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第七节
真核细胞消化食物的“胃”
——溶酶体

由微丝和肌球蛋白组成的系统使真核细胞获得了吞食能力,意义极为重大,使一些真核生物能够通过吃来生存。原核生物没有这套系统,因此没有吞食功能,在几十亿年的时期内,都没有细菌吃细菌的情形发生。即使是利用现成有机物生活的异养细菌,也只是分泌消化酶到细胞外,将食物消化,再吸收消化后的产物。

用体外消化获得营养的方式有效,但是也有缺点,就是消化后的产品是公共资源,其他生物也可以利用,而且容易被水流稀释带走。如果先把食物吞进细胞,再加以消化,就可以获得食物中的全部资源,是更有效的利用食物的方式。

当然在细胞内消化食物也有问题,消化外来蛋白质和核酸的酶也可以消化细胞自己的蛋白质和核酸。真核细胞采取的办法,是让这些食物继续留在囊泡中,再向囊泡内分泌消化酶。由于囊泡的膜来自细胞膜,囊泡的内部相当于细胞的外部,向囊泡内分泌消化酶就相当于向细胞外分泌消化酶,并不需要新的机制。食物被消化后,氨基酸和葡萄糖从囊泡内转移到细胞质的过程也和细胞吸收细胞外的分子相同,因此从细胞外消化吸收到细胞内消化吸收是一个比较容易的转变,只不过是把细胞外含有食物的那一部分空间转移到细胞内而已。

不过细胞内消化也有危险:万一囊泡破裂,消化酶被释放到细胞内,就会水解自己的蛋白质和核酸。为了避免这种情况,细胞向囊泡内注入氢离子,使囊泡的内部变酸,消化酶也变得只有在酸性环境中才有消化活性,这样即使囊泡破裂,释放出来的消化酶也因为环境中酸碱度的改变而失去活性,不会危害细胞自己了。细菌本来就有向细胞外泵氢离子的能力(参见第二章第七节和图2-15),向囊泡中泵氢离子,就相当于向细胞外泵氢离子,也不需要新的机制。

这个内部变酸、含有消化酶的囊泡就变成了细胞的另一种细胞器,叫作溶酶体(参见图3-9)。它和人向胃内分泌胃酸,在胃中消化食物的工作方式非常相似,因此溶酶体就相当于是细胞的“胃”。有了吞食功能和在细胞内消化食物的“胃”,真核细胞就可以高效地利用现成的有机物。

除了消化吞进的食物,溶酶体还可以消化细胞内受损的,或者用不着的蛋白质和细胞器,重新利用其中的成分,这个过程叫作细胞的自噬作用(参见第十一章第三节和图11-9)。

有了细胞核这个“信息指挥中心”,线粒体这个“动力工厂”,溶酶体这个“胃”,细胞中的生理活动分在不同的“车间”中进行,效率就可以大大提高了。不过“车间”的出现又带来新的问题:不同的“车间”需要不同的蛋白质,如何保证新合成的蛋白质都去它们该去的“车间”,而不会“走错门”?真核细胞解决这个问题的办法,是发展出专门的“蛋白加工车间”,还让加工完毕的蛋白质带上自己的“路牌”,以走向正确的目的地。 nFeUnI4dNYtWAAZygSuRwrGHJOGHUdEF3oHCYN2jDpt03lyHYezy4Wkuy7o3WDVr

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