至多种依赖黄素（FAD）的氧化酶和过氧化氢酶（标志酶），已发现40多种氧化酶，如L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urateoxidase）的含量极高，以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心。人肝细胞过氧化物酶体小鼠肺细胞过氧化物酶体烟草叶肉细胞的过氧化物酶体（中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心）特征初级溶酶体过氧化物酶体形态大小无酶晶体常有酶晶体酶种类酸性水解酶氧化酶、过氧化氢酶类PH5左右7左右是否需氧不需要需要功能细胞内消化多种功能发生在内质网中合成经G出芽形成酶在细胞基质中合成，经分裂装配形成标志酶酸性水解酶过氧化氢酶1.过氧化物酶体与溶酶体的区别2.过氧化物酶体的功能①解毒功能依赖黄素的氧化酶的共性是将底物氧化后，生成过氧化氢。RH2+O2→R+H2O2过氧化氢酶又可以利用过氧化氢，将其它底物氧化。R′H2+H2O2→R′+2H2O此外，当细胞中的H2O2过剩时，过氧化氢酶亦可催化以下反应：2H2O2→2H2O+O2R’:酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质②分解脂肪酸，向细胞之间提供热能在动物中过氧化物酶体参与脂肪酸的β氧化在植物中过氧化物酶体主要有：①参与光呼吸作用，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，②在萌发的种子中，进行脂肪的β-氧化，产生CoA，经乙醛酸循环，加入三羧酸循环，将脂肪转变为葡萄糖。因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体（glyoxysome）。3.过氧化物酶体的发生①过氧化物酶体经分裂繁殖，与线粒体、叶绿体相似，但不含DNA②过氧化物酶体蛋白有核基因编码，在基质中合成，之后转运到过氧化物酶体中③进入过氧化物酶体需要在信号序列的指导下进行（PTS）PTS1多存在于C端PTS2多存在于N端④过氧化物酶体的膜脂可能在内质网合成过氧化物酶体发生示意图溶酶体与疾病1．矽肺二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细胞吞噬，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体。二氧化硅的羟基与溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细内吞噬，如此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子”，并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。2．肺结核结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗胞内溶酶体的溶菌杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量生长繁殖，导致巨噬细胞裂解，释放出的结核杆菌再被吞噬而重复上述过程，最终引起肺组织钙化和纤维化。3．各类贮积症贮积症（storagedisease）：是由于遗传缺陷引起的，由于溶酶体的酶发生变异，功能丧失，导致底物在溶酶体中大量贮积，进而影响细胞功能，常见的贮积症主要有以下几类。台-萨氏综合征（Tay-Sachsdiesease）：又叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶A（β-N-hexosaminidase），导致神经节甘脂GM2积累，影响细胞功能，造成精神痴呆，2－6岁死亡。患者表现为渐进性失明、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群中。II型糖原累积病（Pompe病）：溶酶体缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。Gaucher病：又称脑苷脂沉积病,是巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏β-葡萄糖苷酶造成的。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内,巨噬细胞变成Gaucher细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，中枢神经系统发生退行性变化，常在1岁内死亡。细胞内含物病（inclusion-celldisease，I-celldisease）：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起的。由于基因突变，高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成M6P分选信号，酶被运出细胞（defaultpathway）。这类病人成纤维细胞的溶酶体中没有水解酶，导致底物在溶酶体中大量贮积，形成所谓的“包涵体（inclusion）”。另外这类病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具有M6P之外的途径。4．类风湿性关节炎溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎。过氧化物酶体与疾病Zellweger综合症是一类与过氧化物酶体有关的遗传病，也叫脑肝肾综合症，患者细胞的过氧化物酶体中，酶蛋白输入有关的蛋白质变异，过氧化物酶体是“空的”。脑、肝、肾异常，出生3-6个月内后死亡。