典型蛋白质结构分子的功能和代谢溶酶体

典型蛋白质结构分子的功能和代谢溶酶 体
溶酶体
一.溶酶体的结构类型 二.溶酶体的功能 三.溶酶体的发生
一、
(一) 溶酶体膜的特征： 1.嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境； 2.具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运； 3.膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降
解。 (二)溶酶体的标志酶： 酸性磷酸酶（acid phosphatase）
溶酶体通过自（体吞）噬泡分解其内容物来实现 对细胞内各组分的再利用，也通过胞吞作用实现对其 它物质的利用。
溶酶体降解蛋白质无选择性，其抑制剂对非正常 蛋白质或短寿命酶无快速降解的效应，这防止了饥饿 状态下蛋白质的加速度崩溃。
许多正常的和病理的活动经常随伴溶酶体活性的 升高。糖尿病会刺激溶酶体的蛋白质分解，产后子宫 的萎缩（9天内从2kg降到50 g）是溶酶体活性增高的结 果。很多慢性炎症，如类风湿性关节炎等，引起溶酶 体酶的细胞外释放，其酶会损坏周围的组织。
次级溶酶体 引自http://www.uni-mainz.de
3、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。
肝细胞中的脂褐质 引自《细胞生物学超微结构图谱》1989
动物细胞溶酶体系统示意图
三、
(一)发生途径
(二) 分选途径多样化
(三)酶的加工方式多样化
糖侧链的部分水解、膜蛋白等
(一) 溶酶体的发生过程
（二）分选途径多样化
依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通 过运输小泡直接分泌到细胞外 ； 在细胞质膜上也存在 依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结 合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中 ，M6P受体返回细胞质膜，反复使用。
2.泛肽随即转接到几种小蛋白质中的某一小蛋白质 的巯基上，形成泛肽-携带蛋白（E2）。
3.泛肽-蛋白连接酶(E3，Mr约180000）将活化的泛 肽移到赖氨酸的ε-氨基上，它是E3事先与之结合了的蛋 白质的一个残基，形成异肽键。
通常许多泛肽分子与无用的蛋白质相连，可能有 20个泛肽分子依次与目的蛋白质相连，形成多泛肽链， 每一泛肽的Lys48都与下一个泛肽的C末端羧基相连，形 成一个异肽键。
初级溶酶体 引自http://www.uni-mainz.de
2、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， 可分为自噬溶酶体 （autophagolysoso me）和异噬溶酶体 （phagolysosome）， 前者消化的物质来自 细胞本身的各种组分, 后者消化的物质来自 外源。
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。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，已知60余种， 这些酶均属于酸性水解 酶，反应的最适PH值为 5左右，溶酶体膜虽然 与质膜厚度相近，但成 分不同。
泛肽连接的蛋白质在ATP-
内源过期蛋白质
细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而 不影响细胞的正常功能
泛肽识别并在溶酶体中水解
• 泛肽
过期蛋 白质 泛肽
溶酶体
复合体
氨基酸
泛肽
溶酶体
双层膜
被标记后 的内源蛋 白质
各种 水解
酶
50~500nm
游离于细胞质中，过于微小难以观察
2.泛肽给选择降解的蛋白质加以标记
泛肽（ubiguitin）给选择降解的蛋白质加标记 泛肽是76个AA的单体蛋白质，高度保守，人、
蟾蜍、鳟鱼、果蝇是同一的，人和酵母的泛肽 只3个氨基酸不同。在对无细胞的兔网织红细 胞体系分析时发现，ATP-依赖的蛋白质的分解 需要泛肽伴随。 被降解的蛋白质先与泛肽结合进行标记，被标 记的氨基酸被激活。标记分三步进行：
还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分 泌溶酶体）
蛋白质降解的反应机制
◇ 1.溶酶体无选择的降解蛋白质 ◇ 2.泛肽给选择降解的蛋白质加以标记
1.溶酶体无选择的降解蛋白质
（1）溶酶体组成及特点 含有50种水解酶（组织蛋白酶），最适PH
为5.0左右，在细胞溶胶PH下无活性。 （2）溶酶体对细胞内组分的利用是和膜融合后
二、溶酶体的功能
（一）清除无用的生物大分子、衰老的细胞 器及衰老损伤和死亡的细胞；
（二）防御功能（病原体感染刺激单核细胞 分化成巨噬细胞而吞噬、消化）；
（三） 其它重要的生理功能 （四） 溶酶体与疾病
其它重要的生理功能
作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；
分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒可能参 与分泌过程的调节
类风湿性关节炎 溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。
矽肺 二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，含有矽尘 的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体。二氧化硅的羟基与 溶酶体膜的磷脂或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解， 细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细内吞噬，如 此反复进行。受损或已破坏的巨噬细胞释放“致纤维化因子”， 并激活成纤维细胞，导致胶原纤维沉积，肺组织纤维化。
ATP AMP+PPi E1-S-
E1-SH
E2-SH E1-SH
E2-S-
E3 E2-SH
E1：泛肽活化酶 E2：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶
多泛肽化蛋白
19S调节亚基
ATP 20S蛋白酶体
ATP
去折叠 水解
蛋白质标记后进入溶酶体被分解
26S蛋白酶体
1.在“需-ATP”的反应中，泛肽的羧基末端通过硫 酯键与泛肽-活化酶（E1）偶联。
小分子单元
白细胞杀菌、细胞自 溶也与之有关
比喻：
溶
“消化车间”
酶
体 形态：是一种单层膜的囊状小泡
特点：含有多种水解酶
功能：分解衰老损伤的细胞器， 杀死入侵的病毒和病菌。
思考题
举例说明功能蛋白与结构蛋白分解代谢的 不同之处？
绝大多数被快速降解的酶居于重要的代谢控制位 置，酶对降解的敏感性与它们的催化活性和别构性质 密切相关，细胞能有效地对它的环境及代谢需求作出 应答。
蛋白质降解的速度还与它的营养及激素状态有关。 营养不足时，细胞提高降解速度，维持重要代谢。
溶酶体lysosome无选择的降解
溶酶体单层膜，含约50种水解酶，包括不同种的 蛋白酶。内部pH在5左右，为所含酶的最适pH。
细菌的选择性：如大肠杆菌（E. coli）中β半乳糖 苷酶的amber与ochre突变型，其半存活期仅几分钟，而 正常酶很稳定。绝大多数的非正常蛋白质的易降解可 能是化学修饰或不断变性，这不一定是突变、或转录 或翻译时出现误差。
正常蛋白质被排除的速度由蛋白质的特点决定， 某一蛋白质被排除的速度若为一级反应，表示它被降 解是偶然选择的，与其存活寿命无关。在组织中，不 同酶的半存活期有着很大差异。
用溶酶体的标志酶反应,可以辨认出不同形态与大小的溶 酶体。 (三)类型:根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段,大致 可 分 为 初级溶酶体（primary lysosome) 、 次 级 溶 酶 体 、 (secondary lysosome)和 残 余小体（residual body）
1、初级溶酶体
利用自身酶来降解。 （3）溶酶体降解蛋白质是无选择的。
内源蛋白质的降解特点
两特点①消除不正常的蛋白质；②消除累积过多 的酶和调节蛋白，维持细胞代谢的有序性。 降解的选择特性
细胞有选择地降解非正常蛋白质，如正常血红蛋 白存活期可达120天，但其与α-氨基β-氯代丁酸结合后 半存活期约10min。不稳定的血红蛋白在与此种丁酸衍 生物结合之后迅速降解，成了溶血性贫血分子疾患的 治疗药物。
参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；
受精过程中的精子的顶体反应。
溶酶体与疾病
溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引 起疾病。如台-萨氏（Tay-Sachs）等各种储积症（隐性的遗传 病），某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄 入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利 用胞内体中的酸性环境）