第六章 溶酶体与过氧化物酶体.ppt

1、第六章 细胞质基质与内膜系统,赖晓芳,第四节 溶酶体与过氧化物酶体一、溶酶体,溶酶体：Lysosome，由单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化和保护作用。,1、溶酶体的形态结构,1949年，Christian de Duve 和他的同事在研究亚细胞组分时发现了溶酶体，1955年，de Duve与Novikoff首次用电子显微镜证明了溶酶体的存在。 溶酶体是一种异质性(heterogeneous)的细胞器, 不同来源的溶酶体形态、大小, 甚至所含有酶的种类都有很大的不同。溶酶体呈小球状, 大小变化很大，直径一般0.250.8m，最大的可超过1m,最小的直径

2、只有2550nm。 溶酶体存在于所有的原生动物与多细胞动物，少数细胞如哺乳动物红细胞除外，植物有类似的液泡和圆球体。,具吞噬作用的肝Kupper细胞中不同大小的溶酶体,2、溶酶体膜的稳定性,由于溶酶体中含有各种不同的水解酶类,所以溶酶体在生活细胞中必须是高度稳定的。溶酶体的稳定性与其膜的结构组成有关： 溶酶体膜中嵌有质子运输泵(H+-ATPase)和Cl-离子通道蛋白，维持溶酶体内部的酸性环境(pH约为4.64.8)。 溶酶体膜含有各种不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白, 防止自身膜蛋白的降解。 溶酶体膜含有较高的胆固醇, 促进了膜结构的稳定。,3、溶酶体的酶类,溶酶体内含有60多种酶类，多数为

3、可溶性的酶，少数整合于膜上，最适pH值是5.0，故均为酸性水解酶(acid hydrolases)。 酸性磷酸酶是溶酶体的标志酶 包括蛋白酶、核酸酶、脂酶、糖苷酶等,溶酶体的形态、大小、V型质子泵及所含主要酶类示意图,4、溶酶体的类型,根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段分：初级溶酶体、次级溶酶体、残余体,初级溶酶体(primary lysosome),刚刚从反面高尔基体形成的小囊泡, 仅含有水解酶类，但无作用底物，外面只有一层单位膜，其中的酶处于非活性状态。,次级溶酶体(secondary lysosome),初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，有水解酶和相

4、应的底物，是一种将要或正在进行消化作用的溶酶体。 根据所消化的物质来源不同, 分为自噬性溶酶体、异噬性溶酶体。 自噬性溶酶体：作用底物是内源性的,即细胞内的蜕变、破损的某些细胞器或局部细胞质 异噬性溶酶体：它的作用底物是外源性的, 即细胞经吞噬、胞饮作用所摄入的胞外物质,残余体（residual lysosome）,未被消化的物质残余在溶酶体中形成残余小体或后溶酶体，以胞吐外排。也可能留在细胞内逐年增多，如表皮细胞的老年斑，肝细胞的脂褐质,溶酶体的类型及在细胞消化过程中的作用,5、溶酶体的发生,甘露糖-6-磷酸途径(mannose 6-phosphate sorting pathway)：溶酶

5、体的酶类在内质网上起始合成, 跨膜进入内质网的腔, 在顺面高尔基体带上甘露糖6-磷酸标记后在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌小泡, 最后还要通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体 。,溶酶体酶蛋白的M6P标记,糖基化：粗面内质网进行N-连接糖基化, 经加工后形成带有8个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体 磷酸化：高尔基体,磷酸化,溶酶体酶的M6P分选途径,6、溶酶体的功能,溶酶体的主要功能是消化作用。其消化底物的来源有三种途径: 自体吞噬(autophagy), 吞噬的是细胞内原有的物质; 通过吞噬形成的吞噬体(phagosome)提供的有害物质; 通过内吞作用(endocytos

6、is)提供的营养物质。,消化和防御功能,吞噬作用：phagocytosis，外来的有害物质被吞入细胞后, 即形成由膜包裹的吞噬小体(phagosome), 初级溶酶体很快同吞噬体融合形成次级溶酶体，为异噬性溶酶体 吞噬细胞：巨噬细胞(macrophages)和中性粒细胞(neutrophils) 保护防御、获取营养及衰老的、进入编程死亡的细胞的吞噬,吞噬作用,在细胞器更新中的作用,自噬作用：autophagy清除降解细胞内受损伤的细胞结构、衰老的细胞器、以及不再需要的生物大分子等 吞噬过程：被吞噬的细胞器和生物大分子先要被内质网的膜包裹起来形成自噬泡(autophagic vacuole),

7、然后与初级溶酶体融合形成次级溶酶体, 即自噬性的溶酶体 饥饿、老化,自体吞噬泡形成的机制,在发育过程中的作用,自溶作用：autolysis，细胞的自我毁灭(cellular self-destruction), 即溶酶体将酶释放出来将自身细胞降解。 昆虫变态、青蛙发育、骨骼形成、乳腺退化,在受精过程中的作用,细胞外消化：extracellular digestion，将水解酶释放到细胞外消化细胞外物质 。,7、溶酶体与疾病,储积病：台萨氏病，溶酶体缺氨基己糖酯酶，积神经节苷脂，致精神呆滞，死亡。 肺结核：结核杆菌不产生内、外毒素, 也无荚膜和侵袭性酶。但是菌体成分硫酸脑苷脂能抵抗溶酶体的杀伤作

8、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，引起肺组织钙化和纤维化。 矽肺：矽粉末（SiO2），被吞噬，溶酶体膜破裂，释放水解酶，细胞死亡，矽粉释放又被其它细胞吞噬。最后刺激成纤维细胞胶原纤维结的沉积，肺的弹性降低，功能受损。 风湿性关节炎：残余体经胞吐把残渣和残余酶排到细胞间，如局部出现适合pH，就继续发挥酶作用。 致癌与治癌,二、微体（过氧化物酶体）,微体：microbody，peroxisome，由单层膜围绕的、内含一种或几种氧化酶类的细胞器。 1954年，Rhodin首次在鼠肾的肾小管上皮细胞中观察到。 功能： 在动物中： 参与脂肪酸

9、的-氧化； 具有解毒作用，过氧化氢酶利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化，饮入的酒精1/4是在微体中氧化为乙醛。 在植物中：参与光呼吸，将光合作用的副产物乙醇酸氧化为乙醛酸和过氧化氢，在萌发的种子中，进行脂肪的-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和琥珀酸，加入三羧酸循环，因涉及乙醛酸循环，又称乙醛酸循环体。,微体与溶酶体的区别,微体的发生：从已存在的微体通过生长与分裂形成,第五节 蛋白质的分选及运输,蛋白质的定向转运：protein targeting，分选protein sorting，蛋白质在细胞质基质的核糖体上开始合成，然后转运到细胞特定的部位，装配成结

10、构与功能的复合体，参与细胞的生命活动。,一、信号假说与蛋白质分选信号,Colvin Redman 和 David Sabatini用分离的RER小泡(微粒体)进行无细胞系统的蛋白质合成, 证明了膜结合核糖体上合成的蛋白质进入了微粒体的腔 美国洛克菲勒大学的 Gnter Blobel、David Sabatini 和Bernhard Dobberstein 等于1971年提出两点建议：分泌蛋白的N-端含有一段特别的信号序列(signal sequence),可将多肽和核糖体引导到ER膜上;多肽通过ER膜上的水性通道进入ER的腔中,并推测多肽是在合成的同时转移的。 1972年,Csar Milst

11、ein和他的同事用无细胞系统研究免疫球蛋白(IgG)轻链合成时获得了信号序列存在的直接证据 1975年，G.Blobel、B.Dobberstein、P.Walter进一步证实了信号序列的存在及其作用，提出了信号假说,1、信号假说（signal hypothesis）,信号假说：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膜上合成，在蛋白合成结束之前信号肽被切除。 信号肽：signal sequence，蛋白质N端1626AA 信号肽的特点：整体疏水的 一般位于N端，进入膜后被信号肽酶水解，广义可分布于蛋白质各部。 中部常由1214AA构成疏水核，易形成螺旋，前端为带正电荷的碱性AA，

12、后端为含Ala区域，易形成折叠，信号肽酶切点为Ala-x-Ala。 严格的专一性。 成环模型：信号肽N端先与酸性的脂膜相结合，随后疏水核的残基与脂双层的疏水作用，逐渐插入形成环状结构。,ER跨膜可切除信号的一般结构,信号肽在分泌蛋白质运输中的作用,信号识别颗粒Signal recognition particle，SRP是一种核糖核酸蛋白复合体,它的作用是识别信号序列,并将核糖体引导到内质网上。,信号识别颗粒的受体,Docking protein，DP，停泊蛋白，SRP在内质网膜上的受体蛋白,它能够与结合有信号序列的SRP牢牢地结合,使正在合成蛋白质的核糖体停靠到内质网上来。,易位子：tran

13、slocon,信号肽假说的内容,(1)分泌蛋白的合成始于细胞质中的游离核糖体; (2)合成的N-端信号序列（约80AA）露出核糖体后,被细胞质中的SRP识别并结合，翻译暂停，与内质网膜DP相互作用,核糖体与易位子结合，然后将N-端信号序列的疏水性插入内质网的膜; (3)SRP释放，蛋白质继续合成,并以袢环形式穿过内质网的膜; (4)如果合成的是分泌的蛋白,除了信号序列被信号肽酶切除外,全部进入内质网的腔,若是膜蛋白,则由一个或多个停止转移信号将蛋白质锚定在内质网膜上。,信号肽假说图解,膜蛋白的共转移机理,起始信号序列（start transfer sequence)的N-端始终朝向内质网的外侧

14、 内含信号序列又称内含信号肽(internal signal peptides),它不位于N-末端，但具信号序列的作用,故称为内含信号序列。具有较多正电荷氨基酸的一端朝向胞质溶胶一侧，由于内含信号序列是不可切除的,又是疏水性,所以它是膜蛋白的一部分 停止转移信号 （stop transfer sequence) ，与内质网膜强有力的结合而终止肽链继续转入腔中。也是疏水序列。 已知的疏水序列，是起始还是停止，决定于其在多肽链中的位置，第一个是起始，第二是停止，第三是起始，第四是停止，依次。,分泌蛋白,N端信号肽,内信号肽一次跨膜,跨膜取向,内信号肽-二次跨膜,二、蛋白质分选的基本途径及类型,基本途径： 共转移：cotranslocation，肽链边合成边转移至内质网腔中的方式。经ER、高尔基体运至其本身及溶酶体、细胞膜、细胞外。 后转移：post translocation ,蛋白质在细胞质基质中合成之后再转移至线粒体或叶绿体等细胞器中的方式。,类型：蛋白质的跨膜转运 膜泡运输 选