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溶酶體是由高爾基體斷裂產生,單層膜包裹的小泡,數目可多可少,大小也不等,含有60多種能夠水解多糖,磷脂,核酸和蛋白質的酸性酶,這些酶有的是水溶性的,有的則結合在膜上。溶酶體的pH為5左右,是其中酶促反應的最適pH。 根據溶酶體處於,完成其生理功能的不同階段,大致可分為:初級溶酶體,次級溶酶體和殘餘小體。1955年由比利時學者C.R.de迪夫等人在鼠肝細胞中發現。 溶酶體(lysosome)為細胞漿內由單層脂蛋白膜包繞的內含一系列酸性水解酶的小體。是細胞內具有單層膜囊狀結構的細胞器,溶酶體內含有許多種水解酶類,能夠分解很多種物質,溶酶體被比喻為細胞內的「酶倉庫」「消化系統」。溶酶體的功能有二:一是與食物泡融合,將細胞吞噬進的食物或致病菌等大顆粒物質消化成生物大分子,殘渣通過外排作用排出細胞;二是在細胞分化過程中,某些衰老細胞器和生物大分子等陷入溶酶體內並被消化掉,這是機體自身重新組織的需要。

1 溶酶體 -概述

1955年de Duve與Novikoff首次發現溶酶體(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,形態大小及內含的水解酶種類都可能有很大的不同,標誌酶為酸性磷酸酶。根據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)。

2 溶酶體 -介紹

溶酶體溶酶體

溶酶體(lysosomes)是具有一組水解酶、並起消化作用的細胞器。C.deDuve(1955)在大鼠肝臟中,從比線粒體分區稍輕的地方得到含有水解酶的顆粒分區,並以可進行水解(lyso)的小體(some)這個意義而命名為溶解體(lysosome)。溶酶體中的酶是酸性磷酸酶、核糖核酸酶、脫氧核糖核酸酶、組織蛋白酶、芳基硫酸醋酶、B-葡糖苷酸酶、乙醯基轉移酶等,是在酸性區域具有最適pH的水解酶組。

據電子顯微鏡觀察,溶酶體是由6~8毫微米厚的單層膜所圍著的直徑為0.4微米至數微米的顆粒或小泡。由於其形態極其多樣化,所以把對酸性磷酸酶活性為陽性的物質鑒定為溶酶體。溶酶體可分為兩大類,具有均質基質的顆粒狀溶酶體稱為初級溶酶體(primary lysosome),次級溶酶體是由初級溶酶體與多種有膜包被的底物多次融合產生,其中大型消化泡是由初級溶酶體與細胞吞噬的大型顆粒(如細菌)融合而成;自體吞噬泡是由初級溶酶體與一些細胞器(如線粒體)等融合而成。屬於初級溶酶體的溶酶體,具有肝實質細胞(肝細胞)的高電子密度的顆粒等。這種溶酶體雖含有水解酶,但是它是未進行消化作用的溶酶體。次級溶酶體(消化泡)是由初級溶酶體與細胞吞噬作用所產生的吞噬體相互融合而成的,並且是已供給水解酶的溶酶體。在次級溶酶體中含有攝食的物質,並對其進行消化。消化后所殘留的未消化物稱為殘餘小體。一般認為,殘餘小體在變形蟲等細胞中被排出細胞之外,但在其他細胞中,則長期留在細胞中,而成為細胞衰老的原因。

溶酶體是由高爾基體斷裂產生,單層膜包裹的小泡,數目可多可少,大小也不等,含有60多種能夠水解多糖,磷脂,核酸和蛋白質的酸性酶,這些酶有的是水溶性的,有的則結合在膜上。溶酶體的pH為5左右,是其中酶促反應的最適pH。根據溶酶體處於,完成其生理功能的不同階段,大致可分為:初級溶酶體,次級溶酶體和殘餘小體。1955年由比利時學者C.R.de迪夫等人在鼠肝細胞中發現。

溶酶體(lysosome)為細胞漿內由單層脂蛋白膜包繞的內含一系列酸性水解酶的小體。是細胞內具有單層膜囊狀結構的細胞器,溶酶體內含有許多種水解酶類,能夠分解很多種物質,溶酶體被比喻為細胞內的「酶倉庫」「消化系統」。

3 溶酶體 -溶酶體功能

溶酶體的功能有二:一是與食物泡融合,將細胞吞噬進的食物或致病菌等大顆粒物質消化成生物大分子,殘渣通過外排作用排出細胞;二是在細胞分化過程中,某些衰老細胞器和生物大分子等陷入溶酶體內並被消化掉,這是機體自身重新組織的需要。

位於細胞質內、被單位膜包圍、呈球形的細胞器。其大小隨細胞類型不同而異,直徑為0.2至數微米。已知溶酶體內含50餘種酸性水解酶(如脂酶、蛋白質水解酶、硫酸酯酶等)。它廣泛存在於動物、原生動物細胞中,植物細胞中有類似溶酶體的細胞器。通常將溶酶體分為初級溶酶體和次級溶酶體。一般認為,溶酶體酶在粗糙型內質網中合成,被運輸至高爾基體經加工包裝后,從高爾基體扁平膜囊分泌面(亦稱反面、成熟面)出芽脫落,形成內含溶酶體酶類的小泡(即初級溶酶體),與胞內體(endosome)或吞噬泡融合形成次級溶酶體(亦稱消化泡),進行消化作用。現已提出另一見解,即不賦予初級與次級溶酶體之概念,將溶酶體前體(prelysosome)稱為內溶酶體(endolysosome)。物質在其中已開始消化,但主要消化過程在溶酶體中。根據溶酶體作用物的來源,將次級溶酶體分為:(1)異生性溶酶體(heterolysosome),系指不能透過質膜的大分子溶液或病毒、細菌等,前者通過胞飲作用(其中也包括受體介導的內吞作用)形成的胞飲泡(或胞內體),後者通過吞噬作用形成的吞噬泡,分別與初級溶酶體(或內溶酶體)融合后形成次級溶酶體(或溶酶體)。(2)自生性溶酶體(autolysosome)或自噬溶酶體(autophagolyso-some),系指包圍了部分被損傷或衰老細胞器(線粒體、內質網碎片等)的自體吞噬體(autophagosome)與初級溶酶體(或內溶酶體)融合后形成的次級溶酶體。其消化的物質是內源性的。內含不能被消化的殘留物質的次級溶酶體被稱為殘留小體。殘留物質有的可排出,有的長期貯留在細胞內不被排出。溶酶體在細胞內消化中起關鍵作用,被消化后的營養物質如氨基酸、糖等通過溶酶體膜進入細胞質,參加正常細胞代謝被吸收利用。此外,通過異體吞噬作用消化分解細菌、病原體等,故具有防禦功能;通過自體吞噬作用,以自身物質作為營養,應付外界不利條件,避免自身永久性傷亡;通過自溶作用(autolysis)清除發育過程中退化細胞、器官及死亡細胞,保證細胞正常生長與發育。精子頂體是特化的溶酶體,通過釋放內部消化酶,清除卵細胞的外被與附著的濾泡細胞,卵細胞與精子質膜相互融合,使精子進入卵細胞完成受精。已知40餘種疾病與溶酶體中缺乏某種酶有關,如先天性儲積病等;又如矽肺的形成、類風濕關節炎等與溶酶體膜損傷、溶酶體中酶釋放有關。

4 溶酶體 -溶酶體的結構

1、初級溶酶體
溶酶體初級溶酶體

 直徑約0.2~0.5um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、糖苷酶、脂肪酶、磷酸酯酶、硫酸酯酶、磷脂酶類,已知60餘種,這些酶均屬於酸性水解酶,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,主要區別是:①膜有質子泵,將H+泵入溶酶體,使其PH值降低。②膜蛋白高度糖基化,可能有利於防止自身膜蛋白降解。

2、次級溶酶體

這些都是消化泡,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,後者消化的物質來自細胞本身的各種組分。

3、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。

5 溶酶體 -溶酶體的發生

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。
內質網上核糖體合成溶酶體蛋白→進入內質網腔進行N-連接的糖基化修飾→進入高爾基體Cis面膜囊→N-乙醯葡糖胺磷酸轉移酶識別溶酶體水解酶的信號斑→將N-乙醯葡糖胺磷酸轉移在1~2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙醯葡糖胺形成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。

6 溶酶體 -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併成為次級溶酶體。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,如此反覆進行。受損或已破壞的巨噬細胞釋放「致纖維化因子」,並激活成纖維細胞,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複上述過程,最終引起肺組織鈣化和纖維化。

3.各類貯積症
貯積症(storagedisease)是由於遺傳缺陷引起的,由於溶酶體的酶發生變異,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,常見的貯積症主要有以下幾類。
台-薩氏綜合征(Tay-Sachsdiesease):要叫黑蒙性家族痴呆症,溶酶體缺少氨基已糖酯酶A(β-N-hexosaminidase),導致神經節甘脂GM2積累(圖6-30),影響細胞功能,造成精神痴獃,2~6歲死亡。患者表現為漸進性失明、病呆和癱瘓,該病主要出現在猶太人群中。

II型糖原累積病(Pompe病):溶酶體缺乏α-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細胞的溶酶體缺乏β-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,中樞神經系統發生退行性變化,常在1歲內死亡。

細胞內含物病(inclusion-celldisease,I-celldisease):一種更嚴重的貯積症,是N-乙醯葡糖胺磷酸轉移酶單基因突變引起的。由於基因突變,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(defaultpathway)。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.類風濕性關節炎
溶酶體膜很易脆裂,其釋放的酶導致關節組織損傷和發炎。

四。溶酶體的來源

① 內質網與高爾基體小泡。
② 質膜形成的吞噬小體或胞飲小泡合併生成。
 

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