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1、第八章 溶酶体和微体,Chapter 8 Lysosome and Microbody,第一节 溶酶体,第三节 微 体,讲 授 提 纲,第二节 植物液泡,第一节 溶酶体,二、溶酶体的存在状态与类型,一、溶酶体的基本特性,五、溶酶体的发生,四、溶酶体与疾病,三、溶酶体的功能,讲授提纲,一、基本特性,第一节 溶酶体,1949年, C. de Duve等在研究大鼠肝匀浆时，发现用蒸馏水处理时，其酸性磷酸酶的活性要比在蔗糖液中的高；放置久的材料，其酶活性要比新鲜材料的高。随后又发现其他几种水解酶也有类似现象。,由此推想：细胞内存在有含酸性水解酶活性的结构实体，其膜很可能非常易碎，碎后可释放出内含物。,
2、单层膜包围 多种酸性水解酶 异质性囊泡状,溶酶体,1955年, C. de Duve：,酸性磷酸酶活性,溶酶体(lysosome),没有典型的溶酶体结构,植物细胞：,细菌：,第一节 溶酶体,vacuoles,没有典型的溶酶体结构,（一）形态和大小,溶酶体的电镜形态,形态,第一节 溶酶体,大小,(最小：0.05m 最大：数m 平均：0.5m),一般：0.20.8 m,单层单位膜包围 异质性囊泡状,溶酶体细胞内的分布和移动：,同溶酶体膜与微管之间的相互作用有关！,培养的成纤维细胞的暗视野显微镜图片 示含致密物质的溶酶体(白点)围核(黑色)分布,第一节 溶酶体,为消化作用提供一个密闭空间； 控制该空
3、间中的成分和内环境； 具有能与其它膜泡融合和内陷的能力.,（二）化学组成,1. 溶酶体膜,710nm,第一节 溶酶体,几种整合膜蛋白的酸性复合糖链(glycans)，可能参与了晕圈的形成,晕圈作用：保护这层膜不被溶酶体水解酶所降解 或可结合正在被消化的物质。,晕圈(halo)：碳水化合物的阳性染色反应,这层膜对溶酶体本身的水解酶具有抗性,晕圈内没有可溶性溶酶体水解酶,第一节 溶酶体,膜蛋白高度糖基化 含有多种载体蛋白 膜中嵌有质子泵(H+-ATPase),溶酶体膜在成分上与其它生物膜不同:,第一节 溶酶体,绝大多数均为磷脂（在不同膜制品中差异较大）,多萜醇(dolichol)的衍生物 bis单
4、酰甘油磷酸(bismonoacylglycerylphosphate),溶酶体结合膜蛋白(lysosomal-associated membrane protein, LAMPs) 溶酶体整合膜蛋白(lysosomal integral membrane protein, LIMPs)(溶酶体膜糖蛋白, lgp),(2) 膜蛋白,寡糖成分约占50%,(1) 膜脂,第一节 溶酶体,溶酶体膜糖蛋白(LIMPs)的蛋白质核心的一级结构模式图解,C-端,N-端,连接在Asn上的寡糖链,氨基酸序列同源性：,高度糖基化,通用识别信号,LIMP高度保守：同一个祖先基因,第一节 溶酶体,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. 溶酶体酶,60多种,pH 5.0,pH7.2,溶酶体中酸性pH值的维持机制 膜上质子泵利用ATP不断把H+抽进溶酶体，使酸度保持在pH 5.0,第一节 溶酶体,溶酶体含有的主要酶类及其作用底物,溶酶体酶的种类虽然很多，且含量很高，但每一个溶酶体中所含有酶的种类却是有限的。,嗜中性白细胞(neutrophil)：溶菌酶(lysozyme)和髓过氧化物酶(myeloperoxidase)降解微生物,某些特化细胞：特殊代谢酶类,第一节 溶酶体,（一）降解底物的来源：,二、溶酶体降解底物来源及溶酶体的类型,溶酶体降解底物来源的三条途径,第一节 溶酶体
6、,第一节 溶酶体,（二）溶酶体的类型：,新形成 未同消化物融合 水解酶处于贮存状态(潜伏状态)，球形,溶酶体,复合小体 较大，形状不规则 且含有颗粒或膜碎片,含有消化不了的残留物,残余小体 (residual body) 或三级溶酶体 (tertiary lysosome),次级溶酶体 (secondary lysosome),初级溶酶体 (primary lysosome),溶酶体酶转 运小泡 ? !,溶酶体的三种存在状态,第一节 溶酶体,细胞中酸性水解酶分布电镜图 酸性水解酶是溶酶体的标志酶,含酸性水解酶的膜泡即为溶酶体,内体与多泡小体之间的关系,多泡小体电镜照片,小鼠肾近曲小管上皮细胞中
7、自噬溶酶体电镜图像,第一节 溶酶体,人肺泡巨噬细胞中髓样小体残余小体电镜图像,老年斑脂褐质小体,第一节 溶酶体,心肌中的脂褐质残余小体,1. 细胞内消化,三、溶酶体的功能,第一节 溶酶体,2. 防御功能,次级溶酶体,细胞对外来物的吞噬过程图解,第一节 溶酶体,吞噬过程,正在吞噬酵母菌的巨噬白细胞,清除衰老的生物大分子和细胞器 清除多余的细胞器 清除暂不需要的酶或某些代谢产物,3. 细胞内衰老和多余细胞器的清除,“细胞内 清洁工”,第一节 溶酶体,在蝌蚪变态过程中尾部溶酶体的组织蛋白酶活性与尾长度的关系,4. 发育过程中细胞的清除功能,第一节 溶酶体,例1. 两栖类动物变态：,(吴尔夫管退化),
8、(米勒氏管退化),输卵管,输精管,人胚胎,吴尔夫管,米勒氏管,哺乳动物胚胎发育过程中生殖管道的变化过程图示,发育过程中细胞的清除功能,第一节 溶酶体,甄性两性人,吴尔夫管,米勒氏管,发育,发育,均不 退化,例2. 哺乳动物生殖管的发育：,发育过程中细胞的清除功能,第一节 溶酶体,例3. 哺乳动物乳腺管的退化：,溶酶体膜蛋白高度糖基化，可抵御水解酶的降解，不会轻易破裂；,溶酶体的活动要受到严格的调控,溶酶体酶活性的最适pH5，胞质溶质pH7.2，溶酶体酶进入胞质溶质，活性丧失。,第一节 溶酶体,精子头部的顶体在受精过程中的作用图解,5. 在受精中的功能,第一节 溶酶体,特化的溶酶体,内分泌细胞中
9、含有相当数量的溶酶体，溶酶体在激素分泌的各个环节(包括激素的合成、释放、分泌调节等)都具有不可忽视的作用。,六、内分泌细胞中的功能,如状腺素的合成：储存在甲状腺腺体内腔中的甲状腺球蛋白(thyroglobin)受到刺激后，经吞噬作用进入甲状腺上皮细胞，与溶酶体融合后被组织蛋白酶D和酪氨酸酸性羟基肽酶水解，变成含碘的游离甲状腺素T3和T4，然后分泌到细胞外的毛细血管中。,第一节 溶酶体,肽类激素的分泌方式为不连续分泌。一些实验证明，溶酶体也参与肽类激素的释放，可能是作用于分泌颗粒膜或细胞膜。但其确切机制，还需要更多实验证据。,此外，溶酶体还通过自噬作用清除细胞内过多的激素或与激素合成有关的细胞器
10、，从而实现对激素分泌量的调节。,如：当母鼠终止哺乳时，其催乳素细胞进入细胞抑制状态，溶酶体将其不同成熟阶段的分泌颗粒降解。,第一节 溶酶体,目前已知的与溶酶体有关的疾病有30余种:,四、溶酶体与疾病,1. 肺结核：结核杆菌蜡质外被,2. 矽肺：SiO2颗粒硅酸肺组织弹性呼吸功能,3. 贮积病：多为先天性溶酶体酶缺失和异常,4. 类风湿关节炎：膜脆性释酶到关节处侵蚀骨组织炎症,肾上腺皮质激素,第一节 溶酶体,此类病占多数！,5. 溶酶体与休克,6. 溶酶体与肿瘤,型肝糖病(glycogenosis)病人的肝细胞 缺少 -糖苷酶无法把糖原降解为葡萄糖，造成糖原在溶酶体内大量积累,第一节 溶酶体,黑
11、蒙性先天愚型病(Tay-Sachs disease)患儿神经元中的残余小体 溶酶体中缺少-氨基己糖酯酶，不能降解神经节苷脂，而呈同心圆状被贮积在溶酶体中；如果发生在神经细胞中，便造成精神痴呆, 26岁会死亡,第一节 溶酶体,五、溶酶体的发生,溶酶体酶的特异性信号为甘露糖6-磷酸(M6P)；,磷酸转移酶具有识别溶酶体酶的信号：依赖于溶酶体酶三级结构所形成的信号斑(signal patch)。,第一节 溶酶体,溶酶体酶的识别机制：,溶酶体水解酶的识别机制 GlcNAc磷酸转移酶的催化UDP-GlcNAc的GlcNAc-P转移到溶酶体水解酶的甘露糖残基上，形成了具有M6P的溶酶体酶,第一节 溶酶体,
12、(M6P),溶酶体酶的分拣及其转运机制图解,第一节 溶酶体,溶酶体水解酶的分拣机制,M6P,(1)核糖体 合成前蛋白 (2)内质网 输入内质网腔；切除信号肽；N-键糖基化 (3)高尔基体 修饰; 形成M6P配体; 同M6P受体结合; 末端糖基化 (4)新生溶酶体酶小泡 与M6P受体分离; 前酶初步水解; 去磷酸化; 开始与其它小泡融合 (5)次级溶酶体 水解酶成熟；催化；降解,溶酶体酶的合成和成熟过程:,部位 发生的变化,第一节 溶酶体,第二节 植物液泡,植物细胞中没有在形态上与动物细胞相同的溶酶体，却含有大的由一层单位膜围成的液泡(vacuole)。,第二节 植物液泡,植物、藻类和真菌细胞大
13、都含有1数个液泡。,一、形态,植物叶细胞的电镜图片,液泡的体积往往很大，一般可占细胞体积的1/3，有的甚至可达90以上。,第二节 植物液泡,液泡内呈酸性pH，液泡中含有多种酸性水解酶，可降解许多底物。液泡膜上有H离子泵，可将H泵入液泡内。,二、功能,1、消化,质子泵逆浓度梯度将H泵入液泡内,第二节 植物液泡,储藏的物质有蛋白质、脂类、水、离子和一些次生代谢产物（如橡胶、鸦片、蒜素等）。,2、贮存养料和废物,液泡膜上有ATP驱动泵(ATP-powered pump)，可逆浓度梯度将离子、小分子、营养物（蔗糖、氨基酸等）输入液泡内。,第二节 植物液泡,可通过控制多聚物的降解和再合成改变细胞质溶质和
14、液泡的渗透压，也可通过调节膜上的各组运输体的活性，改变葡萄糖、氨基酸和其他代谢物穿过质膜和液泡膜的运输速率，从而保持液泡的膨压。,3、调节细胞膨压,通过调节膨压，使细胞保持一定体积。植物细胞包有细胞壁，可耐受520个大气压。,4、保持细胞体积,第二节 植物液泡,-淀粉酶,液泡： 糊粉粒 淀粉粒 蛋白质小体,5、种子萌发,第二节 植物液泡,位于膜上的ATP驱动运输泵，根据其分布、结构和功能可分为4类：P类；V类；F类；ABC超家族。,三、ATP驱动泵的分类,该泵具有2个一样的亚基，各带有一个ATP结合部位。大多数还含有2个具有调节作用的亚基。运输时至少有一个亚基磷酸化(phosphorylate
15、d)，故名。,1、P类离子泵,此两类离子泵均含有几个穿膜亚基和几个细胞质溶质亚基。它们只能运输质子。,2、V类和F类离子泵,V类离子泵分布于液泡、溶酶体和其他酸性细胞器上。,F类又称为ATP合成酶，参见线粒体内膜和类囊体膜的ATP合成酶。,此类ATP驱动泵包括多大几百种运输蛋白，从细菌到人类均有分布。,3、ABC超家族,它们均含有ATP结合盒(ATP-binding cassette, ABC)，故称为ABC超家族。每一种ABC蛋白均有专一性的一种或相关的一群底物，如离子、糖、氨基酸、磷脂、肽、多糖或蛋白质等。,ABC蛋白在结构上具有共同特点，都是由2个穿膜(T)域和2个细胞质溶质ATP结合(
16、A)域。,4类ATP驱动运输蛋白,微体(microbody)专指含有氧化酶、过氧化物酶，或过氧化氢酶活性的细胞器，普遍存在于动物体和植物体中。,第二节 微体,1954年，J. Rhodin：一类卵圆形小体,微体与初级溶酶体的比较,此外，微体为在一定条件下可以被诱导而进行增殖的一种细胞器,第三节 微体,一、微体的形态结构,二、微体的化学组成,三、微体的功能,四、微体的发生,第二节 讲授提纲,第三节 微体,过氧化物酶体 (peroxisome),一、微体的形态结构,第三节 微体,单层膜,卵圆形或哑铃形小体,0.21.5m,无定形的颗粒基质,微体的电镜照片,第三节 微体,常常成群分布在内质网膜的附近
17、。有时紧靠线粒体或叶绿体,Mb, 微体 RER, 糙面内质网 CW, 细胞壁 Chl, 叶绿体 M, 线粒体,微体为一类异质性细胞器,第三节 微体,过氧化物酶体的电镜图 (a)大鼠肝细胞中的过氧化物酶体，电子致密核心为尿酸氧化酶； (b)植物叶肉细胞中具有晶格状核心的过氧化物酶体，常紧邻叶绿体,尿酸氧化酶,(a),(b),第三节 微体,二、过氧化物酶体膜的化学组成,第三节 微体,水仙叶肉细胞中过氧化物酶体的细胞化学反应图片 过氧化氢酶专一性定位于过氧化物酶体(P)中,第三节 微体,过氧化物酶体中的氧化酶均含有与蛋白质结合的黄素辅基，故称为黄素氧化酶。,第三节 微体,过氧化物酶体是细胞内糖、脂和
18、氮的重要代谢部位,三、微体的功能,1、过氧化物酶体的功能：,第三节 微体,乙醛酸循环体的功能：,第三节 微体,过氧化物酶体与乙醛酸循环体的主要异同点,第三节 微体,微体酶：细胞质溶质中合成 且不糖基化。,四、微体的发生,大鼠肝细胞局部电镜图 示过氧化物酶体与内质网的连续性,过氧化物 酶体,膜脂：来自内质网(磷脂交换蛋白),微体膜,膜蛋白：细胞质溶质中合成,第三节 微体,一个含血红素的四聚体蛋白质，其单体在细胞质溶质中合成，在特定信号序列的指导下进入过氧化物酶体,微体输入信号C-端的3个氨基酸(Ser-Lys-Leu)序列,此信号序列在完成使命后不会被切除,过氧化氢酶：,酶体膜的胞质面上有识别信
19、号序列的受体,第三节 微体,过氧化物酶体的生长和分裂方式图解,已有证据表明，由已有的微体经过分裂形成新的子代微体，经进一步装配后形成成熟微体。,第三节 微体,1. 关于溶酶体的来源与增殖，请谈谈你的看法。 2. 溶酶体一旦发生异常, 会引起什么样的疾病? 各对机体又有什么影响呢? 3. 在细胞中溶酶体的形成路线是怎样的? 其分子机制又如何? 4. 何谓膜的再循环? 请总结出膜与膜受体在细胞内的再循环过程及其同溶酶体的关系。 5. 微体有哪些共同特点? 与溶酶体又有何异同点? 6. 既然线粒体是进行细胞内氧化作用的重要细胞器，那么过氧化物酶体的存在又有什么意义呢?,复习思考题,同学们辛苦了！,本章内容到此结束,