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细胞 的 降解 过 程

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细胞 的 降解 过 程

R. J. 迪 安 著
BRN 译

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中 科 院 植物 所 图 书馆
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内 容 简 st

本 书 主要 论述 细胞 的 降解 过 程 , 重 点 阐述 生物 大 分 子 的 降解 ; 溶 酶
体 在 细胞 降解 过 程 中 的 作用 以 及 活 细胞 中 降解 作用 的 特性 等 s

可 供 细胞 学 ,生物 化 学 ,医学 和 分 子 生 物 学 工作 者 及 大 专 院 校 师 生
参考 。

R. J. Dean
Outline Studies in Biology

CELLULAR DEGRADATIVE PROCESSES
Chapman and Hall 1978

“ 生 锣 学 研究 概 说 。

细胞 的 降解 过 程
R. J. HE 著
eR 译

责任 编辑 “ 吴 浩 源
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新 华 书店 北京 发 行 所 发 行 各 地 新 华 书 店 经 售
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198144 7 月 第 一 RM FFA: 787x1092 1/32
1981 年 7 月 第 一 次 印刷 印张 : 3
印 数 : 0001—6,580 7 字数 ; 66,000

统一 书号 : 13031 。1613

本 和 社 书 号 : 2213 。13 一 10

定价 ; 0.50 元

前 言 ……

第 一 章
1.1
1.2

se

第 三 章
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

第 四 章
4.1

4.2
4.3

目 RK

降解 过 程 的 性 质 和 意 允 2 1
量 | 这 二 辣 1
降解 过 程 的 功能 和 站 义 pp 1
yO) Ce 11
转换 研究 中 的 方法 和 问题 ; 一 个 极 简短 的 历史
GGL rs Aan Seg sntecsedets+snete- appes maps etnies (asl wee- 12
生物 大 分 子 的 化 学 性 及 其 降解 作用 .…………………… 15
核酸 的 结构 pp 16
核酸 酶 oooossoooesoeosisoooooooeoooooosieoesoeoioo so。 18
蛋 自 质 站 pp 19
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糖苷 酶 oooooeoooosooovooovoooooosiovoosossooiooiosooooioo。 了 二
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参 芳 文责 各 pp 30
溶 酶 体 一 一 真 核 细 胞 中 一 种 专职 降解 的 细胞 器
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第 五 章 “ 活 细胞 中 降解 作用 的 特许 pvcoeceeeeosasasasssssssssss60
5.1 FE JERE fh sec ec ence cece e ence ere eenenecereceeneneeees 60
5.2 FEE ASPB Be ih ese eer ee eeeeeecereceeneeeeweneces 63
5.3 其 他 大 分 子 在 体内 的 降解 .pp 66
5.4 除 蛋 白质 外 的 大 分 子 的 有 限 降 解 ………… 和 9 69
5.5 细胞 器 和 细胞 的 转换 .pp 71

5.5.1 质 膜 .ooeeoeeoeviocioeeees 71
5.5.2 胞 液 ceecceccccecccecccccececcnsecscscceesesssesecsesscesenses 73
5.5.3 内 质 网 cecceececcceceececeescsesensenceescescesssssssessneces 73
5.5.4 线粒体 ev ee 73
5.5.5 深 酶 体 eve 74
5.5.6 过 氧 物 酶 体 oo ee 74
5.5.7 分 沁 小 渔 .ee 75
5.5.8 核 蛋 白 体 coeeeecrecenccnnecccrecseceeeeecessesensneceesneses 75
5.5.9 红细胞 成 熟 期 间 的 胞 内 降解 作用 3 5 天 75
5.5.10 Saat BE AE AO TE Ae Be
作用 cssccscccccecenccnscccccsccsccccceccssecseresreerescosccs 本

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本 书 试 图 对 细胞 的 降解 过 程 作 一 简要 的 概念 性 的 论 偿 。
它 包 括 了 大 部 分 真 核 细 胞 中 一 种 专职 降解 的 细胞 器 一 一 盗 酶
体 ， 讨 论 了 分 解 反 应 在 溶 酶 体内 外 之 闻 的 相互 关系 。 还 包括
了 着 重 于 大 分 子 分 解 的 有 限 降 解 反 应 《如 在 核酸 和 和 蛋白 质 过
A) 探讨 了 多 细胞 生物 体 中 细胞 外 大 分 子 的 转换 ， 也 考
虑 了 生物 谱系 的 另 一 端 ,细菌 的 降解 作用 。 正 如 在 具有 许多 其
他 重要 的 生物 学 过 程 的 情 纪 中 那样 , 在 原核 细胞 《例如 细菌 )
和 真 核 细胞 (例如 和 人 ) 中 ,大 分 子 的 分 解 , 似 乎 是 以 很 相似 的 方
式 发 生 的 。 因 此 ,本 书 强调 了 降解 反应 的 基本 相似 性 ,以 及 它
们 在 所 有 细胞 机 构 内 的 主要 功能 。

R. J. 迪 安
1977 年 于 伦敦

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第 一 章 ”降解 过 程 的 性 质 和 意义

11 引言

本 书 主要 内 容 是 有 关 细 胞 内 的 降解 反应 ， 这 是 为 大 多 数
生物 分 子 所 经 历 的 。 MATE EPIRA DF (Os RR
核酸 和 和 蛋 白质) 的 分 解 。 大 多 数 较 小 的 生物 分 子 也 经 受 几 种
这 样 的 反应 (例如 氧化 作用 \、 脱 所 作用 等 ), 有 关 这 些 组 分 的 典
.型 代谢 途径 ,在 这 里 将 不 作 任 何 详细 的 讨论 。 但 是 ,由 细胞 的
复杂 的 大 分 子 分 解 而 释放 的 小 分 子 则 将 是 要 考虑 的 。 纵 然 ，
对 多 细 胞 生物 体 专门 消化 食物 的 露 官 ( 例 如 人 的 消化 道 ) 作 了
简 述 ， 人 得 是 本 书 的 中 心 议题 仍 是 为 内 源 性 生成 的 分 子 的 降解
作用 。

1.2 ”降解 过 程 的 功能 和 意义

人 们 最 熟悉 的 一 套 降解 反应 是 消化 ,在 这 个 过 程 中 ,细胞
外 的 物质 食物) 被 转 成 能 为 生物 体 的 营养 可 利用 的 小 分 子 。
对 于 某 些 原始 的 生物 体 〈 例 如 象 阿 米 巴 和 草 履 虫 等 原生 动
物 ), 它们 的 消化 作用 大 部 分 是 在 细胞 内 进行 的 , 物质 是 通过
细胞 后 才 吸 收 的 (通过 细胞 内 大 作用 的 机 理 , 将 在 第 5 章 中 讨
论 )。 在 具有 多 细胞 组 织 的 高 级 生物 体 中 ,细胞 的 功能 有 很 大
的 差别 ， 昌 然 是 在 生物 体内 ， 但 是 食物 的 消化 ,大 部 分 却 是
在 细胞 外 进行 的 。 人 的 消化 道 就 是 细胞 外 消化 部 位 的 一 种 例
子 。 由 细胞 吸入 的 消化 产物 用 于 生物 合成

某 些 生 物体 ;不 仅 依赖 于 它们 细胞 的 外 部 消化 ,甚至 还 依
癫 于 它们 组 织 外 部 的 销 化。 例如 细菌 和 真 闭经 常 分 刻 消化 酶

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进入 它们 周围 的 环境 ( 祈 望 有 一 顿 丰盛 的 可 消化 的 食物 !) 并
利用 由 此 产生 的 外 部 消化 的 产物 。 真 菌 也 可 能 是 利用 这 样 的
方法 入侵 其 他 生物 体 ( 例 如 树木 )， 而 癌 细 胞 在 高 等 生物 体 组
织 内 的 扩散 ,可 能 同样 地 , 也 依赖 于 降解 酶 的 分 刻 , 因为 癌 细
胞 的 转移 ,很 明显 的 一 条 途径 是 通过 组 织 。 消 化 作用 的 一 种 中
间 形 式 是 由 迷 感 人 的 食 虫 植物 进行 的 :它们 用 特殊 的 “ 陷 井 ”，
使 进入 的 昆虫 不 能 动弹 。 一 有 旦 捕获 ， 昆 虫 就 遭 到 圳 着 它 的 那
些 由 植物 分 泌 到 细胞 外 体液 中 的 酶 的 逐步 消化 。 其 后 ; 植物
从 * 陷 井 ” 的 体液 中 吸收 这 些小 量 的 消化 产物 并 加 以 利用 。。

除 细胞 外 部 的 消化 系统 外 ， 高 等 生物 体 的 细胞 还 有 一 个
细胞 内 的 降解 系统 ,如 溶 酶 体 ( 见 第 4 章 ), 它 相似 于 原生 动物
内 部 的 降解 系统 。 较 高 级 的 细胞 , 不 仅 利用 深 酶 体系 统 大 量
处 理 细胞 内 的 物质 ,而且 也 处 理由 细胞 从 外 部 摄取 的 物质 ; 特
别 是 对 那些 内 知 作 用 活跃 的 细胞 (第 4 章 )e。 已 发 现 多 细胞 动
物 的 胞 内 系统 与 单 细胞 原生 动物 的 非常 相似 ， 对 于 它们 的 这
两 种 系统 均 叫 做 溶 酶 体系 统 ; 虽然 对 这 个 问题 已 争论 了 相当
长 的 时 间 ， 但 现在 已 清楚 了 。 即 植物 细 脐 内 有 一 不 咨 酶 体 器
官 ， 唯 有 细菌 和 病毒 缺乏 溶 酶 体 。 由 此 ， 对 这 个 细胞 器 本
质 的 重要 意义 就 很 显然 了 。 细菌 的 降解 过 程 极 相似 于 那些 真
BED ;但 它 缺 乏 溶 酶 体 , 没 有 内 知 作 用 ,因此 , 它 必 须 依 赖 于
胞 外 的 消化 食物 ， 除 非 它们 能 进行 光合 作用 而 不 需要 其 他 食
物 。

食物 的 消化 产物 以 及 细胞 内 物质 的 消化 产物 ; 均 作 为 合
成 大 分 子 的 “构件 ”(building block)。 因 此 ,用 于 蛋白 质 合成 的
氨基 酸 是 由 蛋白 质 类 的 分 解 所 提供 的 ， 核 酸 的 前 体 是 由 核酸
的 降解 所 提供 的 等 等 。 当 然 ， 低 分 子 量 产物 的 自身 也 经 受 着
代谢 的 转化 , 使 碳 骨 架 可 从 糖 挫 人 脂肪 , 从 氨基 酸 进 入 糖 等 。
对 于 某 一 族 化 合 物 合 成 的 前 体 是 由 另 一 族 化 合 物 降 解 产 物 所

了 人工

提供 的 ,这 一 特别 引 人 注 目的 例子 ,最 近 也 已 为 众人 所 知 。

在 肉 碱 的 合成 中 ， 能 把 酰基 带 入 到 许多 细胞 的 线粒体 膜
中 。 这 一 点 在 对 线粒体 的 脂肪 酸 氧化 作用 的 底 物 供应 上 是 很
重要 的 。 产 生肉 碱 的 代谢 途径 表示 于 后 ， 它 包括 了 蛋白质 赖
氨 酸 残 基 的 甲 基 化 ; 这 些 可 以 是 单 -、 双 =、 三- 甲 基 化 , 但 只 有
当 它 降解 成 为 肉 碱 合成 的 前 体 时 ， 后 者 从 蛋白 质 中 释放 出 来
后 才 行 (图 1.1)。

在 不 能 合成 它们 自己 前 体 分 子 BERS) 的 生物 机 体
中 ,消化 作用 的 必要 性 是 显然 的 : 外 部 的 食物 来 源 必 须 提 供
这 些 分 子 。 这 种 营养 作用 的 方式 被 叫做 “ 异 养 ”的 ,与 之 相反 ，
某 些 生物 体 是 被 称 做 “ 自 养 的 (由 它们 自己 提供 代谢 物 )。 光
合作 用 的 植物 , 以 及 其 他 一 些 细胞 , 主要 是 自 养 的 ; 它们 利用
日 光 中 的 能 量 ， 直 接地 和 非 直接 地 推动 所 有 它们 细胞 中 有 机
分 子 的 合成 , 对 于 无 机 营养 物 的 供给 , 仅 依 赖 于 外 加 的 环境 。
因此 ,对 于 它们 食物 的 供给 ,最 终 乃 是 异 养 依赖 自 养 。

尽管 降解 的 底 物 是 由 细胞 合成 的 ,但 是 ,即使 是 自 养生 物
的 降解 过 程 仍 相 似 于 那些 异 养 的 生物 。 我 们 既 不 能 立即 搞 清
楚 ， 为 什么 这 些 细胞 需要 去 降解 它们 的 大 分 子 ; 也 不 能 搞 清
楚 ,为 什么 异 养 生物 还 需要 去 分 解 它 们 自己 合成 的 产物 (与 它
们 所 需 的 食物 不 同 ,分 解 它 们 显然 是 必需 的 )。

必须 承认 ,我 们 并 不 了 解 ,为 什么 降解 速率 是 按 它 们 所 要
KA; 但 是 我 们 能 够 提出 降解 作用 普遍 需要 的 几 个 因素 。 在
这 几 个 因素 之 中 ， 最 首要 的 一 个 因素 是 大 分 子 的 有 限 化 学 稳
定性 。 由 于 折 释 成 非常 复杂 的 三 维 结构 的 蛋白 质 多 肽 链 ， 只
有 当 它 们 在 所 谓 的 天 然 状态 (或 构象 型 ) 时 , 才 有 能 力 履行 它
们 作为 受 体 、 酶 或 诸如 此 类 的 功能 。 大 分 子 构象 不 断 地 有 轻
微 的 变动 :甚至 在 理想 的 生理 条 件 下 ,还 存在 着 一 种 有 限 的 变
化 频率 ,使 它们 受到 干扰 (变性 ) ,因而 它们 回复 成 天 然 状态 的

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机 会 很 小 。 这 样 的 变性 分 子 对 细胞 是 无 用 的 ， 如 果 细 胞 不 增
大 ,就 无 法 容纳 它们 。 而 细胞 增 大 得 过 多 ,将 会 妨碍 氧 或 营养
物 对 细胞 的 充分 供应 ,这 将 是 极为 有 害 的 。 因 此 ,这 些 分 子 倾
向 于 降解 是 可 以 理解 的 ,而 它们 降解 的 成 分 又 可 用 于 代谢 。 虽
然 变 性 现象 大 部 分 是 与 蛋白 质 有 关 ， 但 有 些 也 与 其 他 的 大 分
子 有 关 ( 纵 然 在 有 些 情 次 中 ,例如 结缔 组 织 成 分 的 确切 构象 对
于 它们 的 功能 ,与 蛋白 质 相 比 可 能 是 不 太 重 要 的 )。 正 如 和 人们
所 期 望 的 ,储存 遗传 信息 的 核酸 比 蛋白 质 具 有 更 大 的 稳定 性 。

大 分 子 也 可 能 受到 化 学 反应 ,例如 氧化 或 过 氧化 作用 ,或
自由 基 过 程 的 损伤 。 这 些 反 应 的 起 源 可 能 是 酶 促 的 《是 由 于
其 他 的 生物 功能 引起 的 ) ,或 简单 地 由 周围 环境 中 外 来 分 子 的
催化 (金属 ` 颗 粒 、 药 物 、 致 癌 物 等 )。 这 些 反 应 经 常 能 使 大 分
了 于 失去 功能 ， 也 负 致 使 其 变性 而 导致 了 相同 的 结果 。 在 核酸
中 ;已 知 有 某 些 修复 反应 ( 见 第 5 章 刀 因而 损伤 部 位 可 以 切除
或 替换 ,但 这 些 反 应 对 蛋白 质 和 糖 代 谢 似 乎 并 不 重要 。

造成 大 分 子 需 要 降解 的 原因 ， 有 可 能 是 由 于 在 合成 大 分
子 时 存在 的 误差 引 起 的 。 含 有 不 正确 顺序 的 大 分 子 ， 经 肖 是
没有 功用 的 ， 因 此 也 需要 去 除 。 在 蛋白 质 合成 中 ， 误 差 的 频
率 似 乎 是 惊人 的 高 ,所 有 和 蛋白质 中 约 有 15% 含有 顺序 上 的 误
差 。 很 有 可 能 ,在 核酸 合成 中 有 相似 的 误差 。

已 有 证 据 表 明 ， 由 于 原核 和 真 核 细 胞 能 选择 性 地 降解 含
有 氨基 酸 类 似 物 的 蛋白 质 ， 后 者 以 在 蛋白 质 合 成 中 造成 误差
的 同样 方法 扰乱 了 蛋白 质 的 构象 ,在 此 情况 中 , 挨 人 的 氨基 酸
并 不 是 按 mRNA 编码 的 。 为 此 ,去 除 这 些 分 子 就 很 可 能 具有
某 些 选择 作用 上 的 优点 。

大 分 子 糖 类 和 蛋白 质 - 糖 类 复合 物 的 功能 ,例如 糖 蛋白 的
功能 ,似乎 是 很 少 由 糖 链 中 糖 的 正确 顺序 所 决定 的 。 然 而 ,对
于 它 和 膜 表 面 受 体 相互 作用 所 暴露 的 末端 残 基 ， 则 往往 是 头

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等 重要 的 。 这 一 点 可 能 与 细胞 -细胞 的 相互 作用 是 由 表面 炉
蛋白 所 调节 的 观点 是 一 致 的 ， 也 可 能 与 受 体 的 相互 作 表 导致
特殊 细胞 中 循环 糖 蛋 白 的 胞 饮 作 用 是 一 致 的 ( 见 第 5 章 )。

这 些 选择 性 胞 饮 作 用 的 结果 之 一 是 携带 末端 糖 基 的 糖 蛋
白 快 速 地 从 循环 中 被 去 除 ,并 受到 肝 细胞 中 谥 酶 体 的 降解 。 其
他 末端 糖 基 可 能 被 专 一 地 摄 人 其 他 细胞 ， 它 们 可 能 不 需要 很
快 地 降解 〈 例 如 ， 磷 酸 已 糖 残 基 在 由 成 纤维 细胞 选择 性 地 摄
取 胞 外 盗 酶 体 类 苷 酶 时 似乎 是 重要 的 ， 而 这 些 细胞 使 酶 保留
了 相当 长 的 时 间 )。 有 很 少 证 据 表 示 , 糖 蛋白 中 糖 基 的 内 部 顺
序 有 许多 结构 效应 ,或 对 糖 蛋 白 的 降解 作用 上 有 任何 效应 。 当
然 , 这 些 侧 链 并 不 是 依据 某 些 编码 信号 (例如 象 信息 RNA) 所
合成 的 ,而 是 由 各 别 糖 基 转 移 酶 的 连续 作用 来 延长 糖 链 的 ,所
以 任何 一 个 糖 蛋 白 分 子 上 糖 类 侧 链 的 不 均匀 性 是 普遍 的 。 的
确 ， 这 些 就 是 蛋白 质 以 多 种 形式 存在 的 最 通常 的 原因 。 这 些
也 特别 适用 于 溶 酶 体 酶 ， 它 们 之 中 所 有 的 几乎 都 是 糖 蛋 自 或
血液 中 的 和 蛋白质; 而 后 者 的 大 部 分 也 都 是 糖 蛋 白 。

Orgel 在 他 的 “误差 突变 理论 ” (error catastrophe theory)
中 曾 指出 , 蛋 折 质 中 误差 进行 性 地 积累 ,可 能 是 老化 的 关键 因
A: 他 指出 ,是 蛋白 质 合成 的 机 器 构成 了 蛋白 质 所 含 的 误差 ，
以 致使 其 功能 进行 得 更 不 准确 。 由 于 越 来 越 多 的 畸形 蛋白 质
的 形成 ， 最 终 使 有 缺陷 的 核酸 聚合 酶 催化 形成 了 有 缺陷 的 核
酸 ,而 结果 使 细胞 失去 有 组 织 的 结构 ,导致 细胞 死亡 。 RAE
续 积 素 的 假定 ,在 理论 上 未 必 是 正确 的 ,而 且 在 对 含有 误差 的
蛋白 质 的 积累 作用 的 观察 上 (通过 对 热 异常 的 不 稳定 性 ,或 每
克 分 子 酶 蛋白 异常 低下 的 酶 活力 指出 ) 它 们 也 是 不 一 致 的 。

降解 作用 在 这 些 突变 假设 中 的 作用 仅 是 在 最 近 才 被 提
出 。 在 蛋白 质 或 在 核酸 中 ,误差 的 连续 性 积累 ,理论 上 可 通过
上 述 过 程 , 选 择 性 地 降解 有 缺陷 的 分 子 而 避免 。 但 是 5 实际 上

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os

则 相反 ,在 降解 含有 误差 的 这 些 大 分 子 时 不 断 造成 的 一 些 缺
点 ， 可 能 更 资助 于 误差 的 突变 ; 如 果 是 用 了 含有 不 正确 顺序
氨基 酸 的 降解 酶 进行 合成 的 话 ,这 样 的 缺陷 是 有 可 能 发 生 的 。
但 实验 结果 并 未 一 致 地 支持 这 两 种 观点 .总 的 来 说 ,组 成 那些
主要 模式 体系 的 培养 的 老化 细胞 中 ， 降 解 能 力 似乎 是 被 保留
了 as 而 那些 含有 误差 的 蛋白 质 ,通常 不 能 积累 也 似乎 是 由 于 和 写
们 的 快速 降解 。 因 此 ,从 那些 老化 细胞 中 观察 到 快速 降解 蛋白
质 的 比例 增加 ， 可 能 说 明了 含有 误差 的 蛋白 质 产品 的 增加 。

过 氧化 物 ( 受 损伤 的 ) 脂 类 的 积累 ,也 已 被 认为 是 一 种 细
胞 老化 的 重要 参数 。 另 外 ， 这 是 一 种 对 这 些 分 子 不 适当 分 解
或 生产 过 剩 的 反映 。 但 是 这 些 观 点 至 今 仍 未 得 到 研究 。

或 许 ,在 降解 含有 误差 的 蛋白 质 中 ,最 惊人 的 结果 要 算是
对 这 些 分 子 的 快速 清除 。 它 的 速率 可 能 为 清除 正常 蛋白 质 的
平均 速率 的 10 倍 。 这 些 观察 的 结果 对 正常 大 分 子 转换 的 功
能 有 了 更 多 的 启示 : 即 存在 着 一 种 转换 的 体系 ， 在 正常 情况
下 ,它们 是 用 某 种 基础 速率 进行 正常 功能 。 但 是 , 当 含 有 误差
的 分 子 产 生 时 ,这 些 体系 能 加 速 地 将 它们 清除 出 去 。

基础 转换 存在 的 另 一 个 理论 上 的 好 处 是 ， 能 使 大 分 子 浓
度 得 到 调节 ;虽然 , 大 分 子 浓 度 的 快速 增加 ，, 在 理论 上 只 不 过
是 它 的 合成 速率 突然 快速 增加 的 原因 ， 但 是 要 使 大 分 子 浓度
快速 下 降 ,， 就 需要 有 一 种 快速 的 降解 作用 。 因此 , 为 了 机 动
地 控制 大 分 子 水 平 ， 是 需要 有 一 种 降解 体系 的 存在 。 在 正常
情况 下 ; 它 较 慢 地 降解 分 子 , 但 当 需 要 时 , 它 可 以 用 很 大 的 速
率 降 解 。 的 确 ， 似 乎 是 有 许多 酶 能 调节 速度 一 一 代谢 途径 的
限 速 措施 就 是 快速 转换 蛋白 质 ， 因 此 它们 能 应 答 快 速 变化
的 需要 。 对 于 这 些 蛋 白质 的 mRNA:， 也 可 能 将 有 快速 的 转
换 ; 因 而 在 它 的 浓度 有 短暂 的 增加 后 , 紧 接着 是 蛋白 质 的 快速
合成 ,但 当 mRNA 快速 降解 时 ;, 则 又 使 它 回复 到 正常 浓度 。

7 e

降解 过 程 也 有 防护 功能 ;例如 多 细胞 生物 体 ; 通 过 降解 和
侵 的 生物 体 对 抗 细菌 和 病毒 的 感染 。 许 多 细胞 的 内 吞 作用 都
是 通过 循环 血 中 和 胞 外 体液 中 的 “专职 的 ” 吞 叹 细 胞 ( 见 第 4
章 ) 以 及 胞 内 的 降解 作用 进行 的 。 不 同 食料 的 外 来 化 合 物 也
可 能 会 遭 到 相同 的 结局 ;这些 分 子 的 消化 产物 可 能 被 排出 ;或
”可 能 按 它们 的 性 质 加 以 利用 , 当 对 外 来 的 分 子 不 能 起 作用 时 ，
(RA) HET AFAR ZK

细胞 内 吞 作 用 后 的 降解 作用 ， 在 终止 细胞 膜 为 细胞 所 提
供 的 某 些 信号 中 (通过 激素 、 免 疫 刺 滞 等 ) 也 可 能 是 重要 的 。 在
这 些 情 况 中 ,细胞 表面 的 刺激 被 转 成 为 细胞 的 活动 , 它 通常 还
包括 了 刺激 从 细胞 表面 被 内 吞 作 用 和 降解 作用 的 解除 。 刺 激
和 它们 的 转 导 作用 的 自身， 还 可 能 包含 了 大 分 子 的 降解 作用
( 见 第 6 章 )。 另外 , 某 些 激素 似乎 是 在 细胞 表面 被 降解 的 ; 它
可 能 是 通过 一 种 非特 寞 性 的 作用 机 理 作 用 于 某 些 激素 的 6

在 细胞 外 的 降解 中 ,整个 细胞 和 大 分 子 ( 和 食物 不 同 的 ) 存
在 的 环境 也 是 重要 的 。 例 如 发 生 在 早期 杀 灭 人 侵 生 物体 的 情
饮 中 《〈 它 通 芝 开始 是 借用 于 吞噬 细胞 表面 上 的 酶 在 吞 叹 细 胞
的 外 部 作用 ,或 通过 吞噬 细胞 分 刻 的 酶 ,例如 咨 酶 体 水 解 酶 的
作用 ), 以 及 发 生 在 组 织 重 建 的 过 程 中 , 或 在 组 织 发 育 的 退化
过 程 中 。 重 建 的 例证 之 一 是 软骨 带 转 成 了 一 种 较 硬 的 结缔 组
织 一 一 骨 。 大 部 分 降解 物质 是 细胞 外 的 ,和 但 是 帮 育 组 织 的 退
化 经 常 需要 消化 掉 整 个 的 细胞 〈 见 第 5 Ho 例如 , 在 大 的 男
HAA SHR (Millerian duct) 的 退化 ; HRA A
尾巴 的 退化 。 在 这 些 情 况 中 ， 降 解 作 用 就 先 于 合成 时 相 的 需
要 。

近来 ， 对 直接 应 用 细胞 内 降解 作用 的 例子 已 有 评论 。 对
于 许多 大 分 子 似 乎 是 先 合成 具有 比 正 常 功 能 的 分 子 还 大 的 前
体形 式 。 这 符合 核酸 的 情况 ， 在 核酸 中 很 大 一 部 分 核 苷 酸 顺

Fe BAW, 并 不 是 以 功能 氨基 酸 的 顺序 的 信息 编码 的 , me
往 是 不 被 转录 《从 DNA 到 RNA)， 或 转译 〈 从 RNA 到 和 蛋白
io 在 RNA 转移 到 细胞 溶质 之 前 , 这些 部 分 可 能 在 核 下 从
RNA 分 子 上 去 除 , 在 这 个 时 期 中 , 在 细胞 溶质 中 行使 功能 的
是 这 类 分 子 的 别 的 部 分 (这 些 将 在 第 了 于 章 中 作 进 一 步 讨论 )。

同样 地 ,许多 蛋白 质 也 先 合成 为 有 较 大 分 子 量 的 前 体 ; 在
这 种 情况 下 , 酶 是 无 活性 的 , 当 多 肽 前 体 的 氨基 酸 顺 序 用 蛋白
水 解 方法 除去 时 ,就 成 为 有 活性 的 。 在 这 些 阶 段 中 ,假定 多 肽
链 是 产生 了 某 些 折 释 的 。 富 有 讽刺 意味 的 是 ， 最 初 知道 的 例
子 竟 是 胰 消 化 酶 ,如 胰 蛋 白 酶 , 它 先 是 以 无 活性 形式 ( 酶 原 ) 分
泌 的 ,在 它们 的 多 肽 被 蛋白 水 解 酶 开裂 后 就 成 为 有 活性 的 了 ;
在 有 些 情 况 下 ， 这 些 反 应 似乎 是 自身 催化 的 ， 因 为 即使 是 酶
原 , 对 其 自身 也 有 一 定 的 蛋白 水 解 活力 ,由 于 这 个 原因 所 生成
的 活性 形式 催 活 了 其 自身 ,其 后 又 催 活 了 另 一 个 酶 原 。

HK, Steiner 已 证 实 , 蛋 白质 激 素 胰 岛 素 ,也 是 先 合成 前
体 (人 “胰岛 素 原 ”) ;但 在 分 这 之 前 转 成 胰岛 素 。 已 证 明 , 先 形成
的 原形 分 子 经 过 有 限 的 有 解 后 产生 了 天 然 的 分 子 ， 这 种 方式
也 适用 于 某 些 其 他 的 分 沁 蛋 白质, 例如 ,高 等 动物 中 主要 的 血
小 蛋白 质 一 一 白 蛋 白 。 这 些 过 程 的 可 能 性 机 理 将 在 第 4.2 节
中 叙述 。 还 有 几 种 胞 内 和 蛋白质 ,似乎 也 是 先 合成 原 - 形 式
(pro-form) 的 。 先 合成 前 体 ， 后 再 经 蛋白 水 解 活化 的 已 知 分
子 的 部 分 内 容 列 举 在 表 1.1。

最 近 已 发 现 分 这 的 “前 -原形 式 (pre-pro forms) 分 子 和
其 他 蛋白质 。“ 前 ”的 称呼 仅 是 指 以 前 体形 式 存在 的 第 二 顺序
Bik, 在 分 子 转 成 功能 性 分 子 之 前 即 被 去 除 。 已 知 前 段 片
(presegments) 的 均匀 长 度 ( 约 20 个 氨基 酸 ) 与 所 推论 的 一 致 ，
它们 负责 转移 多 肽 横 过 内 质 网 进入 管用 。 这 样 的 跨 膜 转移 机
制 , 对 于 这 些 大 分 子 的 分 沁 是 必要 的 ,因为 它们 是 不 能 自由 地

»e 9 。

R11 含有 限 蛋白 水 钙 作 用 的 生理 芭 续

生理 系统

防御 反应 凝固 作用

血 纤 维 蛋 白 深 解 作用

补体 活化 作用
胰岛 素 原 一 > 胰岛 素

血管 紧张 肽 原 一 > 血管 紧张 肽
甲状 旁 腺 激素 原 一 > 甲状 旁 趴 激素
胰 高 血 闵 原 一 > 胰 高 血糖 素

大 的 促 角 酸 激 素 一 > 促 胃 酸 激素
许多 沉 毒 蛋白 质

原 胶 原 一 > 胶原 (蛋白 )

原 白 蛋白 一 > 白 蛋 白

血 纤维 蛋白 原 一 > 血 纤维 蛋白
HARADA, WMA AB, eR

在 酵母 发 芽 开 始 形成 脑 的 过 程 中 原 壳 多 糖 合 成 酶 的 活
化 对 某 些 每 蛾 从 它们 草 中 钻 出 来 时 的 草 酶 原 的 活化

受精 作用 ( 精 虫 头 粒 蛋白 原 一 > 精 虫 头 粒 蛋 白 )
激 肽 释放 酶 原 一 > 激 肽 释放 酶

激 肽 原 一 > 激 肽 在 激 肤 释 放 酶 作用 下 。 激 了 肽 是 具有 明
显 炎 性 效应 的 血压 降低 素

激素 形成

集合 (assembly)

透 过 膜 。

胞 外 和 蛋白 水 解 的 活化 作用 ， 包 括 了 血 中 存在 的 三 种 蛋 自
酶 级 联系 统 : 补体 系统 、 凝 集 系 统 ， 以 及 血 纤 维 蛋 白 盗 解 系
统 。 第 一 个 系统 是 与 防护 外 来 物质 《抗原 ) 有 关 , 它 们 引起 了
免疫 应 答 ， 虽 然 有 些 时 候 该 系统 可 能 被 直接 活化 《由 外 来 颗
粒 和 化 合 物 ,或 由 细胞 衍生 的 蛋白 酶 ): 活化 后 的 补体 组 分 有
SRA, CHR SRB, RAAB AA
分 泌 作用 。 凝 集 系 统 是 负责 血 纤 维 蛋 白 凝 块 的 形成 ， 它 在 伤
口 的 愈合 上 是 重要 的 ; 在 凝集 作用 后 的 恢复 时 期 ,， 血 纤维 蛋
白 的 溶解 作用 是 需要 的 。 将 在 第 5.2 章 中 进一步 讨论 这 些 机
理 。

es 10 。

参考 文 献

Brooks, F. P., (1970), Control of Gastrointestinal Function, Macmillan,
London. A basic review of digestion and absorption in man.

DePierre, J. W. and L. Ernster, (1977), Enzyme topology of intracel-
lular membranes, Ann. Rev. Biochem., 46, 201—262.

Covers transfer of proteins across the endoplasmic reticulum
membrane, together with other aspects of topology of biosynthesis
of proteins.

Heslop-Harrison, Y., (1975), Enzyme Release in Carnivorous Plants,
In Lysosoumes in Biology and Pathology, Vol. 4, (Eds.) J. T.
Dingle and R. T. Dean, pp. 525—578, North Holland, Ams-
terdam.

A clear review with some beautiful photographs.

Hughes, R. C., (1977), Recognition of lysosomal enzymes, Nature
(London), 269—270.

A short review of specific receptors for terminal sugars on™
glycoproteins.

Matile, H., (1975), The Lytiec Compartment of Plant Cells, Springer,
Vienna Includes adiscussion of secretion enzymes by fungi, to-
gether with the generalities of plamt lysosomes.

Orgel, L. E. (1963), Proc. nain. Acad. Sci., U. S. A., 49, 517—521.

Orgel, L. E. (1973), Nature (London), 243, 441—445.

On the ‘‘Error catastrophe’’ Hypothesis.

Paik, W. K., Nachunson, S., and Kim, S., (1977), Carnitine biosyn-
thesis via protein methylation, Trends in Biochemistry Science,
2, 159—161.

Rothman, J. E. and Lodish, H. F., (1977), Nature (London), 269,
775—780.

Role of pre (signal) sequences in proteins,

Steiner, D. F., Kemmler, W., Tager, H. S., Rubenstein, A. H., Lern-
mark, A. and Zuhlke, H., (1975), Proterolytic mechanisms in
the biosynthesis of polypeptide hormones, in proteases and Bio-
logical Control, (Eds) E, Reich, D. B. Rifkin and E. Shaw, pp.
531—549, Cold Spring Harbour,

Good review.

@ five

— ”转换 研究 中 的 方法 和 问题 ;
一 个 极 简短 的 历史 回顾

转换 研究 的 起 始 目的 是 设法 “标记 ”在 特定 时 刻 存在 的 一
种 特殊 物质 (可 能 是 一 种 酶 ) 的 分 子 群 ,或 是 一 组 物质 (通常 得，
许 是 蛋白 质 )， 为 了 在 进行 过 程 中 追踪 同一 组 分 子 的 生存 率 。
分 子 , 或 一 类 分 子 的 降解 作用 ,通常 是 按 指数 动力 学 方式 进行
的 。 它 能 方便 地 用 “ 半 寿 期 ”half-life) 这 个 名 词 表示 ; 半 寿 其
是 指 最 初 存在 的 分 子 数 降 到 一 半 时 所 需 的 时 间 《或 是 在 稳定
状态 时 的 置换 )。

正常 的 标记 方法 是 通过 生物 合成 的 方法 《而 不 是 用 那些
自身 可 能 会 影响 细胞 性 质 的 人 造化 学 反应 ) ,将 放射 性 前 体 挨
入 到 感 兴趣 的 分 子 中 (如 蛋白 质 中 的 氨基 酸 )。 直 于 某 些 理由，
前 体 的 选择 是 特别 重要 的 。 理 想 的 做 法 是 应 该 只 摊 入 到 感光
趣 的 分 子 中 去 , 这 样 , 测 出 的 放射 性 就 能 正确 地 反映 其 组 分 。
但 是 由 于 代谢 途径 的 复杂 性 ， 要 做 到 这 些 是 干 分 困难 的 。 但
是 这 些 可 能 并 不 是 要 紧 的 ,因为 ,即使 它们 象 整个 一 类 的 蛋白
质 分 子 ,而且 在 研究 中 也 将 是 应 用 分 离 提纯 后 的 这 些 分 子 。

当 在 研究 一 种 单一 的 蛋白 质 (或 其 他 的 大 分 子 , 例如 。 对
一 特定 蛋白 质 的 mRNA) 的 转换 时 ， 蛋 白质 的 完全 提纯 是 正
常 所 需要 的 。 为 了 充分 地 获得 有 关 蛋 白质 转换 的 可 靠 资料 ，
在 每 次 研究 中 ,为 保证 蛋白 质 的 放射 化 学 性 的 均一 柱 ;这 样 做
是 必需 的 。 在 证 明 绰 白质 分 子 将 达到 最 大 放射 性 比率 的 结果
时 ,至少 要 通过 两 种 不 同 的 方法 (人 们 能 很 容易 地 看 到 这 些 将
包括 大 量 的 工作 :但 所 有 的 这 些 , 却 往往 全 被 忽略 了 )。

es 12 。

另 一 个 重要 的 要 求 是 ,在 放射 性 开始 掺 人 后 , 表 体 应 被 完
全 的 除去 ,所 以 ,对 所 研究 的 分 子 的 放射 性 衰变 开始 的 时 间 是
可 以 明确 知道 的 。 与 此 有 关 的 要 求 是 ， 从 大 分 子 降 解 中 释放
出 来 的 放射 性 分 子 , 不 应 该 再 被 挨 人 这 以 外 的 分 子 中 去 被 再
利用 "这些 问题 ,在 早期 的 工作 中 并 未 估计 到 ,从 而 导致 了 对
蛋白 质 降 解 速率 的 普遍 低估 。 新 近 的 数值 就 倾 问 于 较 大 的 ，
因为 前 体 目 身 被 快速 的 降解 成 分 子 ， 而 它们 已 不 再 是 可 被 利
用 的 前 体 了 。 另 一 方面 ,在 许多 情况 中 ， 再 利用 能 被 降解 周
期 中 出 现 的 一 种 很 高 浓度 的 非 放 射 性 分 子 的 前 体 历 抑制 。 而
这 些 分 子 将 供给 极 大 多 数 的 前 体 分 子 被 掺 人 到 新 的 大 分 子 中
去 ,， Alt, 再 利用 "是 被 抑制 了 。 在 研究 核酸 转换 的 工作 中 ，
“再 利用 的 抑制 问题 ， 只 是 现在 才 着 手 进 行 的 。 在 脂 类 情况
中 ,选择 前 体 是 特别 困难 的 ,因为 降解 作用 倾 同 于 导致 脂 类 的
互 变 。 于 是 在 这 些 情 匈 中 ,， 最 重要 的 是 证 明 放 射 性 是 在 所 感
兴趣 的 标记 分 子 中 ,而 不 是 在 很 相似 的 分 子 中 。

QBN PT ,由 于 脂 类 在 细胞 器 之 间 , 以 及 在 细胞 的 内 部 和
外 部 之 间 所 进行 的 交换 ;使 磷脂 的 转换 过 程 变 为 复杂 。 当 然 ，
在 细胞 器 之 间 也 存在 着 蛋白 质 的 交换 (例如 在 合成 后 , 当 它 转
移 到 行使 功能 的 位 置 时 ， 如 在 线粒体 内 )。 因此, 放射 性 蛋白
质 从 细胞 响 的 消失 ,可 能 反映 了 它 的 降解 或 转移 ,而 这 两 种 情
纺 , 在 实验 中 应 经 常 清 楚 地 加 以 区 别 。 8

要 在 一 定 的 时 间 内 ， 测 量 一 个 特定 成 分 中 生成 和 降解 的
分 子 绝对 数 ,这 就 引进 了 新 的 错综复杂 的 新 间 题 。 例 如 ,尤其
是 当 要 研究 一 组 蛋白 质 的 转换 过 程 时 。 因 此 ， 要 用 蛋白 质 中
的 放射 活性 来 联系 到 蛋白 质 分 子 的 总 数 ， 或 是 蛋白 质 中 氨基
酸 的 总 数 , 是 极其 困难 的 ,所 以 经 常 采用 了 相反 的 途径 。 用 放
射 性 标记 的 方法 测 得 蛋白 质 合 成 的 速率 ， 以 及 测 得 在 这 个 系
AYES AMES AKA, ASE ZAIRE SE

© 13 «

白质 的 降解 作用 。 为 了 使 掺 人 的 放射 性 氨基 酸 与 摊 人 的 非 标
记 的 氨基 酸 分 子 相 关 , 必 须知 道 在 进行 蛋白 质 合成 时 ,氨基酸
池 中 每 个 氨基 酸 分 子 实际 上 有 多 少 放 射 性 《而 不 是 开始 时 加
人 的 氨基 酸 混合 物 中 的 数量 )。 但 是 ,要 提供 这 些 情 况 是 极其
困难 的 ， 特 别 是 对 这 样 的 氨基 酸 池 的 鉴定 ， 并 不 能 准确 地 做
到 。 有 一 种 办 法 似乎 是 可 行 的 , 即 不 断 地 提供 放射 性 前 体 , 直
到 所 有 的 前 体 池 达到 恒 量 ， 这 样 就 有 希望 使 前 体 分 子 的 放射
性 比率 相似 。 在 得 到 这 种 状态 时 ， 我 们 就 能 从 胞 外 介质 的 多
质 中 简单 地 测 出 这 个 比率 ， 当 然 ， 这 个 过 程 有 非常 实际 的 优
点 。

除 上 面 已 概述 的 几 类 方法 外 ， 许 多 其 他 的 方法 也 已 用 于
转换 的 研究 。 但 其 中 许多 也 遇 到 了 同样 的 复杂 性 ;例如 ,通过
一 种 外 加 的 抑制 剂 《 如 和 蛋白质 合 成 的 抑制 剂 )， 诱导 了 许多 直
接 的 或 间接 的 作用 。 许 多 处 理 扰乱 了 正在 进行 的 稳定 状态 : 当
然 ， 面 对 着 这 些 变化 的 情况 ,要 得 到 有 意义 的 测量 是 困难 的 。
总 而 言 之 , 这 些 问题 是 难 对 付 的 , 而 这 些 方法 也 且 益 地 复杂 。
但 是 我 们 希望 在 下 续 的 章节 中 ， 将 使 读者 能 获得 克服 这 些 困
难 的 方法 !

参考 文 献

Golberg, A. L. and Dice, J. F., (1974), Ann. Rev. Btochem., 43, 835—
869. Methodology,

*“l4e

第 三 章 “” 生物 大 分 子 的 化 学 性
及 其 降解 作用

这 里 概述 的 是 细胞 大 分 子 主要 组 分 的 各 自 性 质 , 然 后 ,再
各 别 描述 以 它们 作为 底 物 的 主要 降解 酶 和 它们 的 作用 模式 。
最 重要 的 降解 反应 是 水 解 作用 ; 为 了 说 明细 胞 水 解 酶 的 广泛
效能 ,有 关 这 些 酶 的 近代 分 类 法 ,连同 它们 的 酶 分 类 数 (E. C)，
均 表 示 在 表 3.1。 由 于 每 一 类 都 包括 几 个 酶 ,所 以 酶 的 种 类 之
多 是 惊人 的 。

3.1 按 酶 学 委员 会 分 类 的 水 解 酶 ,各 种
«BSR BY SF ARG St BN SAS CE. C)

酶 的 关 别 亚 AB

3 7K ARS
3.1 作用 于 酯 键
3.1.1 羧 酸 酯 水 解 酶
3.1.2 疗 酸 酯 水 解 酶
3.1.3 磷酸 单 酯 水 解 酶
3.1.4 磷酸 双 酯 水 解 酶
3.1.5 三 磷酸 单 酯 水 解 酶
3.1.6 硫酸 酯 水 解 酶
3.1.7 二 磷酸 单 酯 水 解 酶
3.2 作用 于 糖 基 化 合 物
3.2.1 水 解 O- 糖 基 化 合 物
3.2.2 水 解 N- 糖 基 化 合 物
3.2.3 水 解 S- 糖 基 化 合 物
3.3 VE FA ae
3.3.1 FB 7k HAS
3.3.2 Bk Rea

( 续 R)

酶 的 类 别 亚 类

3.4 TF FAT Bk Be CK ZK FBS)
3.4.11 a-A RK K RS
4.12 肽 氨基 酸 或 酰 氨基 酸 水 解 酶
4.13 二 肽 水 解 酶
4.14 二 肽 基 肽 水 解 酶 〈dipeptidylpeptide hydrolases)
4.15 肽 基 二 肽 水 解 酶 (peptidyldipeptide hydrolases)
.4.21 丝 氮 酸 蛋白 酶
4.22 TREA
4.23 酸性 蛋白 酶
4.24 金属 蛋白 酶
.4.25 未 知 催化 机 理 的 蛋白 酶
3.5 作用 于 碳 - 氮 键 ,不 同 于 肽 键
3.5.1 在 线性 酰胺 中
3.5.2 在 环 状 酰胺 中
3.5.3 在 线性 胀 中
3.5.4 在 环 状 胀 中
3.5.5 Zefa
3.5.99 在 其 他 化 合 物 中
3.6 ”作用 于 酸 酝
3.6.1 在 含有 磷 酰 基本 中
3.6.2 ESA RMA
3.7 作用 于 碳 - 碳 键
3.7.1 在 酮 基 的 物质 中
3.8 YE FA ei (cs
3.8.1 4 C-yi/twn
3.8.2 在 了 -卤化 物 中
3.9 作用 于 磷 - 氮 键
3.10 作用 于 硫 - 氮 键
3.11 作用 于 碳 - 磷 键

~ WWW WW mw WwW Ww
. . . . + . .

3.1 ”核酸 的 结构
3.1 展示 脱氧 核糖 核酸 (DNA) 的 结构 。DNA RU

° 16 。

NH, |
NS H & N O
Y/ Np N7 Rieger SAS | 44
|
4 7 a : 0 0
CH2 RoR KapRene 9 Pr,

O
BR .
re) 0 O 和 < 二
2 ae Ge Cee ae
vi NN 7 CH, N N ‘NS
2 :, wen
o、 | Ba BRREBE tay g °
Or 0 O
Hz
fs |

3.1 ”脱氧 核糖 核酸 (CDNA) 的 结构 。

箭头 指出 的 是 将 在 后 面 (第 3.2 节 ) 中 讨论 的 核酸 酶
CDNAase) 作用 的 部 位 ， 一 > 指 的 是 DNA fell,
一 > fai DNA 酶 工作 用 的 部 位 。

条 反 册 平 行 单 链 的 形式 存在 ,在 两 条 链 之 间 , 碱 基 用 互 键 互 补
配对 《 腺 嗓 叭 与 胸腺 喀 啶 ; 胞 喀 喧 与 乌 味 叭 )。 每 一 条 单 链 的
组 成 单位 是 通过 磷酸 二 酯 键 的 共 价 键 连 接 的 。 其 中 的 糖 是 脱
氧 核糖 。 两 链 形成 了 一 种 双 螺 旋 结 构 。

正 相 反 ， 核糖 核酸 CRNA) 在 正常 情况 下 是 单 链 的 ,并 形

ee 17 。

成 无 规 卷 曲 。 它 同样 也 含 磷酸 二 酯 键 , 但 糖 为 核糖 《图 3.2)。
已 发 现 RNA 有 许多 种 形式 和 大 小 ( 见 第 5 章 刀 其 最 小 的 一

3.2 BB
(RNA) A524 io
箭头 一 > 指出 的 是 核糖
核酸 酶 (RNAase) 作 用
的 部 位 (第 3.2 节 )。

为 转移 RNACIRNA), 它 有 较 多 的 特异 构
象 , 这 与 它们 转移 氨基 酸 的 功能 有 关 。
大 多 数 核酸 是 与 蛋白 质 紧密 结合 而
存在 的 ; 与 DNA 相 结 合 的 组 蛋白 和 酸
性 蛋白 质 ， 可 能 与 调节 它 的 基因 表达 有

关 。 但 不 清楚 蛋白 质 在 其 中 是 否 有 降解

或 其 他 改 性 。

3.2 ”核酸 酶

脱氧 核糖 核酸 酶 有 两 种 主要 型 式 。
脱氧 核糖 核酸 酶 I(DNAseI) 已 从 胰 脏
中 分 离 ， 并 证 明 它 有 一 个 最 适 的 中 和 性
pH, 它 只 作用 于 一 条 单 链 ,并 释放 5- 磷
酸 末 端 。 脱 氧 核糖 核酸 酶 区 IDNAse I)
一 种 溶 酶 体 酶 ,通常 从 脾脏 中 分 离 , 它 的
最 适 pH 证 明 是 在 酸性 。 它 快速 作用 于
两 条 链 , 释 放 3 一 磷酸 末端 。 这 两 种 酶 的

作用 部 位 示 于 图 3.1。 如 同 详细 地 讨论 所 有 其 他 酶 一 样 , 切 断
磷酸 二 酯 键 的 作用 机 理 是 水 解 作用 :

RNAse 也 存 有 两 种 主要 的 型 式 : 一 种 酶 〈 通 常 是 从 胰 脏
中 获得 ) 的 最 适 pH 为 碱 性 , 而 另 一 种 浴 酶 体 RNAse 开 的 最
适 pH 为 酸性 ， 这 两 种 酶 的 作用 模式 似乎 是 相似 的 : 一 个 核

苷 酸 中 的 5 -位置 中 的 磷酸 基 困 被 转移 到 下 一 个 碳 2- 位 置

上 , 形成 2 3- 环 磷酸 双 酯 ,其 后 , 它 被 较 慢 地 水 解 。 洲 酶 体
酶 能 解 聚 可 溶性 RNA 分子量 比 核 蛋白 体 RNA 为 小 ) 几乎
和 酵母 核 蛋白 体 RNA 一 样 。 它 作用 于 味 叭 和 喀 啶 核 苷 酸 。

ww 18 。

— mn 上

RNAses 的 作用 模式 说 明 于 图 3.56

>
口
O 〇

图 3.3 RNA 酶 的 作用 。
一 个 快速 的 磷酸 转移 酶 的 作用 步骤 产生 了 环
2“，3 -磷酸 双 酯 ,其 后 , 它 被 较 缓 慢 地 水 解 。

从 DNA 和 了 RNA 的 起 始 分 解 中 释放 出 来 的 低 聚 核 昔 酸 ，
可 在 某 种 酶 的 作用 下 被 降解 为 单 核 昔 酸 。 其 中 起 主要 作用 的
是 磷酸 二 酯 酶 I, 其 最 适 pH 为 碱 性 , 它 能 从 3- 羟 基 末 端的 低
聚 核 昔 酸 和 磷酸 二 酯 酶 I 中 去 除 5 一 磷酸 单 核 苷 酸 。 和 而 磷酸
二 酯 酶 II 则 是 一 种 溶 酶 体 酶 , 其 最 适 pH 是 酸性 的 。 它 作 用
FM SPREE AR ig AR ES ET KAY 3 一 磷酸 单 核 苷
酸 , 表 示 在 图 3.4。

3.3 有 蛋白质

蛋白 质 的 一 般 结 构 是 :
NH,R'—CO—NH —R?—CO—NH- - -R"COOH
7X BAY R's + -R° 是 氨基 酸 ， 它 们 排列 成 具有 蛋白质 的 特

e 19 。

性 。 连 接 氨基 酸 之 间 的 键 称 为 多 肽 键 ， 它 们 能 被 蛋白 酶 水 解

如 下 :
24 碱 基 R'—CO—NH—R? 十 HIO ==
9 RICOOH + R2NH;
ix 2) ,
0 34 蛋白 酶
0 一 p=0
"一 蛋白 酶 ,是 降解 蛋白 质 的 酶 ; 它 通常

T 2 碱 基 包括 肽 链 外 切 酶 和 肽 链 内 切 酶 。 前 者 是
作用 在 靠近 多 肽 链 的 末端 ， 而 后 者 作用
~ FERENTIAL © AK SESD IRS RETR BE AY FF
1 异性 分 类 〈 见 表 3.1 中 3.4.11—3.4.15),
但 肽 链 内 切 酶 的 特异 性 过 于 复杂 ， 不 能

{
O

据 此 分 类 ， 替 代 特 异性 分 类 的 最 有 用 的
1? paz 方法 是 根据 其 催化 机 理 而 分 类 的 方法 。

根据 酶 中 主要 催化 基 团 的 相同 性 可 分 成

四 类 ， 第 五 类 是 属于 用 目前 简单 方法 分

mee 类 所 不 适用 的 那些 。 用 于 内 切 酶 分 类 的
bi 某 些 标准 见 表 3.2.0

图 3.4 eRe — AAAS II x 肽 链 外 切 酶 在 细胞 溶质 和 溶 酶 体 中
县 和 的 作用 部 位 。 起 重要 作用 ,但 胞 内 的 肽 链 内 切 酶 ,更 集
中 在 溶 酶 体 中 , 因此 , 在 那里 它们 可 能 有 很 高 的 浓度 (在 肝脏
溶 酶 体 中 的 组 织 蛋白 酶 D 和 3, 似乎 各 有 一 毫克 分 子 浓 度 !)。
有 几 个 已 知 的 蛋白 酶 ,它们 通常 是 在 中 性 pH 活化 ,这些 酶 已
在 细胞 的 溶质 、 线 粒 体 和 核 蛋 白 体 中 找到 。 对 细胞 其 他 部 分
中 有 关 的 蛋白 酶 知识 较 有 限 。

3.5 SRA -Hiy: 结构
已 若 有 许多 不 同 的 多 糖 。 它 们 可 由 一 个 ， 或 一 个 以 土 的

ee 20 。

< ui

表 3.2 肽 链 内 切 酶 分 类 的 标准

内 切 酶 的 类 别

抑制 剂 或 激活 剂 ( 在
20C 保 温 一 小 时 使 用 )

丝氨酸 i | BF Bw EB 金属

pepstatin (1 微克 /毫升 ) 抑制
二 硫 苏 糖 醇 TEDTA (各 2mm) 一 活化 = 抑制
Dip-F 或 Pms-F (1mM) 抑制 (抑制 ) +

利 马 豆 或 大 豆 胰 和 蛋白酶 抑制 剂 |

(100 微克 /毫升 ) 抑制
1，10- 菲 绕 林 (Imm) 一 RE = 抑制
4-AKA FR (mm) = 抑制 — = 2
BACMIEXAR Fie +Cu** af di

(& ImM) 抑制 抑制

a | 一 | 一

预期 最 适 PH 的 范围 :

糖 的 重复 单位 组 成 ， 或 可 有 固定 的 单 聚 体 成 分 较 不 规则 地 重
复 组 成 。 有 些 主要 种 类 ， 以 及 连同 有 关 糖 重 昌 的 糖 基 侧 链 的
有 限 资 料 列 在 表 3.3。

表 3.3 多 糖 的 结构 和 发 源

IK ZR BS RR & Fa x 源 受 体 或 重复 单位 键
Hea CP) 植物 D- 果 糖 (-6-P) a,1—2
FL CP) 哺乳 动物 D- 葡 萄 糖 (-1-P) 8,1—4
唾液 -乳糖 哺乳 动物 乳糖 a, 1—3 (EFL)
Be FU 哺乳 动物 FUR a, 1-3 FL)
a-l, 4-7 eM | 植物 D- 葡 萄 糖 a,1—4

( 直 链 淀粉 )
cx-1,， 4- 葡 聚 糖 糖 元 | 哺乳 动物 的 肝脏 | D- 葡 萄 糖 a,1—4

〈 直 链 淀粉 )
6-1, 3- 葡 聚 糖 愈 创 | DA D- 葡 葡 糖 p,1 一 3

AAR
i 4- fal ARB HE | 绿豆 ,细菌 D- 葡 萄 糖 p,1 一 人
B-1, 4- 木 聚 糖 植物 D- 木 糖 6,1 一 4

壳 多 糖 ik al El N- 乙 酰 -D- 葡 聚 胺 a,1—4

se 21 e

SRC MHA KR

CHR
透明 质 酸

KP RHA

KT BNE

磷 壁 ( 酸 ) 质

胞 壁 质

BEA

aA

血型 物质

* 22 。

(K R)

x EK 受 体 或 重复 单位

ADE

细菌 ,动物 D- 葡 糖 醛 酸 ;
〈 脐 \ 玻 璃 体液 等 )| N- 乙 酰 葡 糖 胺
哺乳 动物 角膜 ”| D- 葡 糖 醛 酸 ; N- 乙 酰 -

D-> FI Ba RZ

D- 葡 糖 醋酸 ; N-C.Bt-
D- 半 乳糖 胺 -4-， 或 =6-
硫酸

哺乳 动物 结缔 的

I- 艾 杜 糖 醋酸 ;N- 乙 酰

D- 半 驰 糖 足 -2- 硫 酸

D- 葡 糖 醛 酸 2- 硫 酸 六

D-*E FL SEAK-N, C4 双
硫 盐

D-#ij 53 EER;
D-#ij aH
D- 葡 糖 醛 酸
D-#ij BS
D-* FL

BRBIAM . HA D- 葡
萄 糖 的 多 聚 甘 油 -P，
或 以 糖苷 键 连接 的 N-
乙酰 - 葡 糖 胺

N- 乙 酰 -D- 荀 糖 耽

N- 乙 酰 胞 壁 肽

N- 乙 酰 神经 氨 糖 酸
ar 酰 -D- 半 乳糖 胺 双

II 型 肺炎 球菌

VII 型 肺炎 球菌

N-Z BGS A CDR
s| N- 乙 酰 -D- 葡 糖 胺

D-H SE i
L- 7 SR BH, N- 乙 酰 -D- 半
ALBEE

D-%E 5

N- 乙 酰 神经 氨 ( 糖 ) 酸

ac, 工 一 5

Srw3
B,1I 一 4
和
人
p,1—3
6,1—4

a,1-—3

a.i—4
a,1—4

B,1—4
f,t-3

a,l—2

8,1 —6
8,1—4
a,2 一 6

«,2—6

在 多 糖 类 中 有 许多 作 储 存 用 的 化 合 物 ,例如 糖 元 (在 晴 急
动物 的 肝 中 ), 和 淀粉 (在 植物 中 )。 有 关 这 些 物 岳 的 途径 已 有
了 较 好 的 研究 ,对 这 些 反 应 的 控制 ,概括 在 第 5.3 和 6.2 节 。

在 糖 类 和 糖 蛋 白 多 肽 之 间 , 主要 的 化 学 键 之 一 是 在 N- 乙
酰 葡 糖 胺 的 C 1 和 天 冬 酰 胺 的 酰胺 氮 之 间 ,表示 在 图 3.5。
此 ,在 糖 蛋 白 的 降解 中 需要 酰胺 酶 的 作用 ,以 及 糖 昔 酶 和 蛋白
酶 的 作用 。

CH2OH | 硫酸 角质 素 硫酸 软骨 案
NH-CO-CH? | |
NH—CH- CCOH | 1
透明 质 酸 结合 部 位
NH- COCH3 核心 蛋 互
图 3.5 “8- 天 冬 氨 栈 葡 糖 胺 酶 的 作用 。 图 3.6 软骨 蛋白 多 糖分 子 。

虽然 , 糖 蛋 白 是 由 大 部 分 的 蛋 折 质 和 较 小 量 的 糖 类 组 成 ，
(ze, AMAR RAS MAE SHALES MA
物 , 例如 硫酸 软骨 脂 , 硫酸 骨 质 素 等 ( 见 表 33). ERASE
的 结构 中 ,聚集 作用 是 一 个 重要 因素 ,而 有 关 它 们 的 化 学 性 质
至 今 仍 未 完全 请 楚 。 图 3.6 给 出 了 一 个 有 关 它 们 分 子 排列 的
简 图 。 它 指出 了 硫酸 软骨 脂 的 降解 作用 是 通过 某 几 个 溶 酶 体
糖苷 酶 的 共同 作用 (参看 第 4 章 )。

3.6 BEB

已 类 有 众多 的 糖苷 酶 。 在 细菌 和 在 植物 中 ， 以 及 在 高 等
细胞 的 细胞 溶质 中 ,存在 着 最 适 pH 为 中 性 的 某 些 糖苷 酶 , 例
如 ， 能 降解 淀粉 和 糖 元 的 淀粉 酶 。 但 是 ， 在 哺乳 动物 的 细胞
中 ， 最 熟知 的 是 溶 酶 体 的 酸性 糖苷 酶 。 然 而 ， 在 所 有 的 工作
中 ,最 出 色 的 是 业已 完成 的 卵 清 蛋白 溶菌 酶 结构 的 详细 研究 。
在 茶 些 细胞 壁 多 糖 中 ， 它 能 水 解 N- 乙 酰 胞 壁 酸 对 N- 乙 酰 葡

@ 23 e

糖 胺 的 (18-4) 键 。 在 知 邑 细胞 中 , 已 发 现 溶菌 酶 有 助 于 杀 灭
和 降解 入 侵 的 细菌 。 它 的 反应 示 于 图 3.7。

CH2OH CH20H
ee ee
~~
5 7 OH ss
7
CH3CHCO2H “a - |
C=O c-O

| |

一 N 一 乙酰 胞 壁 酸 一 (16-4) 一 N 一 乙酰 葡 糖 胺 一 (168-4) 一
3.7 溶菌 酶 对 腾 黄 细 球 菌 (Micrococcus Jutcriz)
细胞 壁 的 重复 双 糖 单位 的 作用 点 。

溶菌 酶 存在 于 某 些 吞 吻 细 胞 的 溶 酶 体 中 ， 但 它 不 是 一 种
典型 的 溶 酶 体 酶 ,在 大 多 数 细胞 中 并 不 存在 。 相 反 ,在 大 多 数
细胞 中 存在 着 排列 互 异 的 溶 酶 体 糖苷 酶 的 剩余 物 。 它 们 能 处
理 大 部 分 生物 糖 类 。 例 如 ,有 某 几 种 糖苷 酶 ,它们 与 咨 菌 酶 共
同 具 有 有 裂 开 多 糖 链 的 能 力 ( 故 因而 被 称 为 糖苷 内 切 酶 )o 图 3.8
是 说 明 透 明 质 酸 氨基 葡 糖 苷 内 切 酶 (通常 叫做 透明 质 酸 酶 ) 对
透明 质 酸 的 重复 双 糖 的 作用 。 已 知 糖 昔 内 切 酶 可 作用 于 肝
素 、 糖 肽 (以 糖 蛋白 形式 ) 和 硫酸 乙酰 肝素 ,但 对 其 它 许多 多 糖
AYE FA Tei A SENAY

CH OH coy

NH OH

— D— GicNAc

(16 — 4) —D — GicA —— (18 —3) -
图 3.8 透明 质 酸 酶 对 透明 质 酸 的 作用 部 位 。

ss 24 5

CH2 OH

bs NH /{ OH
CH,OH

nites (2« —3) ——D 一 Lou 一 ma- ‘pte Baw

= OH
A . NH OH _
CH,0H ney A
i C=
ai
-0-CH.-C
me

pER Sapo: ik
(b)
图 3.9 (2) BBADHAARR HAH ER FLEA:
(b) 绵羊 颌 下 粘 蛋 白糖 肽 通过 丝氨酸 连接 多 肽 〈 一 >) 指
出 神经 氨 酸 苷 酶 的 作用 部 位 ,而 其 后 的 6-N- 乙 酰 半 乳糖 胺
酶 的 作用 部 位 是 以 (一 交 ) 表 示 。

现 已 对 较 多 的 糖苷 内 切 酶 有 了 鉴定 。 例 如 表示 在 图 3.9
的 是 神经 氨 〈 糖 ) 酸 苷 酶 对 某 几 个 化 合 物 的 作用 ,使 其 释 出 神
经 氨 酸 。 该 酶 也 作用 于 糖 脂 ( 人 参看 第 3.7 节 )。 糖苷 外 切 酶 能
通过 它们 对 色 原 或 荧光 原 底 物 的 作用 ， 能 很 方便 的 得 以 研究
AN UUIZE © Fl 3.10 表示 了 一 些 通常 作用 的 底 物 。 在 碱 性 pH A,
被 释放 出 来 的 硝 基 葵 酚 , 因 有 黄色 而 被 检 出 , 在 这 个 范围 内 ，
”全 形 酮 是 奖 光 物质 。 就 溶 酶 体 酶 而 论 , 理 所 当然 的 ,测定 时 的
保 电 是 在 酸性 pH 中 进行 ;而 其 后 的 产物 是 在 碱 性 pH 中 测量
的 。

比较 重要 的 糖苷 酶 之 一 是 肝脏 细胞 溶质 的 6- 糖苷 酶 。 它
作用 于 一 个 很 宽广 的 合成 底 物 的 范围 内 〈 所 有 这 些 合成 的 底
物 全 都 表示 在 图 3.10 中 )。 而 大 多 数 的 糖苷 酶 仅 作用 于 一 种

e 25 。

NANA— (2a-6)—D

Xi
OH
x -
B-D- REE OH H. CH,OH
68-D- 木 糖 昔 oH BH H
B-D-4 3] itt H -OH CH,OH
B-D- 32 SR REE H OH’ CH,

a-L-Pal 0 (A Sa H OH. H
FAQ3.10 SARI — EMEA

IRM. Ski, BBR CME DAD TAFE 0 XK
些 也 只 在 最 近 才 得 到 了 更 多 的 注意 ,但 是 ,在 已 经 知道 的 许多 ©
酶 之 间 的 差别 ， 并 不 能 根据 它们 对 合成 底 物 的 作用 而 清楚 地
加 以 区 别 , 其 中 之 一 原因 将 在 第 3.7 节 中 讨论 糖 脂 时 予以 说
明 。

天 冬 氮 酰 糖 胺 酶 对 糖 和 蛋白 质 之 间 键 的 水 解 作 用 的 必要
性 已 有 论述 ; 它 的 作用 部 位 表示 在 图 3.5。 已 知 另外 一 些 酶 也
能 作用 于 其 他 一 些 糖 和 和 蛋白 质 之 间 的 键 。 此 外 ， 许 多 硫酸 脂
酶 能 从 硫酸 葡 糖 胺 聚 糖 中 除去 硫酸 基 团 。 这 些 酶 的 作用 之 一
表示 在 图 3.11。

| chzoH
soz-0 o
CO; 9
0
mi,
i ee NH
ie

rive CHj

-D-GlcA (18-3)——-D——-GalNAc—4SO,—(1B8-4)—

PO 3.11 硫酸 酯 酶 B 对 软骨 素 -4- 硫 酸 的 作用 部 位 。
* 26 。

ee Sve TO 机

3.7 faze

3:” 工 脂 类 在 细胞 中 有 两 类 : 简单 的 和 复合 的 脂 类 。 简单 脂 类
- 汪 由 脂肪 酸 和 甘油 组 成 :在 为 脂肪 沉积 物 中 的 简单 脂 类 是 重
要 的 ， 因 为 它 是 许多 有 机 体 用 作 能 量 储存 的 形式 。 最 普通 的
脂肪 酸 有 :
棕榈 酸 ~~ CH3(CH,),«<COOH
硬 脂 酸 © CH,(CH,),,COOH

ae +E - CH,(CH;),CH—CH(CH,),COOH

32 合 有 双 键 的 《例如 油 酸 ) 叫 不 饱和 脂肪 酸 ,而 那些 没有 双
键 的 叫 饱和 脂 防 酸 。 复 合 脂 类 是 较 复 杂 的 ; 除 脂肪 酸 外 ,可 能
还 包括 甘油 和 类 似 的 化 合 物 ， 以 及 含 氮 的 碱 基 。 省 类 化 合 物
并 不 含 脂肪 酸 ,， .但 经 常 按 这 些 基 团 分 类 s 复合 脂 类 的 最 重要
种 类 是 甘油 磷脂 、 神 经 鞘 脂 关 和 省 类 化 合 物 。
总 站 甘油 磷脂 类 的 基础 是 简单 脂 类 ， 但 其 脂肪 酸 之 一 已 被 替
换 。 例 如 ,在 这 些 类 型 中 有 甘油 、 两 个 脂肪 酸 、 磷 酸 和 含 氮 碱 、
胆 碱 所 组 成 的 磷脂 酰 胆 碱 ( 卵 碍 脂 )。 磷 脂 酰 肌 醇 也 相似 , 但
它 的 胆 碱 被 肌 醇 蔡 换 ,而 这 些 复合 物 经 常 被 称 为 磷脂”。

神经 精 脂 类 、 复 合 脂 类 的 第 二 种 类 型 是 缺乏 甘油 ,所 以 它

不 同 于 甘油 磷脂 。 它 们 含有 替代 含 氮 碱 基 的 (神经 ) BER,
在 这 二 类 中 有 (神经 ) 鞘 磷脂 (由 神经 鞘 气 醇 、 一 份 脂肪 酸 、 磷
酸 和 和 胆 碱 组 成 罗 以 及 脑 昔 脂 类 (由 神经 鞘 氨 醇 、 一 份 脂肪 酸 和
半 驰 糖 组 成 郑 : 后 十 种 化 合 物 也 能 被 看 作 是 一 种 糖 脂 ; 因 为 它
含有 一 份 糖 。 |

\ SRKAWESAIRAMA=EMRM, 它 包 括 了 重要 的
ne) ABS o

:图 3;12 中 显示 了 某 些 重要 的 脂 类 结构 ; 并 表明 了 它们 大

概 的 空间 排列 。

e27 «

”” eae

十
ieee
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4
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ASS:

of
fal
A

?
和

=~,
1
1

ae >
“O24

" 胆 碱 BAMBI lA AB [i

图 3.12 主要 脂 类 的 有 关 结 构图 。( 材 料 选 目 Finean,
J. B. (1961), in Chemical Ultrastructure of Living
Tissue, C. C. Thomas, Illinois.)

3.8 fees

在 溶 酶 体 和 细胞 膜 上 ,以 及 在 细胞 的 液 相 中 ;发 现 有 许多
这 样 的 酶 ;有 时 它们 也 可 能 释 放 到 细胞 外 (当然 砂 包 括 肠 道 疙
因此 ,这 再 一 次 知道 了 酶 的 最 适 pH 有 酸性 * 中 性 或 碱 性 号 图
3.13 指出 了 磷脂 酶 对 磷脂 酰 胆 碱 的 作用 点 。

由 于 对 溶 酶 体 底 物 积累 病 进行 工作 的 结果 ;使 某 玫 个 盗
酶 体 酶 对 脂 类 的 作用 特性 有 了 很 好 的 了 解 。 在 该 病 中 去 由 手
缺乏 一 种 酶 而 导致 了 该 种 酶 底 物 致死 性 的 积累 ,而 在 正常 情
Gu , 它 原 可 成 功 地 被 降解 。 图 3.14 说 明了 靖 氨 醇 脱 酰基 酶

* 28 «

1CH20-C-Ri
iD “she
R,-C-07CH
oO
o- CH
3CH,0-P-O0-CH2~CH2-N*CH3

3-13 “磷脂 酶 Au A.C 和 D 对 磷脂 酰 胆 碱 的 作用 点 。

的 作用 ;在 -Farber's 病 中 , 由 于 缺少 该 酶 , 致使 它 的 正常 底 物
在 深 酶 体 中 积累 。 在 下 面 第 4 章 中 ， 将 进一步 讨论 溶 酶 体 底
物 积累 病 。 |

在 脂 类 的 分 解 代谢 中 还 包括 了 磷酸 ( 酯 ) 酶 (图 3.15) 和 硫

Oo

了 - 和 人
CH,—(CH3),-CH=CH-CH- CH, OH ee ee
H rhe har oi
CO CH,0-P=0
| t du
图 3.14 BERBER 图 3.15 ”磷脂 酸 磷酸 ( 酯 ) 酶 对
神经 酰胺 的 作用 点 。 磷脂 酸 的 作用 点 。
R 一 脂 酰基 的 脂肪 族 链 。 Ri R, 代表 脂 乙酰 基 的 芳香 链 。
a
5-9
OH NH

| |

CH2OH

O
HO O
{c)
oa O
有 H

图 3.16 硫酸 酯 酶 A 对 脑 苷 脂 类 -3- 硫 酸 的 作用 点 。

© 29 。

a
OH NH
CH, a he ile

O = (c)
CH2OH CH2OH
DO O
HO
0 全
OH | OH
4a)

OH OH

图 3.17 HHA REIR= AAU CEILI FLEAS BE
， 。 头 指 出 的 是 糖 音 酶 的 作用 部 位 : (Ca) aE UREN, JOE
(Cb)6- 半 乳糖 基 酶 ;(c)6- 葡 糖 并 酶 R 代 表 脂 乙酰 基 的 脂肪 链 。

Be CARAS CAN 3.16)。 同 样 ,如 前 所 述 的 糖 昔 酶 和 底 物 积 累 病
也 局 示 了 糖苷 酶 对 糖 脂 作用 的 很 大 复杂 性 。 AAR GHAR
这 些 作用 表示 在 图 3.17。

参考 文 献

For the structure of biological macromolecules, consult a standard
text-book of biochemistry.

Barman, T. E, (1969), The Enzyme Handbook—Vols. 1 and 2, Springer,
Vienna. Summarized information on all known enzymes.
Methods in Enzymology.

Recent volumes cover in more detail mee of the hydrolases of
interest.

Barret, A. J. (1977) (Edit.) Proteinases in Mammalian Cell and
Tissuse, North Holland, Amsterdam.

An excellent comprehensive treatise.

Barrett, A. J. and Heath, M. F. (1977), in Lysosomes, a laboratory
handbook, 2nd edition. (Ed.) J, T, Dingle, pp, 19—145, North
Holland, Amsterdam,

° 30 @

第 四 章 “” 溶 酶 体 一 -- 真 核 细胞 中 一 种
专职 降解 的 细胞 器

4.1 - 溶 酶 体 的 特性

在 本 章 中 ,我 们 首先 要 对 细胞 机 构 ,包括 我 们 早已 讲述 过
的 化 学 分 解 步 豫 的 问题 进行 探讨 。 虽 然 ， 以 大 分 子 作 为 底 物
的 降解 事件 ,在 细胞 中 普遍 存在 , 但 是 , 在 走 核 细胞 中 还 存 有
一 种 专职 降解 的 细胞 器 一 一 溶 酶 体 。 在 这 里 我 们 研究 盗 酶 体
的 功能 ,是 为 了 给 下 一 步 讨 论 整 合作 用 和 分 解 的 控制 ,提供 一
个 基础 。 图 1 和 2 表示 细胞 中 的 溶 酶 体 和 提纯 后 的 溶 酶 体 。

浆 酶 体 是 一 种 细胞 内 的 小 泡 ,直径 常 约 0.5 微米 , 周围 有

膜 并 含有 水 解 酶 ,在 酸性 条 件 下 最 活 涛 。 虽 然 它 们 的 形态 是
极 不 均匀 的 ,而 且 通 过 与 其 他 细胞 的 融合 发 生 多 种 转化 ( 见 第
4.2 节 六 它们 具有 若干 个 功能 特性 。

首先 , 膜 把 酶 封闭 起 来 ,使 以 “ 湾 伏 ”状态 存在 。 当 制备 含
有 溶 酶 体 的 组 织 匀 浆 时 ,在 次 透 压 受 到 保护 的 情况 下 (通常 用
025M :蔗糖 咨 液 可 保护 滩 透 后 ,这 时 , 它 与 生物 学 结构 是 等 活
BY, 所 以 水 解 酶 不 易 通 过 膜 ), 所 测 得 的 酸性 水 解 酶 的 活力 是
低 的 s 但 是 ,如 果 把 组 织 匀 浆 的 基 浮 液 冰 冻 和 熔化 反复 几 次 ，
或 给 以 机 械 压 力 ( 用 组 织 的 碎 器 或 超声 波 器 ), 或 用 去 垢 剂 ( 如
三 硝 基 甲 检 X-100) 处 理 , 这 样 就 能 显示 更 多 的 活力 。 而 在 原
来 的 匀 浆 中 这 些 酶 活力 是 被 认为 处 于 “潜伏 ?状态 的 。 由 于 这
种 性 质 , 导致 了 de Duve 在 1955 年 发 现 了 深 酶 体 。

“潜伏 状态 是 由 于 围绕 着 咨 酶 体 的 膜 完 整 存在 的 结果 。

e 3] 。

2

She

+

‘it
Te

« 32 «

图 4.2 纯化 的 载 铁 的 大 鼠 肝 溶 酶 体 。

溶 酶 体 膜 清 晰 可 见 , 并 呈现 出 有 些 不 规则 的 轮廓 , 亡 可 能
是 溶 酶 体 融合 和 折 入 的 自然 结果 ， 人 也 可 能 是 向 外 产生 发 芽 样
的 突起 。 溶 酶 体内 的 颗粒 物质 是 许多 含 铁 的 物质 〈 主 要 是 铁
A). *100,000 倍 。 (图 片 由 Hans Glaumann 博士 提供 )

膜 限制 了 低 分 子 量 的 化 合 物 〈 例 如 底 物 ) 进入 溶 酶 体内 部 , 同
时 也 完全 阻止 了 大 分 子 〈 例 如 酶 ) 从 溶 酶 体 中 逸 出 。 因 此 , 当
膜 是 完整 时 ,只 能 发 生 少量 酶 与 底 物 的 相互 作用 ,所 以 只 能 测
得 少量 的 酶 活力 。 当 膜 被 打破 时 ;相互 作用 不 再 受到 限制 ,就
能 测 得 全 部 的 酶 活力 。

溶 酶 体能 被 离心 而 沉降 的 情况 ,是 和 膜 有 关 的 。 的 确 , de
Duve 首先 知道 了 酸性 水 解 酶 是 与 那些 不 同 于 线粒体 的 颗粒
相 结合 后 ; 才 证 明了 这 个 酶 的 沉降 性 质 是 和 线粒体 中 的 酶 是
不 同 的 。 当然 ， 如 前 所 述 ， 深 酶 体 在 形态 和 功能 上 的 不 均一
性 ,使 它 也 伴 有 了 沉降 性 质 上 的 不 均一 性 ,而 这 些 使 对 溶 酶 体

e 33 。

的 分 离 产生 了 问题 。 更 困难 的 是 ， 溶 酶 体 的 沉降 率 和 线粒体
非常 相似 ， 所 以 在 颗粒 沉降 时 ， 互 相 广泛 地 重 全 在 一 起 。 另
外 ,线粒体 的 量 也 比 溶 酶 体 多 得 多 。

但 是 ,这 些 困难 是 能 够 克服 的 。 在 体内 ， 通过 将 浴 栈 体 吉
负 在 有 极 高 或 极 低 密度 的 颗粒 或 化 合 物 上 (高 的 : 胶 态 金 ; 低

频率

60

A.Pase
A. DNase

注射 三 硝 基 甲苯 yt Re
WR-1339 2 wear >
Cyt.ox. 3

£
-

-平衡 密度

图 4.3 A 3 te a es LE A Ak
SORT He i HNN RS “PENT OE MAK BE SE BE WR21339 By
ARE PB E105. “HR” ARAB RE, SW PA WR-1339. 站
31 REPS TA CARE OUT AR A, 酸性 DNA 酶 ) 选择 性 迁移 到 较 低 敬 度
的 位 置 上 。 去 垢 剂 并 不 影响 线粒体 〈 细 胞 色素 氧化 酶 ) AltA
(尿酸 氧化 酶 )。 要 注意 两 种 溶 酶 体 中 的 水 解 酶 ,在 沉降 行为 土 的 轻微 司

差别 ; 这 些 可 能 反应 了 溶 酶 体 某 些 不 均一 性 的 形态 。( 取 自 De Dares
C., 1965: Harvey Lects. 59, 49—87_) e

es 34 。

的 : APARNA = MRA AE WR-1339), 改变 溶 酶 体 的
密度 ,使 它 与 线粒体 或 其 他 可 能 存在 的 "污染 物 "分开 。 图 4.3
表明 的 是 咨 酶 体 载 负 三 硝 基 甲 共 WR-1339 后 的 密度 效应 ,三
硝 基 甲 茶 WR-1339 对 其 他 的 细胞 喜 无 影响 。 | BEE
得 到 一 种 线粒体 和 洲 酶 体 的 混合 制品 ,然后 ;通过 与 线粒体 酶
的 底 物 保温 ,使 反应 产物 转 成 了 致密 的 沉淀 物 , 从 而 改变 了 线
粒 体 的 密度 。 因 此 ， 选 择 性 地 改变 线粒体 的 密度 是 可 以 做 到

4 天 前 ,每 100 克 体 重大 鼠 腹 腔 注
St 85 毫克 三 硝 基 甲 茶 WR-1339
每 克 肝 在 3.0 毫升

0.25 M 蔗糖 中 用 旋转 的 特 握

3 3X%3 BH
amelie (1x) 10000 x 9, 2) FP —» EWR) ©
国际 转子 No.253 |

(2x) 6 000 x 9, Haas | 有
分 划 部 分 人 ALK :

342,000x9, 分 钟

去 除 还 上 清 液 的 松散 层

Spinco $F No.30

分 划 部 分
以 每 克 肝 1 毫升 再
悬浮 在 4590(W/W)
age inet
3 溶 酶 体 部 分
REE 14.3% W/W 10 毫 升 120 分 钟 ， NA
25000 转 / 分
FER 34.5% W/W 20% F+ Se agri fe
few 45.0% W/W 25 豪 升 SW25.2
RRB

图 4.4 载 有 三 硝 基 甲 苯 WR-1339 HARTA BHR,

e 35 «

24.1 溶 酶 体 酶 的 选 录 |
(由 Barrett 和 Heath 修改 ，1977。 BEXRBR

酶 学 委员 会 的 酶 分 类 -
名 称 ( 同 义 词 )

氧化 还 原 酶 类
NADPH, 氧化 酶
过 氧化 物 酶

作用 于 羧 酸 酯 的 水 解 酶 类
磷酸 酯 酶 A: (磷脂 2-hi
酰 酶 )

AB [el 7 Bie Bas
pina Ai( 磷 脂 1- 脱 酰

作用 于 磷酸 单 柄 的 水 解 酶 类
酸性 磷酸 酯 酶

作用 于 磷酸 双 酯 的 水 解 酶 类
脱氧 核糖 核酸 酶 I

et DNAMBL
是 两 条 链 在 同一 点 ， 葡
存 3“- 磷 酸 末 端

RNA PI, 残存 3“- 磷

核糖 核酸 酶 工

作用 于 硫酸 酯 的 水 解 酶 类
硫酸 酯 酶 A (芳香 基 硫酸
酯 酶 A)

Hos His Wit 4.5—4.8

VE FAP RE AS 7k ES
溶菌 酶 ( 胞 壁 质 酶 )

神经 氮 酸 苷 酶 an
还 原 性 末端 a RTE at

« 36 «

站 ; : ‘ - ‘ 4

-- 酶 学 委员 会 的 酶 分 类

名 (AX 词 )

8-N- 乙 酰 氨基 葡 糖 昔 酶

(6-N- 乙 酰 氨 基 已 糖苷 酶 )
p8- 葡 糖 昔 酸 酶
透明 质 酸 氨 基 葡 糖苷 内 切

酶 (透明 质 酸 酶 ,透明 质
酸 氨基 区 糖苷 酶 ) :

裂 开 近 多 肽 末端 肽 键 的 水 解
酶 类 : 肽 链 端 解 酶 类

溢 酶 体 氨 肽 酶 〈 氨 基 酸 茶
胺 酶 ,组 织 蛋 白 酶 蕊 )

有 裂 开 远 离 多 肽 末端 肽 键 的 水
fea: 肽 链 内 切 酶

” 精 虫 头 粒 蛋 白
溶 酶 体 弹性 蛋白 〈 白 细胞
弹性 蛋白 )

组 织 蛋 白 酶 G (类似 麻 蛋
白 酶 的 酶 )
组 织 蛋 白 酶 (组织 天 日
酶 了 ”组 织 蛋 白 酶 了 B 1)
组 织 蛋 白 酶 工
组 织 蛋白 酶 D
组 织 蛋 白 酶 王
粒 性 白细胞 胶原 酶
作用 于 酰胺 键 而 不 是 肽 键 的
水 解 酶 类

天 冬 氨 酰 氨基 葡 糖 基 酶

作用 于 酸 栈 的 水 解 酶 拓
核 苷 三 磷酸 ( 酯 ) 酶 〈 酸 性
焦 磷酸 酶 )

作用 于 氛 - 硫 键 的 水 解 酶 类

Heparin sulphamatase( 肝
素 硫 酸 酰 胺 酶 或 N- 硫 酸
酯 酶 )

编号

3.2.1.30，

2
ey aM
3.3.1 .35

3.4skk

3.4.21.10
3.4.21.11

3.4.21.20.

3.4.22.1

3.4.22
ie PY
3.4.23
3 424.7

3.5.1.26

3.6sL.15

3.10.1

(8

说 -— i

在 精液 中 存在

仅 在 少数 细胞 类 型 中 发
现 ， 例 如 嗜 中 性 白细胞
丝氨酸 蛋白 酶

志 种 主要 的 硫 醇 蛋白 本

一 种 硫 醇 蛋白 酶
一 种 主要 的 羧基 蛋白 酶
一 种 羧基 蛋白 酶
二 种 金属 蛋白 酶

决定 糖 蛋白 降解 的 酶
(q- v-)

BWA ATP 以 及 其 他 核
苷 三 磷酸 ,得 到 二 磷酸

从 乙酰 肝素 和 硫酸 乙酰
肝素 的 N- 硫 酸 氨基 葡
糖 中 释放 硫酸 根 离子

由 Barrett #1] Heath 修改 ,1977( 参 看 文献 目录 )

各 种 pH

8.0
to

3.5—6.0

5.0
2.8—5.0
2.5
725

5 «1—7.6

4.0—5.2

4.5—5.1

ae

24.2 溶 酸 体 底 物 积累 病
《由 Neufeld -等 人 修改 ,1975 年 参看 文献 目录 )

疾 主要 受 影响 的 代谢 物
粘 多 糖 类
Hurler 和 Scheie 综合 症 | a-L-RNH BREBB “蛋白 多 糖 成 分
Hunter 综合 症 艾 杜 糖 醛 酸 硫酸 酯 酶
Sanfilippo 综合 症
A 亚 型 乙酰 肝素 硫酸 酯 酶 eV
B 亚 型 N- 乙 酰 -c- 氨 基 葡 糖 昔 酶 |
Maroteaux-Lamy 综合 症 | N- 乙 酰 半 有 乳糖 胺 硫酸 酯 酶
( 芳 基 硫酸 酯 酶 B)
8- 葡 糖苷 酸 酶 缺乏 症 | 6- 葡 糖苷 酸 栈
Morquio 综合 症 未 确定
$428 :
GM, 神经 节 昔 脂 沉积 症 _ | 8- 半 乳糖 昔 酶 | we. ait
类 的 段 片
Krabbe 病 8- 半 乳糖 苷 酶
乳糖 基 酰 基 东 氨 醇 过 多 症 | CE FL
Tay-Sachs 病 ( 婴 儿 性 脑 ETA e
Ba PEAS HE) |
Sandhoff 病 mata ett AAI B -
Gaucher 病 《 脑 苷 脂 网 状 | B- 葡 糖 昔 酶
内 皮 细 胞 病 )
Fabry 病 oe FL BE Babs tases:
变色 的 脑 白 质 病变 芳 基 硫 酸 酯 酶 A Ge j:
Niemann-Pick 病 (神经 | A RA RISBS PS eI
磷脂 网 内 细胞 病 ) | | |
Farber 3 神经 酰胺 酶 2: Rat Mh
ES NS . age ae
MMT SE ce—L— 323 Ba TFG ”上 | BARA
甘露 糖苷 过 多 症 aH SEE | et.
天 冬 氨 酰 氨基 葡 糖苷 尿 症 | REIS
单个 酶 缺乏 的 其 他 病 ee fa
Pompe 病 o— Fi) HEF AS = * 糖 元 - 2 a ,
Wolman 病 fle AS SAR
酸性 磷酸 酯 酶 缺乏 酸性 磷酸 酯 酶 | RRR

9

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KR a> mm 0 | 主要 受 影响 的 代谢 和

多 种 酶 缺乏
二 多 种 硫酸 酯 酶 缺乏 | tee 《 芳 基 硫酸 酯 | 省 类 硫酸 酯 酶 ;蛋白
酶 全.B.C :省 类 硫酸 酯 酶 ; | ”多 糖

SCELANRE IS DERE REI: 乙
酰 肝素 N- 硫 酸 酯 酶 )

工 细 胞 病 和 拟 Hurlrr 多 病变 core eng ten 胞 中 ，

蛋白 多 糖 和 复合 脂 类

起 源 不 明 的 病

胱 氨 酸 过 多 症 PARE AMAKA RR | Pee -
粘 脂 过 多 证 D IV Re PR BUR HH EAH 未 明

的 ， 而 溶 酶 体 也 是 可 以 提纯 的 。 大 鼠 肝 溶 酶 体 的 一 种 标准 分
离 操 作 的 实例 表示 在 图 4.4, 它 表明 了 效果 很 好 !

如 前 所 述 , 深 酶 体 含有 非常 引 人 注 目的 各 种 水 解 酶 系 ; 它
似乎 能 降解 所 有 已 知 的 细胞 物质 。 溶 酶 体 酶 的 概括 分 类 列 于
表 4.1, 这 只 是 一 些 选 录 的 例子 。 证 实 这 些 酶 在 小 泡 中 存在 的
MARK, 是 一 种 很 好 的 鉴定 溶 酶 体 的 方法 。 图 4.1 显 示 的
是 通过 酶 的 特异 性 抗体 ,证 明 组 织 蛋白 酶 D( 一 种 主要 的 浩 酶
体 蛋白 ) 的 存在 。 假 如 抗体 能 用 某 些 方法 析出 标记” 的话, 那
未 用 这 些 不 与 其 创 蛋 自 质 起 反应 的 抗体 ， 就 可 证 明 酶 的 存在
并 定位 。 在 这 些 情 况 中 ,抗体 是 用 董 光 染料 标记 的 。

溶 酶 体 酶 在 许多 底 物 降解 中 的 效能 和 重要 性 是 通过 溶 酶
体 底 物 积累 病 中 遗传 性 地 缺乏 单个 溶 酶 体 酶 的 深远 效应 而 揭
露 的 ,这 种 病 常 导致 早死 。 由 于 缺乏 溶 酶 体 酶 ,不 能 较 久 的 消
化 某 些 正 常 底 物 ,因而 底 物 常 有 积累 ,使 溶 酶 体 具 有 了 -一 种 肿
胀 的 细胞 器 形态 特征 ,， 常 含有 脂 类 的 螺纹 。 表 4.2 显示 了 底
物 积累 病 的 某 些 特征 。

膜 的 重要 性 是 隔绝 水 解 酶 ,因此 ,也 显然 地 避免 了 水 解 酶

© 39 5

的 随意 降解 作用 。 但 是 , 膜 也 能 通过 它 的 低 pH 特性 , AT
维持 谥 酶 体 酶 活力 的 最 适 内 环境 。 这 些 很 可 能 主要 是 通过 跨
膜 的 竹 南平 衡 来 维持 的 。 由 于 有 大 量 的 带 负 电 的 大 分 予 量 的
化 合 物 ( 例 如 , 带 负 电 的 神经 氨 酸 残 基 的 糖 蛋 百 , DRA
的 磷脂 ) 被 膜 阻 留 在 溶 酶 体 中 ,因此 在 溶 酶 体 的 内 部 有 单价 阳
离子 , 主要 是 质子 的 积累 。 这 些 机 理 似 乎 使 约 有 15BDH 单位
的 跨 膜 被 动 pH 梯度 。 这 些 可 通过 对 体外 的 溶 酶 体 悬 浮 中 纪
碱 基 的 分 布 研究 而 测 得 。 由 于 内 部 质子 的 作用 , 使 这 些 化 合
物 被 溶 酶 体积 累 ( 见 图 4.5)。 虽然 ,未 带电 的 小 分 子 ; 能 以 各
种 速度 透 过 膜 , 但 ,带电 的 则 不 能 。 所 以 , 溶 酶 体内 的 弱 碱 基
的 带 质子 的 分 子 ， 由 于 它们 的 正 电荷 而 被 俘获 生 而 碱 大 的 积
累 数 量 , 可 通过 对 溶 酶 体内 外 之 间 的 PH 梯度 的 测量 而 得 知 。
某 些 化 合 物 的 积累 ;甚至 多 于 pH 梯度 自身 所 许可 的 范围 。 在
某 些 情 况 中 , 例如 ,荧光 染料 `. 叮 啶 橙 , 可 与 膜 成 分 直接 结合 。
但 是 ,在 持 有 某 些 化 合 物 “ 过 量 ” 积 累 的 情况 中 ,很 可 能 是 由 于
溶 酶 体 有 一 个 质子 泵 , 它 能 利用 从 ATP 水 解 得 来 的 能 量 ， 以
进一步 增加 溶 酶 体 的 酸度 的 原因 。 溶 酶 体内 水 解 作用 的 自

图 4.5 溶 酶 体内 的 pH 和 能 碱 基 的 积累 作用 。

透 入 的 弱 碱 (B) LERARB ORT RAM BH) A
Bi(----- )。 假 如 溶 酶 体内 的 Ht ER FR BAS 汪 浊
在 内 部 的 BH+ 型 将 比 外 部 的 达到 更 高 的 浓度 。 因 而 , NR
内 的 总 碱 浓度 〈[Bi] + [BH,]) 将 大 于 细胞 沙 质 内 的 波 度 和
({Bo]+[BHo]), 如 Bo=B,: 那么 [B,+BHj]/[Bo) + [BHo) 5
的 比例 , 将 因 咨 栈 体内 [H+] 的 升 高 而 增加 , 这 样 就 可 用 于 测 二
定 后 者 。

« 40 «

址 纯 能 产生 质子 ,所 以 在 体内 保持 大 于 1.5 单位 的 pH 梯度 是
很 有 可 能 的

膜 对 天 分 子 通 透 性 的 限制 。 AMES SAR ARS, fi Bt
包括 了 溶 酶 体 中 未 经 消化 的 大 分 子 底 物 。 只 有 低 分 子 量 的 消
化 产物 (例如 ,游离 的 氨基 酸 、 糖 和 核 音 酸 ) 能 透 过 膜 , 以 供给
细胞 的 营养 。 因 此 ,在 正常 情况 下 , 盗 酶 体 的 降解 是 一 个 全 或
无 的 过 程 : 一 且 进 入 溶 酶 体内 , 底 物 只 能 被 完全 地 降解 。 但
在 伴 有 溶 酶 体 膜 破 损 的 细胞 死亡 时 ,也 有 少数 例外 ,而 这 个 重
要 的 例外 , 很 可 能 涉及 了 某 些 蛋 白质 从 细胞 中 的 分 这 。 如 早
先 所 注意 到 的 , 这 些 蛋 白质 经 常 是 以 “ 原 - 形 式 ”合成 , 它 经 过
有 限 的 蛋白 水 解 ;成 为 有 功能 性 的 分 子 。 看 来 ,分 刻 小 泡 是 改
性 后 的 咨 酶 体 ( 见 第 4.2 节 )， 故 分 泌 的 分 子 仅 经 过 有 限 的 裂
解 。 这 些 可 能 是 由 于 蛋白 水 解 作用 的 特异 性 和 动力 学 的 结
果 : poeta eae al
间 是 短 的 , 而 原 - 肽 可 能 是 现存 酶 的 最 有 效 的 底 物 ( 它 可 能
是 小 量 选 录 的 溶 酶 体 蛋白 酶 )。

在 体外 研究 溶 酶 体 膜 对 特殊 化 合 物 的 通 透 性 ， 可 通过 化
合 物 对 渗透 压 所 提供 的 保护 作用 而 评定 : 非 盗 透 性 化 合 物 的
防护 作用 是 通过 防止 水 流入 而 伴随 的 破裂 ; 而 能 闯 透 的 化 合
物 则 无 此 作用 ,并 由 于 它们 的 进入 , SET KARA, 引起 了
细胞 的 溶 破 作 用 。 非 竣 透 性 的 ,和 不 能 降解 的 化 合 物 ,也 能 利
用 活 细胞 来 检验 : 通过 相差 显微镜 的 检查 ， 很 易 观 察 到 它们
能 在 细胞 中 积累 ， 并 引起 溶 酶 体系 统 的 脱 胀 。 这 些 可 用 几 个
化 合 物证 明 ， 例 如 蕊 糖 和 另外 一 些 不 能 消化 的 双 糖 。 由 于 分
子 太 大 而 不 能 穿 透 膜 ,以 致使 双 糖 积累 ,后 者 可 通过 内 知 作 用
HACAM TBE BEAN BRS) ©

Auk, 4ArPRenotreanoat, 例如 消化 产物 , 通过
时 ， 溶 酶 体 膜 就 起 牵动 咨 酶 体 酶 的 作用 。 也 很 有 可 能 起 更 巧

e 41 。

妙 的 调节 活动 : 这 些 可 能 包括 了 控制 离子 的 运输 以 下 控制
与 外 部 的 溶 酶 体 膜 相 结 合 的 大 分 子 的 进入 ， 本
折 作 玫 使 其 人 内 的 (网 第 5 章 )e

4.2， 溶 酶 体系 统 的 动力 学

有 关 溶 酶 体 成 分 的 合成 作用 ， 至 今 仍 很 少 研究 。 但 是 ,很
显然 , 溶 酶 体 是 不 能 合成 蛋白 质 的 ,而 溶 酶 体 蛋白 质 是 在 细胞
质 核 蛋 白 体 上 合成 的 。 有 关 游 离 的 、 和 膜 结合 的 核 蛋白 体 的
功能 ,至 今 仍 不 能 阐明 , 但 是 , 对 于 盗 酶 体 酶 的 一 种 易 位 路 线
是 清楚 的 , 即 从 粗糙 型 内 质 网 到 光滑 型 的 内 质 网 ,再 经 高 东 基
器 到 咨 梅 体 。 虽 然 ， 随 这 条 路 线 易 位 的 酶 的 包 衣 是 存在 于 高
尔 基 器 中 ,但 是 否 还 包括 内 质 网 的 液 泡 成 分 ,或 仅 是 处 半 的 成
分 ， 这 有 是 不 清楚 的 。Novikoff 提出 了 由 内 质 网 迁 过 过 高 尔 基

@ RB

图 4.6 See SRA Pe ae tk A HR YE——GERL -~
系统 (参看 本 章 文献 目录 中 Novikoff 1973 HAA). GERL
光滑 内 质 网 的 一 个 特殊 区 域 , 它 可 能 产生 三 种 类 型 的 溶 酶 体 *-(12

有 包 衣 的 小 泡 (CV), 它 可 能 形成 初级 溶 酶 体 (1" 工 矿 〈27 通过 二 种
自体 吞噬 的 形式 , BURT AABMA (autolysosomes, AL); (3).
密集 体 (dense bodies，DB), 它 最 初 可 能 含 溶 酶 体 酶 ,也 可 能 与 其

他 的 溶 酶 体 融合 ,最 终生 成 残余 体 (residual bodies, RB), mae

有 消化 过 程 中 的 某 些 残余 物 。

# 42 。

器 到 达 湾 酶 体 的 另 一 条 路 线 。 这 些 体现 在 他 的 GERL(Golgi-
associated endoplasmic reticulum giving rise to lysosome 由 与
高 尔 基 器 相 联 的 内 质 网 产生 洲 酶 体 ) 的 概念 中 , 即 与 高 尔 基 器
接近 的 ， 但 是 有 一 定 距 离 的 光滑 型 内 质 网 的 特殊 区 域 中 产生
深 酶 体 小 泡 的 。 Novikoff 及 其 同事 们 ,通过 新 颖 而 重要 的 细胞
化 学 的 工作 支持 了 GERL 的 假设 。 但 至 今 仍 未 有 动力 学 方面
的 生化 资料 来 证 实 -GERL 的 路 线 ,或 对 这 两 条 路 线 的 有 关 重
要 性 作出 评价 。 有 关 GERL 系统 的 图 解 表示 在 图 4.6。

通过 几 种 不 同 的 机 理 , 维 持 溶 酶 体系 统 的 膜 及 其 交换 (说
明 在 图 4.7)。 首 先 在 高 尔 基 器 /GERL HR MH RE Be th
ilo HARA RRA DRAMA CLA 4.7 中 有 关 溶 酶
体 的 名 词 解释 ), 这 是 指 尚未 从 盗 酶 体外 部 接受 底 物 的 溶 酶
体 。 初 级 溶 酶 体能 与 其 他 小 泡 融合 ,有 时 也 能 与 质 膜 融合 ( 引
起 了 深 酶 体 酶 的 分 刻 )o 初 级 溶 酶 体 与 小 泡 融合 的 产物 称 为 次
级 溶 酶 体 ， 因 为 它们 含有 来 和 目 咨 酶 体外 面 的 底 物 。 次 级 溶 酶
体 也 能 和 初级 溶 酶 体 那样 ， 可 与 其 他 小 泡 融 合 。 所 以 每 一 个
溶 酶 体 借 助 于 这 种 融合 反应 ， 同 其 他 的 咨 酶 体 具 有 连续 性 的
关系 ;在 新 颗粒 进入 溶 酶 体内 时 , 通过 这 样 的 方式 , 能 迅速 地
得 到 扩散 。 在 正常 情况 下 , 溶 酶 体 是 不 与 未 损坏 的 内 质 网 、 线
粒 体 或 核 融 合 的 。 然 而 , 当 自 体 吞 噬 时 ,它们 可 能 与 所 有 的 结
构 相 互 作用 ( 见 图 4.7)。 小 泡 与 溶 酶 体 的 融合 ,主要 是 由 细胞
的 内 吞 作用 ( 它 与 胞 外 物质 的 降解 作用 有 关 ), 和 自体 吞 听 ( 它
是 与 胞 内 结构 的 降解 作用 有 关 ) 这 两 种 过 程 引起 的 。

细胞 内 知 作 用 是 一 种 胞 外 分 子 进 入 由 质 膜 形成 的 胞 内 小
泡 的 过 程 。 它 和 是 由 两 种 主要 形式 组 成 的 : 吞噬 作用 和 胞 饮 作
用 。 在 吞 吻 作 用 中 ,特殊 物质 ,例如 外 来 的 生物 体 (细菌 ) 是 由
大 小 钨 《 吞 只 小 体 ) 吞 喉 的 。 相 反 , 胞 饮 作 用 则 是 一 种 小 物体
WAGE eA, BRAN eR ACE SRA

9 43 e

胞 饮 现象 BME ”

reall
内 吞 作用 外 吞 作用
图 4.7” 溢 酶 体 的 融合 作用 。

EBA-RAADRABK (含有 溶 酶 体 酶 , 但 不 接纳 底 物 ) 和 次
级 盗 酶 体 ( 底 物 正在 经 受 酶 的 作用 ) 的 区 别 。 另外 , 前 溶 酶 体 包 含 PiV，
PhV 和 AP: 它们 是 含有 底 物 的 小 泡 , 但 等 待 溶 酶 体 酶 的 进入 。 这 里 所
用 的 名 词 , 现 还 有 几 种 其 他 的 提 法 (参看 de Duve 和 Wattiaux，1966)，
最 重要 的 有 : AAA KW (autophagic vacuole) 或 细胞 分 离 体
(cytosegresome), 用 AP 和 AL 一 起 表示 ; 内 吞 小 泡 和 异体 吞 叭 小 体
(heterophagosome), 用 PiV 和 Phv 一 起 表示 。 必 须 强调 ,这 里 所 指
出 的 所 有 溶 酶 体 的 转化 ,并 不 一 定 发 生 在 每 一 种 细胞 类 型 中 , 而 对 某 些
溶 酶 体 的 活动 是 省 略 了 (例如 核 膜 的 穿 透 作 用 )。 但 是 ,一 般 来 说 , 所 有
溶 酶 体系 统 的 成 员 之 间 , 有 着 显著 地 连续 性 交换 的 关系 ; 因此 ,残余 小
体 仍 能 同 大 多 数 其 他 类 型 的 溶 酶 体 融合 ， 而 那些 由 异体 吞噬 和 自体 吞
噬 产 生 的 小 泡 之 间 , 则 能 自由 地 融合 。 在 膜 内 :一 一 和 咨 酶 体 酶 ; ?
分 刻 的 蛋白 质 ; s 一 一 浴 酶 体 消化 作用 的 可 溶性 底 物 ; RBLACe RAR
的 是 特殊 的 底 物 。 在 膜 外 : RE 一 一 粗糙 型 的 内 质 网 ; SE 一 一 光 请 型 的
内 质 网 ; GA 一 一 高 尔 基 器 ; SV-—4 wh) ia; AP 一 一 自体 吞 败 小 体 ;
AL 一 一 自体 盗 酶 体 (autolysosome); PE 过 氧 物 酶 体 ; MVB—
多 泡 体 (multivesicular body);RB 残余 体 Cresidual body);PiV
ha tk?#a; Phv 吞噬 液 胞 ; HL— 53k eh; M 线粒体 。

合 的 物质 s: 它 所 形成 的 泡 是 比 吞 鸣 小 体 更 小 ; 称 为 胞 饮 小 体 。
吞噬 小 体 和 胞 饮 小 体 二 者 均 是 原初 的 前 盗 酶 体 ， 因 为 它们 缺
乏 溶 酶 体 酶 ;但 是 很 快 与 溶 酶 体 融 合成 为 次 级 溶 酶 体 。 事 实
上 ;这 样 的 融合 , 甚至 可 能 开始 在 吞 叹 液 泡 完 全 封闭 之 前 , 所
以 某 些 溶 酶 体 酶 的 分 泌 常 伴 有 香 喉 作用 。

知 叹 作用 需要 有 在 大 多 数 细胞 中 存在 的 、 能 够 收缩 的 微
丝 的 参加 ;但 是 它 能 被 真菌 代谢 物 一 一 细胞 分 裂 抑 索 B 所 阻
止 ， 细 胞 分 裂 抑 素 B 似乎 能 使 微 丝 麻 闸 。 微 管 在 某 些 细胞 的
知 吧 作 用 中 可 能 是 重要 的 ， 但 更 可 能 的 是 它们 与 分 泌 小 泡 移
动 的 控制 有 关 。 胞 饮 作 用 采取 了 两 种 不 同 的 形式 :大 胞 饮 作
用 (macropinocytosis) 靠 微 丝 生 成 了 在 光学 显微镜 下 可 见 的 小
泡 ; 而 微 胞 饮 作 用 (micropinocytosis) 则 形成 较 小 的 泡 体 ,但 它
似乎 并 不 依赖 微 丝 。 这 两 种 过 程 所 需 的 能 量 各 有 不 同 ; 微 胞
饮 作用 仅 需 要 少量 的 能 量 ， 而 大 胞 饮 作用 则 对 能 量 有 明显 的
依赖 。

溶 酶 体 膜 的 其 余 重要 来 源 是 自体 知 叭 , 它 采 用 几 种 形式 。
在 典型 的 自体 乔 史 中 ， 胞 内 细胞 器 的 可 见 残余 体 似 乎 被 一 个
或 两 个 膜 所 围绕 。 这 些 围绕 的 膜 ,通常 来 源 于 内 质 网 ,而 其 结
果 是 使 液 泡 与 咨 酶 体 融 合 ,内 膜 则 连同 所 含 的 细胞 器 (例如 线
粒 体 ) 一 起 受到 消化 。 但 是 , 深 酶 体 的 自体 吞噬 也 可 以 这 样 发
+. 盗 酶 体 的 内 折 作 用 使 其 形成 了 一 种 含有 内 膜 的 溶 酶 体
(或 是 开 个 内 部 的 小 泡 ); 它 被 外 部 膜 所 围 终 。 当 内 膜 受到 消
化 而 破 盈 时 ， 被 内 膜 围绕 的 胞 液 物 质 就 与 溶 酶 体 酶 接触 。 因
此 ， 溶 酶 体 膜 和 胞 液 物 质 就 是 通过 这 个 机 理 而 被 消化 的 。 有
关 这 方面 的 问题 ， 将 在 后 面 第 6 章 中 进一步 讨论 。 有 关 直 体
知 叹 的 更 巧妙 的 形式 ， 新 近 通 过 Novikoff 的 微 自 体 吞 鸣
(microautophagy) 的 工作 ,已 有 了 较 多 的 认识 , 它 仅 与 内 质 网
区 域内 一 个 很 小 作用 范围 有 关 。

e 45 *

有 几 种 类 型 的 细胞 能 分 刻 溶 酶 体 酶 〈 不 伴随 细胞 死亡 )
这 个 分 刻 的 过 程 ,导致 了 溶 酶 体系 统 失 去 它 的 膜 ,并 达到 细胞
质 膜 。 其 中 最 突出 的 是 吞噬 细胞 ,例如 血液 中 的 白细胞 。 它 们
通过 向 化 因子 (chemotactic factors) 吸引 到 感染 和 免疫 的 作用
部 位 。 嗜 中 性 白细胞 ， 通 过 快速 分 刻 大 量 的 溶 酶 体 酶 应 答 出
现 的 外 来 颗粒 和 免疫 刺激 [例如 免疫 复合 物 ,或 活化 的 补体 成
分 ( 见 第 5 章 )]。 通 常 这 种 情况 仅 发 生 一 次 ,因为 嗜 中 性 白 细
胞 的 寿命 是 短 的 。 相 反 ， 当 血 中 单 核 细胞 被 吸引 到 感染 的 部
位 ,并 成 熟 为 巨 吻 细 胞 时 ,能 在 很 长 时 期 内 分 刻 溶 酶 体 酶 。 因
UG, 在 慢性 的 〈 长 久 的 ) 炎症 中 , 当 组 织 遭 到 长 期 的 连续 破坏
时 , 它 可 能 是 一 种 重要 的 作用 物 。

巨 吧 细 胞 长 期 的 分 认 作 用 指出 ， SSW UE A SERGE Gk
作用 的 刺激 。 的 确 , 猜测 分 刻 作 用 的 机 理 有 几 种 (图 4.6): 两
种 是 伴 同 吞噬 作用 的 ; 一 种 是 由 于 香 鸣 物质 在 胞 内 贮存 的 结
Fe, 另 一 种 是 由 于 表面 配 位 体 , 例如 免疫 成 分 或 激素 的 诱发 。
分 刻 作 用 对 激素 刺激 的 应 答 可 在 再 吸收 的 骨 中 见 到 ， 而 软骨
培养 物 的 分 刻 ， 是 对 维生素 A 或 对 它们 的 溶 酶 体 中 蔗糖 积 款
的 应 答 。 因 此 ,分泌 作 用 决 不 限于 专职 的 吞 吻 细 胞 。

除 溶 酶 体 的 途径 外 ， 还 存 有 其 他 的 分 弯 小 抱 。 有 关 肝 中
血清 蛋白 的 分 这 作用 已 概括 地 论述 过 。 用 于 开 肥 这 些 蛋 白质
原 - 形 的 蛋白 酶 ,似乎 是 由 溶 酶 体 ( 可 能 是 一 种 更 特殊 的 类 型 )
和 分 泌 小 泡 之 间 的 融合 反应 所 提供 的 ， 就 象 其 他 溶 酶 体 的 融
合 反应 所 提供 的 一 样 (图 4.7)。 但 是 血清 蛋白 质 ,或 激素 的 分
wh, 很 少 有 证 据说 明 是 原 - 形 的 , 并 伴 有 溶 酶 体 酶 的 释放 : 这
些 可 能 是 由 于 酶 被 保留 在 细胞 表面 上 或 酶 只 是 少量 释放 的 原
因 , 而 以 致 至 今 仍 未 能 检 出 。

值得 注意 的 是 ， 在 其 他 非 溶 酶 体 的 分 论 小 泡 中 也 含有 某
些 降 解 酶 。 例 如 ,由 巨 吧 细 胞 连续 分 刻 的 溶菌 酶 ,与 咨 酶 体 酶

e 46 。

eit il a i i et id

相反 , 它 只 是 在 细胞 受到 适当 的 刺激 时 才 释 放 。 巨 吻 细 胞 的 溶
菌 酶 很 可 能 是 一 种 结合 小 泡 , 很 明显 ,这 种 小 泡 一 定 是 与 溶 酶
体 有 区 别 的 ， 或 至 少 一 定 是 一 种 极其 专 一 的 咨 酶 体 。 与 此 相
反 , 哮 中 性 深 酶 体 具 有 溶菌 酶 。 巨 噬 细 胞 还 有 其 他 类 型 的 分 这
OY: 有 几 种 中 性 蛋白 酶 [例如 ,一 种 血 纤 维 蛋 白 溶 酶 原 激 活 剂
和 一 种 “特异 性 ”的 胶原 酶 ( 它 只 产生 有 限 的 裂解 : 见 表 4.37)]
是 在 适当 的 刺激 时 才 释 放 的 。 其 中 有 些 刺激 并 不 能 诱导 盗 酶
体 的 释放 (例如 乳胶 颗粒 ) ,而 另 一 些 则 能 。 因 此 ,这 些 酶 也 似
乎 是 非 溶 酶 体 酶 。 另 一 些 细胞 ,例如 成 纤维 细胞 ,对 刺激 的 应
答 也 能 分 刻 中 性 蛋白 酶 ;当然 ,还 有 许多 能 合成 和 分 刻 其 他 蛋
白质 的 细胞 。 巨 噬 细 胞 能 有 多 种 的 分 刻 物 , 示 于 表 4.30

诱导 触发 分 刻 的 机 理 《 与 那些 来 自 巨 喉 细 胞 的 溶菌 酶 和

4.3 巨 噬 细 胞 的 几 种 分 泌 物
分 DB 物 生成 或 释放 的 刺激 因素

溶 酶 体 的 水 解 栈 ease a

A 组 链球 菌 细胞 壁

免疫 复合 物

石 绵 ~(Asbestos)
活化 的 补体

人 淋巴 细胞 活化 产物

fA LER 〈Carrageenan)

血 纤维 蛋白 溶 酶 原 激活 剂 AA HISD
体外 的 吞噬 作用
胶原 酶 | 内 毒素
溶菌 酶 不 需要
热 原 内 毒素
吞噬 作用
前 列 腺 素 淋巴 细胞 活化 的 产物
补体 组 分 需要 不 清楚

cz- 巨 球 蛋白 (抑制 剂 中 一 种 普通 的 蛋白 酶 ) 需要 不 清楚

° 47 «

触发 配 位 体
RAL YE A 吞噬 作用 受阻 wa EAR 胞 内 贮存 表面 触发
(1) (2) (3) (4) (5)

图 4.8 溶 酶 体 的 外 吞 作用 ,以 及 在 知 喉 过 程 中 其 他 一 些 酶 和 表面 的 刺
激 作 用 。 作 用 机 理 (1, 3，4) 中 是 应 用 正常 颗粒 的 刺激 。 在 〈L) 中 , 形
成 吞噬 小 体 的 溶 酶 体 ， 在 脱粒 作用 进行 到 某 种 程度 之 前 就 封闭 了 。 在
《2) 和 (3) 中 ， 开 始 了 吞噬 作用 , 但 不 完全 : 在 (2) 中 ,由 于 吞噬 细胞
的 物质 已 不 能 溶解 在 大 的 固体 支架 上 ， 以 致 太 大 而 不 能 进入 细胞 ,在
G37) 中 ,吞噬 细胞 已 受 抑制 ,例如 被 细胞 分 裂 抑 素 了 所 抑制 。 在 (4) 中 ，
胞 内 贮存 的 不 能 消化 的 物质 ， 可 对 中 性 蛋白 质 酶 从 非 溶 酶 体 的 颗粒 中
释放 作用 发 生 某 些 刺激 。 在 〈5) 中 ， 配 位 体 与 膜 受 体 结合 而 引起 释 放
( 配 位 体 的 内 吞 作用 可 能 或 不 可 能 发 生 在 同一 时 间 里 )。 1°L— 级
Aik; “一 一 酶 ; NPG 一 一 含有 中 性 蛋白 质 酶 的 颗粒 。

来 自 肝 脏 的 白 蛋 白 的 连续 分 刻 相 反 ) 是 复杂 的 ,但 钙 的 流量 是
关键 性 的 。 某 些 基本 的 相互 作用 显示 在 图 4.8。 触发 应 答 所
包含 的 降解 步骤 将 在 后 面 (第 5 章 中 ) 讨 论 。

迄今 为 止 , 含 中 性 蛋白 酶 的 颗粒 似乎 与 盗 酶 体 很 相似 ,只
是 缺乏 酸性 水 解 酶 ;但 它们 似乎 在 正常 情况 下 ,只 有 当 需 要 它
们 分 刻 时 才 产 生 ， 所 以 不 象 溶 酶 体 。 这 两 种 类 型 的 酶 向 胞 外
联合 释放 ， 组 成 了 一 个 有 效 范围 很 广 的 细胞 外 酶 谱 。 各 种 类
型 的 酶 ,在 胞 外 降解 中 的 重要 性 ,以 及 它们 在 起 动 血液 的 熏 曰
质 水 解 级 联 反 应 中 的 可 能 作用 , 均 在 第 5 章 中 讨论

至 此 , 溶 酶 体 从 自体 吞噬 和 内 吞 作用 中 得 到 的 膜 , 又 在 分
Wt Fe PBS SAHRA MARAT, HRA AKI
酶 体 成 分 的 转换 特性 将 在 后 面 的 第 5 BEAR

es 4B e

vee ied E@a)1°L
ye
i BRR

1.9 白 蛋白 生物 合成 的 可 能 机 制 。 通 过 肝 中 原 白 蛋白
[pro-albumin(pa)] 在 粗糙 型 内 质 网 (RER) 上 形成 ,并 经 过
JADA (SER) 和 高 尔 基 器 (GA) 转移 到 高 尔 基 小 泡
(GV). 它们 与 含有 被 膜 包围 的 蛋白 酶 (em) 的 初级 溶 酶 体 融
合 , 能 使 原 白 蛋 白 分 子 开裂 而 释放 出 末端 肘 和 天 然 的 白 蛋白 。
这 个 肽 似乎 是 被 降解 的 , 并 通过 外 知 作 用 释放 白 蛋白 ,而 蛋白
酶 仍 包围 在 质 膜 内 ， 然 后 被 再 内 吞 。 除 在 图 4.5 中 所 用 的 缩
写 词 外 : 在 膜 内 : em 是 指 被 膜 包围 的 溶 酶 体 酶 。

4.3 溶 酶 体 的 降解 作用

在 这 里 我 们 将 讨论 咨 酶 体 在 各 种 降解 过 程 中 的 情况 : 有
关 这 些 过 程 的 速率 和 控制 将 概括 在 后 面 第 5 和 第 6 章 。

已 清楚 地 知道 ,内 大 物质 〈 细 菌 和 颗粒 等 ) 连接 溶 酶 体系
统 并 在 其 内 经 受 销 化 。 但 是 ， 有 些 细胞 内 的 寄生 物 《〈 例 如
toxoplasma gondii)， 它 们 通过 尚未 完全 了 解 的 机 制 避免 了 融
合 , 但 他 们 所 需要 的 有 机 体 是 活 的 。 当 然 , 有 些 物 质 是 不 能 被
消化 的 。 另 外 ,在 有 些 环境 中 , 细 汞 ( 正 第 情况 时 ,它们 大 部 分
能 被 消化 的 ) 是 被 保留 在 细胞 中 :这 可 能 反映 了 宿主 细胞 中 细
上 胞 的 缺陷 《如 在 局 限 性 肠炎 中 的 吞 吻 细 胞 是 可 能 有 这 种 情况

e 49 。

的 , 它 累 及 了 肠 道 中 大 量 组 织 的 损伤 )， 并 由 此 司 能 导致 了 深
酶 体 酶 的 分 这 和 相继 的 组 织 损伤 。 但 是 ,一 般 而 言 , 内 吞 物 质
是 被 完全 降解 的 ， 而 它们 的 化 学 成 分 随后 就 作 了 细胞 的 营养
物 。 在 有 些 情 次 中 ,物质 在 被 内 吞 之 前 ,需要 在 细胞 外 作 预 处
理 。 例 如 ， 由 多 聚 分 子 组 成 的 结缔 组 织 连接 成 比 细胞 大 得 多
的 纤维 状 聚 集 物 。 为 此 ， 细 胞 外 和 蛋白酶 ， 例 如 特异 性 的 胶原
BS, 首先 要 有 裂解 完整 的 纤维 , 以 释放 较 小 的 大 分 子 ,， 使 它 能 从
聚合 物 中 解 离 后 被 内 知 。

刺激 ( 才 面 受 体 的 交 联 等 )

4.10 外 吞 作 用 诱发 机 制 的 简 图 。

钙 的 流入 或 从 细胞 内 贮存 库 中 的 释放 ， 是 由 于 刺激 物 与
质 膜 的 相互 作用 而 引起 的 。 细 胞 内 征 浓 度 的 增加 所 引起 的 外
知 作 用 ,有 利于 环 GMP (ASR) it SHER (GC) 的
形成 ,而 环 AMP CARRE) 被 磷酸 二 酯 酶 (PDE) 去 除 。 当 环
腺 昔 酸 由 于 自身 的 分 解 , 它 的 抑制 作用 在 最 低 时 , ASR]
激 了 外 吞 作用 。 钙 和 环 核 苷 酸 水 平 回复 到 正常 的 机 制 并 未 表
Wo M5: 四 和 折 表 示 被 代谢 物 的 刺激 和 抑制 。1 工 一 一 初
级 溶 酶 体 ; “一 一 溶 了 酶 体 酶 。

50 。

有 关 溶 酶 体 是 负责 内 知 物 质 的 消化 作用 的 证 据 是 非常 有
力 的 。 组 织 化 学 的 证 据 有 : 底 物 和 溶 酶 体 酶 是 在 同一 的 小 宛
内 ; 生物 化 学 证 据 有 : 在 降解 之 前 , 底 物 与 溶 酶 体 首 先 沉降 。
这 些 已 为 Barrett 和 Dingle 的 很 出 色 的 工作 所 证 明 。 当 组 织
蛋白 酶 D( 一 种 重要 的 溶 酶 体 蛋白 酶 ) 的 特异 性 抑制 抗体 在 同
一 时 间 内 与 血红 和 蛋白 同 作 为 底 物 被 内 吞 时 ,其 后 ,血红 蛋白 在
细胞 内 的 降解 将 被 延迟 。 李 的 同事 们 的 另 一 实验 证 明 , 血红
球 蛋白 和 组 织 蛋 白 酶 D 是 定位 在 同一 颗粒 中 的 。

曾 试图 在 结缔 组 织 的 分 解 代 谢 中 ,证 明细 胞 外 溶 酶 体 酶
的 功能 ,但 结果 仍 是 比较 含糊 的 。 一 系列 的 研究 证 明 , 当 软骨
降解 时 ,组 织 蛋 白 酶 D 从 细胞 中 厅 放 ,而 死 软骨 的 目 盗 能 被 组
织 蛋 白 酶 D 的 特异 性 抑制 剂 所 抑制 ， 该 抑制 剂 是 从 放 线 菌 属
培养 物 中 获得 的 , 称 pepstatin 〈 图 4.11)。 但 是 ;有关 组 织 蛋 白
酶 D 在 活 软骨 分 解 中 的 重要 性 ， 并 没 得 到 直接 的 证 据 。 因 为
该 酶 的 最 适 pH 为 酸性 ， 而 细胞 外 的 生理 pH 是 接近 中 性 ,所
以 组 织 蛋 白 酶 D 的 作用 是 不 明显 的 ， 除 非 使 局 部 微 环 境 的
pH 不 同 于 整体 的 pH。 已 知 带 电 的 固体 能 引致 局 部 的 环境 不
同 于 整体 的 介质 ,由 于 静电 的 或 其 他 的 相互 作用 ,这 是 有 可 能
的 。 虽 然 已 提出 了 炎症 的 组 织 损伤 的 扩大 和 盗 酶 体 酶 的 释放
之 间 的 相关 作用 ,然而 ,酸性 水 解 酶 的 功能 , 仍 有 竺 阐明。

或 许 ， 参 与 细胞 外 消化 作用 的 最 好 候选 者 是 嗜 中 性 溶 酶
体 丝 氨 酸 蛋白 酶 ， 组 织 蛋 白 酶 G ， 弹 性 蛋白 酶 以 及 来 自 巨 鸣
细胞 或 成 纤维 细胞 的 另外 一 些 中 性 和 蛋白酶。 由 于 它们 的 最 适
pH 是 接近 中 性 ,这 就 避免 了 假设 微 环 境内 的 作用 。

如 前 所 述 ， 在 细胞 外 体 攻 的 几 个 生理 性 级 联 反 应 的 激活
中 ,也 包括 了 有 限 蛋 白水 解 。 已 知 在 大 多 数 这 种 情况 中 , 盗 酶
体 酶 能 在 控制 的 实验 条 件 下 起 动 的 。 但 是 , 它 所 需要 的 条 件 ，
契 佣 与 这 些 反 应 有 生理 学 上 的 相关 性 是 不 清楚 的 。 一 种 可 能

° 51.

ops BYE HY A LA «EY AT CY SRS RO SSE SE HWHY 中
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HO "HO fHO HO "HO HO HO HD
HO | HO
at i>.

‘HO ‘HO ‘Ho ‘HO

52 。

MG MAS ow, RH
(血浆 ) ces (病理 体液 ) Pepstatin 敏感 的

4.12 白细胞 激 肽 形成 系统 。

的 例外 是 激 肽 的 生成 。Greenbaum 已 利用 pepstatin 提出 了 证
据 , 通 过 组 织 蛋 白 酶 D 的 话 化 作用 ,说 明了 在 体内 有 重要 的 作
用 (图 4.10)。 唯 一 明显 的 另 一 种 解释 是 抑制 剂 作用 是 非 直接
的 ,或 是 包括 了 某 些 不 同 于 组 织 蛋 白 酶 D 的 ,而 具有 最 适中 性
pH 的 羧基 蛋白 酶 。

再 说 ， 另 一 方面 , 溶 酶 体 中 的 中 性 蛋白 酶 和 其 他 颗粒 ,可
能 为 这 些 系统 的 激活 作用 提供 了 另 一 种 候选 者 。 特 别 有 意 思
的 是 补体 级 联 反 应 的 某 几 个 活化 组 分 是 由 溶 酶 体 酶 诱 致 ， 而
从 巨 鸣 细 胞 和 嗜 中 性 粒 细胞 中 释放 的 : 因此 ， 能 被 设想 为 是
一 种 连续 性 的 再 刺激 。 就 巨 噬 细 胞 在 慢性 炎症 损伤 中 的 情况
来 看 ;补体 组 分 C3 大 概 是 可 合成 的 ;而 巨 鸣 细胞 酶 能 裂解 C3
得 到 C3b 也 是 可 能 的 。 已 知 后 者 是 一 种 溶 酶 体 酶 释放 的 诱导
物 , 这 样 ; 就 可 假定 有 一 种 连续 性 的 自身 刺激 作用 (图 4.13)。

c3#ik

Fae eK

中 性
Baws) >| C3 7B

C3b

溶 栈 体 酶 ”中 性 蛋白
ee MBI

图 4.13 在 炎 性 损伤 时 ， 巨 叹 细 胞 可 能 连续 地 分 这 C3;
SA C3b 存在 时 ,能 诱 致 酶 的 分 泌 ， 而 其 中 的 一 种 酶 可 使 C3
Rie, 产生 较 多 的 C3b， 这 样 ,又 持续 使 酶 释放 。 有 意思 的 是
C3 似乎 是 作为 一 种 原型 ( 象 胰岛 素 原 ) 合成 的 ,因此 ， 它 可 经
受 细胞 内 外 的 裂解 。

浴 酶 体 在 细胞 外 的 另 一 功能 可 能 是 非 免 疫 性 的 杀 灭 肿瘤
细胞 ; 这 有 可 能 涉及 到 溶 酶 体 酶 直接 分 这 人 和信 彼 细胞 。 通 过 膜

人

的 稳定 剂 , 合 有 盼 蓝 〈 它 抑制 某 几 种 溶 酶 体 酶 ) 对 巨 噬 细 胞 的 预
处 理 ， 以 及 通过 吞噬 细胞 颗粒 的 同时 存在 ， 上 述 作 用 受到 抑
制 所 有 这 些 结果 都 表明 了 有 咨 酶 体 的 参与 当 肿 瘤 细 胞 被 杀
灭 时 , 溢 酶 体 酶 并 不 释放 人 间 质 , 为 此 , 人 们 假定 它 是 直接 释
放 进 入 区 细 胞 的 细胞 质 内 的 。 相 似 的 机 理 可 能 包含 在 其 它 形
式 的 杀 灭 作用 中 (例如 淋巴 细胞 )。

SICA AREA HEAD ASAD THAR)
WHR RE ERAN ERY, IE We WESC ARS ABS CE HT) ee
的 作用 是 一 样 的 困难 。 另 一 方面 ， 溶 酶 体 底 物 积累 病 已 有 力
地 指明 了 在 正 篆 情 多 下 溢 酶 体 降解 底 物 的 范围 。 某 几 种 积 标
病 的 特征 已 概括 在 表 4.2。 某 些 积累 病 的 物质 可 能 来 源 于 胞
外 (来 自 正 常 的 补体 或 来 自 死 亡 的 细胞 等 ), 但 是 ,在 某 种 程度
上 ,大 部 分 可 能 是 来 源 于 胞 内 的 。

BR, BS DARA ER RIA PR DES AR
蛋白 质 在 溶 酶 体 中 积累 的 。 但 是 ， 现 有 的 确实 证 据 是 溶 酶 体
在 胞 内 蛋白质 降 解 中 是 起 作用 的 。 和 蛋白 酶 缺乏 的 积累 病 ， 可
能 会 导致 高 度 的 致死 性 以 及 导致 胎儿 流产 《而 其 他 的 积累 病
仅 导 致 儿童 期 的 死亡 )

有 关 溶 酶 体 中 胞 内 和 蛋 白 质 转换 的 最 初 证 据 是 灌 往 肝 中 肝
溶 酶 体 的 状态 (有关 大 小 ,脆性 和 数量 ) 以 及 与 正在 进行 的 蛋
白水 解 速率 有 关 的 一 系列 资料 。 这 个 速率 对 胰岛 素 和 氨基 酸
〈 抑 制剂 ) 以 及 胰 高 血糖 素 ( 刺 激 剂 ) 是 敏感 的 。 灌 注 作 用 的 自
身 就 是 对 蛋白 水 解 的 一 种 刺激 。 降 解 作用 的 增加 ， 伴 随 着 溶
酶 体 的 扩大 、 溶 酶 体系 统 体积 的 增加 以 及 溶 酶 体 不 稳定 性 的
增加 。 在 灌注 心脏 的 平行 观察 中 ,也 见 到 了 类 似 的 结果 。

如 前 所 述 ,从 溶 酶 体 中 积累 的 弱 碱 基 效 应 也 得 到 证 明 : 和 蛋
白质 分 解 的 抑制 ,部 分 是 由 于 溶 酶 体 pH 增加 的 原因 《由 于
结合 质子 ), 就 氯 桂 而 言 , 大 概 也 是 由 于 对 组 织 蛋 自 酶 了 的 抑

© 546

制 。 当 然 ,这 些 因 子 将 存在 于 细胞 的 所 有 部 分 中 ,而 且 可 能 有
多 种 作用 ,所 以 它们 在 蛋白 水 解 中 的 作用 并 不 容易 解释 。

溶 酶 体 在 蛋白 水 解 中 的 作用 的 简 接 证 据 是 后 来 利用 溶 酶
体 蛋 白 酶 的 唯一 的 诊断 抑制 剂 一 pepstatin 的 几 种 实验 所 证
实 的 。 这 是 一 种 诊断 性 的 ， 因 为 它 是 羧基 蛋白 酶 的 一 种 特异
性 抑制 剂 ,而 在 许多 细胞 类 型 中 ,唯一 的 羧基 蛋白 酶 大 概 是 深
酶 体 组 织 蛋 白 酶 D 。 正 如 已 指出 的 那样 ， 最 初 的 一 组 实验 是
利用 灌注 肝 系 统 ， 广 泛 地 获知 了 它们 的 特性 。 pepstatin 似乎
并 不 能 直接 穿 透 细 胞 膜 , AAG RUS pepstatin 抑制 蛋
白水 解 作 用 不 超过 二 小 时 。 后 来 用 培养 的 分 离 细 胞 实验 证 明
pepstatin 能 进行 性 地 抑制 ， 约 在 24 小 时 以 上 ,这 可 能 反映 了
在 缓慢 的 内 知 作 用 后 允许 它 进入 溶 酶 体 。 但 是 ，pepstatin 缺
少 姿 透 能 力 ， 所 以 它 是 利用 脂 质 体 对 它 的 包围 而 通过 细胞 腊
的 《图 4.14), 脂 质 体 是 由 脂 类 单独 组 成 的 人 工 模型 膜 。 由 于
pepstatin. 也 不 能 快速 的 渗透 入 脂 质 体 ,因而 就 能 保留 在 它们 之
内 。 已 知 脂 质 体能 快速 地 被 肝 细 胞 吞噬 《与 此 相反 ， 细 胞 对
游离 的 pepstatin 的 胞 饮 作用 缓慢 )。 GRE, BART BERN
pepstatin 在 灌注 作用 中 能 较 快 地 进入 肝 深 酶 体 ,并 很 快 地 抑制

在 加 入 的 水 相 内 含有
二 种 被 捕获 的 物质 脂 类 在 脂 质 体形 式 中 的

《多 环 层 的 7 混浊 悬浮 湾
干燥 脂 类 从 有 机 溶液 ,” 脂 类 的 分 子 层
中 附 到 琉 管 的 表面 七 oe
一 个 多 环 层 的 脂 质 体

Al4.14 脂 质 体 的 形成 , 含有 一 种 非 渗透 性 溶质 (X75 加
入水 相 ， 脂 质 体 自动 形成 ,并 包 庄 某 些 含 有 义 的 水 相 , 在 其 余 水
相 中 存留 的 脂 质 体 外 面 的 X 分 子 ， 可 通过 对 脂 质 体 悬浮 液 的 透
析 , 或 用 凝 胶 过 滤 法 去 除 。

9 55 。

蛋白 质 水 解 作用 按
TCA- 可 溶性 的 放射 性
《d.p.m,/ 毫 升 间 质 )

0
60 708080 100 10 120 130 140 150
渡 注 开始 后 的 时 间 ( 分 )

图 4.15 在 两 种 肝 灌 注 实验 中 蛋白 水 解 作用 的 情况 5: 上
面 的 (OJ) 是 指 在 1025 分 钟 时 个 加 入 不 含 Pepstatin 的 脂 质 体 ;
下 面 的 (@ ) 是 指 加 入 含有 pepstatin 的 脂 质 体 。 而 后 者 的 做
法 抑制 了 蛋白 水 解 作 用 , 这些 实 验 结果 摘录 在 表 4.4。

JT SAK RA ARS EEA 4.15, 4.4)。 REM EA
(A Ze A Wel PS Se Ma Be HE PEAS TE BY ELIE TER

用 相同 的 抑制 剂 相继 的 表明 盗 酶 体 是 参与 了 有 短 的 ,或
长 的 半 寿 期 的 蛋 日 质 的 蛋白 水 解 作 用 ， 而 且 很 可 能 还 是 对 含
有 类 似 氮 基 酸 的 蛋白 质 。 或 是 在 起 始 反 应 中 为 溶 酶 体 分 解 制
备 蛋 日 质 ,或 完全 在 另 一 途径 中 , 均 包 含 了 非 咨 酶 体 的 作用 机
理 。 将 在 第 6 章 中 对 这 些 作 进 一 步 讨 论 。

#4.4 含有 pepstatin 的 脂 质 体 对 灌注 肝 中 蛋白 水 解 作 用 的 抑制

(a) 没有 1.0
(b) 在 PH7.0, 2 毫升 ，5 毫克 分 子 0.5

Br he RR 4 ge ch 含有 (50 微
克 / 毫 升 ) 的 pepstatin

(c) 2 毫升 对 照 脂 质 体 5.0
(d) 2 毫升 脂 质 体 中 含 有 pepstatin 43.0
(50 微克/ 毫升)

除 在 积累 病 中 提出 的 证 据 外 ， 溶 酶 体 对 其 他 物质 的 转换
作用 的 证 据 是 有 限 的 。 从 已 知 溶 酶 体 膜 中 的 磷脂 是 以 显著 的

° 56 。

速率 被 置换 着 ， 这 就 反映 了 溶 酶 体 在 磷脂 的 降解 中 起 重要 的
作用 。 当 然 ,， 它 也 反映 了 质 膜 和 溶 酶 体 之 间 相 互 传送 以 及 通
过 可 溶性 蛋白 质 载体 对 磷脂 的 交换 。

也 有 某 些 间接 证 据 ， 即 由 培养 的 成 纤维 细胞 合成 的 葡 糖
胺 聚 糖 ， 被 溶 酶 体 消 化 到 某 种 程度 ， 当 增高 细胞 培养 间 质 的
pH 时 , 它们 的 降解 作用 可 被 毛 硅 抑制。 这 两 种 因素 , 能 通过
增加 盗 酶 体内 的 pH 而 起 作用 ,因而 降低 了 蛋白 水 解放 用 ， 而
氧 村 对 参与 的 酶 可 能 还 有 些 直 接 的 抑制 作用 。 水 解 酶 可 能 有
助 于 溶 酶 体 对 葡 糖 胺 聚 糖 和 硫酸 软骨 素 的 降解 作用 ， 说 明 在
图 4.16。

除 死亡 细胞 提供 的 证 据 外 ， 核 酸 在 次 级 溶 酶 体 中 的 降解
作用 并 没有 真正 的 证 据 (看 第 5 章 )。 但 是 ， 早 已 注意 到 ， 大

硫酸 软骨 素 的 聚合 体
1 | 透明 质 酸 本
Wie UR
例如
GA—GalNAc—GA—GalNAc—GA—GalNA
. as i
2. | 8- 葡 糖苷 酸 本
MEM + GalNAc—GA—GalNAc—GA—GaiNA
SO, SO, 50,
3 | | 硫酸 酯 本
无 机 硫 十 GzlNAc 一 GA 一 GeINAc 一 GA 一 GCzINAc
$0, 50,
4. | e-N-Z. eek eee

N-Z, Be ¥ FRR + GA-GalNAc—GA—Gal NAc
| |
SO, SO,

图 4.16 溶 酶 体 酶 对 硫酸 软骨 素 的 降解 作用 。

量 的 核酸 酶 活力 是 存在 于 湾 酶 体 中 。 在 某 些 有 趣 的 观察 中 提
出 , 溶 酶 体能 围绕 着 核 积累 。 因 而 造成 一 个 环境 , 使 它们 实际
上 可 次 透 过 核 膜 。 在 某 些 激素 敏感 的 细胞 对 它们 的 触发 激素
应 答 时 兽 观 察 到 ; 溶 酶 体 可 能 携带 激素 到 核 中 ;或许 还 通过 它
们 的 水 解 作 用 启动 了 新 的 转录 。 但 这 将 是 对 掩盖 DNA WZ
白质 有 限 水 解 的 一 个 假定 的 例子 ,很 可 能 不 包括 对 DNA 的
降解 作用 。

对 于 细胞 内 某 些 类 型 大 分 子 的 溶 酶 体 降解 作用 的 少量 证
据 , 可 能 是 不 足 取 的 ,因为 有 关 它 们 转换 的 机 制 , 至 今 公 有 很
少 的 实验 工作 。 的 确 ,在 后 面 ,我 们 将 看 到 某 几 种 细胞 物质 的
转换 , 借助 于 溶 酶 体 的 路 线 ,很 易 得 到 解释 (第 5 和 第 6 章 )。
至 此 ,我 们 可 以 恰当 地 认为 ;对 深 酶 体 巨大 的 降解 能 力 已 作 了
广泛 探索 , 溶 酶 体 是 负责 降解 大 多 数 细胞 内 底 物 的 重要 部 分 。

参考 文 献

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0 59 。

第 五 章 ” 活 细胞 中 降解 作用 的 特性

本 章 首先 将 讨论 大 分 子 自 身 的 转换 ， 然 后 再 谈 及 细胞 器
的 转换 。 作为 引言 ， 表 5.1 摘录 了 有 关 这 两 方面 的 某 些 可 用
的 数据 ， 而 集中 在 大 鼠 肝 方面 的 大 部 分 资料 是 可 获得 的 。 该
表 的 最 显著 特点 是 转换 速率 的 相 异 性 : 即 有 些 细胞 器 似乎 是
按 单位 〈《 即 它们 的 所 有 成 分 都 具有 相同 的 半 寿 期 ) 转换 ,而 有
些 细 胞 过 具有 半 寿 期 差别 很 大 的 成 分 。

be Eee ee 7

5.1 和 蛋白质 的 降解

实际 上 ,就 转换 而 言 ,至 今 仅 是 对 蛋白质 的 转换 作 了 较 多
的 研究 。 因 此 ,本 节 主 要 概述 蛋白 质 在 体内 转换 的 一 般 特 性 ，
在 下 一 节 中 将 比较 研究 其 他 大 分 子 。 蛋 白质 转换 的 许多 通 性
可 能 与 其 他 大 分 子 的 转换 平行 ; 但 对 这 些 情况 的 阐明 至 今 仍
有 限 。

(1) 蛋白 质 的 转换 是 广泛 的 : 例如 ， 大 鼠 肝 和 蛋白质 每 天
29 40% 被 降解 。

(2) 至 今 研 究 过 的 所 有 和 蛋 白质 都 是 可 被 降解 的 。

(3) 激素 水 平 \ 药 物 、 膳 食 、 可 能 还 有 年 龄 , 均 能 影响 蛋白
质 降 解 的 速率 。 因 此 ,降解 速率 可 被 控制 ,并 且 是 生长 的 重要
REAR: 例如 ,在 某 些 情 次 下 , 肝 的 生长 是 包括 了 降低 蛋 自
质 降 解 的 一 种 基本 作用 。

(4) 大 多 数 蛋 日 质 的 降解 作用 是 一 级 指数 的 反应 过 程 ，
它 的 意思 是 指 受 降解 的 分 子 是 随机 选择 的 《而 不 是 由 于 任何
老化 而 使 它们 有 的 更 多 于 被 完全 降解 )e

，60 。 了

5.1 生物 大 分 子 和 细胞 器 的 半 故 其
半 寿 期 近似 值 (天 )

大 鼠 肝 的 成 分 :
匀 浆 中 平均 蛋白 质
平均 核 蛋白 质
可 溶性 (细胞 液 ) 蛋 白质 (平均 )
脂肪 酸 合成 酯 (多 酶 复合 物 )
平均 过 氧 物 酶 体 蛋 白质
质 膜 蛋 白质
平均 内 质 网 (ER) SAR
光滑 型 微粒 体
粗糙 型 微粒 体
内 质 网 的 辅酶 工 糖 原水 解 酶
平均 线粒体 蛋白 质
内 膜 (细胞 色素 c, b; 血红 素 a)
外 膜 ( 细 胞 色素 by)
可 诱导 的 转氨酶
6- 氨 基 乙 酰 琴 酸 合 成 酶 (可 诱导 的 ;基质 7
过 和 氧 物 酶 体 ( 平 均 蛋白 质 )
WBA CHABAD
溶 酶 体 的 8-7) 334 RS
平均 核 蛋白 体 蛋 白质
核 蛋 白 体 RNA
小 鼠 肝
DNA
小 鼠 十 二 脂 肠
DNA
大 鼠 中 枢 神 经 系统 髓 磷脂 :
某 些 蛋 白质
平均 磷脂
小 鼠 中 枢 神 经 系统 授 磷 脂 :
不 同类 别 的 蛋白 质
PAGS BRE:
酶 原 粒 膜 的 蛋白 质 ( 平 均 )
粗糙 型 内 质 网 膜 的 蛋白 质 (平均 )
大 鼠 肋 软骨 多 糖
免 软 骨 胶 原

(5) 有 些 蛋 白质 的 降解 是 需要 能 量 的 。 源 于 这 种 需要 ，
在 蛋白 水 解 作 用 的 早期 阶段 中 ， 最 可 能 的 候选 者 似乎 是 一 种
(FRM: 这 些 可 在 细菌 中 观察 到 ， 因 此 ， 似 乎 不 象 是 由 于
运输 底 物 的 需要 (例如 ,进入 溶 酶 体 )。 另 外 , 当 底 物 已 进入 分
离 的 溶 酶 体内 时 ， 似 乎 ， 溶 酶 体内 的 蛋白 水 解 作 用 也 需要 能
量 。 而 这 样 的 需要 ,近来 也 已 在 可 咨 性 无 细胞 系统 中 观察 到 。
因此 ,有 可 能 包含 着 一 种 需要 ATP 的 可 溶性 反应 。

(6) 个 别 蛋白 质 的 转换 速率 差别 很 大 。 这 些 表 了 明 在 表
52 ch,

R5.2 某 些 大 鼠 肝 酶 的 半 达 期

i * AH
S, ABR CTEM) 10 4}
6-2 25-1-MA RRA BS CAR ALK) 60 分
丙 氨 酸 转氨酶 (可 盗 的 ) 0.7 一 1.0 天
触 酶 (过 和 氧 物 酶 体 ) 1.4 天
酷 氨 酸 转氨酶 (可 溶 的 ) 1.5 小 时
BR CD) ARS CAT AAS) 2 小 时
葡 糖 激酶 (可 溶 的 ) 1.25 天
精 氨 酸 酶 (可 溶 的 ) 人
合 氮 酸 内 氮 酸 转氨酶 2 一 3 大
乳酸 脱 气 酶 同 功 酶 5 16 天
细胞 色素 < 还 原 酶 (内 质 网 ) 60 一 80 小 时
细胞 色素 bs (内 质 网 ) 100 一 200 小 时
辅酶 I 糖水 解 酶 (内 质 网 ) 16 天
甲 羟 成 二 酸 单 酰 CoA ARCA RR) 2 一 3 小 时
乙酰 辅酶 A 羧 化 酶 (可 溶 的 )

《7) 短 半 寿 期 的 蛋白 质 与 长 半 寿 期 的 蛋白 质 相 比 ， 通 常
是 : 加 热 失 活 的 速率 较 大 ; 被 溶 酶 体 和 其 他 和 蛋白酶 更 快 的 降
解 ; 更 具 芷 水 性 , 溶 酶 体 和 其 他 芷 水 性 膜 和 表面 ,对 它 有 较 大
程度 的 吸附 ; 由 较 多 的 亚 单位 组 成 ; He Be & ABA A eg BURR

es 62 。

ne

| 等 电 点 )。
(3) 异常 蛋白 质 , 例 如 那些 含有 和 氨基酸 类 似 物 ,它们 可 能

是 由 于 错误 顺序 合成 的 , 故 比 正常 蛋白 质 降解 得 更 快 。

(9) 在 底 物 和 辅 因子 的 浓度 增加 时 ， 有 几 种 酶 的 降解 速
率 则 是 降低 的 。

虽然 ,已 经 研究 过 的 大 部 分 这 些 特 性 ,主要 是 关于 细胞 内
的 蛋白 质 , 但 是 ,它们 对 于 细胞 外 的 蛋白 质 , 一 般 来 说 也 是 适
用 的 。 对 于 这 两 类 和 蛋白质 也 存在 着 特殊 的 例外 情况 (例如 , 脱
唾液 酸 糖 蛋 白 通 过 肝 实 质 细 胞 上 的 受 体 分 子 ， 被 选择 性 地 内
4); CULS 6.1 节 ), 但 是 ,总 性 质 上 的 相似 性 提示 , 所 有 蛋白
质 分 子 的 性 质 是 其 转换 速率 的 主要 决定 者 ， 所 以 使 细胞 内 和
细胞 外 两 类 蛋白质 的 转换 也 具有 相似 的 机 理 。

本

5.2 ”蛋白质 的 有 限 有 裂解

二， 这 个 现象 的 重要 性 已 在 某 些 细胞 分 泌 蛋白 质 中 、 病 毒 蛋
白质 的 成 熟 和 其 他 过 程 中 早 有 描述 。 在 本 节 中 ， 我 们 将 简要
地 讨论 两 种 主要 蛋白 水 解 的 级 联系 统 。 在 这 些 系 统 中 ,连续
的 蛋白 质 永 解 的 裂解 使 依次 活化 下 一 环节 的 链 的 连续 环节 被
激活 。 由 一 系列 蛋白 质 (Cl 到 C9) 组 成 的 补体 构成 < 经 典 途
径 , 为 了 进行 某 些 关键 的 反应 ,分 出 另 一 旁 路 形成 “变换 ”路
线 ;然后 再 二 起 多 人 主要 的 路 线 。 对 补体 的 活化 作用 ,并 不 都
是 蛋白 水 解 作 用 ， 大 分 子 复合 物 的 形成 也 是 重要 的 。 这 些 过
程 往往 发 生 在 膜 的 表面 。

血 中 和 蛋白质 的 补体 系统 是 多 细胞 生物 体 防御 系统 的 重要
因素 : 活化 的 补体 可 能 是 溶解 的 ;或 可 能 有 利于 吞噬 作用 的 ，
或 对 知 吧 细胞 具有 向 化 性 的 。 或 通过 这 些 细胞 刺激 分 沁 。 图
5.1 概括 的 是 经 典 的 补体 系统 的 旁 路 ,其 中 包括 了 某 些 蛋白 质
水 解 的 活动 。 通 过 Cl 的 活化 (经典 途径 ) 并 不 需要 起 冶 的 蛋

° 63。

第 一 步 : 识别 单位 的 活化
r
1. SIA 十 claC 一 SiA—Cha 4

第 二 步 : 活化 单位 的 装配
S;ACI1—

Z, U4 C4a + C4b*

SIAC1-
3, C2 ———> C2ak + C2b

4. Sy + C4b* + C2a* 一 一 > SrIC4b,2a

S11C4b, 2a
5. C3 ————> C3a + C3b*

6. S),;C4b, 2a + C3b* 一 > SIIC4b, 2a, 3b

第 三 步 : 膜 攻击 机 构 的 装配

SrrC4b， 2a, 3b
Tg Ca ee ee

8. Sy + C5b* + C6 + C7 + C8 + C9 一 > SitC5b, 6, 7, 8, 9
图 5.1 经 典 的 补体 序列 。

S$r Sn, Sin: 是 缀 细胞 表面 上 图 形 清 楚 的 位 置 。A: 对 细胞 表面 成 分 的 抗
体 ; 横 线 表 示 活 化 酶 ; 星 号 表示 酶 促 活 化 的 \ 易 于 结合 的 位 置 。

白水 解 作 用 ;但 是 其 余 的 途径 ,以 及 另 一 变换 的 途径 则 可 能 需
要 多 种 蛋白 水 解 酶 在 这 反应 的 序列 中 不 同 点 开始 。 C3 和 C5
有 广 范围 的 肥 解 产物 ,其 作用 最 清楚 。 较 小 的 裂解 产物 , C3a 和
C5a ZAM NW REA CHES AEA AAA AAs 而 组

经 典 和 途径
Ser C4,2(C 3 转换 酶 ) ‘Ser ZA Ang
Bs mee ct = 5

C3 C3 C3b
C3 LRA. ; :
经 典 途 径
+ _— C 4,2,3(C5 $2465)

C5 — 变换 途径 fo © Salers RCSB
C3 活化 剂 系统 十 ?

图 5.2 血清 中 C3 和 C5 活化 作用 的 两 种 途径 。 箭 头 指 的
是 对 C3 和 CS 酶 促 作 用 的 位 置 , 并 由 此 导致 过 敏 毒 素 的 释
放 。C3 和 CS 由 双 硫 键 连接 不 同 的 多 肽 链 组 成 。

es 64 。

织 胺 是 一 种 重要 的 发 炎 介 体 , 具 有 人 血管 收缩 和 其 他 作用 。(Cb
是 使 某 几 种 细胞 分 泌 溶 酶 体 酶 的 诱导 物 ， 如 在 别处 讨论 的 。)
末端 复合 物 C5b, 6, 7, 8, 9 是 具有 水 解 作 用 的 复合 物 ， 而 水 多
作用 是 补体 的 主要 功能 之 一 。

!

1

1
因 了 于 XI AF xu,
1

1

因子 XI 因子 XI。 前 激 肽 释放 酶 RRR

Ca

因子 IXK 因子 IX, ES 本
人

Ca…PL | 因子 VII 因子 VIII
[ 因子 IX- 因 子 vin'- ca’* PL]

BPX WPX 2os+==+- |

Ca*PLIAFV ATV

[ 因子 X-AF v’- ca** PL)

血 纤维 蛋白 原 血 纤维 蛋白
car {aa XI, Alf XIII
血 纤维 蛋白 ( 交 联 )
图 5.3 在 哺乳 动物 血浆 中 通过 内 源 性 系统 血 凝 的 可 能 机 制 。

?65 。

图 5.2 说 明 的 是 在 两 种 补体 级 联 反应 的 作用 下 ;*C3 和 5

经 蛋 白 水 解 的 改 性 作用 。 血 凝 作用 的 可 能 机 制 概括 在 图 5.3。
近乎 一 半 的 因 了 于 是 丝氨酸 肽 链 内 切 酶 3 如 前 所 述 ,在 修复 过 程
中 ,纤维 蛋白 的 去 除 , 也 是 由 蛋白 水 解 级 联 反 应 开始 的 。 和 蛋白
水 解 似 乎 有 高 度 的 选择 性 ; 但 有 关 补 体 蛋 白 酶 对 其 他 底 物 的
作用 能 力 ,至 今 仍 未 有 更 多 的 了 解 。 这 些 系统 被 看 作 是 AR
性 ”系统 , 因为 它 存在 于 血清 中 。 但 还 存在 一 个 “外 源 洗 ” 系
统 ， 它 包括 与 细胞 结合 的 酶 。 有 限 蛋白 水 解 作 用 的 一 个 很 有
BOAT EEA MMi w 巨 球 蛋 日 (wzM) 的 作用 。 EEA
Bik ee SBD RAC 触动 了 捕捉 机 7, 似乎 捕捉 (trap)
了 和 蛋 百 酶 。 因 此 , 它 阻 止 了 蛋白 酶 作用 于 较 大 的 底 物 ,例如 蛋
白质 ， 可 是 它 还 芝 保 持 了 水 解 小 底 物 的 活力 。 由 于 这 个 作用
的 结果 , 使 %M- 和 蛋白 酶 复合 物 在 巨 叭 细胞 、 肝 守 星 形 细胞 和
其 他 吞 唉 细胞 中 ， 有 利于 选择 性 的 内 吞 作用 。 因 此 这 个 复合
物 可 从 循环 中 清除 ， 使 血清 中 蛋白 酶 的 活力 能 得 到 有 效 的 控
制 。 在 内 吞 作用 后 ， 复 合 物 的 两 种 成 分 均 被 降解 ; 在 溶 酶 体
条 件 下 (pH 酸性 ), 幸 运 的 是 OM 已 变性 , 因此 也 变 为 更 易 分
解 。

5.3 ”其 他 大 分 子 在 体内 的 降解

BUA, 蛋白 质 的 转换 主要 发 生 在 活 细胞 中 , 但 是 ,在 细胞
死亡 之 后 , 随 着 细胞 的 崩 解 ,似乎 有 相当 大 比例 的 DNA 被 降
解 ( 见 第 5.5.10 节 )。 因 此 ,转换 较 快 的 组 织 往 往 有 较 快 速度 的
DNA 转换 。 这 些 说 明 列 于 表 5.3。

DNA 大 部 分 在 核 内 ,此 外 , 还 有 少量 的 DNA 在 细胞 质
内 ,而 这 些 可 能 就 在 细胞 内 转换 。 线 粒 体 和 叶绿体 的 DNA 也
有 相似 的 情况 ,它们 是 环形 DNA, 有 可 能 在 原 地 就 被 消化 ,但
主要 的 降解 作用 是 发 生 在 线粒体 被 自体 吞噬 除去 的 时 候 。 在

9 66

$5.3 小 鼠 组 织 中 的 DNA 半 寺 其

组 织 半 寿 期 (天 )
十 二 脂 蚂 1
Be 1.1
胸腺 1.3
Ag at 1.6
淋巴 结 3.1
肝 4.8

线粒体 内 证 明 有 DNA 酶 的 活力 。 虽然 有 关 DNA 分 子 的 选
择 性 降解 作用 ,未 有 详细 报道 ,但 在 降解 作用 上 似乎 存在 着 生
理性 的 控制 。

AK RNA 的 转换 , 略 有 所 知 。 例 如 ,虽然 大 部 分 mRNA
的 半 寿 期 是 长 的 〈 几 天 ) ,而且 在 网 织 红细胞 〈 它 成 长 为 红 细
胞 ,但 不 能 产生 RNA, 因为 它们 是 无 核 的 ) 中 ，, 珠 蛋白 mRNA
似乎 也 有 长 的 半 寿 期 ,肝癌 细 胞 中 酷 氨 酸 转氨酶 mRNA 似乎
只 有 约 2 小 时 的 半 寿 期 。 然 而 ,有 关 给 定 的 RNA 在 放射 性 存
留 的 定量 意义 上 ， 对 其 转换 率 的 直接 测定 是 很 少 的 〈 见 第 2
章 ) ;所 以 这 些 问 题 仍 是 含糊 的 。

近来 已 很 清楚 , 在 茶 些 真 核 细 胞 mRNA 的 两 个 末端 具有
不 转译 的 顺序 。 在 5 末端 的 - 帽 " 上 存 有 最 多 的 信息 , 并 似乎
与 蛋白 质 合 成 的 起 始 有 关 。 在 某 些 mRNA 的 3 末端 是 一 种
腺 苷 酸 的 残 基 , 它 是 在 转录 后 被 加 到 mRNA 上 的 。 当 分 子 在
细胞 质 中 老化 时 ,这 些 聚 A&CpolyA) FEET HES HR
(A) 存在 于 长 寿命 的 信使 RNA 上 (例如 对 珠 蛋 白 ) ,而 不 是 在
那些 坦 寿 命 的 mRNA【《 例 如 组 蛋白 的 mRNA) 上 。 所 以 推测
FECA) Ea Mik EE mRNA 起 着 稳定 作用 。 对 上 述 这 些 推 测 已
进行 了 直接 的 研究 , 即将 珠 蛋 白 mRNA FA SSE PNR AY OB
和 母 细胞 中 ,然后 与 已 用 酶 法 去 除 聚 CA) 的 mRNA 比较 两 者 的

e 67 。

稳定 性 。 发 现 天 然 的 分 子 是 稳定 的 ,而 无 京 《A) 的 分 子 是 不

稳定 的 ,这样 就 证 实 了 上 述 的 推 想 。 当 然 , mRNA 的 稳定 性 也
Be SHAE RAK SIAR, BRAK RNA
CRNA) (UY ZEA BEB ADEE ees A
此 , 核 蛋 白 体 可 能 是 作为 一 个 单位 降解 的 ( 见 表 5.1 和 第 5.5.8
Fido

有 关 和 蛋白 多 糖 的 转换 ， 也 已 有 了 某 些 一 般 性 的 描述 。 已
获知 结缔 组 织 蛋白 多 糖 的 半 寿 期 为 8 一 16 天 ; 而 且 也 证 明 其
蛋白 质 和 多 糖 部 分 有 相同 的 半 寿 期 ， 所 以 推测 它们 是 一 起 降
WEAN. BR RH SAMMI, MENSA, 它们 在 次
酶 体 中 被 全 部 分 解 。 在 溶解 度 ( 或 可 提取 性 ) 和 代谢 转换 之 间
也 存在 着 相关 性 ; 较 易 溶 的 分 于 , 转换 较 快 。 另 外 ， 除 被 肝 和
结缔 组 织 细 胞 内 吞 作 用 后 的 蛋白 多 糖 降解 作用 外 ,还 存在 有
细胞 内 的 有 关 分 子 库 ， 这 些 细胞 合成 了 蛋白 多 糖 《成 纤维 细
胞 ,结缔 组 织 细胞 ) ,又 对 新 合成 的 分 子 进行 降解 ( 半 寿 期 约 7

小 时 )o
(Atte My Hie)

1 1
PLEFSM 。 。 -线性 麦芽 多 糖
4 5
8-1 tit = eer oe

‘fil tg OTR

站

5.4 淀粉 降解 中 的 酶 。(1) c%- 淀 粉 酶 (麦芽 多 糖 是 被
看 作为 低 多 糖 范围 的 )。(2) 有 限 的 糊 精 酶 。 G) 磷酸 化 酶 。
(4) cx- 葡 糖苷 酶 。(5) B- 淀 粉 酶 。(6) 已 糖 激酶 。 (7) 葡 糖
磷酸 变 位 酶 。(8) HPA ie RAR

es 68 «

ciate a ee

在 许多 高 等 植物 中 ,淀粉 是 一 种 重要 的 贮存 物质 ;虽然 对
在 分 解 代 谢 中 能 相互 作用 的 许多 酶 已 知道 了 它们 的 特性 ， 但
对 它们 相互 作用 控制 的 了 解 ， 比 那些 动物 的 主要 贮存 物 的 多
糖 , 糖 元 来 说 , 是 要 少 得 多 \ 见 第 6.2 节 )。 图 5.4 说 明了 淀粉
降解 的 已 知 途径 。

对 磷脂 的 转换 现 已 开始 重视 。 某 些 早期 资料 指出 的 转换
相 蜡 性 示 于 表 5.4。 培 养 细 胞 中 磷脂 的 不 同 转换 速率 已 有 报
告 ; 在 这 些 系统 中 ,对 转换 的 控制 研究 已 获得 了 茶 些 重要 的 结

WOME 6.2 节 )。
表 5.4 线粒体 膜 和 神经 体 藉 中 脂 类 的 半 寿 期
半 eB
脂 类 0
fl ie 线 粒 体
脑 蔡 脂 类 13 个 月 2 外 月
Rime 10 个 月 1 个 月
SR we 2 个 月 2 周
NRE BR 7 个 月 4 周
NRL: BS 4 个 月 3 膨
NEEL BE 1.25 个 月

细胞 外 脂 类 的 分 解 代谢 也 是 重要 的 ， 尤 其 是 通过 肝脏 对
其 他 组 织 提供 脂 类 。 血 浆 的 运输 是 依靠 无 极 性 的 脂 类 挫 人 到
不 同 种 类 的 可 溢 性 脂 蛋 白 中 。 这 些 所 组 成 的 颗粒 谱系 ， 通 芝
是 根据 它们 在 超 离 心 分 离 过 程 中 的 性 质 而 分 类 。 图 5.5 概括
了 血管 内 的 脂 蛋白 代谢 。 分 解 代 谢 的 终端 产物 - 低 密 度 脂 蛋
A LDL) 似乎 是 一 种 细胞 内 的 事情 ,这 些 在 后 面 讨 论 ( 第 6.2

Fo

54 除 蛋 白质 外 的 大 分 子 的 有 限 降 解
关于 有 限 降 解 导致 内 吞 作 用 和 完全 分 解 的 几 种 例子 已 有

9 69 «

F
RA we 高 密度 脂 蛋 白

极 低 密 度 脂 蛋 白 呆 《新 生 的 )
(新 生 的 emr
BRESK O 高 密度 胸 蛋 白
AS fl aS
极 低 密 度 脂 蛋 白
TGFA LL 脱羧 基 多 肽
yo BOS
剩余 颗粒 Sf )
tora LOK BURR SE
| 剩余 物 et.
(LD jE 8)
TGFA ?HTL 脱羧 基 多 讨

低 密度 脂 蛋 白 2 高 密度 脂 蛋 白

图 535.5 血管 内 的 脂 蛋白 代谢 。

新 生 的 高 密度 CHD) 和 极 低 密度 (VLD) 的 脂 蛋白 , 在 经
肝脏 分 刻 后 ， 转 变 成 成 熟 形 式 。 极 低 密 度 脂 蛋白 在 通过 脂 虱
白 脂 酶 (LL) 部 分 脱脂 后 ， 产 生 了 一 系列 剩余 颗粒 5 肝 三 己
BiH thay CHTL) 可 能 参与 了 后 期 的 脱脂 作用 。 这 些 过
程 的 最 终 产物 是 低 密 度 脂 蛋白 2 。 在 高 密度 脂 蛋 白 的 游离 胆
固 醇 被 卵 磷脂 -胆固醇 酰基 转移 酶 (LCAT) 进行 了 脂 化 作用
时 ， 高 密度 脂 蛋白 转变 成 成 熟 型 。 BSF: CE—_HAS
Ba; FC 一 一 游离 的 胆固醇 ; PL 一 一 磷脂 ; TGFA 一 一 三 乙酰
甘油 脂肪 酸 。

所 述 。 所 以 ， 本 节 将 集中 在 核酸 的 有 限 裂 解 过 程 。 这 是 一 个
巨大 的 课题 ,在 这 里 只 能 作 很 表 浅 的 论述 。

就 DNA 而 言 ， 有 两 种 主要 类 型 的 有 限 裂 解 : 在 修复 和
限制 作用 中 的 那些 。 在 前 者 的 情况 中 ,在 两 条 链 上 含有 未 - 互
补 碱 基 对 的 DNA 损伤 段 片 ,可 通过 核酸 内 切 酶 切除 , 又 通过
连接 酶 修复 。 对 紫外 光 诱 发 的 光 产 物 已 做 了 大 量 的 工作 ， 例

ITI0 。，

四 NE rr

“人 =
0 ON oe

On , EME — ARK

限制 酶 是 细菌 的 脱氧 核糖 核酸 内 切 酶 。 每 一 种 限制 酶 需
要 4 一 8 个 碱 基 对 的 识别 部 位 有 些 是 在 识别 部 位 裂解 , 而 另
外 一 些 是 在 与 它 有 一 定 距 离 的 地 方 有 裂解 。 这 个 酶 也 具有 改 性
活力 , 它 在 识别 部 位 通过 对 核 苷 酸 特异 性 的 甲 基 化 ,保护 了 内
源 性 DNA。 因 此 ,外 来 的 DNA, 如 新 人 侵 的 喉 菌 体 , 由 于 未
被 改 性 ,所 以 对 限制 作用 是 敏感 的 。 在 另 一 方面 ,已 存在 的 叹
菌 体 DNA, 由 于 已 被 改 性 ,所 以 对 抗 限 制 。 在 真 核 生 物 中 ,至
今 未 找到 限制 酶 。

核糖 核酸 CRNA) 的 成 熟 过 程 是 一 个 极其 复杂 的 课题 。
但 是 ， 这 点 是 清楚 的 ， 即 在 真 核 生 物 和 原核 生物 中 ， 正 第 的
rRNA 分 子 是 通过 许多 较 大 分 子 前 体 的 有 限 有 裂解 形成 的 。 在
哺乳 动物 的 细胞 中 , rRNA 在 核 内 核 仁 中 是 先 形 成 一 种 大 分
子 〈 它 的 特性 沉降 常数 是 45S), 通过 核酸 内 切 酶 进行 裂解 的 ，
而 前 体 的 末端 也 是 由 核酸 外 切 酶 修整 的 。45S 成 分 是 通过
32S 转 成 为 rRNA 的 28S 和 18S 分 子 的 。

mRNA 分 子 类 似 地 代表 了 一 种 较 大 前 体 的 核 RNA, 被 称
为 hnRNA( 不 均一 的 核 RNA) 的 一 小 部 分 。 前 已 论述 过 的 聚
(A) 的 插入 作用 , 大 概 是 在 haRNA 上 进行 的 , 其 后 除 含 有 聚
(A) BAM, 均 受 到 了 广泛 的 降解 。 已 知 游离 的 聚 (A) 是 某
些 核酸 内 切 酶 的 良好 抑制 剂 ， 推 测 它 的 功能 很 可 能 就 象 在 不
均一 的 核 RNA 内 那样 的 。 有 可 能 在 相同 的 时 间 里 ， 它 自身
也 经 受 着 缓慢 的 消化 , 故 最 终 能 保证 了 mRNA 的 分 解 代 谢 。

5.5 ”细胞 器 和 细胞 的 转换

5.5.1 RR RNR, 似乎 有 两 种 主要 类 型 。 一 是 大
部 分 膜 蛋白 质 有 非 芝 相似 的 半 寿 期 ,而 另 一 些 其 他 膜 的 成 分 ，
则 共有 相似 的 半 寿 期 。 这 种 “单位 降解 ”是 最 易 得 到 解 杰 的 ，

e 7l 。

即 由 非 选 择 性 内 吞 作 用 把 膜 带 入 溶 酶 体系 统 使 立 完全 降解 。
这 许多 内 知 膜 蛋白 质 的 结局 ， 已 从 巨 吻 细 胞 和 培养 和 世 细 胞
的 工作 中 得 到 清楚 的 证 明 。 当 有 蛋白质 半 寿 期 的 相似 性 非 其 的
接近 时 ,说 明 大 部 分 的 降解 作用 是 以 这 种 方式 进行 的 ; 即 其 他
成 分 可 能 是 在 原 位 受到 显著 地 降解 ， 就 象 已 知 的 糖苷 酶 和 磷
酸 二 酯 酶 的 那样 ,这 样 的 局 部 降解 ,将 使 磷脂 的 转换 产生 不 均
一 性 ,如 常常 在 其 他 成 分 上 观察 到 的 那样 。 如 前 所 述 ,假设 膜
之 间 的 磷脂 转换 是 受 可 溶性 蛋白 质 载 体 调 节 的 话 ， 这 将 使 得
对 特殊 膜 中 脂 类 转换 的 解释 变 得 非 贡 困难。

质 膜 转 换 的 第 二 种 类 型 是 表示 了 包括 蛋白 质 在 内 的 、 所
有 半 寿 期 成 分 的 不 均一 性 。 这 些 情况 可 能 存在 于 许多 哺乳 动
物 的 细胞 中 和 大 多 数 细菌 的 质 膜 中 。 虽 和 然 ， 有关 的 仙 制 并 个
很 清楚 ,但 将 在 第 6.1 HTB.

内 吞 细胞 中 质 膜 转换 的 一 般 现 象 是 ， 通过 比 它 的 降解
度 要 快 得 多 (达到 10 倍 ) 的 内 香 作 用 ,使 膜 内 折 。 这 表明 了 不

@
QQ @

A 4 °° 9

图 5.6 质 膜 再 循环 的 机 制 s
在 可 溶性 物质 所 被 内 吞 后 ， 内 吞 的 小 泡 可 分 裂 成 一 个 较 大
的 和 几 个 较 小 的 小 泡 (B)。 另 外 , 一 个 相似 的 小 泡 的 分 裂 * 也 可
发 生 在 内 吞 的 小 泡 与 溶 酶 体 (携带 溶 酶 体 酶 志 ) 融 合 之 后 (C)。 在
这 两 种 情况 中 ， 可 溶性 物质 被 较 多 地 保留 在 较 大 的 小 泡 中 。 其
后 ,小 泡 可 与 质 膜 再 融合 (D》% 这 样 ,就 形成 了 再 循环 的 膜 。

6 ID 5

是 所 有 的 内 知 膜 都 受 咨 酶 体 降解 的 ; 现 已 证 明 , 其 中 许多 是 又
转 回 到 质 膜 〈recycling,， 再 循环 )。 再 循环 的 两 种 可 能 路 线 表
示 在 图 5.6。 其 一 是 小 泡 离开 了 内 大 小 泡 ( 在 它 变 成 溶 酶 体 之
-前 ), 并 与 质 膜 再 次 融合 。 另 一 情况 是 相同 过 程 发 生 在 内 知 小
泡 ; 通过 融合 连接 溶 酶 体系 统 而 成 为 次 级 溶 酶 体 之 后 发 生 了
相同 的 过 程 。 这 两 种 途径 均 使 膜 转 回 质 膜 ， 因 此 降低 了 它 的
降解 速率 。 内 知 小 泡 的 可 溶性 物质 的 含量 ， 似 乎 是 选择 性 地
保留 在 残余 内 知 的 小 泡 内 (因为 已 经 受 内 知 作 用 的 痕 量 酶 ,不
能 以 与 再 循环 的 速率 可 相 比 的 速率 进行 再 外 知 )。 至 于 这 些
选择 性 的 保留 是 如 何 完 成 的 ? 不 得 而 知 s

5.5.2: 胞 液 ; -细胞 盗 质 的 成 分 有 很 不 相同 的 半 寿 期 。 在 早
先 已 列举 了 大 多 数 蛋白 质 的 一 般 特 性 (转换 与 亚 单位 的 大 小
和 完整 多 聚 物 的 分 子 电 荷 的 关系 )。 如 早先 所 指出 的 ,这 些 情
况 说 明和 蛋白 质 结构 是 转换 率 的 一 个 重要 因素 。 但 是 ， 值 得 注
意 的 是 ， 这 些 相互 关系 在 动物 饥饿 或 患 糖 尿 症 时 ， 就 不 能 保
持 。 这 种 情况 的 原因 可 能 是 简单 的 ， 即 由 于 非 选 择 性 降解 机
制 活力 的 增加 ， 而 这 个 增加 ， 对 长 半 寿 期 蛋白 质 的 转换 速率
影响 较 大 ,但 对 短 半 寿 期 蛋白 质 的 转换 速率 仅 有 较 小 的 影响 。
因此 , 它 将 使 转换 速率 更 为 均匀 ;而 掩盖 了 分 子 的 相互 关系 。

5.5.3 AKA “内 质 网 蛋白 质 的 转换 较 类 似 于 第 二 种 类
型 的 质 膜 , 是 不 均一 的 转换 。 但 是 不 象 后 者 的 蛋白 质 ,内 质 网
蛋白 质 有 如 细胞 溢 质 蛋白 质 ， 它 的 亚 单位 大 小 和 半 寿 期 之 间
有 一 个 良好 的 关系 。 内 质 网 是 许多 磷脂 合成 的 部 位 ， 也 含有
磷脂 酶 。 磷 脂 的 转换 是 不 均一 的 ， 推 测 它 的 作用 还 包括 了 对
新 合成 分 子 的 输出 ;经 过 自体 吞噬 传送 至 溶 酶 体 以 及 在 原 位
被 分 解 。

5.5.4 线粒体 真 核 生 物 中 线粒体 内 膜 的 蛋白 质 成 分 有
很 相似 的 半 考 期, 因此, 这些 膜 可 能 象 某 些 质 膜 一 样 被 单位 降

© 73 。

解 。 线 粒 体 核酸 的 转换 , 似 有 一 个 相似 的 动力 学 ,因此 可 能 以
相同 的 方式 进行 转换 。 在 另 一 方面 , 某 些 其 他 成 分 和 蛋白 质 ,
显示 了 很 不 均一 的 转换 ,所 以 它 还 包括 了 别 的 一 些 作 用 机 制 。

5.5.5 溶 酶 体 ” 溶 酶 体 成 分 的 转换 也 是 不 均一 的 。 但 有 趣
的 是 , 它 既 不 是 可 溶性 的 蛋白 质 , 又 不 是 膜 相 的 蛋白 质 , 而 表
现 亚 单位 大 小 与 转换 的 关系 ;很 显然 , 溢 酶 体 糖 蛋白 在 溢 酶 体
AEN ERAT BAUME

很 有 可 能 ,在 溶 酶 体内 存在 着 一 种 有 趣 的 再 循环 机 制 , 即
在 溶 酶 体 自体 吞噬 时 ， 使 溶 酶 体 膜 的 消耗 减少 到 最 低 。 这 些
可 能 与 质 膜 的 再 循环 有 很 相似 的 特性 尤其 是 自体 知 鸣 的 可
溶性 物质 ,甚至 在 某 些 溶 酶 体 膜 被 回收 时 ， 它 仍 能 保留 在 深 栈
体 的 内 部 。 这 种 机 制 说 明 在 图 5.7 Ho

O-@*O:

H\
@)=®@
sheet

A5.7 @RMARN ARM: 溶 酶 体 可 通过 内 陷 从 细胞
质 中 取得 物质 。 这 些 物 质 首先 是 在 溶 酶 体 的 小 泡 内 ， 记 以 它
Bi BE Ted PSS (A CL) 隔 开 , 在 这 个 阶段 ,小 泡 可 分 裂 (P), 这 种
情况 类 同 于 质 膜 再 循环 内 的 分 裂 (B)。 所 形成 的 小 泡 ， 可 能
通过 融合 与 溶 酶 体 连接 (G), 而 大 部 分 已 在 内 的 物质 仍 保 留 在
溶 酶 体 中 ， 当 溶 酶 体内 膜 CH) 崩 解 后 ,就 容易 与 咨 酶 体 酶 接
近 , 并 受到 降解 。

5.5.6 过 乞 物 酶 体 ”虽然 对 分 离 的 过 氧 物 酶 体 成 分 的 转
换 , 并 未 研究 得 很 多 , 但 是 对 该 细胞 器 的 整体 转换 已 有 研究 。
它们 似乎 是 随机 降解 的 ; 每 一 个 特定 的 过 氧 物 酶 体 似乎 有 同
样 的 机 会 受到 分 解 。 很 有 可 能 ， 所 有 的 过 氧 物 酶 体形 成 了 一

es TI4 。

个 单一 的 内 连 系统 部 分 。 当 然 ， 它 将 用 于 解释 有 关 它 们 的 转
换 的 这 些 发 现 !

5.5.7 分 尖 小 泡 ， 在 脑 下 垂体 某 些 分 泌 激 素 的 细胞 中 , 它
所 过 多 分 刻 的 小 泡 ， 可 通过 与 咨 酶 体 的 融合 而 被 去 除 〈 图
45)o 这 是 一 种 特殊 的 自体 吞 叹 形 式 〈 因 为 细胞 内 的 物质 进
LEMAR) , 它 被 称 为 “分泌 吞 噬 ”(crinophagy)。 虽 然 , 萤
仅 作 过 形态 学 的 研究 ， 但 它 似 乎 强调 是 在 分 刻 被 抑制 的 实验
条 件 下 的 情况 。 因 此 , 它 可 以 控制 生物 反应 ,调节 分 认 蛋 白质
的 排出 量 。 与 此 过 程 有 关 的 还 可 能 包括 了 成 纤维 细胞 内 新 合
成 的 蛋白 多糖 的 降解 (第 5.3 节 ); 所 以 ,分 认 吞 哦 也 可 能 在 为
外 的 系统 作用 ,例如 ,血清 蛋白 质 是 从 肝 实 质 细胞 中 分 让 的 。

5.5.8 核 蛋 白 体 ”似乎 许多 类 型 细胞 的 核 蛋 白 体 均 遭 受
单位 降解 : BAMA rRNA 的 半 寿 期 是 相似 的 。

5.5.9 红细胞 成 芍 期 间 的 胞 内 降解 作用 “哺乳 动物 的 红
细胞 是 通过 胞 内 的 细胞 器 ,包括 核 的 丧失 了 而 成 熟 的 ,大 部 分 细
胞 器 似乎 是 自体 吞噬 的 , 并 由 此 受到 降解 ,. 核 似乎 受到 排出 。
其 后 , 它们 的 结局 有 如 死 的 和 萎缩 的 细胞 , 这 将 在 下 节 吞 唆
作用 “中 描述 。

5.5.10 细胞 对 器 官 的 正常 维持 和 在 发 育 过 程 中 的 降解 作
用 ZAZA IE SCA, PEA “SRARIRAG” (shrinkage
necrosis) 的 过 程 (又 曾 称 为 “apoptosis”)。 除 罕见 病 的 病理 情况
外 ,在 死 细胞 内 不 起 始 溶 酶 体 的 作用 。 但 是 ,死亡 细胞 通常 是
由 吞 吻 细 胞 内 吞 ， 而 被 它们 的 溶 酶 体 降 解 。 许 多 细胞 只 有 很
短 的 寿命 ,在 各 种 类 型 的 细胞 中 ,这 个 参数 的 差别 很 大 。

在 重建 或 病理 性 退化 的 情况 中 ， 自 体 知 只 可 被 退化 细胞
诱发 ,但 通 和 是 巨 鸣 细 胞 的 入 侵 , 它 们 用 对 竺 正常 死亡 细胞 的
相同 方法 除去 细胞 。 在 表 5.5 列举 的 几 种 情况 中 ， 有 细胞 的
生理 死亡 ， 并 且 还 指出 它 包 括 了 内 部 盗 酶 体 的 活力 和 人 侵吞

e TI5 e

喉 细 胞 的 介入 的 程度 。 在 这 些 情 况 中 ， 也 无 证 据说 明 内 部 的 ，
溶 酶 体 活力 是 一 种 启动 者 : 而 仅 是 一 种 参与 者

表 5.5 细胞 在 生理 和 病理 退化 过 程 中 的 破坏 方式 *
相对 的 重要 竹

ites 5 包括 自体 吞噬 的 。 | 内 和 细胞 大 碎片 中
胞 内 深 酶 体 活力 “| ”的 香 叭 细胞 活力
ERAN
交感 神经 节 +
发 育 和 激素 的
节肢 动物 的 训 肉 和 神经 0
aah ee E +++
某 些 环节 动物 的 组 织 $e
病理 的
致死 性 缺 氧 证 an

粗略 的 定量 级 别 由 0( 少 重要 7 到 +HK( 很 重要 )。

[ 引 自 Locksin 和 Beaulation, (1974) Lefe Scé, 15, pp, 1549—1565 所
修改 的 。]

参考 文 献

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e77 。

第 六 章 “” 细胞 降解 作用 的 机 制 和 控制

6.1 选择 性 降解 作用 的 机 制

我 们 已 知 降解 酶 在 细胞 中 的 广泛 分 布 ， 在 真 核 细 胞 中 有
一 个 专职 降解 作用 的 细胞 器 ， 称 溶 酶 体 。 现 在 我 们 要 考虑 的
是 各 种 降解 途径 是 如 何 协调 作用 的 ， 以 及 它们 是 如 何 用 已 观
察 到 的 选择 性 进行 工作 的 。 我 们 应 坦率 地 承认 ,， 在 这 里 讨论
的 比 已 确立 的 机 制 更 具 假 设 性 。

我 们 已 注意 到 ,在 多 细胞 生物 体内 , AAD
胞 外 的 可 溶性 蛋白 质 的 转换 特性 是 惊人 地 相似 。 因 为 这 两 种
类 型 的 蛋白 质 的 降解 均 发 生 在 细胞 内 ,因此 ,至 少 在 某 种 程度
上 , 溶 酶 体 在 这 两 种 情况 中 均 有 参与 , 故 很 可 能 是 用 同一 步 又
控制 着 这 两 种 过 程 的 选择 作用 。 和 蛋白 质 可 能 与 膜 表 面 结 合 ，
蛋白 质 以 各 种 程度 与 膜 相 互 作用 ， 如 Jacques 所 指出 的 (图
6.1)， 这 些 情 况 允 许 对 蛋白 质 进 行 选 择 性 的 内 吞 : 那些 与 膜
结合 得 好 的 蛋白 质 ， 成 比例 地 快 于 那些 与 膜 结合 得 不 好 的 蛋
白质 。 可 以 设想 ,有 一 种 结合 亲和力 的 分 布 谱 存 在 , 它 依 赖 总
分 子 的 参数 ,例如 表面 面积 〈 依 赖 大 小 , 亲 水 性 等 ), 结果 也 可
能 得 到 一 个 摄 人 速率 相似 的 分 布 谱 。 因 为 摄 和 人 后 似乎 不 可 如
免 地 会 被 降解 ， 而 降解 速率 将 很 近似 地 反映 摄 和 人 速率。 实验
结果 似乎 是 转换 快速 的 蛋白 质 比 转换 慢 速 的 蛋白 质 遭 到 细胞
RRA Zo

在 这 点 上 RNBREBA ARARAFAWHSRR
定 了 它们 的 转换 性 质 , Alt, 在 同样 的 意义 上 ,也 决定 了 它们
与 膜 结 合 的 亲和力 。 假 定 没有 非特 异性 受 体 ; 而 基于 大 分 子

+ 78 。

细胞 外

细胞 内
体液 内 吞 作 用 混合 型 内 吞 作用 表面 内 知 作 用
(1) (2) (3)

图 6.1 选择 性 的 胞 饮 作 用 。
(《 引 上 自 Jacques in Lysosomes in Biology and pathology
Vol.l; 见 第 3 章 文献 )。 分 子 的 进入 , VBR) 或 与 表面 结
合 (3), 或 通过 前 二 者 的 结合 作用 (2)。 在 每 单位 时 间 里 ,过 程
《3) 比 过 程 (1) 能 进入 更 大 比例 的 外 部 分 子 。 按 照 分 子 与 质 膜
结合 的 程度 ,在 过 程 (3) 中 ,各 种 分 子 进入 的 比例 是 不 同 的 , 与
此 相 到 , 由 过 程 (1) 进入 细胞 的 所 有 分 子 , 均 有 相同 比例 的 速
率 , 即 无 选择 性 的 。 因 此 过 程 (1) 和 (3) 联合 作用 于 一 种 混合
分 子 , 使 进入 速率 的 比例 上 有 很 大 的 差异 性 。
物理 性 质 的 相似 的 总 选择 性 ， 似 乎 也 适用 于 其 他 大 分 子 的 内
吞 作 用 ， 例 如 蛋白 多 糖 : 其 中 硫酸 皮肤 素 链 的 内 吞 是 具有 最
大 亲和力 的 。
特异 性 受 体 也 包括 在 细胞 外 分 子 的 分 解 代 谢 中 ; 最 成 功
”的 研究 是 表明 在 几 种 性 质 不 同 的 受 体 ， 它 们 至 少 对 应 于 在 糖
蛋白 侧 链 末端 位 置 上 的 三 种 不 同 糖 类 。 这 些 受 体 中 首先 被 鉴
定 的 是 大 鼠 肝 实质 细胞 上 的 受 体 ,， 它 对 脱 唾 液 酸 糖 蛋 白 上 的
半 乳 糖 末端 有 特异 性 。 由 于 它们 与 受 体 的 相互 作用 ， 产 生 了
快速 的 内 吞 和 降解 作用 ,大 部 分 脱 唾液 酸 的 变型 糖 蛋 白 , 在 血
浆 中 的 生存 仅 是 几 分 钟 的 事 , 而 天 然 分 子 则 达 几 小 时 。 因 此 ，
这 是 一 个 有 高 度 选择 性 的 系统 。
另 一 已 有 较 好 鉴定 的 受 体 系统 是 在 成 纤维 细胞 上 ， 它 们
对 应 于 循环 中 的 低 密度 脂 蛋 白 (LDL)( 图 6.2)。 在 功能 上 , 它
相同 于 在 肝 细 胞 上 的 ， 即 有 选择 性 的 内 吞 和 降解 作用 。 但 已
知 有 两 种 附加 的 特性 : 降解 产物 胆固醇 能 抑制 细胞 内 源 性 合

* 79°

结合 的 LDL en > TRL RRB SAAS YE

PA 6.2 RE Re EH RY AS Rs) CR

ESR. MFRS EMI cB: CDE 6 MA Mh

证 ; (2) PENTA EMTS Hk; (3) 家族 性 的 高 胆

固 醇 血 症 , 受 体 有 缺陷 ; C4) 家 族 性 的 高 胆固醇 血 症 ;有 内 在

化 的 缺陷 ; (5) Wolman 症候群 ; 以 及 (6) 胆 固 醇 本 积累 病 。

HMG-CoA 还 原 酶 指 的 是 3- 羟 基 -3- 甲 基 成 二 酰 辅酶 志 还 原

fi, ACAT 指 的 是 酰基 辅酶 A: 胆固醇 酰基 转移 酶 。
成 胆固醇 机 构 的 活力 ， 因 此 避免 了 胆固醇 在 细胞 中 的 过 量 生
产 ; 调节 低 密度 脂 蛋 白 受 体 的 浓度 以 应 答 低 密度 脂 蛋 自 的 外
部 浓度 。 当 低 密度 脂 蛋白 以 高 浓度 存在 时 ， 受 体 数 下 降 到 仅
为 最 大 数值 的 10 多 , 而 在 当时 ， 仅 有 少量 的 低 密 度 脂 蛋 白 可
被 利用 。 这 些 调节 作用 保证 了 对 低 密 度 脂 蛋白 的 摄取 ， 人 恰好
满足 细胞 对 胆固醇 的 需求 。

在 细胞 内 及 细胞 外 蛋白 质 的 降解 中 ， 蛋 白质 与 膜 结合 的
非 受 体 的 选择 性 调节 可 能 是 重要 的 。 对 于 相同 种 类 的 选择 性
结合 ,可 能 发 生 在 膜 的 表面 , 它 有 助 于 自体 吞噬 (内 质 网 , 溶 酶
体 ), 这 样 就 导致 了 选择 性 的 摄取 蛋白 质 进 入 溶 酶 体 的 分 解 代
谢 池 ,并 由 此 进行 选择 性 地 降解 作用 。

另 一 方面 ， 蛋 白质 对 蛋白 水 解 作 用 的 敏感 性 也 和 它们 的
转换 速率 有 很 密切 的 关系 。 因 此 ,在 含有 蛋白 质 的 溶 被 中 , 任

”80 e

和 何 游离 的 可 溶性 分 子 的 蛋白 水 解 作 用 ， 均 能 得 到 特异 性 的 结
果 。 这 些 对 细胞 流 蛋 白质 和 许多 细菌 蛋白 质 《 因 为 细菌 没有
溶 酶 体 ) 的 转换 , 可 能 是 重要 的 s。 AX), SARA AAR SAL
降解 作用 强烈 地 提示 有 溶 酶 体 的 作用 时 ， 蓉 加 的 不 均一 性 可
能 反映 了 游离 分 子 在 原 位 的 水 解 或 某 些 的 交换 过 程 ， 以 使 分
子 又 接近 可 溶性 的 降解 系统 ,例如 ,可 能 在 细胞 液 系 统 中 存在
的 。 值 得 注意 的 是 ， 蛋 白质 在 膜 上 原 位 的 水 解 作用 可 能 与 在
咨 液 中 的 蛋白 水 解 作 用 有 很 不 相同 的 特性 。 在 其 中 ， 可 溶性
蛋白 质 的 大 的 亚 单位 降解 最 快 ， 但 对 与 膜 结合 的 蛋白 质 ， 则
可 能 确 是 相反 的 。 如 果 溶 酶 体 膜 实际 上 是 在 原 位 受到 降解 的
话 ， 那 末 这 就 可 以 解释 它 与 亚 单位 大 小 的 转换 无 关 。 对 于 可
咨 性 盗 酶 体 蛋 白质 之 间 没 有 相互 关系 的 原因 就 更 不 清楚 了 :
虽然 它 可 能 依赖 于 蛋白 质 和 膜 之 间 可 逆 性 的 相互 作用 。

由 于 转换 和 分 子 大 小 的 相互 关系 是 与 亚 单位 大 小 有 着 密
切 的 关系 ;所 以 逻辑 地 推断 降解 机 构 的 真正 底 物 是 亚 单位 。 这
个 观点 得 到 下 述 观察 结果 的 支持 ; 异 多 聚 体 蛋 白质 (由 一 个 以
上 的 亚 单位 类 型 组 成 ) 的 各 种 亚 单位 ,经 常 是 以 各 种 不 同 的 速
率 转 换 。 解 离 亚 单位 的 作用 ,可 能 与 臣 水 面积 (能 与 底 物 结合 )
暴露 的 增加 有 关 ，, 或 仅 是 与 暴露 较 多 蛋白 酶 水 解 部 位 有 关 。
除 解 离 作用 外 , 在 蛋白 水 解 作用 中 ,可 能 还 有 别 的 起 始 反应 ，
如 通过 有 限 艰 解 的 催化 ,或 通过 双 硫 桥 , 使 结构 排列 起 变化 的
改 狂 作用 或 其 他 等 等 。

最 近 已 提出 的 一 种 可 能 性 是 令 人 鼓舞 的 ,， 即 在 某 几 种 细
胞 类型 中 发 现 钙 激活 可 溶性 和 蛋白酶 ， 它 可 能 与 某 些 蛋白 质 降
解 作 用 的 起 始 有 关 。 这 些 可 能 形成 了 一 种 系统 ， 并 受 细 胞 中
BATH, 鉴于 后 者 在 细胞 内 的 激活 作用 ， 很 显然 ,它们
是 有 能 力作 出 精确 的 控制 的 ,这 将 在 别处 讨论 。

另 一 组 降解 起 动物 是 为 假定 的 基 困 特异 性 蛋白 酶 。 通 过

e 81 e

被 基 团 特异 性 蛋白 酶 或
其 他 蛋白 酶 有 限 的 裂解

图 6.3 细胞 中 可 溶性 蛋白 质 降解 的 可 能 机 制 ; P 一 一 多

肽 链 ; P 一 一 有 限 裂 解 后 的 多 肽 ; P'" 一 一 由 变性 作用 引致 的
无 规 卷曲 构 型 多 肽 。 分 子 在 各 种 结合 、 变 性 和 裂解 状态 之 间
的 定量 分 布 , 对 各 个 蛋白 质 大 概 是 不 同 的 。

有 限 裂 解 ,它们 能 使 共有 某 些 一 般 结 构 特 性 (如 依赖 于 磷酸 吡
哆 醛 ) 的 酶 的 基 困 失 活 。 这 些 裂 解 , 可 能 为 蛋白 质 的 完全 消化
作 准 备 。 有 关 这 些 酶 存在 的 证 据 是 十 分 有 限 的 ,迄今 为 止 , 尚
未 有 很 满意 的 证 据 。 而 有 关 它 们 作用 的 证 据 更 是 微乎其微 。
图 6.3 概括 了 真 核 细 胞 中 蛋白 质 降 解 的 某 玫 种 可 能 的 路 线 。
但 是 , 当 原核 细胞 缺乏 溶 酶 体 时 ,降解 的 蛋白 质 趋 癌 于 凝集 ，
当 细胞 用 氨基 酸 类 似 物 挫 人 时 ， 尤 为 明显 。 这 些 凝 集 物 能 被
沉降 , 因此 , 对 凝集 物 的 沉淀 或 吸附 作用 ,也 适用 于 溶 酶 体 中
相同 种 类 的 功能 。 在 进行 吸附 时 ， 分 子 参数 可 能 以 同样 方式

* 82 «

-影响 凝集 。 目 前 ,这 是 一 个 大 力 开展 的 研究 领域 ,但 至 今 尚 未
得 明确 的 结论 。

我 们 曾 注意 到 其 他 一 些 大 分 子 结构 的 特性 ， 可 能 会 影响
它们 转换 的 速率 [例如 , mRNA 的 聚 (A) 尾部 ]。 但 除了 已 经
提出 的 聚 (A) 可 能 抑制 RNA 酶 活力 ,因而 延长 了 mRNA 的
存在 外 ,关于 这 些 分 子 的 特性 如 何 影 啊 它 们 的 转换 作用 ,实际
上 所 知 甚 少 。 类 似 于 对 蛋白 质 所 讨论 的 那些 机 制 将 可 能 是 有
用 的 。

6.2 “对 转换 的 控制

已 知 降解 速率 在 对 茶 些 蛋白 质 应 答 激素 信息 的 水 平 变 化
1b, 起 着 一 种 重要 的 控制 作用 。 同 样 地 , 在 许多 生理 条 件 下 ，
平均 的 蛋白 质 转换 的 变化 也 是 重要 的 。 在 动物 饥饿 时 ， 降 解
作用 往往 是 加 速 的 , 它 提供 了 不 能 再 从 食物 中 得 到 的 营养 物 。
在 对 血 铺 - 饥 狐 ”的 培养 细胞 中 , 也 观察 到 了 类 似 的 反应 。
这 些 观察 到 的 事实 ， 在 原核 生物 和 真 核 生 物 中 都 有 : BA
人 提出 ， 在 真 核 细胞 中 因 和 营养 缺乏 而 刺激 蛋白 质 降 解 时 需 有
溶 酶 体 参 与 , 但 是 , 当 它 们 饥 猴 时 ,不 含 溶 酶 体 的 细胞 也 能 加
速 降解 蛋白 质 , 故 很 显然 ,在 加 速 作 用 中 , 也 存 有 几 种 不 同 的
机 理 。 从 抑制 剂 研究 所 得 的 证 据 以 及 从 灌注 器 官 转换 特性 的
研究 ,都 很 有 力 地 表明 溶 酶 体 是 参与 了 基础 的 〈 正 常 的 ) 和 加
速 的 (饥饿 时 的 ) 两 种 转换 。

虽然 ,在 正 贡 情况 下 ,蛋白 质 的 加 速 降解 常 伴 有 饥饿 的 作
用 ,而 在 快速 生长 的 过 程 中 生 减 少 降解 ,但 是 ;也 有 这 种 情况 ，
即 在 加 速生 长 中 也 包含 着 降解 作用 的 增加 ， 甚 至 在 蛋白 质 合
成 较 大 增加 时 ,也 伴 有 这 种 情况 。 但 是 在 转化 〈 似 癌 ) 细胞 的
培养 中 ,生长 似乎 是 在 无 法 控制 地 加 速 着 ,而 蛋白 质 的 降解 是
减少 了 ， 故 很 不 同 于 正常 细胞 的 快速 生长 。 而 它 对 激素 胰岛

° 83 。

素 的 调节 作用 更 敏感 ， 后 者 是 真 核 细胞 中 蛋白 质 转换 的 一 种
普通 抑制 剂 。 就 这 些 细胞 中 蛋白 水 解 作用 的 情况 来 说 % 也 显
示 了 对 反应 的 不 正 第 控 制 。

除 胰 岛 素 (\ 抑 制 物 ) 和 胰 高 血糖 素 ( 加 速 物 ) 的 激素 效应
外 , 通 稼 ,降解 作用 的 主要 控制 因素 似乎 是 氨基 酸 供应 s 如 在
饥饿 时 ,氨基 酸 减少 , 则 可 由 蛋白 质 的 快速 分 解 而 获得 ; 但 在
喂养 很 好 的 正常 动物 中 , 氨基 酸 升 高 , 故 降解 速率 可 较 低 , 因
此 , 它 似乎 是 一 种 抑制 剂 3 而 这 些 也 已 从 许多 实验 结果 中 得 到
证 实 。 很 可 能 ， 乌 苷 四 磷酸 的 水 平 是 决定 蛋白 质 水解 作 用 进
行 速 率 的 关键 因素 。 在 真 核 和 原核 生物 细胞 中 ,在 它们 应 答
饥饿 《或 是 细胞 和 细 获 培养 基 中 癌 养 物 的 平 降 方 反应 中 ,这 些
代谢 友 生 的 变化 ,又 为 蛋白 质 水 解 系统 提供 了 直接 的 入 号 。

纵然 ， 对 激素 和 氨基 酸 的 抑制 或 刺激 作用 的 机 制 是 不 清
楚 的 ,但 是 对 氨基 酸 供应 在 调节 机 制 方面 的 作用 ,至 少 是 可 以
推 想 的 。 因 为 在 缺乏 蛋白 质 的 大 鼠 中 ， 肝 脏 核 蛋白 笨蛋 白质
和 rRNA 两 者 的 转换 是 乎 行 地 加 速 了 。 在 低 蛋 白峰 食 的 起
始 反应 中 ;也 包含 有 核 蛋白 体 亚 单位 在 胞 液 中 的 积累 。 这 可 能
是 由 于 蛋白 质 合成 方面 减少 了 对 氨基 酸 利用 的 结果 因此 降
低 了 与 膜 结合 的 核 蛋 白 体 的 需要 。 可 以 设想 ， 这 些 蛋白 质 的
缺乏 所 伴 有 的 细胞 芒 中 核糖 核酸 酶 抑制 剂 水 乎 的 下 降 ， 有 是 可
以 用 核糖 核酸 酶 活力 的 增加 来 表达 的 。 这 些 可 能 有 助 于 增加
rRNA 的 转换 。 但 ,关于 核 蛋白 体 水 解 作 用 的 增加 ， 以 及 核糖
核酸 酶 抑制 形 失 的 作用 机 制 ， 当 然 是 不 知道 的 s 因为 核糖 核
蛋白 体 的 可 用 性 ， 大 概 是 决定 蛋白 质 合成 速率 的 一 个 限制 因
素 。 在 对 低 蛋 日 膳食 的 早期 反应 中 ， 核 蛋白 体 分 解 的 增加 会
引致 蛋白 质 合 成 的 下 降 。 这 说 明了 和 蛋白 质 水 解 作 用 对 蛋白 质
合成 的 控制 。

在 有 限 蛋 折 水 解 速率 的 控制 中 ， 至 少 有 一 个 例子 是 知道

. 84 )

的 ,这 就 是 甲状 腺 素 的 分 泌 。 在 这 里 ,一 个 较 大 的 前 体 被 贮藏
在 逐 腔 中 ， 当 腺 体 受到 甲状 腺 刺激 激素 刺激 时 ,前 体 被 内
吞 。 其 后 ,蛋白 质 受到 普遍 地 降解 ,产生 了 小 的 甲状 腺 分 子 并
分 泌 出 去 ( 见 图 6.4)。

有 关 其 他 类 别 大 分 子 的 转换 ,我 们 见 到 的 资料 较 少 。 但 扒

FARR BRI HRY Bee
H-P H-P

aot OTT He
及 itt TSH 的 刺激
H-P
BE SAHA
ee: GP BRK
. 2h,
: 消化
or a |

6.4 溶 酶 体 在 甲状 腺 激素 分 这 中 的 作用 过 程 。
开始 时 ,激素 (H) 被 释放 人 甲状 腺 腔 , 并 以 一 种 大 蛋白 质
复合 物 CH-P; 甲 状 取 球 蛋白 ) 的 胶体 形式 存在 ,随后 受 甲
状 腺 刺激 激素 (TSH) 的 刺激 ,加速 了 H-P HASTE.
内 乔 小 泡 与 初级 溶 酶 体 融 合 ,使 蛋白 质 部 分 降解 , 释放 出
游离 的 氨基 酸 和 低 分 子 量 的 激素 (甲状 腺 素 )。 其 后 ， 激
素 扩散 人 附近 的 毛细 血管 并 进入 循环 。 在 膜 内 : .aa 是 通
过 消化 而 释放 的 氨基 酸 ;。 BAR. ER: Lez
初级 溶 酶 体 ; 2"L 是 次 级 溶 酶 体 。

e 85 。

想 在 癌 细 胞 的 溶 酶 体 和 细胞 溶质 中 ， 核 糖 核酸 酶 的 活力 可 能
经 第 是 高 的 。 曾 在 乳腺 瘤 的 退化 过 程 中 观察 到 它们 又 回复 到
正 第 水平。 但 是 ， 对 再 次 得 到 的 这 些 观察 结果 的 意义 仍 是 含
BANTEAY 0

有 关 肝 中 糖 元 代谢 的 控制 ， 有 充足 的 资料 。 这 些 贮备 化
合 物 能 很 快 地 代谢 ， 而 履行 它 作为 贮备 物 的 功能 。 在 活化 的
〈 磷 酸化 酶 : 和 合成 酶 : ) 和 非 活 化 (b ) 形 式 的 降解 和 合成 酶
之 间 , 存 有 某 些 复杂 的 相互 作用 ,大 部 分 是 通过 能 够 磷酸 化 蛋
白质 的 蛋白 激酶 控制 ， 它 表示 在 图 6.5 中 。 值 得 注意 的 是 降
解 产物 葡萄 糖 是 一 个 调节 剂 。 在 该 图 中 并 未 标明 溢 酶 体 的 降
解 作用 ; 推 想 它 可 能 是 通过 自体 吞 吻 发 生 的 ,而且 还 可 能 是 以
很 显著 的 速率 进行 的 ， 因 为 在 溶 酶 体积 累 病 中 有 糖 元 的 积累
Do

by Sires ~
eee
oe 蛋白 激酶 RRS
蛋白 激酶 $i Fa tt PM
a
Aphis b PE a ( BEAR ICNG a 磁 酸 化 酶 b
wD UDPGsG-I-P 广 | 人 ~ 一 一 一
bei Te BACAR)
See a ho 2 cae els eo

6.5 肝 中 糖 元 代谢 的 控制 。
抑制 剂 的 影响 以 扎 表 示 , 刺激 剂 的 影响 以 四 表示 。

近来 ,磷脂 的 分 解 代谢 已 成 为 人 们 感 兴趣 的 研究 重点 * 因
为 许多 活化 细胞 〈 由 配 体 ,激素 等 触发 ) 都 显示 了 磷脂 分 解 代
谢 的 增高 。 表 6.1 列举 了 在 刺激 时 ， 已 知 某 些 细胞 磷脂 转换
的 变化 情况 。 在 有 关 这 些 的 许多 研究 中 ， 未 直接 测定 分 解 代
WN, 但 是 , 这 些 测 得 的 结果 却 有 助 于 支持 这 种 观点 , 即 磷脂 转

* 86 ¢

未 6.1 培养 细胞 受 刺 激 剂 作用 时 , 磅 脂 转 换 作用 的 变化

m ia he, ay, 受 刺激 的 磷脂
淋巴 细胞 fe Maas} Se Fal 所 有 的 磷脂
3T3( 成 纤维 细胞 ) 血清 所 有 的 磷脂
淋巴 细胞 植物 血球 凝集 素 磷脂 酰 肌 醇
小 鼠 胚 胎 成 纤维 细胞 低 密度 细胞 群 wR A LA Ba

PLANAR CER i FETED © RAHWAY We SAA
有 关 ; fet MSH a RAF el SA (ALB
BH , FARES AY ACR RK BE BET & Ie DAB HP BY es Be WF
RIFE ERE HAA RABIN FEMA RN KE
细胞 和 许多 类 型 的 分 小 细胞 也 确 如 此 ( 见 表 6.2) 0

326.2 细胞 中 磺 脂 酰 肌 醇 的 转换 对 细胞 外 刺激 的 应 答

刺 mh 物

蝇 草 碱 的 ,类 胆 碱 功能 的 “| 各 种 组 织

“- 类 肾上腺 功能 的 age

血清 因子 组 织 培养 中 的 成 纤维 细胞
人 淋巴 细胞 (胸腺 细胞 ?)

细胞 分 裂 剂
胰岛 素 虽 肪 组 织
谷 氮 酸 昆虫 飞翔 肌 , 神经 组 织

ADP, 凝血 酶 ,胶原 蛋白 ， | 血小板
肾上腺 素
有 吞噬 作用 的 物质 葡萄 糖 at

高 钾 离 子 ( 去 极 化 的 7 神经 组 织 , 输 精 管
甲状 腺 刺激 激素 甲状 腺

如 前 所 论 ,在 许多 情况 中 , 钙 的 输入 量 似乎 是 细胞 应 答 的
直接 触发 者 。 在 有 些 系统 中 ,磷脂 酰 肌 醇 (PI) 转换 率 的 升 高 ，
能 借助 于 钙 离 子 的 载体 A23187 ,使 钙 能 利用 旁 路 而 通过 细胞
腊 。 在 无 任何 正和 刺激 的 情况 下 ，A23187 可 用 于 诱 致 肥大

e 87 e

细胞 分 刻 组 织 胺 ,已 相继 发 现 * 它 在 许多 分 泌 细胞 和 受 刺 激 的
细胞 中 是 有 效 的 。 上 述 这 些 实验 证 明 ， 细 胞 溶质 中 的 钙 水 平
是 诱导 反应 的 中 枢 : 已 注意 到 ,在 某 些 系统 中 , 征 的 补充 不 是
来 自 外 部 细胞 ， 而 来 自 细胞 内 的 贮存 。 在 应 用 离子 载体 的 这
些 实验 中 ， 鉴 于 诱导 的 钙 流 量 和 磷脂 酰 肌 醇 转换 的 升 高 之 间
偶 有 不 相应 的 情况 ,所 以 两 者 之 间 的 相互 关系 还 不 十 分 清楚 。
但 是 由 于 在 许多 细胞 中 ,磷脂 酰 肌 醇 转换 的 快速 反应 〈 见 表
6.3), 使 它 仍 持 有 一 种 可 能 性 , 即 用 正常 刺激 , 磷脂 酰 肌 醇 的

6.3 受 刺激 细胞 中 磷脂 代谢 应 答 的 时 间
细 a | Rl 激 DB 最 早 反 应 的 时 间

血小板 ADP( 腺 苷 二 磷酸 ) 2s; 3 分
甲状 腺 ITSIH( 甲 状 腺 刺激 激素 ) 2
淋巴 细胞 植物 血球 凝集 素 3 4}
胰腺 促 胰 酶 素 =5 4
乙酰 胆 碱 = 5 4}
大 脑 皮质 乙酰 胆 碱 10 分
B'S LIRA RAE 5 分
腮腺 乙酰 胆 碱 5 分
成 纤维 细胞 血清 因子 5 分

转换 先 于 钙 的 输入 ,这 是 先决 条 件 , 然 后 产生 反应 。 磷 脂 酰 肌
醇 的 转换 ， 在 实际 上 可 能 是 直接 引致 了 钙 人 口 的 打开 : 这 种
可 能 性 说 明 在 图 6.6 中 ,也 还 含有 这 样 的 观点 ; 即 磷脂 酰 肌 醇
转换 率 的 升 高 , 可 能 需要 Ca ,所 以 其 后 才 使 Ca ”进入 的 。
这 些 情况 符合 于 在 某 些 细胞 中 有 对 钙 敏 感 的 磷脂 酰 肌 醇 降解
酶 的 观察 结 采 s 磷脂 酰 肌 醇 的 转换 可 能 会 对 膜 腺 苷 酸 环 化 酶
的 活力 有 影响 ;众所周知 ,细胞 内 环 核 昔 酸 (CAMP, cGMP 等 )
的 变化 是 发 生 在 细胞 对 触发 物 应 答 的 早期 过 程 中 ; 很 可 能 构
成 了 重要 的 第 二 信使 。 该 图 也 指出 ， 通 过 对 馈 敏 感 的 鸟 音 酸
环 化 酶 的 活化 作用 ,人 钙 流 量 对 环 GMP 浓度 的 可 能 影响 e

5 Gers
Cit oe ee eee
ee bes

P II- 开裂
ace
REL,

细胞 溶质 CTF
cGMP Ca2t+

ual

6.6 Bene REN CPI) 的 分 解 , 钙 离 子 的 流动 和
细胞 活化 作用 之 间 的 可 能 关系 。

因此 ,磷脂 转换 是 细胞 活化 的 中 枢 , 其 中 还 可 能 包括 了 有
限 的 蛋白 质 水 解 作用 ， 因 为 某 些 蛋白 酶 能 活化 细胞 。 其 中 某
些 情 况 ， 已 证 明 在 细胞 表面 发 生 的 有 限 水 解 ， 经 贡 导 致 极 少
量 多 肽 的 改 性 或 消失 。 和 蛋白 酶 抑制 剂 币 可 有 效 地 阻 断 蛋白 质
的 水 解 作 用 和 活化 作用 。 很 有 可 能 是 蛋白 水 解 作用 使 蛋白 质
到 集 在 膜 的 周围 ,形成 了 一 个 钙 离 子 的 通道 , 其 后 , 它 可 能
茶 种 方式 与 磷脂 酰 肌 醇 转换 系统 相互 作用 。 在 与 此 有 关 的 途
径 中 ,磷脂 的 转换 可 能 会 对 前 列 腺 的 合成 增加 前 体 ( 例 如 花生
POR) 的 供应 量 。 已 知 这 些 化 合 物 对 细胞 有 许多 刺激 作用
和 调节 作用 , 因此 , 人 们 能 容易 这 样 推 想 , 即 这 种 产物 的 生成
可 能 参与 了 阻 断 细 胞 的 应 答 ,或 相反 地 ,扩大 细胞 的 应 答 。

必须 往 意 的 是 转换 的 升 高 第 伴 同 膜 融合 等 许多 情况 的 发
生 。 除 如 前 所 述 〈 细 胞 的 分 让 作用 和 分 裂 作 用 ) 外 ,我 们 还 须
中 出 通过 巨 唉 细胞 和 嗜 中 性 粒 细胞 的 吞 哦 作用 。 如 此 ，, 在 进
行 融 合作 用 时 ， 它 可 能 会 有 某 些 意义 的 ， 因 为 已 知 细胞 膜 的
结构 ,在 融合 时 大 概 经 贡 是 变 为 较 具 液体 "状态 ,所 以 新 形成

e 89 。

cco FRING ERAN 相对 地 是 少 些 * 因此 ，, 很 有 可 能 还

的 吞噬 体 膜 , 比 由 它 衍生 出 来 的 细胞 表面 更 具 波 态 性 质 。

从 以 上 这 些 简要 的 综述 中 ,我 们 可 以 清楚 地 看 到 ,在 决定 |
细胞 内 \ 外 大 分 子 的 水 平 上 ,以 及 在 起 动 和 维持 许多 较 复 杂 的 |
整个 细胞 的 功能 上 ， 降 解 过 程 均 有 着 重要 的 控制 功能 。 除 蛋

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