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1、典型蛋白质结构分子的功能与代谢,溶酶体,溶酶体,一.溶酶体的结构类型二.溶酶体的功能三.溶酶体的发生,一、溶酶体的结构类型,(一) 溶酶体膜的特征：1.嵌有质子泵，形成和维持溶酶体中酸性的内环境；2.具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；3.膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。 (二)溶酶体的标志酶： 酸性磷酸酶（acid phosphatase）用溶酶体的标志酶反应,可以辨认出不同形态与大小的溶酶体。 (三)类型:根据溶酶体所处的完成其生理功能的不同阶段,大致可分为初级溶酶体（primary lysosome)、次级溶酶体、(secondary lysosome)和 残 余小
2、体（residual body）,初级溶酶体 引自http:/www.uni-mainz.de,直径约0.20.5um膜厚7.5nm，内含物均一，无明显颗粒，是高尔基体分泌形成的。含有多种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，已知60余种，这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适PH值为5左右，溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同。,1、初级溶酶体,次级溶酶体 引自http:/www.uni-mainz.de,2、次级溶酶体这些都是消化泡，正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，可分为自噬溶酶
3、体（autophagolysosome）和异噬溶酶体（phagolysosome），前者消化的物质来自细胞本身的各种组分,后者消化的物质来自外源。,肝细胞中的脂褐质 引自细胞生物学超微结构图谱1989,3、残体又称后溶酶体（post-lysosome）已失去酶活性，仅留未消化的残渣故名，残体可通过外排作用排出细胞，也可能留在细胞内逐年增多，如肝细胞中的脂褐质。,动物细胞溶酶体系统示意图,二、溶酶体的功能,（一）清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞； （二）防御功能（病原体感染刺激单核细胞分化成巨噬细胞而吞噬、消化）； （三） 其它重要的生理功能 （四） 溶酶体与疾病,其它重
4、要的生理功能,作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养；分泌腺细胞中，溶酶体摄入分泌颗粒可能参与分泌过程的调节参与清除赘生组织或退行性变化的细胞；受精过程中的精子的顶体反应。,溶酶体与疾病,溶酶体酶缺失或溶酶体酶的代谢环节故障，影响细胞代谢，引起疾病。如台-萨氏（Tay-Sachs）等各种储积症（隐性的遗传病），某些病原体（麻疯杆菌、利什曼原虫或病毒）被细胞摄入，进入吞噬泡但并未被杀死而繁殖（抑制吞噬泡的酸化或利用胞内体中的酸性环境） 类风湿性关节炎 溶酶体膜很易脆裂，其释放的酶导致关节组织损伤和发炎 。矽肺 二氧化硅尘粒（矽尘）吸入肺泡后被巨噬细内吞噬，含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶
5、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，后又被其他巨噬细内吞噬，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。,三、溶酶体的发生,(一)发生途径(二) 分选途径多样化(三)酶的加工方式多样化 糖侧链的部分水解、膜蛋白等,(一) 溶酶体的发生过程,（二）分选途径多样化, 依赖于M6P的分选途径的效率不高，部分溶酶体酶通过运输小泡直接分泌到细胞外；在细胞质膜上也存在依赖于钙离子的M6P受体，同样可与胞外的溶酶体酶结合，通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体返
6、回细胞质膜，反复使用。 还存在不依赖于M6P的分选途径（如酸性磷酸酶、分泌溶酶体）,蛋白质降解的反应机制, 1.溶酶体无选择的降解蛋白质 2.泛肽给选择降解的蛋白质加以标记,1.溶酶体无选择的降解蛋白质,（1）溶酶体组成及特点含有50种水解酶（组织蛋白酶），最适PH 为5.0左右，在细胞溶胶PH下无活性。 （2）溶酶体对细胞内组分的利用是和膜融合后利用自身酶来降解。 （3）溶酶体降解蛋白质是无选择的。,两特点消除不正常的蛋白质；消除累积过多的酶和调节蛋白，维持细胞代谢的有序性。 降解的选择特性 细胞有选择地降解非正常蛋白质，如正常血红蛋白存活期可达120天，但其与-氨基-氯代丁酸结合后半存活期
7、约10min。不稳定的血红蛋白在与此种丁酸衍生物结合之后迅速降解，成了溶血性贫血分子疾患的治疗药物。,内源蛋白质的降解特点,细菌的选择性：如大肠杆菌（E. coli）中半乳糖苷酶的amber与ochre突变型，其半存活期仅几分钟，而正常酶很稳定。绝大多数的非正常蛋白质的易降解可能是化学修饰或不断变性，这不一定是突变、或转录或翻译时出现误差。 正常蛋白质被排除的速度由蛋白质的特点决定，某一蛋白质被排除的速度若为一级反应，表示它被降解是偶然选择的，与其存活寿命无关。在组织中，不同酶的半存活期有着很大差异。 绝大多数被快速降解的酶居于重要的代谢控制位置，酶对降解的敏感性与它们的催化活性和别构性质密切
8、相关，细胞能有效地对它的环境及代谢需求作出应答。,蛋白质降解的速度还与它的营养及激素状态有关。营养不足时，细胞提高降解速度，维持重要代谢。 溶酶体lysosome无选择的降解 溶酶体单层膜，含约50种水解酶，包括不同种的蛋白酶。内部pH在5左右，为所含酶的最适pH。 溶酶体通过自（体吞）噬泡分解其内容物来实现对细胞内各组分的再利用，也通过胞吞作用实现对其它物质的利用。 溶酶体降解蛋白质无选择性，其抑制剂对非正常蛋白质或短寿命酶无快速降解的效应，这防止了饥饿状态下蛋白质的加速度崩溃。,许多正常的和病理的活动经常随伴溶酶体活性的升高。糖尿病会刺激溶酶体的蛋白质分解，产后子宫的萎缩（9天内从2kg降
9、到50 g）是溶酶体活性增高的结果。很多慢性炎症，如类风湿性关节炎等，引起溶酶体酶的细胞外释放，其酶会损坏周围的组织。,2.泛肽给选择降解的蛋白质加以标记,泛肽（ubiguitin）给选择降解的蛋白质加标记 泛肽是76个AA的单体蛋白质，高度保守，人、蟾蜍、鳟鱼、果蝇是同一的，人和酵母的泛肽只3个氨基酸不同。在对无细胞的兔网织红细胞体系分析时发现，ATP-依赖的蛋白质的分解需要泛肽伴随。 被降解的蛋白质先与泛肽结合进行标记，被标记的氨基酸被激活。标记分三步进行：,E1-SH,E1-SH,E2-SH,E2-SH,ATP AMP+PPi,E3,多泛肽化蛋白,ATP,20S蛋白酶体,ATP,19S调
10、节亚基,去折叠,水解,E1：泛肽活化酶 E2：泛肽载体蛋白 E3：泛肽-蛋白质连接酶,蛋白质标记后进入溶酶体被分解,26S蛋白酶体,1.在“需-ATP”的反应中，泛肽的羧基末端通过硫酯键与泛肽-活化酶（E1）偶联。 2.泛肽随即转接到几种小蛋白质中的某一小蛋白质的巯基上，形成泛肽-携带蛋白（E2）。 3.泛肽-蛋白连接酶(E3，Mr约180000）将活化的泛肽移到赖氨酸的-氨基上，它是E3事先与之结合了的蛋白质的一个残基，形成异肽键。通常许多泛肽分子与无用的蛋白质相连，可能有20个泛肽分子依次与目的蛋白质相连，形成多泛肽链，每一泛肽的Lys48都与下一个泛肽的C末端羧基相连，形成一个异肽键。泛肽连接的蛋白质在ATP-依赖的反应中被降解。,细胞内能有选择的降解“过期蛋白”，而不影响细胞的正常功能,内源过期蛋白质,水解,氨基酸,泛肽识别并在溶酶体中水解,泛肽,过期蛋白质,泛肽,复合体,溶酶体,游离于细胞质中，过于微小难以观察,小分子单元,溶酶体,白细胞杀菌、细胞自溶也与之有关,功能：分解衰老损伤的细胞器，杀死入侵的病毒和病菌。,溶 酶 体,比喻：,“消化车间”,形态：是一种单层膜的囊状小泡,特点：含有多种水解酶,思考题,举例说明功能蛋白与结构蛋白分解代谢的不同之处？,
