第七章 溶酶體.doc

第五節(jié) 溶酶體與過(guò)氧化物酶體一、溶酶體的結(jié)構(gòu)1955年de Duve與Novikoff首次發(fā)現(xiàn)溶酶體（lysosome）。它是單層膜圍繞、內(nèi)含多種酸性水解酶類的囊泡狀細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行細(xì)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大的不同，標(biāo)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(jí)溶酶體（primary lysosome），次級(jí)溶酶體（secondary lysosome）和殘?bào)w（residual body）。1、初級(jí)溶酶體直徑約0.20.5um膜厚7.5nm，內(nèi)含物均一，無(wú)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(méi)有活性，只有當(dāng)溶酶體破裂，或其它物質(zhì)進(jìn)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(yīng)的最適PH值為5左右，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：膜有質(zhì)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(jí)溶酶體 引自http:/www.uni-mainz.de2、次級(jí)溶酶體這些都是消化泡（圖6-28），正在進(jìn)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，可分為異噬溶酶體（phagolysosome）和自噬溶酶體（autophagolysosome），前者消化的物質(zhì)來(lái)自外源，后者消化的物質(zhì)來(lái)自細(xì)胞本身的各種組分。圖6-28 次級(jí)溶酶體 引自http:/www.uni-mainz.de3、殘?bào)w又稱后溶酶體（post-lysosome）已失去酶活性，僅留未消化的殘?jiān)拭瑲報(bào)w可通過(guò)外排作用排出細(xì)胞，也可能留在細(xì)胞內(nèi)逐年增多，如肝細(xì)胞中的脂褐質(zhì)（圖6-29）。圖6-29 肝細(xì)胞中的脂褐質(zhì) 引自細(xì)胞生物學(xué)超微結(jié)構(gòu)圖譜1989二、溶酶體的功能溶酶體的主要作用消化作用，是細(xì)胞內(nèi)的消化器官，細(xì)胞自溶，防御以及對(duì)某些物質(zhì)的利用均與溶酶體的消化作用有關(guān)。細(xì)胞內(nèi)消化：對(duì)高等動(dòng)物而言細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)源于血液中的水分子物質(zhì)，而一些大分子物質(zhì)通過(guò)內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，如內(nèi)吞低密脂蛋白獲得膽固醇，對(duì)一些單細(xì)胞真核生物，溶酶體的消化作用就更為重要了。細(xì)胞凋亡：個(gè)體發(fā)生過(guò)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(guò)程是在基因控制下實(shí)現(xiàn)的，稱為程序性細(xì)胞死亡，注定要消除的細(xì)胞以出芽的形式形成凋亡小體，被巨噬細(xì)胞吞噬并消化。自體吞噬：清除細(xì)胞中無(wú)用的生物大分子，衰老的細(xì)胞器等，如許多生物大分子的半衰期只有幾小時(shí)至幾天，肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命約10天左右。防御作用：如巨噬細(xì)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(guò)程的調(diào)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(dāng)于一個(gè)化學(xué)鉆，可溶穿卵子的皮層，使精子進(jìn)入卵子。三、溶酶體的發(fā)生初級(jí)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(guò)程如下。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體合成溶酶體蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔進(jìn)行N-連接的糖基化修飾進(jìn)入高爾基體Cis面膜囊N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移酶識(shí)別溶酶體水解酶的信號(hào)斑將N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)移在12個(gè)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(jié)合選擇性地包裝成初級(jí)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(xì)內(nèi)吞噬，含有矽塵的吞噬小體與溶酶體合并成為次級(jí)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(dǎo)致吞噬細(xì)胞溶酶體崩解，細(xì)胞本身也被破壞，矽塵釋出，后又被其他巨噬細(xì)內(nèi)吞噬，如此反復(fù)進(jìn)行。受損或已破壞的巨噬細(xì)胞釋放“致纖維化因子”，并激活成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。2肺結(jié)核結(jié)核桿菌不產(chǎn)生內(nèi)、外毒素，也無(wú)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)核桿菌在肺泡內(nèi)大量生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞裂解，釋放出的結(jié)核桿菌再被吞噬而重復(fù)上述過(guò)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(dǎo)致底物在溶酶體中大量貯積，進(jìn)而影響細(xì)胞功能，常見(jiàn)的貯積癥主要有以下幾類。臺(tái)-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(dǎo)致神經(jīng)節(jié)甘脂GM2積累（圖6-30），影響細(xì)胞功能，造成精神癡呆，26歲死亡。患者表現(xiàn)為漸進(jìn)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(tái)-薩氏綜合征神經(jīng)元中同心圓狀的溶酶體 引自細(xì)胞生物學(xué)超微結(jié)構(gòu)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(dǎo)致心、肝、舌腫大和骨骼肌無(wú)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?。河址Q腦苷脂沉積病,是巨噬細(xì)胞和腦神經(jīng)細(xì)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(xì)胞溶酶體內(nèi),巨噬細(xì)胞變成Gaucher 細(xì)胞，患者的肝、脾、淋巴結(jié)等腫大，中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生退行性變化，常在1 歲內(nèi)死亡。細(xì)胞內(nèi)含物?。╥nclusion-cell disease，I-cell disease）：一種更嚴(yán)重的貯積癥，是N-乙酰葡糖胺磷酸轉(zhuǎn)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(hào)，酶被運(yùn)出細(xì)胞（default pathway）。這類病人成纖維細(xì)胞的溶酶體中沒(méi)有水解酶，導(dǎo)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(xì)胞中有正常的溶酶體，說(shuō)明溶酶體形成還具有M6P之外的途徑。4類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎溶酶體膜很易脆裂，其釋放的酶導(dǎo)致關(guān)節(jié)組織損傷和發(fā)炎 。五、過(guò)氧化物酶體過(guò)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(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。是一種具有異質(zhì)性的細(xì)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(diǎn)是內(nèi)含一至多種依賴黃素（flavin）的氧化酶和過(guò)氧化氫酶（標(biāo)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(jié)晶構(gòu)成的核心（圖6-32）。圖6-31 人肝細(xì)胞過(guò)氧化物酶體（Ps，沒(méi)有尿酸氧化酶結(jié)晶） 引自細(xì)胞生物學(xué)超微結(jié)構(gòu)圖譜1989圖6-32 煙草葉肉細(xì)胞的過(guò)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(guò)氧化氫。RH2+O2R+H2O2過(guò)氧化氫酶又可以利用過(guò)氧化氫，將其它底物（如醛、醇、酚）氧化。RH2+H2O2R+2H2O此外當(dāng)細(xì)胞中的過(guò)剩時(shí)，過(guò)氧化氫酶亦可催化以下反應(yīng)：2H2O2 2H2O + O2在動(dòng)物中過(guò)氧化物酶體參與脂肪酸的氧化（另一細(xì)胞器是線粒體），大鼠肝細(xì)胞過(guò)氧化物酶體在服用降脂靈后，酶濃度升高10倍。此外過(guò)氧化物酶體還具有解毒作用，因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶能利用H2O2將酚、甲醛、甲酸和醇等有害物質(zhì)氧化，飲入的酒精1/4是在過(guò)氧化物酶體中氧化為乙醛。在植物中過(guò)氧化物酶體主要有：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(guò)氧化氫，在萌發(fā)的種子中，進(jìn)行脂肪的-氧化，產(chǎn)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(lái)看，過(guò)氧化物酶體可能是一種古老的細(xì)胞器，在光合生物出現(xiàn)后，大氣中的氧含量逐漸提高，而細(xì)胞內(nèi)的氧對(duì)早期的生物具有毒害作用，過(guò)氧化物酶體的功能就是消除細(xì)胞內(nèi)的氧，并產(chǎn)生細(xì)胞所需要的某些代謝物。雖然在過(guò)氧化物酶體中黃素蛋白、氧化酶和過(guò)氧化氫酶之間可以形成一個(gè)簡(jiǎn)單的呼吸鏈，但不起能量轉(zhuǎn)換的作用。后來(lái)線粒體產(chǎn)生后就取代了過(guò)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(gè)體發(fā)生的角度來(lái)看，過(guò)氧化物酶體來(lái)源于已存在過(guò)氧化物酶體的分裂。過(guò)氧化物酶體中所有的酶都由核基因編碼，在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成，在信號(hào)肽的引導(dǎo)下，進(jìn)入過(guò)氧化物酶體，引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入過(guò)氧化物酶體的信號(hào)序列是-Ser-Lys-Leu-COO-。但對(duì)于過(guò)氧化物酶體膜上與蛋白輸入有關(guān)的受體和轉(zhuǎn)位因子了解甚少