溶酶体的结构、功能与疾病

真核生物细胞器

溶酶体的研究综述

摘要：溶酶体(lysosomes)是具有一组水解酶、并起消化作用的细胞器。溶酶体为细胞内的一种细胞器，外被单位膜，内含多种更至些壁堕，能分解各种内生性或外源性物质，被视为细胞内的消化装置。所有动物细胞(除成熟的红细胞外)和许多植物细胞均有溶酶体。它是细胞普遍存在的一种细胞器。内部基质含有多种高浓度的酸性水解酶。许多研究表明，溶酶体态细胞的正常生理活动、病理过程和药理作用等方面都多有非常重要的作用。本文将从溶酶体的发现、化学组成、结构、发生、功能极其与人类的关系等多个方面对之展开深入探讨。

关键词：溶酶体发现化学组成结构发生功能

前言：溶酶体（lysosome）为细胞浆内由单层脂蛋白膜包绕的内含一系列酸性水解酶的小体。是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器，溶酶体内含有许多种水解酶类，能够分解很多种物质，溶酶体被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。Christian de Duve（1955）在大鼠肝脏中，从比线粒体分区稍轻的地方得到含有水解酶的颗粒分区，并以可进行水解（lyso）的小体（some）这个意义而命名为溶解体（lysosome）。溶酶体中含有40种以上的酸性水解酶，是在酸性区域具有最适pH的水解酶组。据电子显微镜观察，溶酶体是由6～8毫微米厚的单层膜所围着的直径为0.4微米至数微米的颗粒或小泡。由于其形态极其多样化，所以把对酸性磷酸酶活性为阳性的物质鉴定为溶酶体。溶酶体可分为三大类，初级溶酶体（primary lysoso－me）、次级溶酶体（secondary lysosome）和残余小体。溶酶体是由高尔基体断裂产生，单层膜包裹的小泡，数目可多可少，大小也不等，溶酶体的pH为5左右，是其中酶促反应的最适pH。

1 溶酶体的发现

1955年de Duve与Novikoff首次发现溶酶体（lysosome）。德迪夫（DE Duve,Christian Rene）比利时细胞学家。在二十世纪的五十年代初期，Christian de Duve 和他的同事在研究亚细胞组分时发现了溶酶体，不过，溶酶体的发现带有很大的偶然性。

de Duve 对胰岛素在碳水化合物代谢中的作用很感兴趣, 他打算通过对葡糖-6-磷酸酶在细胞内的定位来研究胰岛素对碳水化合物代谢的影响, 该酶在细胞内的作用是向血液中释放葡萄糖。

在试验中，他们选用酸性磷酸酶作为对照，因为酸性磷酸酶并不参与碳水化合物的代谢。他们先用0.25M的蔗糖对肝组织进行匀浆，然后用差速离心分离细胞组分。实验中发现葡糖-6-磷酸酶总是与微粒体在一起被分离。这一发现非常重要，因为当时人们普遍认为微粒体就是破碎的线粒体囊泡，由于葡糖-6-磷酸酶只与微粒体相关, 并不与线粒体一起被分离, 这就有理由推测, 微粒体是不同于线粒体的细胞结构。

另一方面，他们发现虽然在离心分离的线粒体组分中酸性磷酸酶的浓度最高，但也只占肝细胞中酸性磷酸酶总量的10%, 还有90%的酸性磷酸酶在离心分离过程中是如何分部的并不了解。当时他并没有重新分析实验结果，因为时间太晚了,于是将样品放在低温下冷藏起来。可是，几天后当他重新分析分离样品的酸性磷酸酶时，发现活性比原来高出了10倍。于是 de Duve 推测∶某些酸性磷酸酶在分离的线粒体组分中可能被"隐藏"了，在冷藏过程中酸性磷酸酶被某种因素激活。于是他对冷藏的线粒体分离样品重新离心，将线粒体沉淀后分析上清液中酸性磷酸酶的活性，发现上清液中的酸性磷酸酶的活性提高了，这就是说,冷藏后酸性磷酸酶活性的提高主要是由于可溶性的酸性磷酸酶量的增加。

虽然这一发现与de Duve原来的研究目的无关，但是他决定继续研究下去，因为他意识到这种发现有某种重要性。他很快发现除了冷藏之外还有其它的一些处理也可以提高酸性磷酸酶的活性。他们发现在样品匀浆过程中，通过冷冻、加热、添加去垢剂等都能够提高肝组织匀浆液中酸性磷酸酶的活性。由于所采取的措施都是促进膜的破裂, 于是推测∶酸性磷酸酶位于膜结合的细胞器中，因为他们用于分析酸性磷酸酶活性的底物都是不能通过扩散穿过膜的双脂层, 只有膜破裂之后待酸性磷酸酶释放到溶液中才能测到酶的活性。

细胞内有很多种膜结合细胞器，酸性磷酸酶到底存在于何种膜结合细胞器中? de Duve 原先将酸性磷酸酶定位在线粒体中，后来在一次偶然的实验中，否定了这一假设。他的一位学生在离心分离线粒体时，并没有用超速离心而是用了较低的速度，这种较低速度的离心同样分离到大量的线粒体组分，但是在收集的线粒体组分中没有可检测的酸性磷酸酶的活性。这种偶然的发现导致de Duve相信酸性磷酸酶位于其它的膜结合细胞器中。

为了验证这一想法，他重新设计了分离线粒体的离心分离方法，按照原先的方法分离线粒体组分后，再调整离心速度重新进行离心分离，得到大小两部分(fraction)，发现与线粒体功能有关的酶,如细胞色素氧化酶, 存在于大的部分中，而酸性磷酸酶和另一些水解酶类(核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、β-葡萄糖醛酸酶、组织蛋白酶)一起存在于小的部分中, 由于这5种酶都是小分子的水解酶, 于是de Duve认为大的部分是真正纯化的线粒体，而小的部分在细胞内行使消化作用，1955年他将这一部分命名为溶酶体。需要说明的是，de Duve发现的只是生化证据，并没有看到真正的溶酶体，在电子显微镜下观察到溶酶体是后来的事。

2 溶酶体的化学组成

溶酶体膜的成分主要为脂蛋白，含有较多的鞘磷脂成分。目前在溶酶体中已发现有60多种酸性水解酶，主要包括：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸脂酶和磷脂酶等。常见的有：酸性RNA酶、酸性DNA酶、酸性磷酸酶、蛋白磷酸酶、组蛋白酶、氨基肽酶、胶原酶、α—葡萄糖苷酶、β—葡萄糖醛酸苷酶、β—N—乙酰氨基葡萄糖苷酶、。α—甘露糖苦酶、β—半乳糖首酶、葡聚糖酶、透明质酸酶、溶菌酶、酸性脂肪酶、磷脂酸磷酸酶和芳香基硫酸脂酶等(图)。这些酶的最适PH为5.0，在酸性环境中能把蛋白质、核酸、·多糖及脂类等分解成为氨基酸、核苷酸、单糖、游离脂肪酸等小分子。溶酶体内为酸性环境，溶酶体酶处于最佳活性状态。但在正常细胞内溶酶体酶不消化溶酶体自身的膜，这与溶酶体膜的结构和功能特征密切相关。构成溶酶体膜的蛋白质是高度糖基化的，