細胞生物學_08真核細胞內(nèi)膜系統(tǒng)、蛋白質(zhì)分選與膜泡運輸進階

1、三、溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能三、溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型溶酶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)與類型 1955年年de Duve（德迪夫，比利時細胞學家，德迪夫，比利時細胞學家，1974年獲諾貝爾獎）年獲諾貝爾獎）首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（lysosome）。）。 它是單層膜圍繞、內(nèi)含多種它是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶酸性水解酶類的囊泡狀細胞類的囊泡狀細胞器，其主要功能是進行器，其主要功能是進行細胞內(nèi)消化細胞內(nèi)消化。 具有異質(zhì)性，形態(tài)大小及內(nèi)含的水解酶種類都可能有很具有異質(zhì)性，形態(tài)大小及內(nèi)含的水解酶種類都可能有很大的不同，標志酶為大的不同，標志酶為酸性磷酸酶酸性磷酸酶。根據(jù)完成其生理功能

2、的不。根據(jù)完成其生理功能的不同階段可分為初級溶酶體，次級溶酶體和殘余體。同階段可分為初級溶酶體，次級溶酶體和殘余體。初級溶酶體初級溶酶體次級溶酶體次級溶酶體溶酶體溶酶體后溶酶體（溶酶體殘體）后溶酶體（溶酶體殘體）初級溶酶體初級溶酶體 直徑約直徑約0.20.20.5um0.5um，膜厚，膜厚7.5nm7.5nm，內(nèi)含物均一，無明顯顆粒，是，內(nèi)含物均一，無明顯顆粒，是高爾基體高爾基體分泌形成的。分泌形成的。 含有多種水解酶，但含有多種水解酶，但沒有活性沒有活性，只有當溶酶體破裂，或其它物質(zhì)，只有當溶酶體破裂，或其它物質(zhì)進入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、磷酸酶、進入，才有酶活性。其

3、水解酶包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶類，已知硫酸酯酶、磷脂酶類，已知6060余種，均屬于余種，均屬于酸性水解酶酸性水解酶。 溶酶體膜雖然與質(zhì)膜厚度相近，但成分不同，主要區(qū)別是：溶酶體膜雖然與質(zhì)膜厚度相近，但成分不同，主要區(qū)別是：膜膜上有上有質(zhì)子泵質(zhì)子泵，將，將H H+ +泵入溶酶體，使其泵入溶酶體，使其PHPH值降低，值降低，膜蛋白高度膜蛋白高度糖基化糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解，可能有利于防止自身膜蛋白降解，具有多種具有多種載體蛋白載體蛋白用于將水解用于將水解的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運。的產(chǎn)物向外轉(zhuǎn)運。次級溶酶體次級溶酶體 又稱消化泡，是正在進行或完成消化作用的溶酶體，又稱消

4、化泡，是正在進行或完成消化作用的溶酶體，內(nèi)含水解酶和相應(yīng)的底物，可分為內(nèi)含水解酶和相應(yīng)的底物，可分為異噬溶酶體異噬溶酶體和自和自噬溶噬溶酶體酶體，前者消化的物質(zhì)來自外源，后者消化的物質(zhì)來自，前者消化的物質(zhì)來自外源，后者消化的物質(zhì)來自細胞本身的各種組分。細胞本身的各種組分。殘余體殘余體 又稱后溶酶體（又稱后溶酶體（post-lysosomepost-lysosome）已失去酶活性已失去酶活性，僅僅留未消化的殘渣留未消化的殘渣故名，殘體可通過外排作用排出細胞，故名，殘體可通過外排作用排出細胞，也可能留在細胞內(nèi)逐年增多，如肝細胞中的脂褐質(zhì)。也可能留在細胞內(nèi)逐年增多，如肝細胞中的脂褐質(zhì)。溶酶體的功能溶

5、酶體的功能 溶酶體的主要作用是消化，是細胞內(nèi)的消化器官，細胞自溶，防溶酶體的主要作用是消化，是細胞內(nèi)的消化器官，細胞自溶，防御以及對某些物質(zhì)的利用均與溶酶體的消化作用有關(guān)。御以及對某些物質(zhì)的利用均與溶酶體的消化作用有關(guān)。 細胞內(nèi)消化細胞內(nèi)消化：對高等動物而言細胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于血液：對高等動物而言細胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于血液中的水分子物質(zhì)，而一些大分子物質(zhì)通過內(nèi)吞作用進入細胞，如內(nèi)吞中的水分子物質(zhì)，而一些大分子物質(zhì)通過內(nèi)吞作用進入細胞，如內(nèi)吞低密度脂蛋白獲得膽固醇，對一些單細胞真核生物，溶酶體的消化作低密度脂蛋白獲得膽固醇，對一些單細胞真核生物，溶酶體的消化作用就更為重要。用就更為重要。

6、細胞凋亡細胞凋亡：個體發(fā)生過程中往往涉及組織或器官的改造或重建，：個體發(fā)生過程中往往涉及組織或器官的改造或重建，如昆蟲和蛙類的變態(tài)發(fā)育等等。這一過程是在基因控制下實現(xiàn)的，稱如昆蟲和蛙類的變態(tài)發(fā)育等等。這一過程是在基因控制下實現(xiàn)的，稱為程序性細胞死亡，注定要消除的細胞以出芽的形式形成凋亡小體，為程序性細胞死亡，注定要消除的細胞以出芽的形式形成凋亡小體，被巨噬細胞吞噬并消化。被巨噬細胞吞噬并消化。自體吞噬自體吞噬：清除細胞中無用的生物大分子，衰老的細胞器等，如許多清除細胞中無用的生物大分子，衰老的細胞器等，如許多生物大分子的半衰期只有幾小時至幾天，肝細胞中線粒體的平均壽命約生物大分子的半衰期只有幾

7、小時至幾天，肝細胞中線粒體的平均壽命約10天左右。天左右。防御作用防御作用：如巨噬細胞可吞入病原體，在溶酶體中將病原體殺死和降如巨噬細胞可吞入病原體，在溶酶體中將病原體殺死和降解。解。參與分泌過程的調(diào)節(jié)參與分泌過程的調(diào)節(jié)：如將甲狀腺球蛋白降解成有活性甲狀腺素。如將甲狀腺球蛋白降解成有活性甲狀腺素。形成精子的頂體形成精子的頂體：頂體相當于一個化學鉆，可溶穿卵子的皮層，使頂體相當于一個化學鉆，可溶穿卵子的皮層，使精子進入卵子。精子進入卵子。動物細胞溶酶體系統(tǒng)示意圖動物細胞溶酶體系統(tǒng)示意圖溶酶體的發(fā)生溶酶體的發(fā)生 初級溶酶體是在高爾基體的初級溶酶體是在高爾基體的transtrans面以出芽的形式形面

8、以出芽的形式形成的，其形成過程如下：成的，其形成過程如下： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進行內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進行N-N-連接的糖基化修飾，進入高爾基體連接的糖基化修飾，進入高爾基體CisCis面膜囊，面膜囊，N-N-乙酰乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶識別溶酶體水解酶的信號斑，將葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶識別溶酶體水解酶的信號斑，將N-N-乙酰乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在1-21-2個甘露糖殘基上，在中間膜囊切去個甘露糖殘基上，在中間膜囊切去N-N-乙酰葡糖胺形成乙酰葡糖胺形成M6PM6P配體，與配體，與transtrans膜囊上的受體結(jié)合，膜囊上的受體結(jié)合，選擇性地

9、包裝成初級溶酶體。選擇性地包裝成初級溶酶體。溶酶體的發(fā)生溶酶體的發(fā)生內(nèi)吞體內(nèi)吞體溶酶體酶的磷酸化溶酶體酶的磷酸化rER順面管網(wǎng)順面管網(wǎng)反面管網(wǎng)反面管網(wǎng)高爾基復合高爾基復合體體 溶酶體水解酶前體溶酶體水解酶前體加入磷酸基團加入磷酸基團M-6-P溶酶體酶溶酶體酶前前 溶溶 酶酶 體體ATPADP+PiH+ 去除磷酸去除磷酸pH=6成熟溶酶體成熟溶酶體 溶酶體與疾病溶酶體與疾病矽肺矽肺 二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細胞吞噬，含有二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細胞吞噬，含有矽塵的吞噬小體與溶酶體合并成為次級溶酶體。二氧化硅的羥矽塵的吞噬小體與溶酶體合并成為次級溶酶體。二氧化硅的羥基與溶酶

10、體膜的磷脂或蛋白形成氫鍵，導致吞噬細胞溶酶體崩基與溶酶體膜的磷脂或蛋白形成氫鍵，導致吞噬細胞溶酶體崩解，細胞本身也被破壞，矽塵釋出，后又被其他巨噬細內(nèi)吞噬解，細胞本身也被破壞，矽塵釋出，后又被其他巨噬細內(nèi)吞噬，反復進行。受損或已破壞巨噬細胞釋放，反復進行。受損或已破壞巨噬細胞釋放“致纖維化因子致纖維化因子”，并激活成纖維細胞，導致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。并激活成纖維細胞，導致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。肺結(jié)核肺結(jié)核 結(jié)核桿菌不產(chǎn)生內(nèi)、外毒素，也無莢膜和侵襲性酶。但是結(jié)核桿菌不產(chǎn)生內(nèi)、外毒素，也無莢膜和侵襲性酶。但是菌體成分硫酸腦苷脂能抵抗胞內(nèi)的溶菌殺傷作用，使結(jié)核桿菌菌體成分硫酸腦苷脂能抵

11、抗胞內(nèi)的溶菌殺傷作用，使結(jié)核桿菌在肺泡內(nèi)大量生長繁殖，導致巨噬細胞裂解，釋放出的結(jié)核桿在肺泡內(nèi)大量生長繁殖，導致巨噬細胞裂解，釋放出的結(jié)核桿菌再被吞噬而重復上述過程，最終引起肺組織鈣化和纖維化。菌再被吞噬而重復上述過程，最終引起肺組織鈣化和纖維化。 類風濕性關(guān)節(jié)炎類風濕性關(guān)節(jié)炎 溶酶體膜很易脆裂，其釋放的酶導致關(guān)節(jié)組織損傷和發(fā)炎溶酶體膜很易脆裂，其釋放的酶導致關(guān)節(jié)組織損傷和發(fā)炎 。過氧化物酶體過氧化物酶體 過氧化物酶體，又稱微體，由過氧化物酶體，又稱微體，由J. Rhodin（1954年）首年）首次在鼠腎小管上皮細胞中發(fā)現(xiàn)。是一種具有異質(zhì)性的細胞次在鼠腎小管上皮細胞中發(fā)現(xiàn)。是一種具有異質(zhì)性的細

12、胞器，在不同生物及不同發(fā)育階段有所不同。直徑約器，在不同生物及不同發(fā)育階段有所不同。直徑約0.2-1.5um，通常為，通常為0.5um，呈圓形，橢圓形或啞呤形不等，由，呈圓形，橢圓形或啞呤形不等，由單層膜圍繞而成。單層膜圍繞而成。 除了除了成熟的紅細胞成熟的紅細胞外外, ,過氧化物酶體幾乎存在于過氧化物酶體幾乎存在于人體的所有細胞之中，人體的所有細胞之中，肝、肝、 腎臟腎臟等器官的細胞比較等器官的細胞比較多。多。 過氧化物酶體包含有兩大類蛋白質(zhì)分子過氧化物酶體包含有兩大類蛋白質(zhì)分子, ,一類是一類是鑲嵌在膜上的蛋白質(zhì)分子鑲嵌在膜上的蛋白質(zhì)分子，另一類是，另一類是內(nèi)部的酶分子內(nèi)部的酶分子。過氧化

13、物酶體的功能是由這兩類蛋白質(zhì)分子來完成的過氧化物酶體的功能是由這兩類蛋白質(zhì)分子來完成的: :膜上承擔轉(zhuǎn)運功能的蛋白將底物從細胞質(zhì)中運進過氧膜上承擔轉(zhuǎn)運功能的蛋白將底物從細胞質(zhì)中運進過氧化物酶體化物酶體, ,在內(nèi)部酶分子的作用下在內(nèi)部酶分子的作用下, ,將底物分解或合成將底物分解或合成其它物質(zhì)其它物質(zhì), ,然后又被轉(zhuǎn)運回細胞質(zhì)中然后又被轉(zhuǎn)運回細胞質(zhì)中, ,參與其它生化反參與其它生化反應(yīng)。應(yīng)。 因此因此, ,過氧化物酶體是一種過氧化物酶體是一種 “ “來料加工來料加工”型的細型的細胞器。胞器。煙草葉肉細胞的過氧化物酶體煙草葉肉細胞的過氧化物酶體（中央具有（中央具有尿酸氧化酶形成的形成的晶體狀核心）

14、晶體狀核心） 晶體 過氧化物酶體過氧化物酶體和初級溶酶體的形和初級溶酶體的形態(tài)與大小類似，但態(tài)與大小類似，但過氧化物酶體中的過氧化物酶體中的尿酸氧化酶等常形尿酸氧化酶等常形成晶格狀結(jié)構(gòu)，可成晶格狀結(jié)構(gòu)，可作為電鏡下識別的作為電鏡下識別的主要特征。主要特征。過氧化物酶體的功能過氧化物酶體的功能 各類氧化酶的共性是將底物氧化后，生成過氧化氫。各類氧化酶的共性是將底物氧化后，生成過氧化氫。RH2+O2R+H2O2過氧化氫酶又可以利用過氧化氫，將其它底物（如醛、醇過氧化氫酶又可以利用過氧化氫，將其它底物（如醛、醇、酚）氧化。、酚）氧化。RH2+H2O2R+2H2O此外，當細胞中的此外，當細胞中的H2O

15、2過剩時，過氧化氫酶亦可催化以過剩時，過氧化氫酶亦可催化以下反應(yīng)：下反應(yīng)：2H2O2 2H2O + O2 在動物中，過氧化物酶體參與脂肪酸的在動物中，過氧化物酶體參與脂肪酸的氧化氧化（另一細（另一細胞器是線粒體），大鼠肝細胞過氧化物酶體在服用降脂靈后胞器是線粒體），大鼠肝細胞過氧化物酶體在服用降脂靈后，酶濃度升高，酶濃度升高10倍。過氧化物酶體還倍。過氧化物酶體還具有解毒作用具有解毒作用，因為過，因為過氧化氫酶能利用氧化氫酶能利用H2O2將酚、甲醛、甲酸和醇等有害物質(zhì)氧化將酚、甲醛、甲酸和醇等有害物質(zhì)氧化，飲入的酒精，飲入的酒精1/4是在過氧化物酶體中氧化為乙醛。（肝細是在過氧化物酶體中氧化為

16、乙醛。（肝細胞、腎細胞）胞、腎細胞） 分解脂肪酸等高能分子向細胞直接熱能。分解脂肪酸等高能分子向細胞直接熱能。 在植物中在植物中，過氧化物酶體主要有：，過氧化物酶體主要有：參與光呼吸作用參與光呼吸作用，將光合作用的副產(chǎn)物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，將光合作用的副產(chǎn)物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，在在萌發(fā)的種子中，進行脂肪的萌發(fā)的種子中，進行脂肪的-氧化，產(chǎn)生乙酰輔酶氧化，產(chǎn)生乙酰輔酶A，經(jīng)乙，經(jīng)乙醛酸循環(huán)，由異檸檬酸裂解為乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸醛酸循環(huán)，由異檸檬酸裂解為乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循環(huán)，因涉及乙醛酸循環(huán)，又稱循環(huán)，因涉及乙醛酸循環(huán)，又稱乙醛酸循環(huán)體乙醛酸循環(huán)體。過氧化物酶體

17、的發(fā)生過氧化物酶體的發(fā)生 從系統(tǒng)發(fā)生的角度來看，過氧化物酶體可能是一種從系統(tǒng)發(fā)生的角度來看，過氧化物酶體可能是一種古老細胞器，在光合生物出現(xiàn)后，大氣中的氧含量逐漸古老細胞器，在光合生物出現(xiàn)后，大氣中的氧含量逐漸提高，而細胞內(nèi)的氧對早期的生物具有毒害作用，過氧提高，而細胞內(nèi)的氧對早期的生物具有毒害作用，過氧化物酶體的功能就是消除細胞內(nèi)的氧，并產(chǎn)生細胞所需化物酶體的功能就是消除細胞內(nèi)的氧，并產(chǎn)生細胞所需要的某些代謝物。雖然在過氧化物酶體中黃素蛋白、氧要的某些代謝物。雖然在過氧化物酶體中黃素蛋白、氧化酶和過氧化氫酶之間可以形成一個簡單的呼吸鏈，但化酶和過氧化氫酶之間可以形成一個簡單的呼吸鏈，但不起能

18、量轉(zhuǎn)換的作用。后來線粒體產(chǎn)生后就取代了過氧不起能量轉(zhuǎn)換的作用。后來線粒體產(chǎn)生后就取代了過氧化物酶體的這種功能，并且其電子傳遞與化物酶體的這種功能，并且其電子傳遞與ATPATP合成相偶合成相偶聯(lián)。聯(lián)。 從個體發(fā)生的角度來看，過氧化物酶體來源于已從個體發(fā)生的角度來看，過氧化物酶體來源于已存在過氧化物酶體的分裂。過氧化物酶體中所有的酶存在過氧化物酶體的分裂。過氧化物酶體中所有的酶都由核基因編碼，在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成，在信號肽的都由核基因編碼，在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成，在信號肽的引導下，進入過氧化物酶體，引導蛋白質(zhì)進入過氧化引導下，進入過氧化物酶體，引導蛋白質(zhì)進入過氧化物酶體的信號序列是物酶體的信號序列是-Ser-Lys-Leu-COO-Ser-Lys-Leu-COO-。但對于過氧。但對于過氧化物酶體膜上與蛋白輸入有關(guān)的受體和轉(zhuǎn)位因子了解化物酶體膜上與蛋白輸入有關(guān)的受體和轉(zhuǎn)位因子了解甚少，至少和甚少，至少和2323種被稱為種被稱為peroxinperoxin的蛋白有關(guān)，其機理的蛋白有關(guān)，其機理顯著不同于線粒體和葉綠體的蛋白轉(zhuǎn)運，如受體顯著不同于線粒體和葉綠體的蛋白轉(zhuǎn)運，如受體Pex5Pex