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慢慢积累55-溶酶体
作者:汤姆    发布日期:2019-10-05

溶 酶 体


一、溶酶体知识整合(刘xk编辑)


1949年,de Duve等发现了酸性磷酸酶的作用。后经细胞化学鉴定和电镜观察,确认了含有酸性磷酸酶的颗粒,1955年de Duve与Novikoff,用分级分离技术从鼠肝细胞成功分离,首次发现溶酶体。溶酶体的功能[细胞生物学]于1956年将这种颗粒命名为溶酶体(lysosome)。它是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡,数目可多可少,大小也不等,含有60多种能够对蛋白质和多糖等起降解或消化作用的小体,故名溶酶体。其水解酶包括蛋白酶,核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类,这些酶均属于酸性水解酶。每个溶酶体所含的酶不尽相同,有的是水溶性的,有的则结合在膜上,但酸性磷酸酶在溶酶体普遍存在,故可作为溶酶体的标志酶。溶酶体具有异质性,形态、大小都有很大的不同。


溶酶体存在于所有原生动物和多细胞动物的细胞中。细菌中没有溶酶体,但植物细胞中存在类似溶酶体的细胞器。溶酶体内的pH为3.5~5.5,酶促反应的最适pH为5.0。溶酶体的这种酸性微环境有利于保持酸性水解酶的活性和水解过程,调节生物大分子跨溶酶体膜的转运。


根据完成其生理功能的不同阶段,可分为:初级溶酶体(primary lysosome),这种溶酶体只含水解酶而不含被催化的底物,这是一种处于潜伏状态的溶酶体;另一种为次级溶酶体(secondary  lysosome),不仅含有水解酶,而且还含有大量被催化的底物,这是一种正在进行消化作用的溶酶体。残余小体(residual body)。溶酶体与人类疾病有着较密切的关系,溶酶体异常会引发很多疾病,如痛风和矽肺等。


直径约0.2-0.5um膜厚7.5nm,内含物均一,无明显颗粒,是高尔基体分泌形成的。含有多种水解酶,但没有活性,只有当溶酶体破裂,或其它物质进入,才有酶活性。溶酶体膜虽然与质膜厚度相近,但成分不同,主要区别是:①膜有质子泵,将H

泵入溶酶体,使其PH值降低。②膜蛋白高度糖基化,可能有利于防止自身膜蛋白降解。


溶酶体的大多数酶为糖蛋白,具有M6P标志,带负电荷。由于溶酶体膜的内表面也带负电荷,溶酶体内的酶处于游离状态,这有利于预防溶酶体自身被消化。溶酶体膜上的质子泵V型H-ATP酶利用水解ATP产生能量,将细胞质中的H转运入溶酶体,引起pH值下降,从而维持溶酶体内的酸性环境。溶酶体膜上有多种转运蛋白。除H-ATP酶外,能将有待降解的生物大分子转运入溶酶体,并将酸性水解酶的降解产物转运出溶酶体,供细胞重新利用或排出细胞外。初级溶酶体的电子密度较高,酸性水解酶常处于无活性状态。只有在某种物质进入溶酶体或溶酶体膜受损伤时,酸性水解酶才有活性。


二、溶酶体的功能(刘xk编辑)


随着溶酶体作用机制研究的不断深入,溶酶体的其他功能不断被发现,包括溶酶体自噬作用以及溶酶体在细胞代澍、免疫、激素分泌调节等活动中的功能。


1、细胞内消化——溶酶体的主要功能是参与细胞内的各种消化活动。对高等动物而言,细胞的营养物质,主要来源于血液中的小分子物质,而一些大分子物质,通过内吞作用进入细胞。如,内吞低密度脂蛋白,获得胆固醇(溶酶体中)。对一些单细胞真核生物,溶酶体的消化作用更为重要。


2、细胞凋亡——在个体发生、细胞分化过程中,某些衰老细胞器和生物大分子等陷入溶酶体内并被消化掉,这是机体自身组织或器官的改造与重建的需要。如,昆虫、蛙类的变态发育等等,此过程是在基因控制下实现的,称为程序性细胞死亡。注定要消除的细胞,以出芽的形式,形成凋亡小体被巨噬细胞吞噬并消化。


3、自体吞噬——清除细胞中无用的生物大分子,衰老的细胞器等。如,许多生物大分子的半衰期,只有几小时至几天肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左右。


4、防御作用——与食物泡融合,将细胞吞噬的致病菌等消化成生物大分子,残渣通过外排出细胞。如,巨噬细胞可将吞噬进来的病菌或异源物质,在溶酶体中将病原体杀死并消化降解。


5、参与分泌过程的调节——如,将甲状腺球蛋白,降解成有活性的甲状腺素。


6、形成精子的顶体——顶体相当于一个化学钻,可溶穿卵子的皮层,使精子进入卵子。


Ashford和Porter(1962年)首先在肝细胞发现了“self-eating”现象,de Duve(1963年)将其命名为自噬(autophagy)。但直到20世纪90年代,自噬[2]的研究才迅速进展和深入。鉴于溶酶体是细胞代谢的关键细胞器,了解溶酶体在细胞自噬途径中的功能对于深入探讨细胞自噬机理具有重要的生理病理学价值。


2011年8月《生命科学》第23卷,第8期

  溶酶体途径在细胞自噬过程中的功能意义--复旦大学上海医学院王海杰*,谭玉珍


  慢慢积累55-溶酶体以上两图片引自医学教育网


   三、溶酶体与疾病(刘xk编辑)


溶酶体膜是一层单位膜,在正常情况下,它有明显的屏障作用,可防止水解酶进入胞质,以免细胞的结构被破坏而造成细胞的死亡。如果某些原因使溶酶体膜受损,各种水解酶便会进入胞质而使细胞分解;如果进入细胞间质,可导致组织自溶。矽肺、痛风等疾病的发生就与溶酶体膜遭受破坏有关。


1.矽肺(sihcosis)——是工业上的一种职业病,肺部吸人矽尘后,矽粉末(SiO2)被组织中(主要是肺部)的吞噬细胞吞噬,但是溶酶体不能破坏矽粉末,而矽粉末却能使溶酶体膜破坏,含有矽尘的吞噬小体&溶酶体,合并成为次级溶酶体释放出其中的水解酶,二氧化硅的羟基,与溶酶体膜的磷脂or蛋白形成氢键导致吞噬细胞溶酶体崩解,引起细胞死亡;细胞本身也被破坏矽尘释放出,后又被其他健康的巨噬细胞吞噬,如此反复进行,造成肺部细胞死亡,受损或已破坏的巨噬细胞,释放“致纤维化因子”。激活成纤维细胞,导致胶原纤维沉积,肺组织纤维化。临床表现是肺的弹性降低,肺功能损害。目前治疗矽肺,可用克矽平类药物中的聚以乙烯吡啶氧化物控制矽肺病程,当克矽平和矽粒进入溶酶体时,克矽平上的氢原子立即与矽酸分子结合,阻止矽酸分子与溶酶体膜结合,从而保护溶酶体膜不被破坏。


2.肺结核——结核杆菌不产生内、外毒素,也无荚膜 &侵袭性酶。但是,菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗细胞内的溶酶菌杀伤作用;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,重复上述过程,最终引起肺组织的钙化和纤维化。


3.各类贮积症——贮积症,是由于遗传缺陷引起的;由于溶酶体中的酶,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 & 瘫痪 该病主要出现在犹太人群中。


4.类风湿性关节炎(rheumatoidarthri)——即痛风,溶酶体膜很易脆裂其释放的酶,导致关节组织损伤和发炎。其发病原因与沉积在骨膜腔和结缔组织中的尿酸结晶有关,该结晶被中性粒细胞吞噬,释放肺原酶,破坏软骨组织而产生炎症。此病所导致的关节骨膜组织的炎症性变化以及关节软骨细胞的坏死,被认为是细胞内的溶酶体的局部释放所致。


2011年8月《生命科学》第23卷,第8期

溶酶体途径在细胞自噬过程中的功能意义--复旦大学上海医学院王海杰*,谭玉珍


另有


——溶酶体与人类疾病——《潍坊学院学报》2002.04    p.116  刘慧莲


——人类溶酶体与溶酶体疾病——《生物学教学》2010.04.p.02


——溶酶体与肿瘤相关性研究进展——《肿瘤药学》2011.10


四、次级溶酶体与残体


1、次级溶酶体——这些都是消化泡,正在进行或完成消化作用的溶酶体,内含水解酶和相应的底物,可分为异噬溶酶体(phagolysosome)和自噬溶酶体(autophagolysosome),前者消化的物质来自外源,后者消化的物质来自细胞本身的各种组分。根据溶酶体作用物的来源,将次级溶酶体分为:


(1)异生性溶酶体(het-erolysosome),系指不能透过质膜的大分子溶液或病毒、细菌等,前者通过胞饮作用(其中也包括受体介导的内吞作用)形成的胞饮泡(或胞内体),后者通过吞噬作用形成的吞噬泡,分别与初级溶酶体(或内溶酶体)融合后形成次级溶酶体(或溶酶体)。


溶酶体的来源


图片(溶酶体的来源)

(2)自生性溶酶体(autolysosome)或自噬溶酶体([1]autophagolyso-some),系指包围了部分被损伤或衰老细胞器(线粒体、内质网碎片等)的自体吞噬体(autophagosome)与初级溶酶体(或内溶酶体)融合后形成的次级溶酶体。其消化的物质是内源性的。内含不能被消化的残留物质的次级溶酶体被称为残留小体。残留物质有的可排出,有的长期贮留在细胞内不被排出。


2、残体——又称后溶酶体(post-lysosome)已失去酶活性,仅留未消化的残渣故名,残体可通过外排作用排出细胞,也可能留在细胞内逐年增多,如肝细胞中的脂褐质。


初级溶酶体是在高尔基体的trans面以出芽的形式形成的,其形成过程如下。


内质网上核糖体合成溶酶体蛋白→进入内质网腔进行N-连接的糖基化修饰,溶酶体酶蛋白先带上3个葡萄糖、9个甘露糖和2个N-乙酰葡萄糖胺,后切除三分子葡萄糖和一分子甘露糖→进入高尔基体Cis面膜囊→N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑→将N-乙酰葡糖胺磷酸转移在1~2个甘露糖残基上→在中间膜囊由N-乙酰葡萄糖苷酶切去N-乙酰葡糖胺形成M6P配体→与trans膜囊上的受体结合→选择性地包装成初级溶酶体。


慢慢积累55-溶酶体


● 分选过程


图9-48 综合了溶酶体酶的甘露糖6-磷酸分选途径和溶酶体形成的主要过程。


溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体,并进行甘露糖残基的磷酸化。在反面高尔基网络,磷酸化的酶同M6P受体结合,通过该受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中,然后网格蛋白外被很快解体。无包被的运输小泡很快与次级内体融合, 由于次级内体中pH呈酸性,致使磷酸化的酶与M6P受体脱离,接着脱磷酸。通过次级内体的分选作用。


溶酶体的酶进入从次级内体出芽形成的运输小泡,接着同溶酶体融合完成溶酶体酶的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。为简化起见,图中只标出酶蛋白的一个糖基化位点,实际上大多数糖蛋白具有多个糖基化的位点。M6P受体也位于细胞质膜中,它能够同偶尔分泌到细胞外磷酸化的溶酶体酶结合,并形成由网格蛋白包被的运输泡,最后同样被传递给溶酶体。


五、关于液泡


植物细胞、绿藻和真菌,如酵母菌内的液泡(vacuole)类似于动物细胞的溶酶体,也含有大量水解酶,呈酸性微环境。细胞内常含有一个至几个体积较大的液泡。植物细胞主要含有营养性液泡和贮存性液泡,中央大液泡是营养性液泡的特殊形式。在90%的不同类型细胞中,液泡约占细胞体积的30%。液泡膜系统是由细胞合成和内吞两条途径产生的。液泡对于细胞的营养物质的贮藏和消化、内环境稳定和外界环境多变引起的防御反应起着重要作用。另外,植物细胞的液泡具有维持细胞膨压以防止植物萎蔫的作用。酵母菌的液泡将钙离子输入或输出以维持细胞钙离子水平恒定,并保持磷酸盐和多磷酸盐的浓度。


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