溶酶体
| 细胞生物学 | |
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溶酶体（英語：lysosome）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，由高基氏複合體產生，內含數十種從高基氏體送來的水解酶。這些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。溶小體是細胞的回收中心，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，即與溶體有關。
發現
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·迪夫及其團隊利用細胞分級分離法（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。[1][2]
功能與結構
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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。[3] 它們的形狀從球形、卵圓形到偶爾的管狀不等。[4] 溶酶體的大小範圍為0.1-1.2 μm，[3] 有些管狀溶酶體在吞噬細胞中可達15 μm。單一細胞內可存在數百個溶酶體。然而，當營養匱乏或自噬作用被誘導時，單一細胞內的溶酶體數量會下降到50個以下。 [4]
溶酶體含有多種酶，使細胞能夠分解其吞噬的各種生物分子，包括勝肽、核酸、碳水化合物和脂質。負責水解的酶需要在酸性環境中才能發揮最佳活性，pH值範圍約為 4.5–5.0。與略呈鹼性的胞質溶膠（pH 7.2）相比，溶酶體內部呈酸性。[5]
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。 .[6]
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 [7] 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。[8] 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。[9][10]
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
参考文献
- ^ Sabatini, David D.; Adesnik, Milton. Christian de Duve: Explorer of the cell who discovered new organelles by using a centrifuge. Proceedings of the National Academy of Sciences. 13 August 2013, 110 (33): 13234–13235. Bibcode:2013PNAS..11013234S. PMC 3746853
. PMID 23924611. doi:10.1073/pnas.1312084110 .
- ^ Cooper, Geoffrey M. Lysosomes. The Cell: A Molecular Approach 2nd. Sinauer Associates. 2000.
- ^ 3.0 3.1 Kühnel, Wolfgang; Kühnel, Wolfgang. Color atlas of cytology, histology, and microscopic anatomy. Thieme Flexibook Basic sciences 4th. Stuttgart New York: Thieme. 2003. ISBN 978-1-58890-175-0.
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