細胞質-溶酶體的結構和自噬功能

2021-01-20 學甫無境

試題1:溶酶體的主要功能是吞噬消化作用。有兩種吞噬作用:一種是自體吞噬,另一種是異體吞噬,如下圖所示。請據此判斷下列敘述錯誤的是(    )

A.消除細胞內衰老的細胞器是通過自噬作用實現的

B.溶酶體參與抗原的加工處理過程

C.溶酶體與吞噬體的融合體現了生物膜具有流動性

D.巨噬細胞通過吞噬作用特異性識別抗原


解析:巨噬細胞不能特異性識別抗原,屬於非特異性識別。在特異性免疫過程中,它起加工、處理和呈遞抗原的作用,進而可被輔助性T細胞識別。故選D。


試題2:下圖為細胞內某些蛋白質的加工、分揀和運輸過程,M6P受體與溶酶體水解酶的定位有關。下列敘述錯誤的是(    )

A.分泌蛋白、膜蛋白、溶酶體水解酶需要高爾基體的分揀和運輸

B.M6P受體基因發生突變,會導致溶酶體水解酶在內質網內積累

C.溶酶體的形成體現了生物膜系統在結構及功能上的協調統一

D.若水解酶磷酸化過程受阻,可能會導致細胞內吞物質的蓄積


解析:分泌蛋白、膜蛋白、溶酶體水解酶都屬於蛋白質,在核糖體合成後都需要經過內質網的加工以及高爾基體的分揀和運輸,A正確;M6P受體與溶酶體水解酶的定位有關,且溶酶體來自於高爾基體,因此M6P受體基因發生突變,導致M6P受體不能正常合成,則會導致溶酶體水解酶在高爾基體積累,B錯誤;根據以上分析可知,溶酶體的形成體現了生物膜系統在結構及功能上的協調統一,C正確;據圖分析,若水解酶磷酸化過程受阻,可能會導致細胞內吞物質的蓄積,D正確。故選B。

某些蛋白質在細胞內的運輸和分揀



自噬在機體的免疫、感染、炎症、腫瘤、心血管病、神經退行性病的發病中具有十分重要的作用。這一領域研究最熱門的三類疾病是腫瘤、包括帕金森症在內的一些神經退行性疾病和免疫性疾病。


1.什麼是自噬體?

20世紀50年代中期,科學家觀察到細胞裡的一個新的專門「小隔間」(這種隔間的學名是細胞器),包含消化蛋白質,碳水化合物和脂質的酶。這個專門隔間被稱作「溶酶體」,相當於降解細胞成分的工作站。


比利時科學家克裡斯汀·德·迪夫(Christian de Duve)在1974年因為溶酶體的發現,被授予諾貝爾生理學或醫學獎。


60年代的新觀察表明,在溶酶體內部有時可以找到大量的細胞內部物質,乃至整個的細胞器。因此,細胞似乎有將大量的物質傳輸進溶酶體的策略。


進一步的生化和顯微分析發現,有一種新型的囊泡負責運輸細胞貨物進入溶酶體進行降解。發現溶酶體的科學家迪夫,創造了自噬(auotophagy),詞源是auto(自)與phagein(吃)。從字面意思上看,就是自己吃自己的意思。這個詞來描述這一過程。這種新的囊泡被命名為自噬體。


自噬體與溶酶體融合,把包裹著的分子倒入溶酶體的「消化液」中。經過消化,尚可利用的分子碎片將被送回細胞質,循環利用。細胞自噬過程是細胞成分降解和回收利用的基礎。

細胞自噬過程示意圖

2.自噬體的自噬作用


第一、異源自噬(吃外來物)。

當一些感染性的粒子進入細胞後,細胞就會啟動自噬程序,清除異物。這在細胞消滅病原體上有著重要意義。


第二、細胞的自我修復(吃自己的成分)。

很多細胞活動都在細胞質中進行。由於生理生化反應多而複雜,經常產生大量殘渣,致使細胞活動受到影響甚至停滯。


在這種情況下,自噬作用就非常重要:將淤積在細胞質中的蛋白質等代謝殘渣衰老損傷的細胞器清除掉,並把消化後產生的大分子原料用於新細胞器的合成。恢復正常的細胞活動。這兩種情況都能防止細胞非正常死亡。


第三、自噬作用導致細胞死亡(過於嚴重的自噬)。

自噬體有時候會一直吃一直吃直至細胞死亡,原因是細胞器的損壞程度過於嚴重,超出自噬作用的控制範圍,細胞就不得不死亡,以維護整個生物體的利益。


3.研究自噬體的應用之一—抗癌

自噬作用本來是細胞自救的措施,有時候也會被壞人利用,比如癌細胞偶爾能激發自噬作用,達到「自救」的目的。


通常,抗癌療法會誘導惡性細胞自殺,但在治療過程中,放療和化療會誘發超常水平的自噬作用,賦予癌細胞抵抗治療作用的能力。


因為腫瘤疾病進行化療的目的是殺滅腫瘤細胞,但「聰明」的腫瘤細胞此時便會開啟自身的自噬功能,通過「吞食」自身的組分來達到對抗化療藥物、努力存活的目的。


科學家因此提出了一種抗癌策略:在放療或化療期間,抑制腫瘤內部的自噬作用。目前,用於這種療法的藥物已處於臨床試驗階段。




1.溶酶體的發生

初級溶酶體是在高爾基體以出芽的形式形成的。


內質網上核糖體合成溶酶體蛋白→進入內質網腔進行N-連接的糖基化修飾→進入高爾基體順面膜囊→N-乙醯葡糖胺磷酸轉移酶識別溶酶體水解酶的信號斑→將N-乙醯葡糖胺磷酸轉移在1-2個甘露糖殘基上→在中間膜囊切去N-乙醯葡糖胺形成M6P(6-磷酸甘露糖)配體→與反面膜囊上的受體結合→選擇性地包裝成初級溶酶體。

溶酶體發生示意圖

2.溶酶體的結構

1955年Duve與Novikoff首次發現溶酶體。它是單層膜圍繞、內含多種酸性水解酶類的囊泡狀細胞器,其主要功能是進行細胞內消化。


具有異質性,形態大小及內含的水解酶種類都可能有很大的不同,標誌酶為酸性磷酸酶。根據完成其生理功能的不同階段可分為初級溶酶體,次級溶酶體和殘體。


(1)初級溶酶體

直徑約0.2-0.5um膜厚7.5nm,內含物均一,無明顯顆粒,是高爾基體分泌形成的。含有多種水解酶,但沒有活性,只有當溶酶體破裂,或其它物質進入,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、磷脂酶類,已知60餘種,這些酶均屬於酸性水解酶,反應的最適pH值為5左右(如圖)。

溶酶體膜雖然與質膜厚度相近,但成分不同,主要區別是:①膜有質子泵,將H+泵入溶酶體,使其pH值降低。②膜蛋白高度糖基化,可能有利於防止自身膜蛋白降解。


(2)次級溶酶體

這些都是消化泡,正在進行或完成消化作用的溶酶體,內含水解酶和相應的底物,可分為異噬溶酶體和自噬溶酶體,前者消化的物質來自外源,後者消化的物質來自細胞本身的各種組分。


(3)殘體

又稱後溶酶體,已失去酶活性,僅留未消化的殘渣故名,殘體可通過外排作用排出細胞,也可能留在細胞內逐年增多,如肝細胞中的脂褐質。

溶酶體的消化作用示意圖


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