溶酶体的形态结构和具体功能课件

溶酶体的形态结构和具体功能溶酶体的形态结构和具体功能几乎存在于所有动物细胞。植物细胞含有与溶酶体功能类似的细胞器：圆球体、糊粉粒及植物中央液泡。几乎存在于所有动物细胞。1、溶酶体的形态与结构1955年deDuve与Novikoff首次发现。结构：单层膜围绕、含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。主要功能:是进行细胞内消化。标志酶：酸性磷酸酶，最适pH5.0。特征：具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类。1、溶酶体的形态与结构

初级溶酶体（primarylysosome）

次级溶酶体（secondarylysosome）溶酶体后溶酶体（残体）（

residualbody）根据完成生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体次级溶酶体溶酶体后溶酶体（残体）根据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。溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同，主要区别是：①膜上有质子泵，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，③具有多种载体蛋白用于将水解的产物向外转运。1）初级溶酶体溶酶体酶多数为可溶性酶溶酶体膜整合蛋白，能抗御酸变性作用溶酶体的酶具有同源序列溶酶体酶共同标志：甘露糖-6-磷酸（M6P）催化相关反应溶酶体酶与非溶酶体酶的蛋白质一级结构相似溶酶体酶多数为可溶性酶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）次级溶酶体溶酶体的形态结构和具体功能课件3）残体又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣，残体可通过类似胞吐作用将内容物排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。3）残体脂褐质：结构致密，不能被彻底水解，又不能排出细胞，结果在细胞内沉积增多，阻碍细胞的物质交流和信号传递，最后导致细胞衰老。脂褐质色素出现在皮肤上，医学上称“脂褐质色素”，俗称老年斑。出现在脑细胞上，便会引起智力和记忆力的减退；如老年性痴呆（AD）就是由β-淀粉样蛋白沉积引起的，因此β-AP可做为AD的鉴定指标。一个37岁的成人早衰症患者脂褐质：结构致密，不能被彻底水解，又不能排出细胞，结果在细胞脂褐质形成：主要是机体中不饱和脂肪酸被氧化后产生的氧化脂质与蛋白质结合，变成黑褐色的脂褐质，积聚于细胞内，形成斑点。脂褐质不仅存在于皮肤表面，也积存于心、肝、脑等组织的细胞里，大量积聚会严重影响机体的代谢功能。脂褐质形成：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。2.溶酶体的功能2）防御作用：是某些细胞特有的功能，可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体作用下将其杀死并降解。如巨噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体杀死和降解。单核细胞巨噬细胞杀死细菌异常：病原体进入吞噬泡或胞饮泡，抑制了吞噬泡的酸化从而抑制了溶酶体酶的活性，导致病原体未被杀死并在巨噬细胞的吞噬泡中繁殖，如麻疯杆菌，利什曼原虫。2）防御作用：溶酶体的形态结构和具体功能课件3）其它重要的生理功能（1）细胞内消化为细胞提供营养：血液中的大分子物质通过内吞作用进入细胞，如内吞血清脂蛋白获得胆固醇，单细胞真核生物，如黏菌，变形虫，吞噬细菌和微生物而生存。饥饿状态下分解生物内生物大分子保证机体所需能量。如将蛋白质分解成为二肽或游离的氨基酸，将碳水化合物分解为寡糖类或单糖，使核酸分解为核苷和磷酸，使中性脂肪或磷脂分解成为游离脂肪酸、甘油或甘油磷酸二酯等。最终均成为可溶性、可弥散的分子，并透过溶酶体膜，在胞质基质内继续代谢被再利用。3）其它重要的生理功能（1）细胞内消化为细胞提供营养：（2）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（3）细胞凋亡：个体发生过程中往往涉及组织或器官的改造或重建，如昆虫和蛙类的变态发育等等。这一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。（2）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（4）

形成精子的顶体：顶体相当于特化的溶酶体，可溶穿卵子的皮层，使精子进入卵子。

（4）形成精子的顶体：顶体相当于特化的溶酶体，可溶穿卵子的动物细胞溶酶体系统示意图动物细胞溶酶体系统示意图3.溶酶体的发生多途径，不同种类细胞或同一种类细胞都可采取不同的方式。M6P特异标志是目前研究高尔基体分选最为清除的一条途径。酸性水解酶类N-连接糖基化寡糖链结合于酸性水解酶的天冬酰胺残基N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶N-乙酰葡糖胺磷酸糖苷酶甘露糖磷酸化M6PM6P受体识别M6P分选浓缩初级溶酶体出芽3.溶酶体的发生酸性水解酶类N-连接糖基化寡糖链结合于酸性溶酶体的发生溶酶体的发生

酸性磷酸酶高尔基体转运细胞膜初级溶酶体酸性磷酸酶的转运酸性磷酸酶高尔基体转运细胞膜初级溶酶体酸性磷酸酶的转运4.溶酶体与疾病1）矽肺二氧化硅尘粒（矽尘）肺泡巨噬细胞吞噬吞噬小体与溶酶体融合次级溶酶体溶酶体崩解矽尘释出又被其他巨噬细内吞噬，如此反复进行。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。

4.溶酶体与疾病3）麻风病麻风分枝杆菌是一种典型胞内菌，病人渗出物标本涂片中可见大量麻风分枝杆菌存在于细胞内。这种细胞的胞浆呈泡沫状，称麻风细胞。可在巨噬细胞中逃离吞噬体，自身抗体和受损组织释放的抗原结合，形成免疫复合物。沉淀在皮肤或粘膜下，形成红斑和结节，称为麻风结节(leproma)，是麻风的典型病灶。面部结节融合可呈狮面状。3）麻风病4）各类贮积症

贮积症（storagedisease）：是由于遗传缺陷引起的，由于溶酶体的酶发生变异，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-Sachsdiesease）：又叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶A（β-N-hexosaminidase），导致神经节甘脂GM2积累，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、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群中。

4）各类贮积症台－萨氏综合症神经元细胞溶酶体台－萨氏综合症神经元细胞溶酶体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、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。脑苷脂沉积病,是巨噬细胞和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（inclusion-celldisease，I-celldisease）：N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起的，导致溶酶体前酶上不能形成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（inclusion）”。另外这类病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具有M6P之外的途径。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和发炎。II型糖原累积病（Pompe病）：溶酶体缺乏α-14.溶酶体与过氧化物酶体

过氧化物酶体（peroxisome）又称微体（microbody），由单层膜围绕而成。由J.Rhodin（1954）首次在鼠肾小管上皮细胞中发现。异质性的细胞器，在不同生物及不同发育阶段有所不同。直径约0.2-1.5µm，通常为0.5µm，呈圆形，椭圆形或哑呤形不等，标志酶：氧化酶和过氧化氢酶，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（urateoxidase）的含量极高，以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心。4.溶酶体与过氧化物酶体过氧化物酶体（peroxi人肝细胞过氧化物酶体人肝细胞过氧化物酶体烟草叶肉细胞的过氧化物酶体烟草叶肉细胞的过氧化物酶体1）过氧化物酶体与溶酶体的区别特征溶酶体过氧化物酶体形态大小多呈球形,直径0.2~0.5μm,无酶晶体球形,直径多在0.15~0.25μm,内常有酶晶体酶种类酸性水解酶氧化酶、过氧化氢酶类pH约为5约为7是否需氧不需要需要功能细胞内消化多种功能发生在rER中合成经Golgi出芽形成酶在细胞基质中合成，经分裂装配形成标志酶酸性水解酶过氧化氢酶1）过氧化物酶体与溶酶体的区别特征溶酶体过氧化物酶体形态大2）过氧化物酶体的功能动物体内：

1）参与脂肪酸的氧化

2）解毒作用：酒精氧化成乙醛植物体内：

1）乙醛酸循环体

使脂肪转变为糖。脂肪酸氧化后产生的乙酰辅酶A,与乙醛酸结合形成苹果酸，苹果酸离开过氧化物酶体合成糖。

2）光合作用的副产物的氧化。乙醇酸氧化成乙醛酸和过氧化氢。2）过氧化物酶体的功能动物体内：3）过氧化物酶体的发生

组成过氧化物酶体的氧化酶：由核基因编码，在细胞质基质中合成。

蛋白分选信号PTS

(peroxisomaltargetingsignal）PTS1在蛋白质的C端:ser-lys-leu-COOH;

PTS2在蛋白质的N端:Arg/lys-leu/Ile-5X-His/Gln-leu

过氧化物酶体中膜脂：在内质网中合成，以磷脂转换蛋白途径，运至过氧化物酶体膜。

过氧化物酶体以生长分裂的形式增殖3）过氧化物酶体的发生过氧化物酶体发生示意图

内质网途径基质途径过氧化物酶体发生示意图内质网途径过氧化物酶体与疾病

Zellweger综合征也叫脑肝肾综合征，患者细胞的过氧化物酶体中，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个月内后死亡。过氧化物酶体与疾病第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输蛋白的分选（proteinsorting）：除线粒体、叶绿体内自身合成的蛋白质外，机体绝大多数蛋白质在细胞质基质中开始合成。随后，或在细胞质基质中，或转运到粗面型内质网继续合成。然后，通过不同的途径，转运到细胞的特定部位。问题的提出：

1、为什么有的核糖体游离在细胞质基质中合成蛋白质，而有的与内质网结合形成粗面型内质网？

2、是什么指令蛋白质合成的部位，并指导蛋白质最终命运？第三节细胞内蛋白质的分选与膜泡运输蛋白的分选（protei一、信号假说与蛋白质的分选信号信号假说

1972年，C.Milstein等在研究骨髓瘤细胞中的发现瘤细胞中提取的IgG分子N端比分泌到细胞外IgG分子N端多。

1975年，G.Blobel和D.sabatini提出了信号假说。

1999年，G.Blobel获得了诺贝尔医学和生理学奖。现已确定：蛋白质N端的信号序列，控制蛋白质在细胞内的转移与定位，是蛋白质在粗面型内质网上合成的决定因素。一、信号假说与蛋白质的分选信号信号假说一、信号假说与蛋白质分选1975年Blobel和Sabatini等提出信号假说（Signalhypothesis）分泌性蛋白N-端序列作为信号肽，指导分泌性蛋白到内质网上合成，然后在信号肽引导下蛋白质边合成，边通过易位子蛋白复合体进入内质网腔，在蛋白质合成结束之前信号肽被切除。Blobel获1999年诺贝尔医学和生理学奖一、信号假说与蛋白质分选1975年Blobel和Sabati核糖体是合成蛋白质的细胞器主要成分——蛋白质和ｒRNA功能：按照mRNA的指令合成多肽链mRNA核糖体核糖体是合成蛋白质的细胞器mRNA核糖体溶酶体的形态结构和具体功能课件溶酶体的形态结构和具体功能课件A部位：氨基酸部位或受位，接受氨酰基tRNAP部位：肽基部位或放位，肽基tRNA移交肽链后，tRNA被释放的部位T因子：肽基转移酶催化P位上的氨酰基结合到A位的氨酰tRNA上G因子：GTP酶，催化tRNA从A位→P位A部位：氨基酸部位或受位，接受氨酰基tRNAT因子：肽基转移核糖体是蛋白质合成的场所5’tRNA循环3’mRNA核糖体是蛋白质合成的场所5’tRNA循环3’mRNA附着的多聚核糖体，主要合成分泌性Protein游离的多聚核糖体，主要合成结构性ProteinRERmRNA附着的多聚核糖体，主要合成分泌性Protein游离的多聚核糖指导分泌性蛋白在粗面内质网合成的决定因素：1.蛋白质N端的信号肽（signalsequenceortargetingsequence）2.信号识别颗粒（Signalrecognitionparticle,SRP）3.内质网膜上的信号识别颗粒的受体（又称停泊蛋白，dockingprotein,DP）。信号肽－信号识别颗粒－颗粒受体指导分泌性蛋白在粗面内质网合成的决定因素：1.蛋白质N端的信信号肽：存在于蛋白质N端，通常16-26个氨基酸残基，包括疏水核心区、信号肽的C端和N端SRP：是一种核糖核蛋白复合体：6种蛋白质和一个300个核苷酸组成的7SRNA结合组成。SRP即能与新生肽信号序列和核糖体结合，又能与内质网SRP受体结合。SRP受体:位于内质网膜上，特异地与SRP结合。信号肽：存在于蛋白质N端，通常16-26个氨基酸残基，包括疏分泌性蛋白的合成与跨内质网膜的共翻译转运图解分泌性蛋白的合成与跨内质网膜的共翻译转运图解分泌性蛋白在内质网合成的共翻译过程：

1.游离核糖体上信号肽合成，约80个aa时，信号肽延伸出核糖体；

2.胞质中SRP识别信号肽，形成SRP-核糖体复合体，从而使多肽链合成暂停，防止新生肽N端损伤和成熟前折叠。

3.SRP与粗面内质网膜SRP受体结合，形成SRP-SRP受体-核糖体复合体；分泌性蛋白在内质网合成的共翻译过程：4.核糖体/新生肽与内质网膜上易位子结合，SRP脱离信号序列和核糖体，返回细胞基质并参加再循环。

5.信号肽与易位子结合并使孔道打开，信号肽穿入内质网膜并引导肽链以袢环形式进入内质网腔，同时，ER膜上的信号肽酶切除信号肽并使之降解。

6.核糖体上的多肽链合成继续进行，直至蛋白质合成终止，蛋白质进入内质网管腔。

7.附着核糖体脱离内质网膜，大小亚基分开，回到胞质基质中。

8.内质网膜上的易位子关闭。4.核糖体/新生肽与内质网膜上易位子结合，SR开始转移序列与停止转移序列：开始转移序列（starttransfersequence）：

肽链上的一段序列，与内质网膜的亲合力较低，肽链能进入内质网腔。引导肽链进入内质网腔的一段信号肽序列。停止转移序列（stoptransfersequence

）：

肽链上的一段序列，与内质网膜的亲合力很高，能阻止肽链继续进入内质网腔，使其成为跨膜蛋白质。意义：含信号肽，而无停止转移序列，多肽进入内质网腔。含信号肽，中部有停止转移序列，形成跨膜蛋白。含多个引导肽序列和多个停止转移序列，形成多次跨膜蛋白。开始转移序列与停止转移序列：跨膜蛋白合成跨膜蛋白合成①附着核糖体：主要合成分泌性蛋白质

②游离核糖体：主要合成结构性蛋白质

③功能状态都为多聚核糖体，非功能状态为大、小亚基分开核糖体的存在形式①附着核糖体：主要合成分泌性蛋白质 核糖体的存在形式二、蛋白质分选的基本途径与类型二、蛋白质分选的基本途径与类型

蛋白的分选（proteinsorting）：除线粒体、叶绿体内自身合成的蛋白质外，绝大多在细胞质基质中开始合成。随后，或在细胞质基质中，或转运到粗面型内质网继续合成。然后，通过不同的途径，转运到细胞的特定部位。问题的提出：

1、为什么有的核糖体游离在细胞质基质中合成蛋白质，而有的与内质网结合形成粗面型内质网？

2、是什么指令蛋白质合成的部位，并指导蛋白质最终命运？蛋白的分选（proteinsorting）：除线粒体基质中核糖体半合成－粗面内质网－高尔基体－溶酶体或膜或胞外全合成－转运至细胞器基质中核糖体半合成－粗面内质网－高尔基体－溶酶体或膜或胞外全蛋白质两条分选途径：溶酶体分泌泡细胞质膜线粒体叶绿体过氧化物酶体细胞核基质特定部位，可溶性驻留蛋白和支架蛋白高尔基体内质网2.翻译后转运途径胞外1.共翻译转运途径蛋白质两条分选途径：溶酶体分泌泡细胞质膜线粒体叶绿体过氧化物共转移与后转移共转移（co-translation）：肽链边合成边向内质网腔转移的方式。后转移（posttranslation）：蛋白质在细胞基质中合成，然后再转移到特定位置。如：叶绿体、线粒体、过氧化物酶体中的蛋白。共转移与后转移二、蛋白质分选、运输的途径

从蛋白质分选的转运方式分类：1.跨膜运输：蛋白质线粒体、叶绿体、过氧化物酶体高尔基体分泌泡2.