1、生物工程 何中红 概述 溶酶体发生的过程 相关的疾病溶酶体形成的过程 溶酶体的形成是一个相当复杂的过程,涉及的细胞器有内质网、高尔基体和内体等。比较清楚的是甘露糖-6-磷酸途径(mannose 6-phosphate sorting pathway)：溶酶体的酶类在内质网上起始合成,跨膜进入内质网的腔,在顺面高尔基体带上甘露糖6-磷酸标记后在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌小泡,最后还要通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体。概述 溶酶体发生的过程 溶酶体的M6P分选途径 溶酶体形成的非M6P途径溶酶体的M6P分选途径 溶酶体酶蛋白的M6P标记 M6P受体蛋白 分选过程 M6P分选途径的特点 内体 溶酶体
2、酶蛋白的M6P标记 糖基化 信号斑 甘露糖磷酸化的酶 磷酸化的反应 溶酶体的酶上都有一个特殊的标记 6-磷酸甘露糖(mannose 6-phosphate,M6P)。这一标记是溶酶体酶合成后在粗面内质网和高尔基体通过糖基化和磷酸化添加上去的。糖基化 溶酶体酶蛋白在膜旁核糖体上合成，进入内质网后进行N-连接糖基化,经加工后形成带有8个甘露糖残基和2个N-乙酰葡萄糖胺残基的糖蛋白转运到高尔基体。信号斑(signal patch)信号斑是溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构,它是由三段信号序列构成的,可被磷酸转移酶特异性识别。将甘露糖磷酸化的酶将磷酸基团添加到溶酶体酶的甘露糖的第六位碳上的反应是
3、由两种酶催化的，一种酶是N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶，另一个酶是N-乙酰葡萄糖苷酶,功能是释放N-乙酰葡萄糖胺。顺面高尔基体中的N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶有两个功能位点,一个识别位点能够识别信号斑并与之结合；催化位点与高甘露糖N-连接的寡聚糖以及UDP-GlcNAc结合。甘露糖磷酸化酶甘露糖磷酸化酶溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用 反应中磷酸基的供体是UDP N-乙酰葡萄糖胺(N-acetyglucosamine，GlcNAc),甘露糖残基磷酸化的位点是第六位碳原子。每个溶酶体酶蛋白至少有一个甘露糖残基被磷酸化。磷酸化反应溶酶体酶蛋白甘露糖残基磷酸化的生化反应 溶酶体的M6P分选途径 溶酶体
4、酶蛋白的M6P标记 M6P受体蛋白 分选过程 M6P分选途径的特点 内体M6P受体蛋白(M6P receptor protein)M6P受体蛋白是反面高尔基网络上的膜整合蛋白,能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合,从而将溶酶体的酶蛋白分选出来。M6P受体蛋白主要存在于高尔基体的反面网络，但在一些动物细胞的质膜中发现有很多M6P受体蛋白的存在,这是细胞的一种保护机制,可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。分选过程 溶酶体酶前体从粗面内质网转移到顺面高尔基体,并进行甘露糖残基的磷酸化。在反面高尔基网络,磷酸化的酶同M6P受体结合,通过该受体将溶酶体的酶包装到由纤维状网格蛋白包被的小泡中,然
5、后网格蛋白外被很快解体。无包被的运输小泡很快与次级内体融合,由于次级内体中pH呈酸性,致使磷酸化的酶与M6P受体脱离,接着脱磷酸。通过次级内体的分选作用.溶酶体的酶进入从次级内体出芽形成的运输小泡,接着同溶酶体融合完成溶酶体酶的传递过程。而受体重新回到高尔基体再利用。M6P分选途径的特点 M6P作为分选信号 包埋在高尔基体中的受体能够被网格蛋白包装成分泌小泡 出芽形成的溶酶体酶的运输小泡只同酸性的次级内体融合 通过次级内体的分选作用使受体再循环 内体(endosome)内体有初级内体(early endosome)和次级内体(late endosome)之分,内体的主要特征是酸性的、不含溶酶体
6、酶的小囊泡。初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器。次级内体中的pH呈酸性,且具有分拣作用。内体膜上具有ATPase-H+质子泵，利用H+质子的浓度，保证了内部pH的酸性。溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合及次级内体的分选作用 溶酶体的M6P分选途径 溶酶体形成的非M6P途径溶酶体形成的非M6P途径 非磷酸化的溶酶体酶 非M6P途径的可能方式 在粘脂病的病人细胞的溶酶体中发现有未被磷酸化的水解酶,推测这些酶是通过非M6P依赖性的分选途径进入溶酶体的。这种推测从I-细胞病人的肝细胞溶酶体酶分析中得到证实。I-细胞病人的肝细胞中溶酶体的酶也没有M6P标记,但是能够进入溶酶体
7、,这就说明这些溶酶体必然是通过非M6P依赖的途径进入溶酶体的，但机理尚不清楚。非磷酸化的溶酶体酶 两种可能:一是作为膜蛋白,合成时就插在膜上；另一种可能就是作为前体合成并结合在膜上,进入溶酶体膜后水解释放到溶酶体腔中。非M6P途径的可能方式 概述 溶酶体发生的过程 相关的疾病相关的疾病 矽肺矽肺(silicosis)(silicosis)型糖原贮积症型糖原贮积症(glycogen storage(glycogen storage disease type disease type)休克休克(shock)(shock)矽肺矽肺(silicosis)(silicosis)空气中的矽(SiO2)被吸
8、入肺后，被肺部的吞噬细胞所吞噬，由于吞入的二氧化硅颗粒不能被消化，并在颗粒的表面形成硅酸。硅酸的羧基和溶酶体膜的受体分子形成氢键，使膜破坏，释放出水解酶，导致细胞死亡，结果刺激成纤维细胞产生胶原纤维结节，造成肺组织的弹性降低，肺受到损伤，呼吸功能下降。型糖原贮积症型糖原贮积症(glycogen storage(glycogen storage disease type disease type)是最早发现的贮积症。由于常染色体上的一个隐性基因突变，造成了溶酶体缺乏�葡萄糖苷酶，缺少了这种酶的溶酶体不能把肝细胞中或肌细胞中过剩的糖原进行水解而大量积累在溶酶体内，造成溶酶体超载。此病多发于婴儿，表现为肌肉无力，心脏增大，心力衰竭,通常于两周内死亡。休克休克(shock)(shock)在休克中，由于组织缺血、缺氧，影响了供能系统，造成膜的不稳定，引起溶酶体酶的外漏，造成细胞与机体的损伤。溶酶体的酶外漏的可能机理是：由于缺氧，引起细胞pH值的下降，酸性水解酶活化，水解溶酶体的膜,使膜漏增强，最终导致溶酶体膜破裂，溶酶体酶释放，使细胞组织自溶；而三羧酸循环的受阻影响细胞氧化磷酸化的过程，ATP减少，功能不足，钠泵失灵，组织内渗透压下降，导致溶酶体膜的通透性增高，酶释放，组织自溶。因此，在抢救休克病人时，临床上采用大剂量的糖皮质类固醇，以稳定溶酶体的膜。
