第七章 溶酶體.doc

第五節(jié) 溶酶體與過氧化物酶體一、溶酶體的結構1955年de Duve與Novikoff首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（lysosome）。它是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器，其主要功能是進行細胞內消化。具有異質性，形態(tài)大小及內含的水解酶種類都可能有很大的不同，標志酶為酸性磷酸酶。根據(jù)完成其生理功能的不同階段可分為初級溶酶體（primary lysosome），次級溶酶體（secondary lysosome）和殘體（residual body）。1、初級溶酶體直徑約0.20.5um膜厚7.5nm，內含物均一，無明顯顆粒，是高爾基體分泌形成的（圖6-27）。含有多種水解酶，但沒有活性，只有當溶酶體破裂，或其它物質進入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶類，已知60余種，這些酶均屬于酸性水解酶，反應的最適PH值為5左右，溶酶體膜雖然與質膜厚度相近，但成分不同，主要區(qū)別是：膜有質子泵，將H+泵入溶酶體，使其PH值降低。膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。圖6-27 初級溶酶體 引自http:/www.uni-mainz.de2、次級溶酶體這些都是消化泡（圖6-28），正在進行或完成消化作用的溶酶體，內含水解酶和相應的底物，可分為異噬溶酶體（phagolysosome）和自噬溶酶體（autophagolysosome），前者消化的物質來自外源，后者消化的物質來自細胞本身的各種組分。圖6-28 次級溶酶體 引自http:/www.uni-mainz.de3、殘體又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘渣故名，殘體可通過外排作用排出細胞，也可能留在細胞內逐年增多，如肝細胞中的脂褐質（圖6-29）。圖6-29 肝細胞中的脂褐質 引自細胞生物學超微結構圖譜1989二、溶酶體的功能溶酶體的主要作用消化作用，是細胞內的消化器官，細胞自溶，防御以及對某些物質的利用均與溶酶體的消化作用有關。細胞內消化：對高等動物而言細胞的營養(yǎng)物質主要來源于血液中的水分子物質，而一些大分子物質通過內吞作用進入細胞，如內吞低密脂蛋白獲得膽固醇，對一些單細胞真核生物，溶酶體的消化作用就更為重要了。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，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，被巨噬細胞吞噬并消化。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10天左右。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解。參與分泌過程的調節(jié)，如將甲狀腺球蛋白降解成有活性的甲狀腺素。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，使精子進入卵子。三、溶酶體的發(fā)生初級溶酶體是在高爾基體的trans面以出芽的形式形成的，其形成過程如下。內質網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白進入內質網(wǎng)腔進行N-連接的糖基化修飾進入高爾基體Cis面膜囊N-乙酰葡糖胺磷酸轉移酶識別溶酶體水解酶的信號斑將N-乙酰葡糖胺磷酸轉移在12個甘露糖殘基上在中間膜囊切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配體與trans膜囊上的受體結合選擇性地包裝成初級溶酶體。四、溶酶體與疾病1矽肺二氧化硅塵粒（矽塵）吸入肺泡后被巨噬細內吞噬，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吞噬，如此反復進行。受損或已破壞的巨噬細胞釋放“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。2肺結核結核桿菌不產生內、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的溶菌殺傷作用，使結核桿菌在肺泡內大量生長繁殖，導致巨噬細胞裂解，釋放出的結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。 3各類貯積癥貯積癥（storage disease）是由于遺傳缺陷引起的，由于溶酶體的酶發(fā)生變異，功能喪失，導致底物在溶酶體中大量貯積，進而影響細胞功能，常見的貯積癥主要有以下幾類。臺-薩氏綜合征（Tay-Sachs diesease）：要叫黑蒙性家族癡呆癥，溶酶體缺少氨基已糖酯酶A（-N-hexosaminidase），導致神經(jīng)節(jié)甘脂GM2積累（圖6-30），影響細胞功能，造成精神癡呆，26歲死亡?；颊弑憩F(xiàn)為漸進性失明、病呆和癱瘓，該病主要出現(xiàn)在猶太人群中。圖6-30 臺-薩氏綜合征神經(jīng)元中同心圓狀的溶酶體 引自細胞生物學超微結構圖譜1989II型糖原累積?。≒ompe?。喝苊阁w缺乏-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶體中積累，導致心、肝、舌腫大和骨骼肌無力。屬常染色體缺陷性遺傳病，患者多為小孩，常在兩周歲以前死亡。Gaucher病：又稱腦苷脂沉積病,是巨噬細胞和腦神經(jīng)細胞的溶酶體缺乏- 葡萄糖苷酶造成的。大量的葡萄糖腦苷脂沉積在這些細胞溶酶體內,巨噬細胞變成Gaucher 細胞，患者的肝、脾、淋巴結等腫大，中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生退行性變化，常在1 歲內死亡。細胞內含物?。╥nclusion-cell disease，I-cell disease）：一種更嚴重的貯積癥，是N-乙酰葡糖胺磷酸轉移酶單基因突變引起的。由于基因突變，高爾基體中加工的溶酶體前酶上不能形成M6P分選信號，酶被運出細胞（default pathway）。這類病人成纖維細胞的溶酶體中沒有水解酶，導致底物在溶酶體中大量貯積，形成所謂的“包涵體（inclusion）”。另外這類病人肝細胞中有正常的溶酶體，說明溶酶體形成還具有M6P之外的途徑。4類風濕性關節(jié)炎溶酶體膜很易脆裂，其釋放的酶導致關節(jié)組織損傷和發(fā)炎 。五、過氧化物酶體過氧化物酶體（peroxisome）又稱微體（microbody），由J. Rhodin（1954）首次在鼠腎小管上皮細胞中發(fā)現(xiàn)。是一種具有異質性的細胞器，在不同生物及不同發(fā)育階段有所不同。直徑約0.21.5um，通常為0.5um，呈圓形，橢圓形或啞呤形不等，由單層膜圍繞而成（圖6-31）。共同特點是內含一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶和過氧化氫酶（標志酶），已發(fā)現(xiàn)40多種氧化酶，如L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等，其中尿酸氧化酶（urate oxidase）的含量極高，以至于在有些種類形成酶結晶構成的核心（圖6-32）。圖6-31 人肝細胞過氧化物酶體（Ps，沒有尿酸氧化酶結晶） 引自細胞生物學超微結構圖譜1989圖6-32 煙草葉肉細胞的過氧化物酶體（中央具有尿酸氧化酶形成的晶體狀核心）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、酚）氧化。RH2+H2O2R+2H2O此外當細胞中的過剩時，過氧化氫酶亦可催化以下反應：2H2O2 2H2O + O2在動物中過氧化物酶體參與脂肪酸的氧化（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，酶濃度升高10倍。此外過氧化物酶體還具有解毒作用，因為過氧化氫酶能利用H2O2將酚、甲醛、甲酸和醇等有害物質氧化，飲入的酒精1/4是在過氧化物酶體中氧化為乙醛。在植物中過氧化物酶體主要有：參與光呼吸作用，將光合作用的副產物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，在萌發(fā)的種子中，進行脂肪的-氧化，產生乙酰輔酶A，經(jīng)乙醛酸循環(huán)，由異檸檬酸裂解為乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循環(huán)，因涉及乙醛酸循環(huán)，又稱乙醛酸循環(huán)體（glyoxysome）。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的細胞器，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的氧，并產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，但不起能量轉換的作用。后來線粒體產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ATP合成相偶聯(lián)。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都由核基因編碼，在細胞質基質中合成，在信號肽的引導下，進入過氧化物酶體，引導蛋白質進入過氧化物酶體的信號序列是-Ser-Lys-Leu-COO-。但對于過氧化物酶體膜上與蛋白輸入有關的受體和轉位因子了解甚少