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。
4、防御作用
如，巨噬细胞可吞入病原体
在溶酶体中将病原体杀死 ＆ 降解
5、参与分泌过程的调节
如，将甲状腺球蛋白，降解成有活性的甲状腺素
6、形成精子的顶体
顶体相当于一个化学钻
可溶穿卵子的皮层，使精子进入卵子
三、溶酶体的发生
初级溶酶体
是在高尔基体的trans面，以出芽的形式形成的
其形成过程如下：
* 内质网上核糖体，合成溶酶体蛋白
进入内质网腔，进行N-连接的糖基化修饰
* 进入高尔基体cis面膜囊
N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶
识别溶酶体蛋白的信号斑
将N-乙酰葡萄糖胺磷酸
转移在1~2个甘露糖（M）残基上
在中间膜囊，切去N-乙酰葡萄糖胺
形成溶酶体蛋白M6P配体
* M6P配体 ＆ trans膜囊上的受体结合
选择性地包装成初级溶酶体
四、溶酶体与疾病
1．矽肺
* 二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后
被巨噬细胞吞噬
含有矽尘的吞噬小体＆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or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 or 已破坏的巨噬细胞，释放“致纤维化因子”
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
* 结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜 ＆ 侵袭性酶
但是，菌体成分硫酸脑苷脂
能抵抗细胞内的溶酶菌杀伤作用
* 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，重复上述过程
最终引起肺组织钙化和纤维化
3．各类贮积症
* 贮积症，是由于遗传缺陷引起的
* 由于溶酶体中的酶，发生变异，功能丧失
导致底物在溶酶体中大量贮积，进而影响细胞功能
* 常见的贮积症主要有以下几类
台-萨氏综合征（Tay-Sachs diesease）：
又叫黑蒙性家族痴呆症
溶酶体缺少，氨基已糖酯酶A
导致神经节甘脂GM2积累（图6-30）
影响细胞功能，造成精神痴呆，2~6岁死亡
患者表现为渐进性失明、病呆 ＆ 瘫痪
该病主要出现在犹太人群中
图6-30 台-萨氏综合征神经元中同心圆状的溶酶体 引自《细胞生物学超微结构图谱》1989
II型糖原累积病（Pompe病）：
溶酶体缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶
糖原，在溶酶体中积累
导致心、肝、舌肿大 ＆ 骨骼肌无力
属常染色体缺陷性遗传病
患者多为小孩，常在2周岁以前死亡
脑苷脂沉积病（Gaucher病）：
巨噬细胞 ＆ 脑神经细胞的溶酶体
缺乏β- 葡萄糖苷酶造成的
大量的葡萄糖脑苷脂，沉积在这些细胞溶酶体内
患者的肝、脾、淋巴结等肿大
中枢神经系统发生退行性变化，常在1 岁内死亡。
细胞内含物病：
一种更严重的贮积症
是N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶，单基因突变引起的
由于基因突变，高尔基体中加工的溶酶体前体上
不能形成M6P分选信号，酶被运出细胞
这类病人成纤维细胞的溶酶体中，没有水解酶
导致底物在溶酶体中大量贮积，形成所谓的“包涵体”
4．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 ＆ 发炎
五、过氧化物酶体
* 过氧化物酶体，又称微体
由J. Rhodin（1954）首次在鼠肾小管上皮细胞中发现
* 是一种具有异质性的细胞器
在不同生物 ＆ 不同发育阶段有所不同
* 直径约0.2~1.5um，通常为0.5um
呈圆形，椭圆形 or 哑呤形不等
由单层膜，围绕而成（图6-31）
* 共同特点，是内含1～多种
依赖黄素的氧化酶 ＆ 过氧化氢酶（标志酶）
* 已发现40多种氧化酶
如，L-氨基酸氧化酶，D-氨基酸氧化酶等等
其中尿酸氧化酶的含量极高
以至于在有些种类，形成由酶结晶构成的核心（图6-32）。
图6-31 人肝细胞过氧化物酶体
（Ps，没有尿酸氧化酶结晶）
引自《细胞生物学超微结构图谱》1989
图6-32 烟草叶肉细胞的过氧化物酶体
（中央具有尿酸氧化酶形成的晶体状核心）
* 各类氧化酶的共性，是将底物氧化后，生成H2O2
RH2 + O2 → R + H2O2
* 过氧化氢酶
可以利用H2O2，将底物（如醛、醇、酚）氧化
R′H2 + H2O2 → R′ + 2H2O
当细胞中过剩时，H2O2酶亦可催化以下反应
2H2O2 → 2H2O + O2
在动物中：
* 过氧化物酶体，参与脂肪酸的β氧化
* 过氧化物酶体，还具有解毒作用
H2O2酶，能利用H2O2
将酚、甲醛、甲酸 ＆ 醇等有害物质，氧化
饮入的酒精1/4，是在过氧化物酶体中氧化为乙醛
在植物中过氧化物酶体主要作用：
* 参与光呼吸作用
将光合作用的副产物――乙醇酸
氧化为 → 乙醛酸 ＆ H2O2
* 在萌发的种子中
进行脂肪的β-氧化，产生乙酰辅酶A → 经乙醛酸循环 → 由异柠檬酸裂解为乙醛酸 ＆ 琥珀酸 → 加入三羧酸循环 → 因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体（glyoxysome）。
从系统发生的角度来看：
* 过氧化物酶体，可能是一种古老的细胞器
在光合生物出现后，大气中的氧含量逐渐提高
而细胞内的氧，对早期的生物具有毒害作用
过氧化物酶体的功能，就是消除细胞内的氧
并产生细胞所需要的某些代谢物
* 在过氧化物酶体中
黄素蛋白、氧化酶 ＆ H2O2酶之间
可以形成一个简单的呼吸链
但不起能量转换的作用
* 线粒体产生后
取代了过氧化物酶体的这种功能
其电子传递与ATP合成相偶联
从个体发生的角度来看：
* 过氧化物酶体
来源于，已存在过氧化物酶体的分裂
* 过氧化物酶体中
所有的酶，都由核基因编码
在细胞质基质中合成
* 在信号肽的引导下，进入过氧化物酶体
引导蛋白质 → 过氧化物酶体的信号序列
-Ser-Lys-Leu-COO-。
Zellweger综合征，也叫脑肝肾综合征
* 是一类与过氧化物酶体有关的遗传病
* 患者细胞的过氧化物酶体中
与酶蛋白输入有关的蛋白质变异
* 过氧化物酶体是“空的”
脑、肝、肾异常，出生3-6个内后死亡。
过氧化酶体与初级溶酶体的特征比较（pp189）
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/7ad1b6bc195f312b3069a532.html
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