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1、Medical Genetics Department, WHU第八章第八章第八章第八章 细胞的内膜系统细胞的内膜系统细胞的内膜系统细胞的内膜系统第四节第四节第四节第四节 溶酶体溶酶体溶酶体溶酶体医学遗传学系医学遗传学系细胞生物学细胞生物学Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji2009年年6月月22日，日，28岁的张海超被逼无岁的张海超被逼无奈执著要求奈执著要求“开胸验肺开胸验肺”，以此证明自，以此证明自己确实患上了己确实患上了“尘肺病尘肺病”。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji2012年年
2、3月月5日，备受社会关注的日，备受社会关注的“PM2.5”一词首度出现在政府工作报告中一词首度出现在政府工作报告中Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 细胞的内膜系统细胞的内膜系统(Endomembrane System) 是指是指细胞质内细胞质内在形态结构、功能和发生上具有相互联系在形态结构、功能和发生上具有相互联系的的膜相结构的总称膜相结构的总称，包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶，包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体以及各种膜性小泡等。酶体以及各种膜性小泡等。溶酶体溶酶体(Lysosome)Medical Genetics Depar
3、tment, WHUDr. Luo Daji第四节 溶酶体溶酶体形成模式图溶酶体形成模式图 溶溶酶酶体体(Lysosome)是是单层单层膜膜围绕围绕、内含多种、内含多种酸性水解酸性水解酶酶类类的的囊泡状囊泡状细细胞器，其主要功能是胞器，其主要功能是进进行行细细胞内消化胞内消化。典型的。典型的动动物物细细胞中胞中约约含有数百个溶含有数百个溶酶酶体，但在不同的体，但在不同的细细胞内溶胞内溶酶酶体体的数量和形的数量和形态态有很大差异。有很大差异。溶酶体溶酶体(Lysosome)Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 溶酶体是由一层单位膜围界而成的球形
4、或卵圆形结构，其溶酶体是由一层单位膜围界而成的球形或卵圆形结构，其直径一般在直径一般在0.20.8 m之间，膜厚约之间，膜厚约6nm。 电镜下，因溶酶体内含物的电镜下，因溶酶体内含物的电子密度较高电子密度较高，着色深，着色深，易与易与线粒体线粒体、过氧化物酶体过氧化物酶体等泡状细胞器相区别。等泡状细胞器相区别。一、形态特点和化学组成一、形态特点和化学组成溶酶体溶酶体(Lysosome)过氧化物酶体过氧化物酶体(Peroxisome)线粒体线粒体(Mitochondrion)Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji标志酶：标志酶：酸性磷酸酶酸性磷酸
5、酶 溶酶体含有丰富的溶酶体含有丰富的酸性水解酶酸性水解酶，目前发现约有，目前发现约有60余种，余种，其其最适最适pH为为5.0。 脂质双分子层中以脂质双分子层中以鞘磷脂鞘磷脂居多；膜蛋白异乎寻常高度居多；膜蛋白异乎寻常高度糖基化。膜上具有糖基化。膜上具有质子泵质子泵，依赖，依赖ATP水解放出能量将水解放出能量将H+泵泵入溶酶体内以维持其内腔的酸性入溶酶体内以维持其内腔的酸性pH。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 溶酶体的形成溶酶体的形成 溶酶体的形成是一个相当复杂的过程，溶酶体的形成是一个相当复杂的过程， 涉及的细胞器涉及的细胞器有内质网
6、、高尔基复合体等。比较清楚的是有内质网、高尔基复合体等。比较清楚的是甘露糖甘露糖-6-磷酸磷酸途径途径(mannose 6-phosphate sorting pathway, M6P)：一般来说，溶酶体是从反面高尔基网以出芽方式形成。一般来说，溶酶体是从反面高尔基网以出芽方式形成。二、溶酶体的形成与分类二、溶酶体的形成与分类Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji溶酶体形成的溶酶体形成的M6P途径途径 溶酶体的酶类在溶酶体的酶类在内质网内质网上起始合成，由运输小泡运输至上起始合成，由运输小泡运输至高尔基复合体高尔基复合体；在顺面高尔基体带上甘露
7、糖；在顺面高尔基体带上甘露糖-6-磷酸标记后；磷酸标记后；在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌泡；在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌泡； 最后，去磷酸化成最后，去磷酸化成为为溶酶体溶酶体。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 1. 初初级级溶溶酶酶体体 是由高尔基复合体芽生的运输小泡和内体合并而成。是由高尔基复合体芽生的运输小泡和内体合并而成。水解水解酶无活性酶无活性，没有作用底物及消化产物。，没有作用底物及消化产物。 2. 次次级级溶溶酶酶体体 由初级溶酶体和将被水解的各种吞噬底物融合而成。由初级溶酶体和将被水解的各种吞噬底物融合而成。水解水解酶
8、有活性酶有活性，有作用底物及消化产物。，有作用底物及消化产物。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 根据根据底物来源不同底物来源不同，将次级溶酶体分为，将次级溶酶体分为自噬性自噬性溶酶体和溶酶体和异异噬性噬性溶酶体。溶酶体。 Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 3. 残余小体残余小体(residual body) 次级溶酶体经过一段时间消化后，其中的小分子物质转次级溶酶体经过一段时间消化后，其中的小分子物质转运到细胞质基质中，运到细胞质基质中，未被消化的物质未被消化的物质残存在溶酶体中形成
9、残残存在溶酶体中形成残余小体，可通过外排作用将内容物排出细胞。余小体，可通过外排作用将内容物排出细胞。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 溶酶体的基本功能是溶酶体的基本功能是酶解消化作用酶解消化作用。它既可对吞噬入胞。它既可对吞噬入胞的的异源物质异源物质如细菌、病毒等进行消化分解，也可对如细菌、病毒等进行消化分解，也可对细胞内细胞内自自噬的衰亡细胞器、营养颗粒等物质进行消化分解。同时机体噬的衰亡细胞器、营养颗粒等物质进行消化分解。同时机体中细胞的生理性自溶及精中细胞的生理性自溶及精/卵结合也与溶酶体有关。卵结合也与溶酶体有关。1.1.细胞内
10、的消化作用细胞内的消化作用2.2.对细胞外物质的消化对细胞外物质的消化3.3.自溶作用自溶作用4.4.粒粒溶作用溶作用三、溶酶体的生物功能三、溶酶体的生物功能Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 1. 细细胞内的消化作用胞内的消化作用 1) 自噬作用自噬作用 溶溶酶酶体体对对细细胞自身胞自身结结构构组组分分的消化分解的消化分解过过程称程称为为自噬作用自噬作用。通通过过自噬作用自噬作用细细胞胞结结构得以更新构得以更新，有利于高效率，有利于高效率发挥发挥生理功生理功能。能。Medical Genetics Department, WHUDr. L
11、uo Daji 2) 异噬作用异噬作用 溶溶酶酶体体对对外源性异物外源性异物的消化分解的消化分解过过程称程称为为异噬作用异噬作用。异噬作用不异噬作用不仅为细仅为细胞生存提供了可胞生存提供了可直接利用的直接利用的营营养物养物质质，而，而且且还还能能消除外来异物的毒害消除外来异物的毒害对对机体起着防御保机体起着防御保护护作用作用。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 在受精过程中的作用，精子的在受精过程中的作用，精子的顶体顶体相当于相当于特化的溶特化的溶酶体酶体，其中含多种水解酶类，能溶解卵细胞的外被及滤，其中含多种水解酶类，能溶解卵细胞的外被及
12、滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞。泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞。 2. 对细胞外物质的消化对细胞外物质的消化 参与参与受精过程受精过程和和骨质更新骨质更新。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 3. 自溶作用自溶作用 指在指在细细胞内，在一定条件下，溶胞内，在一定条件下，溶酶酶体膜破裂，水解体膜破裂，水解酶酶溢溢出致使出致使细细胞本身被消化分解胞本身被消化分解，这这一一过过程称程称为为自溶作用自溶作用。 青蛙青蛙变态发变态发育育阶阶段尾巴的逐段尾巴的逐渐渐消失是溶消失是溶酶酶体自溶作用的体自溶作用的结结果。果。 在人在人类类，子，子
13、宫宫内膜的周期性萎内膜的周期性萎缩缩可部分可部分归归因于溶因于溶酶酶体自体自溶作用。溶作用。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 4. 粒溶作用粒溶作用 溶酶体分解溶酶体分解胞内剩余营养颗粒胞内剩余营养颗粒的作用称为的作用称为粒溶作用粒溶作用。 例如：母体哺乳期内乳腺细胞含有丰富的乳汁颗粒，一旦例如：母体哺乳期内乳腺细胞含有丰富的乳汁颗粒，一旦停止授乳，细胞内多余的乳汁颗粒即与溶酶体融合而被分解。停止授乳，细胞内多余的乳汁颗粒即与溶酶体融合而被分解。Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 溶溶
14、酶酶体的功能状体的功能状态态与一些疾病的与一些疾病的发发生相关：生相关：1.先天性溶酶体病先天性溶酶体病(糖原沉积病、脂质沉积病和粘糖原沉积病、脂质沉积病和粘多糖沉积病等多糖沉积病等)2.矽肺矽肺3.类风湿性关节炎类风湿性关节炎4.肿瘤肿瘤四、溶酶体与疾病的关系四、溶酶体与疾病的关系Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji1. 什么是什么是矽矽肺？肺？ 矽矽肺是肺是尘尘肺肺中最中最为严为严重的一种重的一种类类型。型。矽矽肺患者常有肺患者常有咳嗽、气急、咳嗽、气急、头头昏、昏、头头痛、胸痛、胸闷闷、胸痛、呼吸困、胸痛、呼吸困难难、消、消瘦乏力等症状
15、。瘦乏力等症状。严严重重时时影响肺功能，影响肺功能，丧丧失失劳动劳动能力。能力。2. 矽矽肺如何形成？什么情况下容易患肺如何形成？什么情况下容易患矽矽肺？肺？ 长长期从事期从事暴露于粉暴露于粉尘类尘类的的职业职业，由于，由于过过多的吸入含有多的吸入含有游离二氧化硅游离二氧化硅(SiO2)的粉的粉尘尘所引起一种慢性疾病。所引起一种慢性疾病。溶酶体相关病例举例溶酶体相关病例举例-矽肺矽肺Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 患者由于患者由于长长期吸入大量含有游离二氧化硅粉期吸入大量含有游离二氧化硅粉尘尘所引起，所引起，以以肺部广泛的肺部广泛的结节
16、结节性性纤维纤维化化为为主的疾病。主的疾病。临床诊断临床诊断Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji 肺部肺部细细胞高度胞高度纤维纤维化化而而丧丧失功能，失功能，严严重肺功能，重肺功能，严严重重时时造成造成丧丧失失劳动劳动能力。能力。 为为什么游离二氧化硅什么游离二氧化硅(SiO2)的粉的粉尘尘就能引起就能引起细细胞的胞的纤纤维维化？或者化？或者说说最最终导终导致致矽矽肺的肺的发发生？生？与与细细胞内胞内细细胞器胞器-溶溶酶酶体体的的自溶作用自溶作用有关有关Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Daji巨
17、噬细胞矽肺是一种职业病，其病因矽肺是一种职业病，其病因与溶酶体的与溶酶体的自溶作用自溶作用有关。有关。矽尘吸入肺泡矽尘吸入肺泡SiO2巨噬细胞吞噬外来异物巨噬细胞吞噬外来异物SiO2巨噬细胞含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为含有矽尘的吞噬小体与溶酶体合并成为次级溶酶体，吞噬细胞溶酶体崩解次级溶酶体，吞噬细胞溶酶体崩解Medical Genetics Department, WHUDr. Luo Dajir思考题思考题1. 溶酶体如何形成，具有哪些生物学功能？溶酶体如何形成，具有哪些生物学功能？2. 试从细胞生物学水平解释矽肺发病机理。试从细胞生物学水平解释矽肺发病机理。3. 试从细胞生物学水平试从细胞生物学水平理解理解PM2.5颗粒可能的危颗粒可能的危害害。
