2017年7月31日 星期一

(7) 蛋白質如何運送至溶酶體(lysosome) 07-29-2017


(7) 蛋白質如何運送至溶酶體(lysosome)

 

一、   溶酶體(lysosome)之特性

(1)     溶酶體是細胞內的廢物處理場(junk yard);自殺袋(suicide bag)


 

01. 圖綠色部分為瀕臨死亡之神經元(Neurons),神經元內紅色圓球狀胞器就是溶酶體(Lysosomes)


 

(2)     溶酶體內有六大類的酸性水解酶(acidic hydrolases),酶(=酵素)均為蛋白質組成,溶酶體內共約有50種的酵素。

1核酸酶(NucleasesDNAase, RNAse)

2蛋白酶(Proteases:膠原蛋白酶(Collagenase), 組織蛋白酶

   (Cathepsins) etc.)

3脂酶(Lipases) & 磷脂酶(phospholipases)

4磷酸酶(Phosphatase)

5硫酸酶(sulphatases)

6糖苷酶(Glycosidases):β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase),己糖胺酶A

  (hexoaminidase A),α-甘露糖苷酶(α-mannosidase)

(3)     溶酶體是單層膜雙層磷脂的胞器,磷脂層鑲嵌或附著大量醣蛋白。

   主要為兩大類:

    1highly glycosylated lysosomal associated membrane proteins(LAMP)

      高度糖化之溶酶體膜的相關蛋白質

    2highly glycosylated lysosomal integral membrane proteins(LIMP)

      高度糖化之溶酶體膜的整體蛋白質

(4)     本文探討溶酶體內六大類酵素以及LAMP, LIMP等等的蛋白質,在粗糙內質網(RER)結合態核醣體(bounded ribosomes)合成後,是如何經由平滑內質網(SER),高基氏體進入到溶酶體?

(5)     溶酶體內六大類酵素均為酸性水解酶,因為溶酶體內pH值在4.85.0之間。


 
 

02. 溶酶體是以胞器膜上之氫離子幫浦(H+ pump),耗能將H+主動打入溶酶體內,以維持pH值~5.0之酸性環境。


 

二、蛋白質如何由高基氏體運送至溶酶體內?

甘露糖-6-磷酸(Mannose-6-phosphate, M-6-P)及其接受器是大部分酸性水解酶由高基氏體運送至溶酶體內的方式:
1.  溶酶體(Lysosome)內的大部分酸性水解酶(hydrolase),在粗糙內質網(RER)合成後,送至高基氏體的順式區(Cis Golgi Network, CGN)就與M-6-P結合。
2.  再送至反式高基氏體(Trans Golgi Network, TGN),膜上有M-6-P接受器(M-6-P receptor),相互結合後經由網格蛋白外套(clathrin coat)包覆。
3.  出芽(Budding)形成胞內體(Endosome)
4.  胞內體併入溶酶體中,M-6-P接受器能送回反式高基氏體重複使用。

 


 

03. 送往溶酶體的蛋白質,是以甘露糖-6-磷酸(Mannose-6-P)為標記(Marker),在反氏高基氏體(Trans Golgi Network, TGN),與甘露糖-6-磷酸接受器(Mannose-6-P receptor)結合形成胞內體(endosome),然後進入溶酶體中。


 


 

04. 大多數酸性水解酶(Acid Hydrolases)由高基氏體運送至溶酶體內的通則。


 



05. 反式高基氏體(Trans Golgi Network, TGN),膜上有M-6-P接受器(M-6-P receptor,綠色)M-6-PM-6-P接受器相互結合後,經由網格蛋白(clathrin,紅色)包覆,形成網格蛋白外套囊泡(clathrincoated vesicle)。請看圖06.

圖片來源:


 


 

06. 於反式高基氏體(trans Golgi network, TGN),甘露糖-6-磷酸(Mannose-6-Phosphate)與甘露糖-6-磷酸接受器(Mannose-6-Phosphate receptor)結合,經由網格蛋白(clathrin)包覆,出芽(Budding)後,形成網格蛋白外套囊泡(clathrincoated vesicle)

圖片來源:


 

三、 溶酶體之功能:

(1) 細胞內吞作用(Endocytosis)進入細胞之小分子,或細胞胞噬作用

    (Phagocytosis)進入細胞之大分子,最後都經由溶酶體中的酵素分解。

(2) 細胞內用舊的胞器(e.g.粒線體),經內質網(ER)包覆後,形成次級溶酶體

    (Secondary Lysosome),將胞器分解有用的分子重複使用,此過程稱為自噬

    作用(Autophagocytosis)

(3) 參與程式性細胞死亡(ApoptosisProgrammed Cell Death)

(4) 精子頭部之穿孔體(Acrosome)是特化之溶酶體。


 

07. 溶酶體參與之細胞內消化作用(Intracelluar Digestion)

圖片來源:


 


 

08. 精子頭部之穿孔體是特化的溶酶體(Lysosome)


 

四、溶酶體儲存疾病(Lysosomal Storage Disease)

溶酶體儲存疾病是因為

(1) 溶酶體內的分解酵素基因突變

(2) 由高基氏體將這些分解酵素運送至溶酶體的蛋白質基因突變

    e.g.磷酸轉移酶(Phosphotransferase)基因突變→無法在高基氏體形成甘 

    露糖六磷酸(M-6-P)→許多的水解酶無法運送至溶酶體→許多巨分子無法分

    解只好儲存於溶酶體,尤其是纖維母細胞(Fibroblast)形成包涵體

    (Inclusion Bodies)→引起I-Cell disease

 

    ※甘露糖六磷酸(M-6-P)是高基氏體分辨分配至溶酶體(Lysosome)蛋白質之

    標記(Marker)


 

09. I-Cell disease是因為磷酸轉移酶(Phosphotransferase)基因突變→無法在高基氏體形成甘露糖六磷酸(M-6-P)→許多的水解酶因為缺乏運送至溶酶體的標記,而分泌到血漿中→溶酶體缺乏水解酶→無法分解巨分子而儲存之,引起的疾病。

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