1、溶酶體與過氧化物酶體第六章 細胞質基質與內膜系統0912402045陳春玉溶酶體與過氧化物酶體第四節第四節 溶酶體與過氧化物酶體溶酶體與過氧化物酶體一、溶酶體一、溶酶體n溶酶體：溶酶體：Lysosome，由單層膜圍繞、內含多種，由單層膜圍繞、內含多種酸性酸性水解酶水解酶類的囊泡狀細胞器。其主要功能是進行細胞內類的囊泡狀細胞器。其主要功能是進行細胞內的的消化和保護消化和保護作用。作用。溶酶體與過氧化物酶體1、溶酶體的形態結構、溶酶體的形態結構n19491949年，年，Christian de Duve Christian de Duve 和他的同事在研究亞細胞和他的同事在研究亞細胞組分時發現了溶

2、酶體，組分時發現了溶酶體，19551955年，年，de Duvede Duve與與NovikoffNovikoff首首次用電子顯微鏡證明了溶酶體的存在。次用電子顯微鏡證明了溶酶體的存在。n溶酶體是一種異質性溶酶體是一種異質性(heterogeneous)(heterogeneous)的細胞器的細胞器, , 不同不同來源的溶酶體形態、大小來源的溶酶體形態、大小, , 甚至所含有酶的種類都有很甚至所含有酶的種類都有很大的不同。溶酶體呈小球狀大的不同。溶酶體呈小球狀, , 大小變化很大，直徑一般大小變化很大，直徑一般0.250.250.8m0.8m，最大的可超過，最大的可超過1m,1m,最小的直徑只

3、有最小的直徑只有252550nm50nm。 n溶酶體存在于所有的原生動物與多細胞動物溶酶體存在于所有的原生動物與多細胞動物，少數細胞，少數細胞如哺乳動物如哺乳動物紅細胞紅細胞除外，植物有類似的液泡和圓球體。除外，植物有類似的液泡和圓球體。溶酶體與過氧化物酶體具吞噬作用的肝具吞噬作用的肝Kupper細胞中不同大小的溶酶體細胞中不同大小的溶酶體 溶酶體與過氧化物酶體2、溶酶體膜的穩定性、溶酶體膜的穩定性n由于溶酶體中含有各種不同的由于溶酶體中含有各種不同的水解酶類水解酶類, ,所以溶酶體在所以溶酶體在生活細胞中必須是高度穩定的。溶酶體的穩定性與其膜生活細胞中必須是高度穩定的。溶酶體的穩定性與其膜的

4、結構組成有關：的結構組成有關：n溶酶體膜中嵌有質子運輸泵溶酶體膜中嵌有質子運輸泵(H(H+ +-ATPase)-ATPase)和和ClCl- -離子通道離子通道蛋白，維持溶酶體內部的酸性環境蛋白，維持溶酶體內部的酸性環境(pH(pH約為約為4.64.64.8)4.8)。n溶酶體膜含有各種不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白溶酶體膜含有各種不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白, , 防止自身膜蛋白的降解。防止自身膜蛋白的降解。n溶酶體膜含有較高的膽固醇溶酶體膜含有較高的膽固醇, , 促進了膜結構的穩定促進了膜結構的穩定。 溶酶體與過氧化物酶體3、溶酶體的酶類、溶酶體的酶類n溶酶體內含有溶酶體內含有606

5、0多種酶類，多數為可溶性的酶，少數多種酶類，多數為可溶性的酶，少數整合于膜上，最適整合于膜上，最適pHpH值是值是5.05.0，故均為，故均為酸性水解酶酸性水解酶(acid hydrolases)(acid hydrolases)。 n酸性磷酸酶酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶是溶酶體的標志酶 n包括包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等 溶酶體與過氧化物酶體溶酶體的形態、大小、溶酶體的形態、大小、V V型質子泵及所含主要酶類示意圖型質子泵及所含主要酶類示意圖 溶酶體與過氧化物酶體4、溶酶體的類型、溶酶體的類型n根據溶酶體處于完成其生根據溶酶體處于完成其生理功能的不同階段理

6、功能的不同階段分：分：初初級溶酶體、次級溶酶體、級溶酶體、次級溶酶體、殘余體殘余體溶酶體與過氧化物酶體初級溶酶體初級溶酶體(primary (primary lysosome)lysosome)n剛剛從反面高爾基體形成的小囊泡剛剛從反面高爾基體形成的小囊泡, , 僅含有水解酶類，僅含有水解酶類，但無作用底物，外面只有一層單位膜，但無作用底物，外面只有一層單位膜，其中的酶處于非其中的酶處于非活性狀態。活性狀態。溶酶體與過氧化物酶體次級溶酶體次級溶酶體(secondary lysosome(secondary lysosome) )n初級溶酶體與細胞內的自噬泡或異噬泡、胞飲泡或吞初級溶酶體與細胞內

7、的自噬泡或異噬泡、胞飲泡或吞噬泡融合形成的復合體，噬泡融合形成的復合體，有有水解酶和相應的底物水解酶和相應的底物，是，是一種將要或正在進行消化作用的溶酶體。一種將要或正在進行消化作用的溶酶體。n根據所消化的物質來源不同根據所消化的物質來源不同, , 分為自噬性溶酶體、異分為自噬性溶酶體、異噬性溶酶體。噬性溶酶體。n自噬性溶酶體自噬性溶酶體：作用底物是：作用底物是內源性內源性的的, ,即細胞內的蛻變、即細胞內的蛻變、破損的某些細胞器或局部細胞質破損的某些細胞器或局部細胞質 n異噬性溶酶體異噬性溶酶體：它的作用底物是：它的作用底物是外源性外源性的的, , 即細胞經即細胞經吞噬、胞飲作用所攝入的胞外

8、物質吞噬、胞飲作用所攝入的胞外物質溶酶體與過氧化物酶體溶酶體與過氧化物酶體殘余體（殘余體（residual lysosomeresidual lysosome）n未被消化的物質殘余在溶酶體中未被消化的物質殘余在溶酶體中形成殘余小體或后溶酶體，以胞形成殘余小體或后溶酶體，以胞吐外排。也可吐外排。也可能留在細胞內逐年能留在細胞內逐年增多，如表皮細胞的老年斑，肝增多，如表皮細胞的老年斑，肝細胞的脂褐質細胞的脂褐質溶酶體與過氧化物酶體溶酶體與過氧化物酶體溶酶體的類型及在細胞消化過程中的作用溶酶體的類型及在細胞消化過程中的作用 溶酶體與過氧化物酶體5、溶酶體的發生溶酶體的發生n甘露糖甘露糖-6-6-磷酸

9、途徑磷酸途徑(mannose 6-(mannose 6-phosphate sorting pathway)phosphate sorting pathway)：溶酶體：溶酶體的酶類在內質網上起始合成的酶類在內質網上起始合成, , 跨膜進入跨膜進入內質網的腔內質網的腔, , 在順面高爾基體帶上甘露在順面高爾基體帶上甘露糖糖6-6-磷酸標記后在高爾基體反面網絡形磷酸標記后在高爾基體反面網絡形成溶酶體分泌小泡成溶酶體分泌小泡, , 最后還要通過脫磷最后還要通過脫磷酸才成為成熟的溶酶體酸才成為成熟的溶酶體 。溶酶體與過氧化物酶體溶酶體酶蛋白的溶酶體酶蛋白的M6PM6P標記標記 n糖基化：粗面內質網糖

10、基化：粗面內質網進行進行N-N-連接糖基化連接糖基化, , 經加工后形經加工后形成帶有成帶有8 8個甘露糖殘基和個甘露糖殘基和2 2個個N-N-乙酰葡萄糖胺殘基的糖乙酰葡萄糖胺殘基的糖蛋白轉運到高爾基體蛋白轉運到高爾基體 n磷酸化：高爾基體磷酸化：高爾基體溶酶體與過氧化物酶體磷酸化磷酸化溶酶體與過氧化物酶體溶酶體酶的溶酶體酶的M6P分選途徑分選途徑溶酶體與過氧化物酶體6、溶酶體的功能溶酶體的功能n溶酶體的主要功能是消化作用。其溶酶體的主要功能是消化作用。其消化底物的來源有三種途徑消化底物的來源有三種途徑: : 自自體吞噬體吞噬(autophagy), (autophagy), 吞噬的是細胞吞噬

11、的是細胞內原有的物質內原有的物質; ; 通過吞噬形成的通過吞噬形成的吞噬體吞噬體(phagosome)(phagosome)提供的有害物質提供的有害物質; ; 通過內吞作用通過內吞作用(endocytosis)(endocytosis)提供提供的營養物質。的營養物質。 溶酶體與過氧化物酶體溶酶體與過氧化物酶體消化和防御功能消化和防御功能n吞噬作用：吞噬作用：phagocytosis，外來的有害物質被吞入細外來的有害物質被吞入細胞后胞后, , 即形成由膜包裹的吞噬小體即形成由膜包裹的吞噬小體(phagosome), (phagosome), 初級初級溶酶體很快同吞噬體融合形成次級溶酶體，為異噬性

12、溶酶體很快同吞噬體融合形成次級溶酶體，為異噬性溶酶體溶酶體 n吞噬細胞：吞噬細胞：巨噬細胞巨噬細胞(macrophages)(macrophages)和中性粒細胞和中性粒細胞(neutrophils)(neutrophils)n保護防御、獲取營養及衰老的、進入編程死亡的細胞保護防御、獲取營養及衰老的、進入編程死亡的細胞的吞噬的吞噬 溶酶體與過氧化物酶體吞噬作用吞噬作用 溶酶體與過氧化物酶體在細胞器更新中的作用在細胞器更新中的作用n自噬作用：自噬作用：autophagyautophagy清除降解細胞內受損傷的細胞結清除降解細胞內受損傷的細胞結構、衰老的細胞器、以及不再需要的生物大分子等構、衰老的

13、細胞器、以及不再需要的生物大分子等n吞噬過程：被吞噬的細胞器和生物大分子先要被內質吞噬過程：被吞噬的細胞器和生物大分子先要被內質網的膜包裹起來形成自噬泡網的膜包裹起來形成自噬泡(autophagic vacuole), (autophagic vacuole), 然后與初級溶酶體融合形成次級溶酶體然后與初級溶酶體融合形成次級溶酶體, , 即自噬性的即自噬性的溶酶體溶酶體n饑餓、老化饑餓、老化溶酶體與過氧化物酶體自體吞噬泡形成的機制自體吞噬泡形成的機制 溶酶體與過氧化物酶體在發育過程中的作用在發育過程中的作用n自溶作用：自溶作用：autolysisautolysis，細胞的自我毀滅細胞的自我毀滅

14、(cellular (cellular self-destruction), self-destruction), 即溶酶體將酶釋放出來將自身細即溶酶體將酶釋放出來將自身細胞降解。胞降解。n 昆蟲變態、青蛙發育、骨骼形成、乳腺退化昆蟲變態、青蛙發育、骨骼形成、乳腺退化溶酶體與過氧化物酶體在受精過程中的作用在受精過程中的作用n細胞外消化：細胞外消化：extracellular digestionextracellular digestion，將水解酶釋將水解酶釋放到細胞外消化細胞外物質放到細胞外消化細胞外物質 。溶酶體與過氧化物酶體7、溶酶體與疾病、溶酶體與疾病n儲積病：臺儲積病：臺薩氏病，溶酶

15、體缺氨基己糖酯酶，積神薩氏病，溶酶體缺氨基己糖酯酶，積神經節苷脂，致精神呆滯，死亡。經節苷脂，致精神呆滯，死亡。n肺結核：結核桿菌不產生內、外毒素肺結核：結核桿菌不產生內、外毒素, , 也無莢膜和侵也無莢膜和侵襲性酶。但是菌體成分硫酸腦苷脂能抵抗溶酶體的殺襲性酶。但是菌體成分硫酸腦苷脂能抵抗溶酶體的殺傷作用傷作用, ,使結核桿菌在肺泡內大量生長繁殖使結核桿菌在肺泡內大量生長繁殖, , 導致巨噬導致巨噬細胞裂解細胞裂解, ,釋放出的結核桿菌再被吞噬而重復上述過程，釋放出的結核桿菌再被吞噬而重復上述過程，引起肺組織鈣化和纖維化。引起肺組織鈣化和纖維化。n矽肺：矽粉末（矽肺：矽粉末（SiOSiO2

16、2），被吞噬，溶酶體膜破裂，釋），被吞噬，溶酶體膜破裂，釋放水解酶，細胞死亡，矽粉釋放又被其它細胞吞噬。放水解酶，細胞死亡，矽粉釋放又被其它細胞吞噬。最后刺激成纖維細胞膠原纖維結的沉積，肺的彈性降最后刺激成纖維細胞膠原纖維結的沉積，肺的彈性降低，功能受損。低，功能受損。n風濕性關節炎：殘余體經胞吐把殘渣和殘余酶排到細風濕性關節炎：殘余體經胞吐把殘渣和殘余酶排到細胞間，如局部出現適合胞間，如局部出現適合pHpH，就繼續發揮酶作用。，就繼續發揮酶作用。n致癌與治癌致癌與治癌溶酶體與過氧化物酶體二、過氧化物酶體二、過氧化物酶體n過氧化氫酶體又稱微體過氧化氫酶體又稱微體（microbody，perox

17、isome）：）：由單層膜圍繞的、內含一種或幾種由單層膜圍繞的、內含一種或幾種氧化酶類的細胞器。氧化酶類的細胞器。1954年，年，Rhodin首次在鼠腎的腎小管上皮首次在鼠腎的腎小管上皮細胞中觀察到。細胞中觀察到。溶酶體與過氧化物酶體過氧化氫酶體的電鏡圖過氧化氫酶體的電鏡圖溶酶體與過氧化物酶體肝細胞微體圖肝細胞微體圖溶酶體與過氧化物酶體過氧化氫酶的三級結構過氧化氫酶的三級結構溶酶體與過氧化物酶體1.過氧化氫酶體功能過氧化氫酶體功能n在動物中：在動物中： 參與脂肪酸的參與脂肪酸的-氧化；氧化； 具有具有解毒作用，過氧化氫酶利用解毒作用，過氧化氫酶利用H2O2將酚、甲醛、將酚、甲醛、甲酸和醇等有害

18、物質氧化，飲入的酒精甲酸和醇等有害物質氧化，飲入的酒精1/4是是在微體中氧化為乙醛。在微體中氧化為乙醛。n在植物中：在植物中：參與光呼吸，將光合作用的副產參與光呼吸，將光合作用的副產物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，物乙醇酸氧化為乙醛酸和過氧化氫，在萌發在萌發的種子中，進行脂肪的的種子中，進行脂肪的-氧化，產生乙酰輔酶氧化，產生乙酰輔酶A，經乙醛酸循環，由異檸檬酸裂解為乙醛酸，經乙醛酸循環，由異檸檬酸裂解為乙醛酸和琥珀酸，加入三羧酸循環，因涉及乙醛酸循和琥珀酸，加入三羧酸循環，因涉及乙醛酸循環，又稱乙醛酸循環體。環，又稱乙醛酸循環體。溶酶體與過氧化物酶體2過氧化氫酶在生物體內的作用原理過氧化氫酶在生物體內的作用原理 n過氧化氫酶是微體的識別標示酶，是催化過氧化氫過氧化氫酶是微體的識別標示酶，