溶酶体的结构、功能与疾病
溶酶体的形态结构和具体功能

2)次级溶酶体
是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,
1)异噬溶酶体(phagolysosome),消化的物质来自外 源
2)自噬溶酶体(autophagolysosome) ,消化的物质来 自细胞本身的各种组分。
消化后的小分子物质通过膜上载体蛋白运送到基质,供细 胞利用。未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余体。
2.溶酶体的功能
1)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
(1)清除暂时不需要的酶或某些代谢产物。
(2)清除衰老的细胞器和生物大分子
(3)清除发育和成体中凋亡的细胞,主要由溶酶 体和蛋白媒体共同承担,是细胞的“清道夫”。
(4)清除衰老的细胞:巨噬细胞完成。
异常:溶酶体酶缺失或溶酶体酶代谢环节异常,影响代谢,导致储积症。
根据完成生理功能的不同阶段可分为
溶酶体
初级溶酶体
(primary lysosome)
次级溶酶体
(secondary lysosome)
后溶酶体(残体)
( residual body)
1)初级溶酶体
直径约0.2~0.5µm,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。
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。
2)肺结核
菌体成分抵抗胞内的溶菌杀伤作用,使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而重复上述过程 ,最终引起肺组织钙化和纤维化。
细胞生物学中的溶酶体结构与功能研究进展

细胞生物学中的溶酶体结构与功能研究进展细胞是构成生物体的基本单位,其中一个重要的细胞器是溶酶体。
溶酶体是各种细胞中的一种小泡状细胞器,它在维持细胞内环境平衡、废弃物的降解以及防御外界病原体等方面起着重要作用。
在近年来的研究中,科学家们对溶酶体的结构和功能进行了广泛的研究,并取得了一系列重要的进展。
一、溶酶体的结构及其与其他细胞器的关系溶酶体主要由膜限定的囊泡组成,其内含有多种不同的水解酶和蛋白酶等。
在细胞内,溶酶体与其他细胞器之间存在着密切的联系和相互作用。
1. 溶酶体与内质网:内质网是细胞质内一个分布广泛的膜系统,与溶酶体之间通过膜融合和膜蛋白的转运等方式相互交换物质和信息。
2. 溶酶体与高尔基体:高尔基体是细胞内的一个平突起的膜系统,它与溶酶体之间通过小泡的融合和膜蛋白的转运等方式相互联系。
3. 溶酶体与线粒体:溶酶体在线粒体的功能维持和垃圾清除过程中起关键作用,两者之间通过膜融合和酶的直接传递等方式相互联系。
上述结构关系的研究为溶酶体的功能和机理提供了重要的基础。
二、溶酶体的功能1. 废物降解:溶酶体是细胞内垃圾处理站,在细胞的新陈代谢过程中,产生的异常或蛋白质降解产物等废弃物被吞噬进入溶酶体,并在其中被水解酶和蛋白酶等降解为小分子物质,再进一步由细胞运输出去。
2. 感染防御:当细胞受到病原体的侵袭时,溶酶体会合成出一系列的酶,如溶菌酶和胞内溶酶体蛋白等,这些酶能够杀死病原体,并将其分解为无害的物质,保护细胞免受病原体的侵害。
3. 调节细胞凋亡:溶酶体参与了细胞凋亡的过程,当细胞需要自毁时,溶酶体会释放酶类物质,诱导细胞凋亡。
4. 路标功能:溶酶体通过与其他细胞器的相互作用,发挥了一种“路标”的作用,能够引导细胞内物质的运输和分配。
三、研究进展近年来,科学家们在溶酶体的结构和功能研究方面取得了一系列重要的突破。
1. 结构分析:利用冷冻电镜和光学显微镜等高分辨率的技术手段,科学家们成功地解析了溶酶体的分子结构,揭示了其复杂的内部结构。
关于溶酶体的课外知识

关于溶酶体的课外知识溶酶体是细胞内的一种重要细胞器,具有许多重要的功能和作用。
它在细胞内负责分解和降解各种分子,是细胞内的“消化器官”。
本文将深入探讨溶酶体的结构、功能以及与细胞生理活动的关系,旨在为读者提供更全面的关于溶酶体的课外知识。
一、结构溶酶体是由单层膜包围的液滴状细胞器。
其膜被称为溶酶体膜,内部填充着消化酶和其他水解酶。
通常,溶酶体的直径约为0.1至1.2微米,可以通过电子显微镜观察到其在细胞质中的分布。
此外,细胞内通路和运输机制也参与溶酶体的形成和定位。
二、功能1. 分解降解:溶酶体是细胞内的消化器官,其最主要的功能之一是通过消化酶降解和分解各种细胞内的废物、蛋白质复合物、损坏的细胞器和病原体。
这样,细胞可以将废物分解成较小的分子,并将其重新利用或排出体外。
2. 細胞吞噬:溶酶体在宿主细胞吞噬外来物体的过程中也起着重要的作用。
当细胞摄取外来物,如细菌或病毒时,它们会包裹在细胞膜的囊泡中,并融合到溶酶体中。
消化酶会将这些外来物体降解为无害的分子。
3. 调节细胞代谢:溶酶体中的酶参与细胞内代谢的调控,例如糖原的分解和合成、脂肪的降解和合成以及蛋白质的合成和降解。
这些过程对于维持细胞内平衡和正常功能至关重要。
4. 离子平衡:溶酶体还参与细胞内离子平衡的调节。
在细胞膜上存在各种离子泵和通道,这些通道通过调节溶酶体内外的离子浓度差来维持正常的细胞功能。
三、与细胞生理活动的关系溶酶体在细胞生理活动中发挥着重要的作用,与其他细胞器相互协作共同完成细胞的各种功能。
例如,溶酶体与内质网(ER)之间的相互作用促进蛋白质的正确折叠和修饰,并调控细胞内蛋白质的翻译后修饰。
此外,溶酶体与高尔基体之间的运输和融合,参与到细胞内分泌途径的调节中。
与线粒体之间的相互作用使细胞可以通过溶酶体降解损坏的线粒体,从而维持细胞内能量供应的正常水平。
此外,溶酶体还参与免疫应答和炎症反应。
在免疫细胞中,溶酶体吞噬病原体并将其降解,同时释放出一些信号分子来激活免疫反应。
《溶酶体与疾病》课件

废物和可重复利用的物质。
3
信号调控
溶酶体参与细胞信号途径,如细胞凋亡 和炎症反应。
溶酶体与疾病的关系
遗传突变
某些遗传突变会导致溶酶体功能异常,从而引发溶酶体相关疾病。
环境因素
暴露于有毒物质或特定环境条件下,溶酶体功能可能受到干扰,增加疾病风险。
病理生理
溶酶体在某些疾病的病理生理过程中发挥关键作用,如癌症和神经退行性疾病。
《溶酶体与疾病》PPT课 件
欢迎来到《溶酶体与疾病》PPT课件!在本课件中,我们将深入探讨溶酶体的 定义、结构与组成、功能,以及与疾病的关系,还会介绍常见的溶酶体相关 疾病、诊断与治疗,以及未来的研究方向。让我们开始吧!
溶酶体的定义
溶酶体是一种细胞内的颗粒状小器官,包含多种酶,其中以水解酶最为重要。 它们扮演着细胞内消化和废物处理的关键角色。
常见的溶酶体相关疾病
• 黑色素瘤 • 囊肿性纤维化 • 免疫缺陷相关疾病 • 老化相关疾病
溶酶体相关疾病的诊断与治疗
诊断 治疗
通过基因检测、影像学和生化指标诊断溶酶体相 关疾病。
目前的治疗方法包括基因治疗、药物疗法和支持 性治疗,着重于减轻症状和延缓疾病进展。
未来研究方向
未来的研究方向包括深入了解溶酶体的生物合成和降解机制,开发更准确的 诊断方法和创新的治疗策略,以及探索溶酶体与其他细胞器的相互作用与调 控机制。
溶酶体的结构与组成
结构
溶酶体由单层膜包裹,内含酶、蛋白质、离子通道 等。
组成
溶酶体包含多种水解酶,如蛋白酶、核酸酶和糖酶, 以及相关辅酶和膜蛋白。
溶酶体的功能
1
消化功能
溶酶体分解外源性物质(如细菌、病毒、质(如细胞器 老化产物)。
溶酶体清除细胞内垃圾,并将其分解为
细胞生物学全套资料--第五节溶酶体与过氧化物酶体

第五节溶酶体与过氧化物酶体一、溶酶体的结构* 1955年de Duve与Novikoff,首次发现溶酶体(lysosome)* 它是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡其主要功能是进行细胞内消化* 具有异质性,形态、大小及其内含的水解酶种类都可能有很大的不同,标志酶为酸性磷酸酶。
* 根据完成其生理功能的不同阶段,可分为:初级溶酶体(primary lysosome)次级溶酶体(secondary lysosome)残体(residual body)。
1、初级溶酶体* 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(图6-27)* 含有多种水解酶,但没有活性只有当溶酶体破裂or 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,均属于酸性水解酶,反应的最适pH值为5左右* 溶酶体膜与质膜厚度相近,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,可能利于防止自身膜蛋白降解图6-27 初级溶酶体引自http://www.uni-mainz.de/2、次级溶酶体* 都是消化泡(图6-28)正在进行or 完成消化作用的溶酶体内含水解酶和相应的底物* 分为异噬溶酶体,消化的物质来自外源自噬溶酶体消化的物质,是细胞本身的各种组分图6-28 次级溶酶体引自http://www.uni-mainz.de/3、残体* 又称后溶酶体已失去酶活性,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(图6-29)图6-29 肝细胞中的脂褐质引自《细胞生物学超微结构图谱》1989二、溶酶体的功能溶酶体的主要作用:* 消化作用,是细胞内的消化器官* 细胞自溶、防御&对某些物质的利用均与溶酶体的消化作用有关1、细胞内消化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、细胞凋亡个体发生过程中往往涉及组织or 器官的改造or 重建如,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。
溶酶体

溶酶体中酸性水解酶的合成,象其它蛋白质的生物合成过程一样,是由基因决定的,当基因突变引起酶蛋白 合成障阻时,可造成溶酶体酶缺乏。机体由于基因缺陷,可使溶酶体中缺少某种水解酶,致使相应作用物不能降 解而积蓄在溶酶体中,造成细胞代谢障阻,形成溶酶体贮积病。其主要的病理表现为有关脏器(肝、肾、心肌、骨 骼肌)中溶酶体过载,即细胞摄入过多或不能消化的物质,或因溶酶体酶活性降低,以及机体的年龄增长,从而在 细胞内出现大量溶酶体蓄积造成过载。目前已知这类疾病达40余种,国内可检测的有30多种(见词条:溶酶体贮 积症)。其中糖原贮积病Ⅱ型是最早被发现的。由于在肝细胞常染色体上的一个基因缺陷,使溶酶体内缺乏α-葡 萄糖苷酶,导致糖原无法降解为葡萄糖,而造成糖原在肝脏和肌肉大量积蓄。此病多发生于婴儿。临床表现为肌 无力,心脏增大,进行性心力衰竭,多于两周岁以前死亡,故此病又称为心脏型糖原沉着病。
对类风湿关节炎的病因还不清楚,但此病所表现出来的关节骨膜组织的炎症变化以及关节软骨细胞的腐蚀, 被认为是细胞内的溶酶体的局部释放所致。其原因可能是由于某种类风湿因子,如抗IgG,被巨噬细胞、中性粒 细胞等吞噬,促使溶酶体酶外逸。而其中的一些酶,如胶原酶,能腐蚀软骨,产生关节的局部损害,而软骨消化 的代谢产物,如硫酸软骨素,又能促使激肽的产生而参与关节的炎症反应。
产品特点Βιβλιοθήκη 溶酶体的酶有3个特点:(1)溶酶体表面高度糖基化,有助于保护自身不被酶水解。膜蛋白多为糖蛋白,溶酶体膜内表面带负电荷, 有助于溶酶体中的酶保持游离状态。这对行使正常功能和防止细胞自身被消化有着重要意义;
(2)所有水解酶在pH值=5左右时活性最佳,但其周围胞质中pH值=7.2。溶酶体膜内含有一种特殊的转运蛋白, 可以利用ATP水解的能量将胞质中的H+(氢离子)泵入溶酶体,以维持其pH值=5;
溶酶体知识点总结

溶酶体知识点总结溶酶体的结构溶酶体是一种膜包囊泡,内部含有多种水解酶和蛋白酶,以及酸性磷脂和酶原。
溶酶体的膜由磷脂和蛋白质构成,膜上蛋白质包括降解酶和转运蛋白。
溶酶体内的水解酶包括各种水解酶和糖蛋白酶,用来降解蛋白质、多糖和脂类等物质。
溶酶体中还有酶原和酶促进蛋白,用来帮助水解酶的成熟和活化。
溶酶体的功能1. 噬菌作用:溶酶体能够将被噬细胞的物质降解为小颗粒,然后吞噬吸收。
2. 肿瘤细胞的免疫清除:溶酶体可调节细胞凋亡、清除体内的癌细胞。
3. 细胞自噬:当细胞处于饥饿、感染或否则急性脱水情况时,细胞将通过自噬途径将多余或损坏的器官、膜蛋白降解。
4. 分泌:溶酶体还能将其中的水解酶、酿酒酶、溶菌酶成分等外泄进到细胞外,用于外部物质的吸收和分解。
溶酶体的功能失调溶酶体功能失调可能导致一系列疾病,如糖代谢障碍、关节炎、骨质疏松症、艾滋病等。
酶蛋白屏蔽会使蛋白质在分解前直接积聚在细胞内,引起众多疾病。
溶酶体的发展加入溶酶体自动成熟的前提下,也可使活物脱离体表,因而出生子代成熟。
而溶酶体缺失则可能会使活物发育不全,最终导致不能成熟。
溶酶体和细胞自噬溶酶体还参与了细胞自噬的过程。
当细胞处于压力环境下,溶酶体可以帮助清除和降解细胞内的受损或不需要的细胞器和蛋白质,从而维持细胞内环境的稳定性。
溶酶体和疾病溶酶体的功能紊乱可能会引发一系列疾病,如溶酶体酶缺乏症、溶酶体存储病等。
溶酶体酶缺乏症是指因溶酶体内水解酶缺乏或功能异常而导致的疾病,如漉鹿'氏病、折羊病等。
溶酶体存储病是指因溶酶体内酶缺乏或功能异常而导致的疾病,如黏多糖症、黏酸症等。
溶酶体的药物靶点溶酶体在药物研发中被认为是一个重要的靶点。
目前,已经有一些针对溶酶体的药物被用于临床治疗,如利拉鲁唑、奥拉罗帕尼、奥拉帕尼等。
这些药物主要用于治疗溶酶体相关的疾病。
总之,溶酶体是细胞内的一个重要的功能器官,它主要负责细胞内外物质的降解、吸收和排泄。
溶酶体的结构包括膜、水解酶、酶原和蛋白酶等成分。
溶酶体的特点范文

溶酶体的特点范文溶酶体是一种存在于真核细胞中的膜包囊,具有多种重要的功能。
它们主要负责分解、消化和回收细胞内外的物质。
本文将详细介绍溶酶体的结构、功能和特点。
1.结构:溶酶体是由一个或多个膜包被的囊泡组成的。
通常,它们具有单层膜结构,由磷脂双层构成。
这种膜结构具有高度的稳定性和选择性通透性。
虽然溶酶体的形状和大小各不相同,但它们通常是圆形或椭圆形的,直径在0.1-1微米之间。
2.成分:溶酶体内含有许多水解酶,其中最重要的是酸性水解酶,如酸性蛋白酶、脂酶和核酸酶。
这些水解酶在酸性条件下才能发挥作用,因此溶酶体内部的pH值通常低于细胞质的pH值,约为4.5-5.0。
此外,溶酶体内还包含一些降解物质的转运蛋白、溶酶体膜蛋白和酸性磷酸酶等。
3.生成和定向:溶酶体通常在高尔基体中形成。
高尔基体是一个细胞内的复杂膜系统,负责合成和修饰蛋白质,并将其送往溶酶体。
高尔基体合成的酸性水解酶会被装入转运膜泡中,然后通过内质网和高尔基体间质中的囊泡运输途径被转运到早期溶酶体。
在早期溶酶体内,这些转运囊泡会与其他早期溶酶体融合,形成晚期溶酶体。
最后,晚期溶酶体会与细胞膜融合,将其内部的消化酶释放到细胞外。
4.功能:溶酶体的主要功能是分解、消化和回收细胞内外的物质。
当细胞摄取外源性物质,如细菌、病毒或坏死细胞时,这些物质会与溶酶体膜结合,并被摄取到早期溶酶体中。
早期溶酶体会与吞噬囊泡融合,形成消化溶酶体,然后通过内部的水解酶对这些物质进行降解和消化。
溶酶体还能分解和消化细胞内部的老化或故障的器官和细胞器,从而维持细胞的正常功能。
此外,溶酶体还可以通过胞吐作用释放内含物质,例如,免疫细胞可以释放溶酶体内的消化酶来杀死侵入的病原体。
5.特点:(1)溶酶体是真核细胞中唯一拥有内膜结构的细胞器。
这种内膜结构赋予溶酶体具有高度选择性的功能,使其能够将特定的物质从细胞内、外区分开来,从而保护细胞的稳态。
(2)溶酶体在维持细胞内稳态和物质代谢中起着重要作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
真核生物细胞器溶酶体的研究综述摘要:溶酶体(lysosomes)是具有一组水解酶、并起消化作用的细胞器。
溶酶体为细胞内的一种细胞器,外被单位膜,内含多种更至些壁堕,能分解各种内生性或外源性物质,被视为细胞内的消化装置。
所有动物细胞(除成熟的红细胞外)和许多植物细胞均有溶酶体。
它是细胞普遍存在的一种细胞器。
内部基质含有多种高浓度的酸性水解酶。
许多研究表明,溶酶体态细胞的正常生理活动、病理过程和药理作用等方面都多有非常重要的作用。
本文将从溶酶体的发现、化学组成、结构、发生、功能极其与人类的关系等多个方面对之展开深入探讨。
关键词:溶酶体发现化学组成结构发生功能前言:溶酶体(lysosome)为细胞浆内由单层脂蛋白膜包绕的内含一系列酸性水解酶的小体。
是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器,溶酶体内含有许多种水解酶类,能够分解很多种物质,溶酶体被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。
Christian de Duve(1955)在大鼠肝脏中,从比线粒体分区稍轻的地方得到含有水解酶的颗粒分区,并以可进行水解(lyso)的小体(some)这个意义而命名为溶解体(lysosome)。
溶酶体中含有40种以上的酸性水解酶,是在酸性区域具有最适pH的水解酶组。
据电子显微镜观察,溶酶体是由6~8毫微米厚的单层膜所围着的直径为0.4微米至数微米的颗粒或小泡。
由于其形态极其多样化,所以把对酸性磷酸酶活性为阳性的物质鉴定为溶酶体。
溶酶体可分为三大类,初级溶酶体(primary lysoso-me)、次级溶酶体(secondary lysosome)和残余小体。
溶酶体是由高尔基体断裂产生,单层膜包裹的小泡,数目可多可少,大小也不等,溶酶体的pH为5左右,是其中酶促反应的最适pH。
1 溶酶体的发现1955年de Duve与Novikoff首次发现溶酶体(lysosome)。
德迪夫(DE Duve,Christian Rene)比利时细胞学家。
在二十世纪的五十年代初期,Christian de Duve 和他的同事在研究亚细胞组分时发现了溶酶体,不过,溶酶体的发现带有很大的偶然性。
de Duve 对胰岛素在碳水化合物代谢中的作用很感兴趣, 他打算通过对葡糖-6-磷酸酶在细胞内的定位来研究胰岛素对碳水化合物代谢的影响, 该酶在细胞内的作用是向血液中释放葡萄糖。
在试验中,他们选用酸性磷酸酶作为对照,因为酸性磷酸酶并不参与碳水化合物的代谢。
他们先用0.25M的蔗糖对肝组织进行匀浆,然后用差速离心分离细胞组分。
实验中发现葡糖-6-磷酸酶总是与微粒体在一起被分离。
这一发现非常重要,因为当时人们普遍认为微粒体就是破碎的线粒体囊泡,由于葡糖-6-磷酸酶只与微粒体相关, 并不与线粒体一起被分离, 这就有理由推测, 微粒体是不同于线粒体的细胞结构。
另一方面,他们发现虽然在离心分离的线粒体组分中酸性磷酸酶的浓度最高,但也只占肝细胞中酸性磷酸酶总量的10%, 还有90%的酸性磷酸酶在离心分离过程中是如何分部的并不了解。
当时他并没有重新分析实验结果,因为时间太晚了,于是将样品放在低温下冷藏起来。
可是,几天后当他重新分析分离样品的酸性磷酸酶时,发现活性比原来高出了10倍。
于是 de Duve 推测∶某些酸性磷酸酶在分离的线粒体组分中可能被"隐藏"了,在冷藏过程中酸性磷酸酶被某种因素激活。
于是他对冷藏的线粒体分离样品重新离心,将线粒体沉淀后分析上清液中酸性磷酸酶的活性,发现上清液中的酸性磷酸酶的活性提高了,这就是说,冷藏后酸性磷酸酶活性的提高主要是由于可溶性的酸性磷酸酶量的增加。
虽然这一发现与de Duve原来的研究目的无关,但是他决定继续研究下去,因为他意识到这种发现有某种重要性。
他很快发现除了冷藏之外还有其它的一些处理也可以提高酸性磷酸酶的活性。
他们发现在样品匀浆过程中,通过冷冻、加热、添加去垢剂等都能够提高肝组织匀浆液中酸性磷酸酶的活性。
由于所采取的措施都是促进膜的破裂, 于是推测∶酸性磷酸酶位于膜结合的细胞器中,因为他们用于分析酸性磷酸酶活性的底物都是不能通过扩散穿过膜的双脂层, 只有膜破裂之后待酸性磷酸酶释放到溶液中才能测到酶的活性。
细胞内有很多种膜结合细胞器,酸性磷酸酶到底存在于何种膜结合细胞器中? de Duve 原先将酸性磷酸酶定位在线粒体中,后来在一次偶然的实验中,否定了这一假设。
他的一位学生在离心分离线粒体时,并没有用超速离心而是用了较低的速度,这种较低速度的离心同样分离到大量的线粒体组分,但是在收集的线粒体组分中没有可检测的酸性磷酸酶的活性。
这种偶然的发现导致de Duve相信酸性磷酸酶位于其它的膜结合细胞器中。
为了验证这一想法,他重新设计了分离线粒体的离心分离方法,按照原先的方法分离线粒体组分后,再调整离心速度重新进行离心分离,得到大小两部分(fraction),发现与线粒体功能有关的酶,如细胞色素氧化酶, 存在于大的部分中,而酸性磷酸酶和另一些水解酶类(核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、β-葡萄糖醛酸酶、组织蛋白酶)一起存在于小的部分中, 由于这5种酶都是小分子的水解酶, 于是de Duve认为大的部分是真正纯化的线粒体,而小的部分在细胞内行使消化作用,1955年他将这一部分命名为溶酶体。
需要说明的是,de Duve发现的只是生化证据,并没有看到真正的溶酶体,在电子显微镜下观察到溶酶体是后来的事。
2 溶酶体的化学组成溶酶体膜的成分主要为脂蛋白,含有较多的鞘磷脂成分。
目前在溶酶体中已发现有60多种酸性水解酶,主要包括:蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸脂酶和磷脂酶等。
常见的有:酸性RNA酶、酸性DNA酶、酸性磷酸酶、蛋白磷酸酶、组蛋白酶、氨基肽酶、胶原酶、α—葡萄糖苷酶、β—葡萄糖醛酸苷酶、β—N—乙酰氨基葡萄糖苷酶、。
α—甘露糖苦酶、β—半乳糖首酶、葡聚糖酶、透明质酸酶、溶菌酶、酸性脂肪酶、磷脂酸磷酸酶和芳香基硫酸脂酶等(图)。
这些酶的最适PH为5.0,在酸性环境中能把蛋白质、核酸、·多糖及脂类等分解成为氨基酸、核苷酸、单糖、游离脂肪酸等小分子。
溶酶体内为酸性环境,溶酶体酶处于最佳活性状态。
但在正常细胞内溶酶体酶不消化溶酶体自身的膜,这与溶酶体膜的结构和功能特征密切相关。
构成溶酶体膜的蛋白质是高度糖基化的,可保护膜免受溶酶体内蛋白酶的消化。
在细胞质一般为PH7.0—7.3在此环境中溶酶体酶的活性大为降低。
(如图14-1)溶酶体的标记酶(也叫特征酶)是酸性磷酸酶(acid phosphatase),因此,可以在切片上用细胞化学的染色法显示出酸性磷酸酶,从而可以帮助识别溶酶体。
虽然溶酶体含有60多种水解酶,但并不是都包含在每一个溶酶体中,当然每一个溶酶体内也不仅仅含有一种酶。
不同类型的溶酶体所含水解酶的种类是不同的,即使在同一个细胞内的溶酶体,所含的酶类也可能不同3 溶酶体的结构3.1 溶酶体的基本结构溶酶体(lysosome)是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器,其主要功能是进行细胞内消化。
溶酶体具有异质性,形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同,标志酶为酸性磷酸酶。
根据完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体(primary lysosome),次级溶酶体(secondary lysosome)和残体(residual body)。
3.1.1 初级溶酶体直径约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(图1)。
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,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。
初级溶酶体多呈球形,内含物均一,不含明显的颗粒或膜的碎片。
图1 初级溶酶体引自http://www.uni-mainz.de3.1.2 次级溶酶体这些都是消化泡(图2),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。
此类溶酶体体积较大,形态不规则,具有异质性。
图2 次级溶酶体引自http://www.uni-mainz.de3.1.3 残体次级溶酶体中消化不掉的物质便残留在溶酶体内,形成残余小体。
常见的残余小体有形态不规则、内含脂滴、小泡及高电子密度的脂褐质小体,以及内含铁颗粒的含铁小体等。
(图3)图3 肝细胞中的脂褐质引自《细胞生物学超微结构图谱》19893.2 溶酶体膜的稳定性溶酶体的外被是一层单位膜,内部没有任何特殊的结构。
由于溶酶体中含有各种不同的水解酶类,所以溶酶体在生活细胞中必须是高度稳定的。
溶酶体的稳定性与其膜的结构组成有关:(1)溶酶体膜中嵌有质子运输泵(H+-ATPase),将H+ 泵入溶酶体内,使溶酶体中的H+ 浓度比细胞质中高;同时,在溶酶体膜上有Cl-离子通道蛋白,可向溶酶体中运输Cl-离子,两种运输蛋白作用的结果,就等于向溶酶体中运输了HCl,以此维持溶酶体内部的酸性环境(pH约为4.6~4.8)。
(2)溶酶体膜含有各种不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白,这些膜整合蛋白的功能可能是保护溶酶体的膜免遭溶酶体内酶的攻击,有利于防止自身膜蛋白的降解。
(3)溶酶体膜含有较高的胆固醇,促进了膜结构的稳定。
3.3 大鳍鳠卵细胞发生中的溶酶体结构变化为了进一步的说明溶酶体的结构,举大鳍鳠卵细胞发生中的溶酶体结构变化为例说明之:大鳍鳠卵细胞发生中的溶酶体结构变化活跃, Ⅰ期卵原细胞胞质内可见线粒体、高尔基体和少量呈球状的初级溶酶体。
Ⅱ期卵母细胞胞质内可见多个球状溶酶体,溶酶体内的水解酶蛋白呈结晶态,多紧贴线粒体部分分布。
卵母细胞质膜绉缩,胞质边缘可见大量球状和线状溶酶体分布。
Ⅲ期卵母细胞内侧出现绒毛状卵膜结构,外侧出现“放射带”,球状的初级溶酶体结构消失,绒毛状卵膜与放射带之间可见大量线状溶酶体结构。
Ⅰ期:(图3a)间质细胞中的球形溶酶体结构具单层膜,含有高度电子致密的内含物。
卵原细胞和间质细胞胞质中的溶酶体和线粒体结构紧贴Ⅱ期卵母细胞胞质内球状溶酶体多见溶酶体内的水解酶蛋白呈结晶态(图8a)Ⅱ期还可见质膜绉缩胞质边缘可见大量线状溶酶体分布Ⅲ期球状的初级溶酶体结构消失,绒毛状卵膜与放射带之间大量线状溶酶体从大鳍鳠卵发生过程的超微结构观察中可见,随着卵膜的发生,溶酶体在结构特征也有相应的变化,即:由含结晶状水解蛋白的球状初级溶酶体→含颗粒状蛋白水解酶的次级球状溶酶体,大量线状溶酶体出现,卵母细胞质膜绉缩、拆迭改变→绒毛状卵膜发生,次级多泡溶酶体出现→放射带出现,由内向外的绒毛状卵膜、线状溶酶体、放射带三明治结构,球状溶酶体移向颗粒状滤泡细胞质内。