溶酶体

-{溶酶}-体()又稱溶体溶小体,是單層膜的囊狀胞器,存在於真核細胞(多存在于动物细胞中,植物细胞内不常见)中,屬於細胞的內膜系統,由高基複合體產生,內含數十種從高基氏體送來的水解酶。

有些学者认为成熟高等植物细胞没有动物细胞那样形态明确的独立溶酶体细胞器,而是有功能完全等效的替代结构;然而,部分分类体系会将植物的相关结构直接纳入溶酶体范畴。从演化溯源上来看,植物和动物的共同祖先中存在的原始多功能酸性区室,在动物谱系中特化为专司降解功能的溶酶体,在植物谱系中则演化为兼具储存、膨压维持、降解等多重功能的中央大液泡,没有单独分化出独立的溶酶体结构,此外,植物细胞的水解或降解功能还有另两类结构承担,即:圆球体(油体)、糊粉粒。

溶酶体酶在弱酸性環境之下(通常為PH值4.5-5.0)能有效分解生命所需的有機物質。溶酶体是細胞的回收中心,它將損壞的構造消化分解並進行回收利用(協助細胞內各種組成物質的更新),還可將細胞吞入的顆粒消化分解(胞內消化)。2010年諾貝爾生理醫學獎得主大隅良典所研究的細胞自噬機制,即與溶酶体有關。

發現
(Christian de Duve)闡述其對真核細胞起源的觀點(2012年10月)]]

克里斯蒂安·德·迪夫(Christian de Duve)是比利時魯汶天主教大學生理化學實驗室的科學家,他於1950年代發現了溶酶体。德·迪夫及其團隊利用(cell fractionation)分離亞細胞組分,研究酸性磷酸酶等水解酶在細胞內的分佈。他們發現了一種富含酸性磷酸酶的未知細胞器。由此,他們提出溶酶体是一種膜結合的細胞器,含有能分解多種生物分子的消化酵素。

透過差速離心和酶活性測定,該團隊證實了這一假設,並認識到這些細胞器在細胞內消化過程中發揮著至關重要的作用,例如吞噬作用和自噬作用。利用電子顯微鏡進一步證實了消化酵素的存在。德·迪夫的發現為溶酶体功能的研究奠定了基礎,並有助於理解可能導致未消化物質在細胞內積聚的疾病。德·迪夫於1974年榮獲諾貝爾生理學或醫學獎。

功能與結構
溶酶體的形狀和大小取決於其狀態、消化物以及所在細胞類型。 它們的形狀從球形、卵圓形到偶爾的管狀不等。 溶酶體的大小範圍為0.1-1.2 μm,

溶酶體膜是由磷脂雙分子層構成,其主要成分為高度糖基化的膜蛋白,富含碳水化合物。這些糖基化膜蛋白形成糖萼,保護細胞免受溶酶體內降解酶的侵害。溶酶體水解酶對pH值敏感,在胞質溶膠的鹼性環境中無法正常發揮作用,從而確保即使溶酶體中的水解酶洩漏,胞質溶膠中的分子和細胞器也不會被降解。

除了分解聚合物外,溶酶體還能夠殺死和消化微生物、細胞或細胞碎片。溶酶體與吞噬體協同作用,進行自噬,清除受損結構並形成簡單的化合物,隨後可用作新的構建材料。類似地,溶酶體在巨噬細胞的吞噬過程中分解病毒顆粒或細菌。 .

溶酶體也透過Toll样受体 (TLR)幫助檢測病原體,例如TLR7和TLR9。微生物可被降解為抗原,這些抗原隨後被加載到MHC分子上並呈現給T細胞,這是免疫防禦的關鍵環節。此外,溶酶體酵素如果釋放到細胞質中,可以觸發溶酶體介導的程序性細胞死亡 (LM-PCD)。

為了維持其酸性環境,溶酶體透過溶小體膜上的質子泵將質子(H⁺離子)從粒線體 泵入溶酶體腔。液泡-ATP酶負責質子的轉運,而氯離子的反向轉運則由 ClC-7 Cl⁻/H⁺ 反向轉運蛋白完成。 這種機制有助於維持溶酶體內穩定的酸性環境以及離子穩態。

溶酶體也能感知營養物質的可用性,進而幫助平衡細胞代謝。當營養充足時,它們會激活mTOR信號通路,以支持合成代謝(生物合成)過程。在飢餓狀態下,溶酶體降解自噬物質,回收利用其中的成分以維持細胞存活。

許多透過細胞吞噬的物質,會先形成内体(endosome),然後跟溶體融合並且進行消化。
溶體對老舊、損壞的胞器和膜蛋白進行分解,產生的小分子隨後可再次被細胞利用,一旦溶體破裂釋放出水解酶,細胞就會被分解(又稱細胞自殺)。

參見

  • 组织蛋白酶抑制素
  • 过氧化物酶体
  • 细胞器
  • 先天免疫系統
  • 胞內體

参考文献

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