1、第八章 溶酶體和微體,Chapter 8 Lysosome and Microbody,第一節(jié) 溶酶體,第三節(jié) 微 體,講 授 提 綱,第二節(jié) 植物液泡,第一節(jié) 溶酶體,二、溶酶體的存在狀態(tài)與類型,一、溶酶體的基本特性,五、溶酶體的發(fā)生,四、溶酶體與疾病,三、溶酶體的功能,講授提綱,一、基本特性,第一節(jié) 溶酶體,1949年, C. de Duve等在研究大鼠肝勻漿時，發(fā)現(xiàn)用蒸餾水處理時，其酸性磷酸酶的活性要比在蔗糖液中的高；放置久的材料，其酶活性要比新鮮材料的高。隨后又發(fā)現(xiàn)其他幾種水解酶也有類似現(xiàn)象。,由此推想：細(xì)胞內(nèi)存在有含酸性水解酶活性的結(jié)構(gòu)實(shí)體，其膜很可能非常易碎，碎后可釋放出內(nèi)含物。,

2、單層膜包圍 多種酸性水解酶 異質(zhì)性囊泡狀,溶酶體,1955年, C. de Duve：,酸性磷酸酶活性,溶酶體(lysosome),沒有典型的溶酶體結(jié)構(gòu),植物細(xì)胞：,細(xì)菌：,第一節(jié) 溶酶體,vacuoles,沒有典型的溶酶體結(jié)構(gòu),（一）形態(tài)和大小,溶酶體的電鏡形態(tài),形態(tài),第一節(jié) 溶酶體,大小,(最?。?.05m 最大：數(shù)m 平均：0.5m),一般：0.20.8 m,單層單位膜包圍 異質(zhì)性囊泡狀,溶酶體細(xì)胞內(nèi)的分布和移動：,同溶酶體膜與微管之間的相互作用有關(guān)！,培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞的暗視野顯微鏡圖片 示含致密物質(zhì)的溶酶體(白點(diǎn))圍核(黑色)分布,第一節(jié) 溶酶體,為消化作用提供一個密閉空間； 控制該空

3、間中的成分和內(nèi)環(huán)境； 具有能與其它膜泡融合和內(nèi)陷的能力.,（二）化學(xué)組成,1. 溶酶體膜,710nm,第一節(jié) 溶酶體,幾種整合膜蛋白的酸性復(fù)合糖鏈(glycans)，可能參與了暈圈的形成,暈圈作用：保護(hù)這層膜不被溶酶體水解酶所降解 或可結(jié)合正在被消化的物質(zhì)。,暈圈(halo)：碳水化合物的陽性染色反應(yīng),這層膜對溶酶體本身的水解酶具有抗性,暈圈內(nèi)沒有可溶性溶酶體水解酶,第一節(jié) 溶酶體,膜蛋白高度糖基化 含有多種載體蛋白 膜中嵌有質(zhì)子泵(H+-ATPase),溶酶體膜在成分上與其它生物膜不同:,第一節(jié) 溶酶體,絕大多數(shù)均為磷脂（在不同膜制品中差異較大）,多萜醇(dolichol)的衍生物 bis單

4、酰甘油磷酸(bismonoacylglycerylphosphate),溶酶體結(jié)合膜蛋白(lysosomal-associated membrane protein, LAMPs) 溶酶體整合膜蛋白(lysosomal integral membrane protein, LIMPs)(溶酶體膜糖蛋白, lgp),(2) 膜蛋白,寡糖成分約占50%,(1) 膜脂,第一節(jié) 溶酶體,溶酶體膜糖蛋白(LIMPs)的蛋白質(zhì)核心的一級結(jié)構(gòu)模式圖解,C-端,N-端,連接在Asn上的寡糖鏈,氨基酸序列同源性：,高度糖基化,通用識別信號,LIMP高度保守：同一個祖先基因,第一節(jié) 溶酶體,核酸酶 蛋白酶 糖苷酶

5、 脂 酶 磷酸酶 硫酸酶 磷脂酶,酸性水解酶,2. 溶酶體酶,60多種,pH 5.0,pH7.2,溶酶體中酸性pH值的維持機(jī)制 膜上質(zhì)子泵利用ATP不斷把H+抽進(jìn)溶酶體，使酸度保持在pH 5.0,第一節(jié) 溶酶體,溶酶體含有的主要酶類及其作用底物,溶酶體酶的種類雖然很多，且含量很高，但每一個溶酶體中所含有酶的種類卻是有限的。,嗜中性白細(xì)胞(neutrophil)：溶菌酶(lysozyme)和髓過氧化物酶(myeloperoxidase)降解微生物,某些特化細(xì)胞：特殊代謝酶類,第一節(jié) 溶酶體,（一）降解底物的來源：,二、溶酶體降解底物來源及溶酶體的類型,溶酶體降解底物來源的三條途徑,第一節(jié) 溶酶體

6、,第一節(jié) 溶酶體,（二）溶酶體的類型：,新形成 未同消化物融合 水解酶處于貯存狀態(tài)(潛伏狀態(tài))，球形,溶酶體,復(fù)合小體 較大，形狀不規(guī)則 且含有顆?；蚰に槠?含有消化不了的殘留物,殘余小體 (residual body) 或三級溶酶體 (tertiary lysosome),次級溶酶體 (secondary lysosome),初級溶酶體 (primary lysosome),溶酶體酶轉(zhuǎn) 運(yùn)小泡 ? !,溶酶體的三種存在狀態(tài),第一節(jié) 溶酶體,細(xì)胞中酸性水解酶分布電鏡圖 酸性水解酶是溶酶體的標(biāo)志酶,含酸性水解酶的膜泡即為溶酶體,內(nèi)體與多泡小體之間的關(guān)系,多泡小體電鏡照片,小鼠腎近曲小管上皮細(xì)胞中

7、自噬溶酶體電鏡圖像,第一節(jié) 溶酶體,人肺泡巨噬細(xì)胞中髓樣小體殘余小體電鏡圖像,老年斑脂褐質(zhì)小體,第一節(jié) 溶酶體,心肌中的脂褐質(zhì)殘余小體,1. 細(xì)胞內(nèi)消化,三、溶酶體的功能,第一節(jié) 溶酶體,2. 防御功能,次級溶酶體,細(xì)胞對外來物的吞噬過程圖解,第一節(jié) 溶酶體,吞噬過程,正在吞噬酵母菌的巨噬白細(xì)胞,清除衰老的生物大分子和細(xì)胞器 清除多余的細(xì)胞器 清除暫不需要的酶或某些代謝產(chǎn)物,3. 細(xì)胞內(nèi)衰老和多余細(xì)胞器的清除,“細(xì)胞內(nèi) 清潔工”,第一節(jié) 溶酶體,在蝌蚪變態(tài)過程中尾部溶酶體的組織蛋白酶活性與尾長度的關(guān)系,4. 發(fā)育過程中細(xì)胞的清除功能,第一節(jié) 溶酶體,例1. 兩棲類動物變態(tài)：,(吳爾夫管退化),

8、(米勒氏管退化),輸卵管,輸精管,人胚胎,吳爾夫管,米勒氏管,哺乳動物胚胎發(fā)育過程中生殖管道的變化過程圖示,發(fā)育過程中細(xì)胞的清除功能,第一節(jié) 溶酶體,甄性兩性人,吳爾夫管,米勒氏管,發(fā)育,發(fā)育,均不 退化,例2. 哺乳動物生殖管的發(fā)育：,發(fā)育過程中細(xì)胞的清除功能,第一節(jié) 溶酶體,例3. 哺乳動物乳腺管的退化：,溶酶體膜蛋白高度糖基化，可抵御水解酶的降解，不會輕易破裂；,溶酶體的活動要受到嚴(yán)格的調(diào)控,溶酶體酶活性的最適pH5，胞質(zhì)溶質(zhì)pH7.2，溶酶體酶進(jìn)入胞質(zhì)溶質(zhì)，活性喪失。,第一節(jié) 溶酶體,精子頭部的頂體在受精過程中的作用圖解,5. 在受精中的功能,第一節(jié) 溶酶體,特化的溶酶體,內(nèi)分泌細(xì)胞中

9、含有相當(dāng)數(shù)量的溶酶體，溶酶體在激素分泌的各個環(huán)節(jié)(包括激素的合成、釋放、分泌調(diào)節(jié)等)都具有不可忽視的作用。,六、內(nèi)分泌細(xì)胞中的功能,如狀腺素的合成：儲存在甲狀腺腺體內(nèi)腔中的甲狀腺球蛋白(thyroglobin)受到刺激后，經(jīng)吞噬作用進(jìn)入甲狀腺上皮細(xì)胞，與溶酶體融合后被組織蛋白酶D和酪氨酸酸性羥基肽酶水解，變成含碘的游離甲狀腺素T3和T4，然后分泌到細(xì)胞外的毛細(xì)血管中。,第一節(jié) 溶酶體,肽類激素的分泌方式為不連續(xù)分泌。一些實(shí)驗(yàn)證明，溶酶體也參與肽類激素的釋放，可能是作用于分泌顆粒膜或細(xì)胞膜。但其確切機(jī)制，還需要更多實(shí)驗(yàn)證據(jù)。,此外，溶酶體還通過自噬作用清除細(xì)胞內(nèi)過多的激素或與激素合成有關(guān)的細(xì)胞器

10、，從而實(shí)現(xiàn)對激素分泌量的調(diào)節(jié)。,如：當(dāng)母鼠終止哺乳時，其催乳素細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞抑制狀態(tài)，溶酶體將其不同成熟階段的分泌顆粒降解。,第一節(jié) 溶酶體,目前已知的與溶酶體有關(guān)的疾病有30余種:,四、溶酶體與疾病,1. 肺結(jié)核：結(jié)核桿菌蠟質(zhì)外被,2. 矽肺：SiO2顆粒硅酸肺組織彈性呼吸功能,3. 貯積?。憾酁橄忍煨匀苊阁w酶缺失和異常,4. 類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎：膜脆性釋酶到關(guān)節(jié)處侵蝕骨組織炎癥,腎上腺皮質(zhì)激素,第一節(jié) 溶酶體,此類病占多數(shù)！,5. 溶酶體與休克,6. 溶酶體與腫瘤,型肝糖病(glycogenosis)病人的肝細(xì)胞 缺少 -糖苷酶無法把糖原降解為葡萄糖，造成糖原在溶酶體內(nèi)大量積累,第一節(jié) 溶酶體,黑

11、蒙性先天愚型病(Tay-Sachs disease)患兒神經(jīng)元中的殘余小體 溶酶體中缺少-氨基己糖酯酶，不能降解神經(jīng)節(jié)苷脂，而呈同心圓狀被貯積在溶酶體中；如果發(fā)生在神經(jīng)細(xì)胞中，便造成精神癡呆, 26歲會死亡,第一節(jié) 溶酶體,五、溶酶體的發(fā)生,溶酶體酶的特異性信號為甘露糖6-磷酸(M6P)；,磷酸轉(zhuǎn)移酶具有識別溶酶體酶的信號：依賴于溶酶體酶三級結(jié)構(gòu)所形成的信號斑(signal patch)。,第一節(jié) 溶酶體,溶酶體酶的識別機(jī)制：,溶酶體水解酶的識別機(jī)制 GlcNAc磷酸轉(zhuǎn)移酶的催化UDP-GlcNAc的GlcNAc-P轉(zhuǎn)移到溶酶體水解酶的甘露糖殘基上，形成了具有M6P的溶酶體酶,第一節(jié) 溶酶體,

12、(M6P),溶酶體酶的分揀及其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制圖解,第一節(jié) 溶酶體,溶酶體水解酶的分揀機(jī)制,M6P,(1)核糖體 合成前蛋白 (2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 輸入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔；切除信號肽；N-鍵糖基化 (3)高爾基體 修飾; 形成M6P配體; 同M6P受體結(jié)合; 末端糖基化 (4)新生溶酶體酶小泡 與M6P受體分離; 前酶初步水解; 去磷酸化; 開始與其它小泡融合 (5)次級溶酶體 水解酶成熟；催化；降解,溶酶體酶的合成和成熟過程:,部位 發(fā)生的變化,第一節(jié) 溶酶體,第二節(jié) 植物液泡,植物細(xì)胞中沒有在形態(tài)上與動物細(xì)胞相同的溶酶體，卻含有大的由一層單位膜圍成的液泡(vacuole)。,第二節(jié) 植物液泡,植物、藻類和真菌細(xì)胞大

13、都含有1數(shù)個液泡。,一、形態(tài),植物葉細(xì)胞的電鏡圖片,液泡的體積往往很大，一般可占細(xì)胞體積的1/3，有的甚至可達(dá)90以上。,第二節(jié) 植物液泡,液泡內(nèi)呈酸性pH，液泡中含有多種酸性水解酶，可降解許多底物。液泡膜上有H離子泵，可將H泵入液泡內(nèi)。,二、功能,1、消化,質(zhì)子泵逆濃度梯度將H泵入液泡內(nèi),第二節(jié) 植物液泡,儲藏的物質(zhì)有蛋白質(zhì)、脂類、水、離子和一些次生代謝產(chǎn)物（如橡膠、鴉片、蒜素等）。,2、貯存養(yǎng)料和廢物,液泡膜上有ATP驅(qū)動泵(ATP-powered pump)，可逆濃度梯度將離子、小分子、營養(yǎng)物（蔗糖、氨基酸等）輸入液泡內(nèi)。,第二節(jié) 植物液泡,可通過控制多聚物的降解和再合成改變細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)和

14、液泡的滲透壓，也可通過調(diào)節(jié)膜上的各組運(yùn)輸體的活性，改變葡萄糖、氨基酸和其他代謝物穿過質(zhì)膜和液泡膜的運(yùn)輸速率，從而保持液泡的膨壓。,3、調(diào)節(jié)細(xì)胞膨壓,通過調(diào)節(jié)膨壓，使細(xì)胞保持一定體積。植物細(xì)胞包有細(xì)胞壁，可耐受520個大氣壓。,4、保持細(xì)胞體積,第二節(jié) 植物液泡,-淀粉酶,液泡： 糊粉粒 淀粉粒 蛋白質(zhì)小體,5、種子萌發(fā),第二節(jié) 植物液泡,位于膜上的ATP驅(qū)動運(yùn)輸泵，根據(jù)其分布、結(jié)構(gòu)和功能可分為4類：P類；V類；F類；ABC超家族。,三、ATP驅(qū)動泵的分類,該泵具有2個一樣的亞基，各帶有一個ATP結(jié)合部位。大多數(shù)還含有2個具有調(diào)節(jié)作用的亞基。運(yùn)輸時至少有一個亞基磷酸化(phosphorylate

15、d)，故名。,1、P類離子泵,此兩類離子泵均含有幾個穿膜亞基和幾個細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)亞基。它們只能運(yùn)輸質(zhì)子。,2、V類和F類離子泵,V類離子泵分布于液泡、溶酶體和其他酸性細(xì)胞器上。,F類又稱為ATP合成酶，參見線粒體內(nèi)膜和類囊體膜的ATP合成酶。,此類ATP驅(qū)動泵包括多大幾百種運(yùn)輸?shù)鞍祝瑥募?xì)菌到人類均有分布。,3、ABC超家族,它們均含有ATP結(jié)合盒(ATP-binding cassette, ABC)，故稱為ABC超家族。每一種ABC蛋白均有專一性的一種或相關(guān)的一群底物，如離子、糖、氨基酸、磷脂、肽、多糖或蛋白質(zhì)等。,ABC蛋白在結(jié)構(gòu)上具有共同特點(diǎn)，都是由2個穿膜(T)域和2個細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)ATP結(jié)合(

16、A)域。,4類ATP驅(qū)動運(yùn)輸?shù)鞍?微體(microbody)專指含有氧化酶、過氧化物酶，或過氧化氫酶活性的細(xì)胞器，普遍存在于動物體和植物體中。,第二節(jié) 微體,1954年，J. Rhodin：一類卵圓形小體,微體與初級溶酶體的比較,此外，微體為在一定條件下可以被誘導(dǎo)而進(jìn)行增殖的一種細(xì)胞器,第三節(jié) 微體,一、微體的形態(tài)結(jié)構(gòu),二、微體的化學(xué)組成,三、微體的功能,四、微體的發(fā)生,第二節(jié) 講授提綱,第三節(jié) 微體,過氧化物酶體 (peroxisome),一、微體的形態(tài)結(jié)構(gòu),第三節(jié) 微體,單層膜,卵圓形或啞鈴形小體,0.21.5m,無定形的顆?；|(zhì),微體的電鏡照片,第三節(jié) 微體,常常成群分布在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的附近

17、。有時緊靠線粒體或葉綠體,Mb, 微體 RER, 糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) CW, 細(xì)胞壁 Chl, 葉綠體 M, 線粒體,微體為一類異質(zhì)性細(xì)胞器,第三節(jié) 微體,過氧化物酶體的電鏡圖 (a)大鼠肝細(xì)胞中的過氧化物酶體，電子致密核心為尿酸氧化酶； (b)植物葉肉細(xì)胞中具有晶格狀核心的過氧化物酶體，常緊鄰葉綠體,尿酸氧化酶,(a),(b),第三節(jié) 微體,二、過氧化物酶體膜的化學(xué)組成,第三節(jié) 微體,水仙葉肉細(xì)胞中過氧化物酶體的細(xì)胞化學(xué)反應(yīng)圖片 過氧化氫酶專一性定位于過氧化物酶體(P)中,第三節(jié) 微體,過氧化物酶體中的氧化酶均含有與蛋白質(zhì)結(jié)合的黃素輔基，故稱為黃素氧化酶。,第三節(jié) 微體,過氧化物酶體是細(xì)胞內(nèi)糖、脂和

18、氮的重要代謝部位,三、微體的功能,1、過氧化物酶體的功能：,第三節(jié) 微體,乙醛酸循環(huán)體的功能：,第三節(jié) 微體,過氧化物酶體與乙醛酸循環(huán)體的主要異同點(diǎn),第三節(jié) 微體,微體酶：細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成 且不糖基化。,四、微體的發(fā)生,大鼠肝細(xì)胞局部電鏡圖 示過氧化物酶體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的連續(xù)性,過氧化物 酶體,膜脂：來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(磷脂交換蛋白),微體膜,膜蛋白：細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成,第三節(jié) 微體,一個含血紅素的四聚體蛋白質(zhì)，其單體在細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)中合成，在特定信號序列的指導(dǎo)下進(jìn)入過氧化物酶體,微體輸入信號C-端的3個氨基酸(Ser-Lys-Leu)序列,此信號序列在完成使命后不會被切除,過氧化氫酶：,酶體膜的胞質(zhì)面上有識別信號序列的受體,第三節(jié) 微體,過氧化物酶體的生長