漫话溶酶体

秦四哥

                              

1溶酶体的发现

1949年，比利时布鲁塞尔细胞病理学院科学家deDuve将大鼠肝组织匀浆，对各种细胞器进行分离，以期找出与糖代谢的酶有关的细胞器，根据实验结果推测细胞中还存在一种新的细胞器。1955年，de Duve与Novikof合作，首次用电子显微镜观察到这种细胞器，1956年被定名为溶酶体。他和他的同事——电子显微镜专家克洛德和帕拉迪分享了1974年诺贝尔生理学或医学奖。

2溶酶体的结构

至今只在动物细胞中发现溶酶体，它是一种由单层膜包被的囊状结构，且是一种动态结构。在不同类型细胞中，溶酶体的形态、大小不同。一般呈圆形小泡，直径为0.25~0.8μm,内含多种多样的酸性水解酶，可分解各种外源或内源的大分子物质。因而溶酶体被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。

3溶酶体的分类和形成

根据溶酶体完成其生理功能的不同阶段，可分为初级溶酶体、次级溶酶体和残余体。

溶酶体的形成是一个相当复杂的过程。一般认为，溶酶体里的酶是经粗面内质网上的核糖体合成后运输到高尔基体的，在此经过加工、分拣与浓缩，被覆外膜，形成囊泡，然后离开高尔基复合体，此时只含水解酶而不含被催化的底物，称为初级溶酶体。初级溶酶体与细胞内的胞内体、吞噬体和自噬体融合形成复合物，溶酶体中的酸性水解酶发挥作用，将胞内体和吞噬体等逐步消化，此时的溶酶体不仅含有水解酶，而且含有大量被催化的底物，是一种正在进行消化作用的溶酶体，被称为次级溶酶体。次级溶酶体内的消化作用完成后，酶的活力变得很弱甚至丧失，仅留有未消化的残渣，称为残余体。

4溶酶体中的酶

4.1种类

目前已发现溶酶体中的酸性水解酶有60余种，包括水解蛋白质、糖类、脂类等物质的酶。例如，酸性磷酸脂酶、组织蛋白酶、核糖核酸酶、透明质酸酶、磷酸转移酶、β-半乳糖苷酶、芳香基硫酸脂酶A和B等。大多数溶酶体里的酶是糖蛋白，但也有例外，如鼠肝细胞和肾细胞溶酶体里的酶大部分是脂蛋白。

4.2来源

溶酶体中的酶与分泌蛋白的形成类似，都是由附着在内质网上的核糖体中合成不成熟的酶，然后在信号肽的引导下进入粗面内质网，经初步加工连接一些糖基团，如葡萄糖、甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺等，内质网通过形成囊泡将这些较成熟的酶转运至高尔基体，经高尔基体的再加工，如将N-乙酰葡萄糖胺残基移接到甘露糖残基上等，形成成熟的酶。

4.3特点

①溶酶体的膜蛋白多为糖蛋白，溶酶体膜内表面带负电荷，所以有助于溶酶体中的酶保持游离状态，这对行使正常功能和防止细胞自身被消化有着重要意义；

②所有水解酶在左右时活性最佳，但其周围胞质中pH约为7.2，溶酶体膜上含有一种特殊的转运蛋白，可以利用ATP水解的能量将细胞质中的H+泵入溶酶体，以维持pH为5；

③只有当被水解的物质进入溶酶体内时，溶酶体内的酶类才行使其分解作用。一旦溶酶体膜破损，水解酶逸出，将导致细胞自溶。

5溶酶体的功能

5.1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，而一些大分子物质则通过胞吞作用进入细胞，例如内吞低密度脂蛋白获得胆固醇；对一些单细胞真核生物而言，溶酶体的消化作用就更为重要。例如，草履虫将吞噬进细胞的食物或致病菌等大颗粒物质消化，其中可利用的营养物质，进入细胞质基质用于各项代谢活动，残渣通过胞吐作用排出。

5.2自溶作用（细胞凋亡）

通过自溶作用清除发育过程中退化的细胞和死亡的细胞，以保证细胞正常生长和发育。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、足的退化和尾的消失等，这一过程是在基因控制下实现的，称为程序性细胞死亡（即细胞凋亡），这些注定要消除的细胞以出芽的形式形成凋亡小体，被巨噬细胞吞噬并通过溶酶体消化，从而清除不需要的细胞。

5.3自体吞噬

清除细胞中无用的大分子、衰老的细胞器等。许多生物大分子的半衰期只有几小时至几天，例如肝细胞中线粒体的平均寿命为10d左右，这就需要溶酶体将其吞噬消化。

5.4防御作用

所有白细胞均含有溶酶体性质的颗粒，能消灭入侵的微生物，如吞噬细胞可吞入病原体，在溶酶体中将病原体进行处理、杀死或降解。然而，也有一些病源菌（例如，麻风杆菌、结核杆菌等）能耐受溶酶体酶的作用，因而能在巨噬细胞内存活。

5.5参与分泌过程的调节

研究发现，大鼠脑垂体分泌催乳素受到抑制时，溶酶体与细胞内一部分分泌颗粒融合，将其消化降解以消除细胞内过多的激素，这种现象叫做粒溶或分泌自噬。几乎所有分泌蛋白质和肽类激素的细胞中都存在粒溶现象，细胞通过这种方式，对激素的分泌量进行有效的调节，如将甲状腺球蛋白处理成有活性的甲状腺素等。

5.6形成精子的顶体

精子的顶体，其本质也是一种溶酶体。在受精过程中，顶体中的酶被释放到细胞外，能消化卵子外周的卵泡细胞和透明带，形成精子入卵的通道，便于精子进入卵细胞，达到受精的目的。

6溶酶体异常病

6.1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与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或蛋白形成氢键，导致吞噬细胞溶酶体崩解，细胞本身也被破坏，矽尘释出，后又被其他巨噬细胞吞噬，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。

6.2肺结核

结核杆菌不产生内、外毒素，也无荚膜和侵袭性酶。但菌体成分中有硫酸脑苷脂，能抵抗胞内溶酶体的杀伤作用，使结核杆菌在肺泡内大量繁殖，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。

6.3溶酶体贮积症

因溶酶体内的酶活性不足（主要是酸性水解酶），以及转运蛋白或溶酶体蛋白加工校正酶的缺乏会引起溶酶体功能缺陷，造成次级溶酶体内相应底物不能被消化，导致底物积蓄，代谢障碍，形成贮积性疾病，称为溶酶体贮积症。溶酶体贮积症不仅影响机体某个器官的正常功能，也会影响整个机体代谢活动的协调性，引起多种疾病。目前已知此类疾病有40种以上，大致可分为糖原累积病、脑苷脂沉积病、台-萨氏综合征和黏多糖沉积病等几大类。

——王守民.漫话溶酶体.生物学教学.2016年第10期

bzdnss

有个小问题，关于线粒体的自噬，我还见过溶酶体与线粒体外膜直接融合。

bingo007

bzdnss 发表于 2020-3-28 21:48
有个小问题，关于线粒体的自噬，我还见过溶酶体与线粒体外膜直接融合。

可以，但这里的线粒体发生了结构变化，变成了一个想要“自杀”的线粒体（大抵是病了老了），这是后会进行表达自噬基因，使得溶酶体和他识别