漫話溶酶體

王守民

(河北省灤平縣第一中學(xué) 068250)

1 溶酶體的發(fā)現(xiàn)

1949年，比利時(shí)布魯塞爾細(xì)胞病理學(xué)院科學(xué)家de Duve將大鼠肝組織勻漿，對(duì)各種細(xì)胞器進(jìn)行分離，以期找出與糖代謝的酶有關(guān)的細(xì)胞器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測細(xì)胞中還存在一種新的細(xì)胞器。1955年，de Duve與Novikof合作，首次用電子顯微鏡觀察到這種細(xì)胞器，1956年被定名為溶酶體。他和他的同事——電子顯微鏡專家克洛德和帕拉迪分享了1974年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

2 溶酶體的結(jié)構(gòu)

至今只在動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)溶酶體，它是一種由單層膜包被的囊狀結(jié)構(gòu)，且是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。在不同類型細(xì)胞中，溶酶體的形態(tài)、大小不同。一般呈圓形小泡，直徑為0.25～0.8 μm，內(nèi)含多種多樣的酸性水解酶，可分解各種外源或內(nèi)源的大分子物質(zhì)。因而溶酶體被比喻為細(xì)胞內(nèi)的“酶倉庫”“消化系統(tǒng)”。

3 溶酶體的分類和形成

根據(jù)溶酶體完成其生理功能的不同階段，可分為初級(jí)溶酶體、次級(jí)溶酶體和殘余體[1]。

溶酶體的形成是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。一般認(rèn)為，溶酶體里的酶是經(jīng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成后運(yùn)輸?shù)礁郀柣w的，在此經(jīng)過加工、分揀與濃縮，被覆外膜，形成囊泡，然后離開高爾基復(fù)合體，此時(shí)只含水解酶而不含被催化的底物，稱為初級(jí)溶酶體。初級(jí)溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)體、吞噬體和自噬體融合形成復(fù)合物，溶酶體中的酸性水解酶發(fā)揮作用，將胞內(nèi)體和吞噬體等逐步消化，此時(shí)的溶酶體不僅含有水解酶，而且含有大量被催化的底物，是一種正在進(jìn)行消化作用的溶酶體，被稱為次級(jí)溶酶體。次級(jí)溶酶體內(nèi)的消化作用完成后，酶的活力變得很弱甚至喪失，僅留有未消化的殘?jiān)Q為殘余體。

4 溶酶體中的酶

4.1 種類 目前已發(fā)現(xiàn)溶酶體中的酸性水解酶有60余種，包括水解蛋白質(zhì)、糖類、脂類等物質(zhì)的酶。例如，酸性磷酸脂酶、組織蛋白酶、核糖核酸酶、透明質(zhì)酸酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶、β-半乳糖苷酶、芳香基硫酸脂酶A和B等。大多數(shù)溶酶體里的酶是糖蛋白，但也有例外，如鼠肝細(xì)胞和腎細(xì)胞溶酶體里的酶大部分是脂蛋白。

4.2 來源 溶酶體中的酶與分泌蛋白的形成類似，都是由附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成不成熟的酶，然后在信號(hào)肽的引導(dǎo)下進(jìn)入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)初步加工連接一些糖基團(tuán)，如葡萄糖、甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺等，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過形成囊泡將這些較成熟的酶轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，經(jīng)高爾基體的再加工，如將N-乙酰葡萄糖胺殘基移接到甘露糖殘基上等，形成成熟的酶。

4.3 特點(diǎn) ①溶酶體的膜蛋白多為糖蛋白，溶酶體膜內(nèi)表面帶負(fù)電荷，所以有助于溶酶體中的酶保持游離狀態(tài)，這對(duì)行使正常功能和防止細(xì)胞自身被消化有著重要意義；②所有水解酶在pH5左右時(shí)活性最佳，但其周圍胞質(zhì)中pH約為7.2，溶酶體膜上含有一種特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可以利用ATP水解的能量將細(xì)胞質(zhì)中的H+泵入溶酶體，以維持pH為5；③只有當(dāng)被水解的物質(zhì)進(jìn)入溶酶體內(nèi)時(shí)，溶酶體內(nèi)的酶類才行使其分解作用。一旦溶酶體膜破損，水解酶逸出，將導(dǎo)致細(xì)胞自溶。

5 溶酶體的功能

5.1 細(xì)胞內(nèi)消化 對(duì)高等動(dòng)物而言，細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于血液中的小分子物質(zhì)，而一些大分子物質(zhì)則通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞，例如內(nèi)吞低密度脂蛋白獲得膽固醇；對(duì)一些單細(xì)胞真核生物而言，溶酶體的消化作用就更為重要。例如，草履蟲將吞噬進(jìn)細(xì)胞的食物或致病菌等大顆粒物質(zhì)消化，其中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)用于各項(xiàng)代謝活動(dòng)，殘?jiān)ㄟ^胞吐作用排出。

5.2 自溶作用(細(xì)胞凋亡) 通過自溶作用清除發(fā)育過程中退化的細(xì)胞和死亡的細(xì)胞，以保證細(xì)胞正常生長和發(fā)育。個(gè)體發(fā)生過程中往往涉及組織或器官的改造或重建，如昆蟲和蛙類的變態(tài)發(fā)育、足的退化和尾的消失等，這一過程是在基因控制下實(shí)現(xiàn)的，稱為程序性細(xì)胞死亡(即細(xì)胞凋亡)，這些注定要消除的細(xì)胞以出芽的形式形成凋亡小體，被巨噬細(xì)胞吞噬并通過溶酶體消化，從而清除不需要的細(xì)胞。

5.3 自體吞噬 清除細(xì)胞中無用的大分子、衰老的細(xì)胞器等。許多生物大分子的半衰期只有幾小時(shí)至幾天，例如肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命為10 d左右，這就需要溶酶體將其吞噬消化。

5.4 防御作用 所有白細(xì)胞均含有溶酶體性質(zhì)的顆粒，能消滅入侵的微生物，如吞噬細(xì)胞可吞入病原體，在溶酶體中將病原體進(jìn)行處理、殺死或降解。然而，也有一些病源菌(例如，麻風(fēng)桿菌、結(jié)核桿菌等)能耐受溶酶體酶的作用，因而能在巨噬細(xì)胞內(nèi)存活。

5.5 參與分泌過程的調(diào)節(jié) 研究發(fā)現(xiàn)，大鼠腦垂體分泌催乳素受到抑制時(shí)，溶酶體與細(xì)胞內(nèi)一部分分泌顆粒融合，將其消化降解以消除細(xì)胞內(nèi)過多的激素，這種現(xiàn)象叫做粒溶或分泌自噬。幾乎所有分泌蛋白質(zhì)和肽類激素的細(xì)胞中都存在粒溶現(xiàn)象[2]，細(xì)胞通過這種方式，對(duì)激素的分泌量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，如將甲狀腺球蛋白處理成有活性的甲狀腺素等。

5.6 形成精子的頂體 精子的頂體，其本質(zhì)也是一種溶酶體。在受精過程中，頂體中的酶被釋放到細(xì)胞外，能消化卵子外周的卵泡細(xì)胞和透明帶，形成精子入卵的通道，便于精子進(jìn)入卵細(xì)胞，達(dá)到受精的目的。

6 溶酶體異常病

6.1 矽肺 二氧化硅塵粒(矽塵)吸入肺泡后被巨噬細(xì)胞吞噬，含有矽塵的吞噬小體與溶酶體合并成為次級(jí)溶酶體。二氧化硅的羥基與溶酶體膜的磷脂或蛋白形成氫鍵，導(dǎo)致吞噬細(xì)胞溶酶體崩解，細(xì)胞本身也被破壞，矽塵釋出，后又被其他巨噬細(xì)胞吞噬，如此反復(fù)進(jìn)行。受損或已破壞的巨噬細(xì)胞釋放“致纖維化因子”，并激活成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致膠原纖維沉積，肺組織纖維化。

6.2 肺結(jié)核 結(jié)核桿菌不產(chǎn)生內(nèi)、外毒素，也無莢膜和侵襲性酶。但菌體成分中有硫酸腦苷脂，能抵抗胞內(nèi)溶酶體的殺傷作用，使結(jié)核桿菌在肺泡內(nèi)大量繁殖，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞裂解，釋放出的結(jié)核桿菌再被吞噬而重復(fù)上述過程，最終引起肺組織鈣化和纖維化。

6.3 溶酶體貯積癥 因溶酶體內(nèi)的酶活性不足(主要是酸性水解酶)，以及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或溶酶體蛋白加工校正酶的缺乏會(huì)引起溶酶體功能缺陷，造成次級(jí)溶酶體內(nèi)相應(yīng)底物不能被消化，導(dǎo)致底物積蓄，代謝障礙，形成貯積性疾病，稱為溶酶體貯積癥。溶酶體貯積癥不僅影響機(jī)體某個(gè)器官的正常功能，也會(huì)影響整個(gè)機(jī)體代謝活動(dòng)的協(xié)調(diào)性，引起多種疾病。目前已知此類疾病有40種以上，大致可分為糖原累積病、腦苷脂沉積病、臺(tái)-薩氏綜合征和黏多糖沉積病等幾大類[3]。