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来源公众号：琴解森物
在精密运转的细胞内部，各类细胞器分工协作，支撑起全部生命活动。今天我们要认识的溶酶体，是细胞里独一无二的降解处理中心，内含数十种酸性水解酶，既能清除外来病原体、代谢胞内衰老结构，还参与免疫调控、生物发育、受精等关键生理过程。它自带特殊保护膜避免自身溶解，一旦结构或酶合成出现缺陷，还会诱发多种疾病。本文梳理溶酶体的全部核心知识点。
（一）溶酶体的结构和产生
溶酶体是由高尔基体的囊泡发育而成的，外覆一层膜，近似球形结构。不同来源的溶酶体在形态、大小，甚至所含的酶的种类都有可能不同，因而具有高度的异质性，但都具有酸性磷酸酶（催化磷酸单酯水解），即该酶是溶酶体的标志酶。溶酶体普遍存在于动物细胞中，一个细胞通常可拥有数百个溶酶体，但不同细胞中的溶酶体数量差异巨大。植物细胞中也有与溶酶体功能类似的细胞器——圆球体、淀粉粒、糊粉粒和中央大液泡，它们含多种酸性水解酶。细菌中没有发现溶酶体。
溶酶体内含有60多种能够水解多糖、脂肪、磷脂、核酸和蛋白质的酸性酶，可以将细胞中几乎所有生物活性物质进行水解。这些酶有的是水溶性的，有的则结合在膜上。这些酶由粗面内质网合成，经高尔基体加工、分类和浓缩，最后经高尔基体以出芽的方式转移到溶酶体中。
溶酶体内的pH为3.5～5，是其中酶促反应的最适pH，而细胞质基质的pH都在7左右。
（二）溶酶体的功能
溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用。溶酶体的消化对象有细胞吞噬进入的病原体、衰老或损伤死亡的细胞残片，也可以是细胞自身多余的或损伤的生物大分子、衰老或损伤的细胞器。溶酶体的这种消化作用一般可概括成异体吞噬、自体吞噬和细胞自溶，每种途径都将导致不同来源的物质在细胞内被消化。
1. 异体吞噬
由高尔基体产生的初级溶酶体与吞噬泡融合形成次级溶酶体，将从胞外吞噬进入的大颗粒物质消化成小分子并进入细胞质基质，残渣通过外排作用排出细胞。因而实现了胞内消化、清除或防御功能，如人体中的树突状细胞和巨噬细胞的异体吞噬作用。变形虫和草履虫等原生动物也是通过这种途径摄取、消化食物和获得营养的。
2. 自体吞噬
通过细胞的内膜系统（如内质网膜）内陷将细胞质中的某些大分子或细胞器选择性地进行包裹，形成具有双层膜结构的自噬泡，继而被溶酶体识别、融合而降解，这是最普遍的一种自噬途径。有的可以直接通过溶酶体膜内凹吞入或膜外凸包裹胞质及内容物，继而入内被降解；有的蛋白质分子结构异常后暴露出的KFERQ五肽片段可被分子伴侣识别，并在这个分子伴侣的介导下进入溶酶体而被降解。因此，自噬不仅是细胞在饥饿状态下获取能量的一种方式，而且还能清除入侵的病原性微生物或毒素，以及细胞内加工错误的、损伤的或暂不需要的大分子，或衰老、损伤的细胞器，并同时提供营养。可见，细胞自噬是细胞存活的自我保护机制。目前发现，自噬过程由30多种基因表达的蛋白质参与完成。
3. 细胞自溶
一定条件下，某些细胞中许多的溶酶体膜破裂，释放出其中的水解酶，从而使该细胞中的生物活性物质被水解、消化，甚至细胞死亡，发生细胞自溶。例如，高等动物消化道黏膜细胞死后迅速腐败，就是死细胞内大量溶酶体膜迅速破裂后发挥作用的结果；还有，在不正常的生理条件下，死亡细胞内溶酶体膜破裂也十分迅速。对于这些“尸体”的自动清除，对机体本身来说，可能是有益的。
此外，哺乳动物断奶后乳腺的退行性变化、骨骼发育过程中骨髓腔的增大、蝌蚪发育为青蛙时尾部的退化、昆虫幼虫的变态发育等过程也存在一定程度的细胞自溶；但是，对于这些活细胞整体的清除，通常还需要细胞发生程序性的凋亡，再通过异体吞噬才能完成。因此，细胞自溶在个体正常发生过程中对器官及组织的改建起着重要作用，同时也有利于对死亡细胞的清除。
4. 贮存和分泌免疫物质
溶酶体不仅参与树突状细胞和巨噬细胞降解被吞噬的“非己”成分，还帮助胞毒T细胞和天然杀伤性淋巴细胞贮存水溶性蛋白穿孔蛋白和颗粒酶，当细胞受到外界信号刺激后，这类溶酶体会像分泌泡那样释放内含物，杀伤靶细胞，因此又称这类溶酶体为分泌型溶酶体。
5. 其他功能
在分泌蛋白质激素和分泌类固醇激素的细胞中，溶酶体参与激素的分泌调节作用。这种调节作用是通过分泌自噬泡进行的，即通过自体吞噬作用将一部分合成类固醇激素的细胞器——光面内质网包裹起来，形成自噬体，由溶酶体将这部分细胞器和其中已合成的激素消除掉。这种自体吞噬作用使细胞能在短时间内消除一部分合成激素的细胞器和其中的激素，从而分泌类固醇激素的细胞及时有效地调节激素分泌量。另外，溶酶体除了在细胞内具有消化作用，也具有细胞外消化作用。如在精子与卵子的受精过程中就是靠精子头部的顶体（相当于特化的溶酶体）释放多种水解酶类，它们能溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，产生孔道，帮助精子抵达卵子质膜并继而进行两细胞质膜的融合，达到受精的目的。
（三）溶酶体酶不破坏溶酶体膜
溶酶体的膜之所以不被自身的酶所水解，使得溶酶体能与细胞质其他部分安全分隔开，这是因为溶酶体的膜不同于其他生物膜：①存在高度糖基化的膜蛋白；②膜上有H⁺泵，使膜内的H⁺浓度比细胞质高100倍；③膜上有多种载体蛋白，可将水解产物运向膜外；④膜蛋白上被蛋白水解酶识别的位点存在于空间结构的内部（这个特点与人的胃和小肠黏膜上皮游离面质膜上的膜蛋白相同）。溶酶体的这种特殊结构是内膜系统分隔而使代谢区域化的典型代表。
（四）溶酶体与疾病
目前已知与溶酶体有关的先天性疾病有30多种，其中绝大多数是由于缺乏某些溶酶体酶，导致某种物质在组织中大量积累。如类风湿关节炎就是病人的溶酶体膜的脆性增加，溶酶体酶被释放到关节处的细胞间质中，使骨组织受到侵蚀，引起炎症。
圆球体来源于内质网，存在于植物细胞中，是一类贮藏性细胞器，外被单层的生物膜，内含40％左右的脂质，可用脂肪染料如苏丹Ⅲ或苏丹Ⅳ染色；同时，含有多种水解酶，因而具有溶酶体的性质。圆球体也有与动物溶酶体一样的多型性，有些圆球体也参与细胞内消化，因此被认为这就是植物的溶酶体。
结尾结语
以上完整梳理了溶酶体全部核心知识点：从高尔基体出芽生成的起源结构，到异体吞噬、自噬、细胞自溶、免疫、激素调节、胞外消化等多重生理功能；再到它独特的膜保护机制，以及功能异常引发的各类疾病，最后补充了植物细胞中与溶酶体功能对等的圆球体。
溶酶体作为内膜系统的关键细胞器，串联起细胞代谢、免疫防御、个体发育等多条生命通路，是细胞生物学、高中生物学习的重点内容。掌握它的各项特性，也能帮我们更好地理解细胞区室化分工的核心逻辑。
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