技術(shù)專欄

溶酶體酶（lysosomal enzyme）

供稿：科鹿生物

發(fā)布時(shí)間：2022-05-04

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1.溶酶體的發(fā)現(xiàn)

1949年，比利時(shí)布魯塞爾細(xì)胞病理學(xué)院科學(xué)家deDuve將大鼠肝組織勻漿，對各種細(xì)胞器進(jìn)行分離，以期找出與糖代謝的酶有關(guān)的細(xì)胞器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測細(xì)胞中還存在一種新的細(xì)胞器。1955年，de Duve與Novikof合作，首次用電子顯微鏡觀察到這種細(xì)胞器，1956年被定名為溶酶體。他和他的同事——電子顯微鏡專家克洛德和帕拉迪分享了1974年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

2.溶酶體的結(jié)構(gòu)

至今只在動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)溶酶體，溶酶體（lysosome）為細(xì)胞漿內(nèi)由單層脂蛋白膜包繞的內(nèi)含一系列酸性水解酶的小體。它是一種由單層膜包被的囊狀結(jié)構(gòu)，且是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。在不同類型細(xì)胞中，溶酶體的形態(tài)、大小不同。一般呈圓形小泡，直徑為0.25~0.8μm,內(nèi)含多種多樣的酸性水解酶，可分解各種外源或內(nèi)源的大分子物質(zhì)。因而溶酶體被比喻為細(xì)胞內(nèi)的“酶倉庫”“消化系統(tǒng)”。

3.溶酶體的分類和形成

溶酶體的形成是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程。一般認(rèn)為，溶酶體里的酶是經(jīng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成后運(yùn)輸?shù)礁郀柣w的，在此經(jīng)過加工、分揀與濃縮，被覆外膜，形成囊泡，然后離開高爾基復(fù)合體，此時(shí)只含水解酶而不含被催化的底物，稱為初級溶酶體。初級溶酶體與細(xì)胞內(nèi)的胞內(nèi)體、吞噬體和自噬體融合形成復(fù)合物，溶酶體中的酸性水解酶發(fā)揮作用，將胞內(nèi)體和吞噬體等逐步消化，此時(shí)的溶酶體不僅含有水解酶，而且含有大量被催化的底物，是一種正在進(jìn)行消化作用的溶酶體，被稱為次級溶酶體。次級溶酶體內(nèi)的消化作用完成后，酶的活力變得很弱甚至喪失，僅留有未消化的殘?jiān)?，稱為殘余體。

ELK Biotechnology可以提供的溶酶體酶相關(guān)指標(biāo)

貨號	品名	規(guī)格價(jià)格（48T/96T）	UniProtKB
ELK3300	Human ACP2(Acid Phosphatase 2, Lysosomal) ELISA Kit	1960/2800	P11117
ELK2328	Human ACP3(Acid Phosphatase 3, Prostatic) ELISA Kit	1960/2800	P15308
ELK9590	Human TRACP-5b(Tartrate Resistant Acid Phosphatase 5b) ELISA Kit	1960/2800	P13685
ELK1930	Human RNASE1(Ribonuclease A) ELISA Kit	1960/2800	P07998
ELK1791	Human DNASE1(Deoxyribonuclease I) ELISA Kit	1960/2800	P24855
ELK1911	Human CTSK(Cathepsin K) ELISA Kit	1960/2800	P43235
ELK4714	Human ARSA(Arylsulfatase A) ELISA Kit	1960/2800	P15289
ELK2772	Human GUSb(Glucuronidase Beta) ELISA Kit	1960/2800	P08236
ELK4035	Human HAT1(Histone Acetyltransferase 1) ELISA Kit	1960/2800	O14929
ELK9575	AcCoA(Acetyl CoA) ELISA Kit	1960/2800	/
ELK4042	Human HDAC1(Histone Deacetylase 1) ELISA Kit	1960/2800	Q13547
ELK2950	Human HAase(Hyaluronidase) ELISA Kit	1960/2800	/

4.溶酶體中的酶

4.1種類

目前已發(fā)現(xiàn)溶酶體中的酸性水解酶有60余種，包括水解蛋白質(zhì)、糖類、脂類等物質(zhì)的酶。例如，酸性磷酸脂酶、組織蛋白酶、核糖核酸酶、透明質(zhì)酸酶、磷酸轉(zhuǎn)移酶、β-半乳糖苷酶、芳香基硫酸脂酶A和B等。大多數(shù)溶酶體里的酶是糖蛋白，但也有例外，如鼠肝細(xì)胞和腎細(xì)胞溶酶體里的酶大部分是脂蛋白。

4.2來源

溶酶體中的酶與分泌蛋白的形成類似，都是由附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中合成不成熟的酶，然后在信號肽的引導(dǎo)下進(jìn)入粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，經(jīng)初步加工連接一些糖基團(tuán)，如葡萄糖、甘露糖和N-乙酰葡萄糖胺等，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過形成囊泡將這些較成熟的酶轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體，經(jīng)高爾基體的再加工，如將N-乙酰葡萄糖胺殘基移接到甘露糖殘基上等，形成成熟的酶。

4.3特點(diǎn)

溶酶體的膜蛋白多為糖蛋白，溶酶體膜內(nèi)表面帶負(fù)電荷，所以有助于溶酶體中的酶保持游離狀態(tài)，這對行使正常功能和防止細(xì)胞自身被消化有著重要意義；

所有水解酶在pH5.0左右時(shí)活性最佳，但其周圍胞質(zhì)中pH約為7.2，溶酶體膜上含有一種特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可以利用ATP水解的能量將細(xì)胞質(zhì)中的H+泵入溶酶體，以維持pH為5；

只有當(dāng)被水解的物質(zhì)進(jìn)入溶酶體內(nèi)時(shí)，溶酶體內(nèi)的酶類才行使其分解作用。一旦溶酶體膜破損，水解酶逸出，將導(dǎo)致細(xì)胞自溶。

5.溶酶體的功能

5.1細(xì)胞內(nèi)消化

對高等動(dòng)物而言，細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于血液中的小分子物質(zhì)，而一些大分子物質(zhì)則通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞，例如內(nèi)吞低密度脂蛋白獲得膽固醇；對一些單細(xì)胞真核生物而言，溶酶體的消化作用就更為重要。例如，草履蟲將吞噬進(jìn)細(xì)胞的食物或致病菌等大顆粒物質(zhì)消化，其中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)用于各項(xiàng)代謝活動(dòng)，殘?jiān)ㄟ^胞吐作用排出。

5.2自溶作用（細(xì)胞凋亡）

通過自溶作用清除發(fā)育過程中退化的細(xì)胞和死亡的細(xì)胞，以保證細(xì)胞正常生長和發(fā)育。個(gè)體發(fā)生過程中往往涉及組織或器官的改造或重建，如昆蟲和蛙類的變態(tài)發(fā)育、足的退化和尾的消失等，這一過程是在基因控制下實(shí)現(xiàn)的，稱為程序性細(xì)胞死亡（即細(xì)胞凋亡），這些注定要消除的細(xì)胞以出芽的形式形成凋亡小體，被巨噬細(xì)胞吞噬并通過溶酶體消化，從而清除不需要的細(xì)胞。

5.3自體吞噬

清除細(xì)胞中無用的大分子、衰老的細(xì)胞器等。許多生物大分子的半衰期只有幾小時(shí)至幾天，例如肝細(xì)胞中線粒體的平均壽命為10d左右，這就需要溶酶體將其吞噬消化。

5.4防御作用

所有白細(xì)胞均含有溶酶體性質(zhì)的顆粒，能消滅入侵的微生物，如吞噬細(xì)胞可吞入病原體，在溶酶體中將病原體進(jìn)行處理、殺死或降解。然而，也有一些病源菌（例如，麻風(fēng)桿菌、結(jié)核桿菌等）能耐受溶酶體酶的作用，因而能在巨噬細(xì)胞內(nèi)存活。

5.5參與分泌過程的調(diào)節(jié)

研究發(fā)現(xiàn)，大鼠腦垂體分泌催乳素受到抑制時(shí)，溶酶體與細(xì)胞內(nèi)一部分分泌顆粒融合，將其消化降解以消除細(xì)胞內(nèi)過多的激素，這種現(xiàn)象叫做粒溶或分泌自噬。幾乎所有分泌蛋白質(zhì)和肽類激素的細(xì)胞中都存在粒溶現(xiàn)象，細(xì)胞通過這種方式，對激素的分泌量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，如將甲狀腺球蛋白處理成有活性的甲狀腺素等。

5.6形成精子的頂體

精子的頂體，其本質(zhì)也是一種溶酶體。在受精過程中，頂體中的酶被釋放到細(xì)胞外，能消化卵子外周的卵泡細(xì)胞和透明帶，形成精子入卵的通道，便于精子進(jìn)入卵細(xì)胞，達(dá)到受精的目的。