第一节 溶酶体
、基本特性
1949年, C. de Duve等在研究大鼠肝匀浆时,发现用蒸馏水处理时,其酸性磷酸酶的活性要比在蔗糖液中的高;放置久的材料,其酶活性要比新鲜材料的高。随后又发现其他几种水解酶也有类似现象。
由此推想:细胞内存在有含酸性水解酶活性的结构实体,其膜很可能非常易碎,碎后可释放出内含物。
1955年, C. de Duve:酸性磷酸酶活性 单层膜包围、多种酸性水解酶、异质性囊泡状
一)形态和大小
最小:0.05mµm 最大:数mµm 平均:0.5mµm 一般:0.2~0.8 µmm
单层单位膜包围、异质性囊泡状
溶酶体在细胞内的分布和移动:同溶酶体膜与微管之间的相互作用有关!
(二)化学组成
1. 溶酶体膜
为消化作用提供一个密闭空间;
控制该空间中的成分和内环境;
具有能与其它膜泡融合和内陷的能力。
晕圈(halo):碳水化合物的阳性染色反应
晕圈内没有可溶性溶酶体水解酶
几种整合膜蛋白的酸性复合糖链(glycans),可能参与了晕圈的形成
溶酶体膜对溶酶体本身的水解酶具有抗性
晕圈作用:保护溶酶体膜不被溶酶体水解酶所降解
或可结合正在被消化的物质。
溶酶体膜在成分上与其它生物膜不同:
①膜蛋白高度糖基化
②含有多种载体蛋白
③膜中嵌有质子泵(H+-ATPase)
(1) 膜脂
绝大多数均为磷脂(在不同膜制品中差异较大),多萜醇(dolichol)的衍生物,bis单酰甘油磷酸(bismonoacylglycerylphosphate)
(2) 膜蛋白
溶酶体结合膜蛋白(lysosomal-associated membrane protein, LAMPs)
溶酶体整合膜蛋白(lysosomal integral membrane protein, LIMPs)(溶酶体膜糖蛋白, lgp)
寡糖成分约占50%
氨基酸序列同源性高
2. 溶酶体酶
酸性水解酶60多种
核酸酶
蛋白酶
糖苷酶
脂 酶
磷酸酶
硫酸酶
磷脂酶
溶酶体中酸性pH值的维持机制
膜上质子泵利用ATP不断把H+抽进溶酶体,使酸度保持在pH ~5.0
溶酶体酶的种类虽然很多,且含量很高,但每一个溶酶体中所含有酶的种类却是有限的。
某些特化细胞:特殊代谢酶类:嗜中性白细胞(neutrophil):溶菌酶(lysozyme)和髓过氧化物酶(myeloperoxidase)——降解微生物
溶酶体酶催化水解反应的通式:
1-R2 + H2O ——® R1-H + R2-OH
二、溶酶体降解底物来源及溶酶体的类型
初级溶酶体、次级溶酶体、残余小体(三级溶酶体)
三、溶酶体的功能
1. 细胞内消化
2. 防御功能
3. 细胞内衰老和多余细胞器的清除
清除衰老的生物大分子和细胞器
清除多余的细胞器
清除暂不需要的酶或某些代谢产物
4. 发育过程中细胞的清除功能
5. 在受精中的功能
6. 在内分泌细胞中的功能
内分泌细胞中含有相当数量的溶酶体,溶酶体在激素分泌的各个环节(包括激素的合成、释放、分泌调节等)都具有不可忽视的作用。
如甲状腺素的合成:储存在甲状腺腺体内腔中的甲状腺球蛋白(thyroglobin)受到刺激后,经吞噬作用进入甲状腺上皮细胞,与溶酶体融合后被组织蛋白酶D和酪氨酸酸性羟基肽酶水解,变成含碘的游离甲状腺素T3和T4,然后分泌到细胞外的毛细血管中。
肽类激素的分泌方式为不连续分泌。一些实验证明,溶酶体也参与肽类激素的释放,可能是作用于分泌颗粒膜或细胞膜。但其确切机制,还需要更多实验证据。
此外,溶酶体还通过自噬作用清除细胞内过多的激素或与激素合成有关的细胞器,从而实现对激素分泌量的调节。
溶酶体的活动要受到严格的调控
①溶酶体膜蛋白高度糖基化,可抵御水解酶的降解,不会轻易破裂;
②溶酶体酶活性的最适pH≈5,胞质溶质pH≈7.2,溶酶体酶进入胞质溶质,活性丧失。
四、溶酶体与疾病
目前已知的与溶酶体有关的疾病有30余种:
1. 肺结核:结核杆菌——蜡质外被
2. 矽肺:SiO2颗粒——硅酸——肺组织弹性↓——呼吸功能↓
3. 贮积病:多为先天性——溶酶体酶缺失和异常
4. 类风湿关节炎:膜脆性↑—释酶到关节处—侵蚀骨组织—炎症
5. 溶酶体与休克
6. 溶酶体与肿瘤
五、溶酶体的发生
特异性信号为甘露糖6磷酸,磷酸转移酶具有识别溶酶体酶的信号:依赖于溶酶体酶三级结构所形成的信号斑(signal patch)。
溶酶体酶的合成和成熟过程:
部位 发生的变化
(1)核糖体 合成前蛋白
(2)内质网 输入内质网腔;切除信号肽;N-键糖基化
(3)高尔基体 修饰; 末端糖基化; 形成M6P配体; 同M6P受体结合
(4)新生溶酶体酶小泡 与M6P受体分离; 前酶初步水解; 去磷酸化;
开始与其它小泡融合
(5)次级溶酶体 水解酶成熟;催化;降解