溶酶体的结构非常简单，但却含有多种水解酶，溶酶体的主要功能是消化分解外源性和内源性的有机大分子物质，供给细胞营养。此外，溶酶体还与免疫活动及激素分泌的调节有一定关系，参与受精过程，促进器官的变态发育等。

细胞中有两个主要的降解途径：溶酶体网络系统和泛素-蛋白酶体系统。蛋白酶体主要降解细胞内短寿命蛋白质，溶酶体降解细胞内外所有大分子物质。细胞内被溶酶体降解的成分到达溶酶体是通过不同形式的自噬作用，而外源性物质则通过内吞作用转运到溶酶体。溶酶体内的近 60种水解酶各有不同的作用底物，它们联合作用可以降解所有类型的大分子物质。溶酶体降解的最终产物通过溶酶体膜扩散和载体介导的转运，被细胞重新利用。

内吞作用是一个细胞依赖细胞膜表面受体和可溶性分子的内化细胞膜/质膜的过程。细胞有多种内吞机制，包括网格蛋白依赖和非网格蛋白依赖两种途径。内吞降解途径起始物质与质膜的融合，溶酶体是其终点。内吞的物质首先到达内吞体，内吞体是内吞途径主要的挑选分类地点。内吞物质的主要部分，包括绝大部分受体，通过循环内吞体返回质膜。据估计，一个典型的哺乳动物细胞每小时有50%质膜在细胞内外循环。需要降解的物质停留在早期内吞体内，通过物质交换和多种融合过程，转化成晚期内吞体。晚期内吞体呈球形，内含溶酶体膜蛋白（如LAMPs）和酸性水解酶。在晚期内吞体中，内容物经过进一步的整理分选，然后运输到反式高尔基体（TGN）等细胞器。反式高尔基体和内吞体之间的转运是持续不断地清除内吞体内成分和转运溶酶体成分的过程。新合成的酶从TGN转运到合适的内吞溶酶体。溶酶体从晚期内吞体接受物质；此外，来自TGN的新溶酶体酶和膜蛋白也被转运到溶酶体中。这些新成分的加入是必要的，如果没有这些新成分，溶酶体则会失去了质膜完整性、酸性和核周定位。

内吞体的一个特征是细胞器内腔内内膜的聚集。管腔内小泡（ILVs）来自内吞途径的隔离膜。它们的存在对于有效的货物分选是必要的。ILVs开始形成于早期内吞体中，在晚期核内体中，蛋白质在隔离膜和ILVs直接进行分选。由于ILVs含量高，晚期内吞体有时被称为多泡小体。通过生成ILVs，磷脂和膜以容易接触溶酶体水解酶的形式被转运到溶酶体。与界膜相比，ILVs膜没有糖化蛋白的保护作用，ILVs膜磷脂成分也不同，包含较多胆固醇和BMP。

从早期的内吞体到溶酶体的成熟过程需要约40min。在这期间，囊泡经历了大量的改变，包括膜成分的交换，移动到核周区，形成ILVs，内腔 pH下降，获得溶酶体成分，早期核内体管状延伸结构消失等。溶酶体内的低pH为酸性水解酶提供了一个较好的环境，同时对于膜运输和物质分选也是必要的。

早期内吞体、晚期内吞体和溶酶体名称的使用简化了复杂的内吞途径。在内吞过程中，由于中间体之间存在连续的物质交换，因此很难用一个标记物去特异性地标记一个单独的细胞器。早期内吞体抗原1（EEA1）和 RAB5被广泛的用来标记早期内吞体。晚期内吞体和溶酶体蛋白成分有重叠，包括LAMPs和酸性水解酶。然而，溶酶体与晚期内吞体可以用M6P受体来区分。

在自噬（autophagy）过程中，胞质成分、受损的蛋白质和整个细胞器被降解和再循环形成合成代谢所需的原料。在哺乳动物细胞中自噬可分为分子伴侣介导的自噬、小自噬、大自噬。分子伴侣介导的自噬具有高度选择性，并且只降解胞质中蛋白质成分，对细胞器无降解作用，是含有特异性识别标记的胞质蛋白通过分子伴侣和溶酶体受体 LAMP-2A，转运到溶酶体的过程。小自噬指胞质内货物在溶酶体隔离膜直接内吞入溶酶体。而大自噬是细胞在受到外界信号刺激的情况下，在细胞内形成双层膜结构，这些膜包被细胞质和部分待降解的细胞器和蛋白质形成自噬体，自噬体和溶酶体融合从而降解其内的成分并再循环利用。相比较于小自噬和分子伴侣自噬而言，大自噬被认为是自噬的主要类型，并被广泛的研究。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR），是调节自噬活性的中心调控分子，mTOR可通过整合信号，例如生长因子、氨基酸、葡萄糖以判断细胞能量状态。饥饿是一个有效的自噬诱导因素，其机制是因为抑制了mTOR复合物。针对营养成分的供给情况，溶酶体可改变其在细胞内的分布，在营养条件丰富状况下分布于外周，在饥饿时簇集在核周。在营养充足的情况下mTOR定位于溶酶体膜与TFEB（the transcription factor EB）相互作用，阻止其核转位。细胞能量供给受损时，mTOR依赖的TFEB磷酸化被阻断，将允许形成自噬体所需的编码蛋白基因转录和增加自噬流量。

细胞中有一个基础的自噬水平以维持内环境稳态，但在养分耗竭和蛋白质聚集存在等多种生理应激下它能被强烈的诱导增强，从而起到保护细胞的作用。在哺乳动物细胞中，细胞死亡通常伴随着自噬空泡的形成，从而导致自噬性细胞死亡是第三种细胞死亡形式的结论。然而有自噬囊泡的存在并不能提示细胞死亡一定是由自噬介导的。大量证据表明，自噬性细胞死亡通常是促使受损细胞去适应压力，而不是执行细胞死亡。

溶酶体参与的分泌途径被称为溶酶体的胞吐作用。最初，溶酶体的胞吐作用被认为仅局限于特殊的分泌细胞，但现在研究认为，所有种类的细胞都具有这种功能。溶酶体的胞吐过程分为两步。第一，溶酶体从它的核周位置迁移到临近的细胞质膜旁，然后它们相互融合。该过程中，溶酶体通过Ca ²⁺相关调节机制与质膜发生融合，使得溶酶体中的物质释放到胞外基质中去。溶酶体胞吐作用在许多重要的生理过程中扮演了重要的角色，如免疫反应、骨的吸收、细胞信号传导、细胞膜修复等。溶酶体含有丰富ATP，在溶酶体胞吐时可释放到胞外。这些胞外ATP通过一系列不同的ATP结合受体参与信息交流。有趣的是，ATP能通过激活细胞内信号传导诱导溶酶体的胞吐作用。

质膜损伤在哺乳动物细胞中经常发生，特别是在受到作用于肌肉和皮肤的机械压力情况下，通透性屏障受到破坏，例如，病原体分泌穿孔毒素进入到宿主细胞。溶酶体胞吐作用参与了UVA照射诱导的质膜损伤的修复。对于细胞的生存来说，质膜完整性的修复是至关重要的，根据损伤情况，它可在数秒到1min的时间内被修复。质膜损伤导致钙离子内流，钙结合位于溶酶体膜上突触结合蛋白Ⅶ（SytⅦ），促使其与可溶性的N-乙酰马来酰亚胺-敏感因子附着蛋白受体（SNAREs）相互作用，SNAREs对于质膜融合是必不可少的。抑制SytⅦ可阻止质膜再次密封，说明SytⅦ在质膜的高效修补中的重要性。溶酶体易位可导致了溶酶体“补丁”的形成，最终与质膜融合，恢复质膜的完整性。作为溶酶体胞吐作用的直接后果，溶酶体酶被释放到胞外，管腔部分的LAMP-1出现在质膜上。质膜上的损伤可由于内吞作用被移除促使伤口的重新密封，内吞作用依赖于酸性鞘磷脂酶（aSMase），在溶酶体胞吐作用过程中释放到胞外。aSMase加工鞘磷脂生成神经酰胺，后者被认为在应激反应中发挥重要的作用。细胞膜上高含量的神经酰胺导致膜向内弯曲，有利于细胞的内吞作用。此外，神经酰胺富集筏可形成信号传导平台，涉及细胞凋亡等过程。

由于含有高浓度的水解酶，溶酶体可能对细胞有害。溶酶体膜的损伤导致了溶酶体内容物泄漏到胞质。由于膜局部通透性增加可诱导细胞凋亡和大量的溶酶体破裂引起坏死，因此溶酶体被Christian de Duve称为“自杀包”。溶酶体介导的凋亡执行者不是溶酶体自己，而是它的水解酶，更明确点就是组织蛋白酶。组织蛋白酶所调控的细胞凋亡信号通路中的一个关键步骤是，组织蛋白酶释放到细胞质中，这一过程被称为溶酶体膜的通透性改变（LMP）。通过显微注射组织蛋白酶到胞质中能有效地诱导凋亡，说明了转移到胞质的组织蛋白酶促进凋亡的重要作用。对于有些细胞类型而言，在致死性刺激作用下，LMP可以作为激活凋亡信号的激发因子，它也可在凋亡过程较晚期间出现，有助于放大死亡信号。通过内在途径诱导的LMP激活的细胞凋亡通路通常涉及细胞凋亡蛋白酶的激活；然而组织蛋白酶也可以在非细胞凋亡蛋白酶方式下诱导细胞死亡。如组组织蛋白酶B可诱导典型的凋亡相关的变化，包括染色质浓缩、DNA碎片形成、磷脂酰丝氨酸暴露和膜起泡。因此，组织蛋白酶也有参与细胞凋亡启动和执行的能力。溶酶体钙有助于典型的凋亡改变。磷脂酰丝氨酸作为凋亡细胞的标志物及促使其有效内吞，其外在化是依赖于溶酶体中钙的释放。

支持溶酶体作为细胞死亡调控者的证据来自于可直接作用于溶酶体、影响溶酶体膜完整性的化合物研究，例如亲溶酶体清洁剂。然而，LMP作为一个细胞凋亡信号的积极参与者，可被许多经典的凋亡刺激所诱导，如死亡受体寡聚化、p53激活、紫外线辐射、生长因子缺乏和氧化应激等。虽然最近几十年来的实验数据有力地证明了在各种刺激诱导细胞死亡中溶酶体的重要性和积极作用，但溶酶体调控细胞死亡的体内证据非常少。因此，有学者认为，溶酶体死亡途径只发生在体外或病理条件下。然而，最近发现溶酶体介导的细胞死亡信号通路在哺乳期后乳腺衰退过程中被激活。此外，组织蛋白酶D的表达水平也上调，并且在胚胎发育过程中参与了生理性细胞死亡。因此，在生理情况下细胞死亡转导信号中溶酶体和组织蛋白酶也被激活。在凋亡刺激诱导下，酵母中 Pep4p（组织蛋白酶 D的同源物）从液泡（溶酶体的类似体）被释放，与组织蛋白酶D在哺乳动物细胞中的释放是相似的。这些结果表明，来源于膜性酸性细胞器释放的蛋白酶是一个在进化上保守的细胞死亡机制，表明溶酶体在细胞死亡信号传导中的关键作用。

人和动物体内的颗粒白细胞和巨噬细胞等可吞噬细菌和病毒等有害物，并将其送至溶酶体进行消化降解，以杀死有害物，保护机体不受感染或致病；如中性粒细胞将微生物吞入后，利用其溶菌酶和髓过氧化物酶（myeloperoxidase，MPO），对微生物进行降解，以杀死有害微生物，而且，降解后的营养成分还可供细胞代谢使用。

当病原体或异物与巨噬细胞相遇时，会导致这类细胞进行趋化移动，互相接触并通过吞噬作用将病原体或异物捕捉入细胞内。实际上，这些被捕捉到细胞内的病原体或异物对机体通常具有抗原的特性，初级溶酶体将与它们融合形成异溶酶体（heterolysosome），异溶酶体一般可降解 90%左右的抗原物质，剩下10%左右的抗原物质则不被降解，而是有可能加工成一种远比病原菌或异物强的免疫原性复合物，此过程叫抗原加工。加工后的抗原复合物被转移到巨噬细胞膜上并被T淋巴细胞识别，T淋巴细胞受此抗原刺激后，会出现活跃的免疫应答现象。例如，再将抗原转交给其他T细胞或B细胞，分别引起细胞免疫及体液免疫。

动物在发育过程中除了要进行细胞增殖外，在一定阶段还参与特定部位一些细胞的清除，以保证机体的正常发育。两栖动物的幼体蝌蚪变态为蛙时尾部的消失、人类女性个体子宫内膜的周期性萎缩及哺乳动物胚胎性器官的发育和退化等，均与溶酶体的消化作用有密切关系。例如，在发育早期，胚胎产生了两套生殖管即沃尔夫管和米勒管，随着发育，在雌性个体中米勒管发育成输卵管，而沃尔夫管则退化；而在雄性个体中沃尔夫管发育成输精管，米勒管则退化。在退化过程中，退化器官中溶酶体酶的活性增大，以消化掉分化过程中无用器官的细胞。此外，断奶后乳腺的退化也涉及溶酶体对无用细胞的清除作用。

溶酶体参与受精作用。在人类和哺乳动物精子的头部顶端的质膜内有一个有膜包围的囊状结构，称为顶体。顶体相当于一个大而特化的溶酶体，它含有多种水解酶类，如透明质酸酶、酸性磷酸酶及蛋白水解酶等。顶体能溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，形成孔道，使精子进入卵细胞完成受精过程。溶酶体对激素的分泌也具有调节作用，一系列研究结果表明，溶酶体的水解活动在激素分泌过程中的多个环节包括激素的合成、释放、分泌的调节中均有重要作用；此外，骨质更新过程也与溶酶体密切相关。