Какие ферменты содержатся в лизосомах. Синтез лизосомных ферментов. Органеллы образуемые из лизосом

Распространенность среди царств живой природы

Лизосомы были впервые описаны в 1955 году Кристианом де Дювом в животной клетке, а позже были обнаружены и в растительной. У растений к лизосомам по способу образования, а отчасти и по функциям близки вакуоли . Лизосомы есть также у большинства протистов (как с фаготрофным, так и с осмотрофным типом питания) и у грибов. Таким образом, наличие лизосом характерно для клеток всех эукариот . У прокариот лизосомы отсутствуют, так как у них отсутствует фагоцитоз и нет внутриклеточного пищеварения.

Признаки лизосом

Один из признаков лизосом - наличие в них ряда ферментов (кислых гидролаз), способных расщеплять белки , углеводы , липиды и нуклеиновые кислоты . К числу ферментов лизосом относятся катепсины (тканевые протеазы), кислая рибонуклеаза, фосфолипаза и др. Кроме того, в лизосомах присутствуют ферменты, которые способны отщеплять от органических молекул сульфатные (сульфатазы) или фосфатные (кислая фосфатаза) группы.

См. также

Ссылки

Molecular Biology Of The Cell, 4е издание, 2002 г. - учебник по молекулярной биологии на английском языке

В данной статье будет рассмотрено строение лизосом, их функции и значение. Если переводить с греческого языка, то лизосома - это растворение тела. Это органелла, полость которой имеет кислую среду. В последней находится большое количество ферментов. Строение лизосом, химический состав и функции могут быть различными.

Главное назначение этой неотъемлемой части клетки - это внутриклеточное пищеварение (так можно объяснить наличие большого количества различных ферментов).

Впервые обнаружил этот органоид бельгийский ученый Кристиан де Дюв. Лизосомы имеются во всех клетках у млекопитающих, исключением являются - эритроциты. Эти органоиды характерны для всех эукариот. Прокариоты лишены лизосом, так как отсутствует внутриклеточное пищеварение и фагоцитоз.

Лизосомы

И так, каково же строение лизосом? Если говорить обобщенно, то органеллы представляются в виде мембранных пузырьков с кислотной средой. Образованы они из:

везикул;
эндосом.

Строение лизосом схоже с некоторыми органеллами клеток, однако есть и еще одна отличительная черта - белковые ферменты. Как уже говорилось ранее, лизосома обеспечивает внутриклеточное пищеварение, она способна расщеплять на простейшие соединения следующие полимеры:

белки;
жиры;
углеводы;
нуклеиновые кислоты.

Также ранее упоминалось, что лизосомы могут иметь разные размеры. В зависимости от места обитания их величина колеблется в пределах 0,3-0,5 мкм.

Лизосомы просто необходимы, они играют важную роль в жизнедеятельности клетки. Данные разновидности везикул обеспечивают данные процессы:

фагоцитоз;
аутофагоцитоз.

Хоть количество и внешний вид могут быть разными, наиболее часто они принимают следующие формы:

сферическая;
овальная;
тубулярная.

Количество может варьироваться от одной до нескольких тысяч. Например, клетки растений и грибов содержат одну большую органелу, а в животных клетках их может насчитываться до нескольких тысяч. В последнем случае лизосомы имеют меньшие размеры и не занимают более пяти процентов объема клетки.

Типы лизосом

Лизосомы, строение и функции которых мы рассматриваем в данной статье, можно строго поделить на две группы:

первичные;
вторичные.

Первичные - это только образованные, они еще не принимали участия в пищеварении, к вторичным лизосомам относятся органеллы, в которых происходит переваривание.

Так же лизосомы делятся на следующие группы:

гетерофагические (слияние фагосомы и первичной лизосомы);
аутофагическая (слияние разрушающейся органеллы с первичной лизосомой);
мультивезикулярное тельце (образуется путем слияния жидкости, окруженной мембраной, с первичной лизосомой);
остаточное тельце (лизосомы с остатками не переваренных веществ).

Функции

Мы коротко рассмотрели строение клетки лизосомы, выделили виды. Теперь отметим основные функции. Для чего нужен данный органоид клетке? К обязанностям органеллы относятся:

внутриклеточное пищеварение;
аутофагия;
автолиз;
обмен веществ.

Теперь немного подробнее о каждой функции. Ранее уже упоминалось, что лизосомы содержат огромное количество ферментов. Живые организмы отличаются процессом, который имеет название - эндоцитоз. При нем во внутреннюю полость клетки поступают различные питательные вещества, бактерии и так далее. Ферменты, содержащиеся внутри лизосом, переваривают поступающие вещества, так происходит внутриклеточное пищеварение.

Аутофагия - это процесс обновления клетки. Лизосомы способны переваривать не только те вещества, которые поступают из вне, но и производимые самими органоидами. Они способны избавляться от ненужных элементов, благотворно влияя на клетку и организм в целом.

Автолизом называют процесс самоуничтожения. Его легко проследить на примере перевоплощения головастика в лягушку. Благодаря автолизу у головастика пропадает хвост.

Так как при переваривании веществ образуются простые элементы, которые попадают во внутреннюю среду клетки, то можно говорить, что лизосомы участвуют в обмене веществ. Простейшие элементы не пропадают бесследно, а вовлекаются в обмен веществ.

Участие лизосом в пищеварении клетки

Рассматривая строение органоида лизосомы, было сказано, что внутри органеллы находятся ферменты. Благодаря ним происходит внутриклеточное пищеварение. Теперь подробнее о том, какие это ферменты, для расщепления каких веществ они нужны? Всех их можно классифицировать следующим образом:

эстеразы (расщепление сложных эфирных спиртов, кислоты);
пептид-гидролазы (белки, пептиды);
нуклеазы (расщепление фосфодиэфирных связей в полинуклеотидной цепи нуклеиновых кислот) ;
гликозидазы (расщепление углеводов).

Все эти ферменты необходимы для осуществления внутриклеточного пищеварения. Каждый выполняет свою определенную функцию.

А. Структура лизосом

Лизосомы -- это органеллы диаметром 0,2-2,0 мкм, окруженные простой мембраной, способные принимать самые разные формы. Обычно на клетку приходится несколько сотен лизосом. Функция лизосом заключается в деградации клеточных компонентов. Деградация достигается за счет присутствия в лизосомах около 40 типов различных расщепляющих ферментов -- гидролаз с оптимумом действия в кислой области. Главный фермент лизосом -- кислая фосфатаза. В мембране лизосом находятся АТФ-зависимые протонные насосы вакуольного типа. Они обогащают лизосомы протонами, вследствие чего для внутренней среды лизосом рН 4,5-5,0 (в то время как в цитоплазме рН 7,0-7,3). Лизосомные ферменты имеют оптимум рН около 5,0, т. е. в кислой области. При рН, близких к нейтральным, характерным для цитоплазмы, эти ферменты обладают низкой активностью. Очевидно, это служит механизмом защиты клеток от самопереваривания о том случае, если лизосомный фермент случайно попадет в цитоплазму.

Б. Функции

Главная функция лизосом -- ферментативная деградация попавших в них макромолекул и органелл. Примером может служить деградация отработавших митохондрий по механизму аутофагии (захвата органеллы) (1). После захвата органеллы первичные лизосомы превращаются во вторичные, в которых и идет процесс гидролитического расщепления (2). В итоге образуются «остаточные тела», состоящие из негидролизовавшихся фрагментов. Лизосомы ответственны также за деградацию макромолекул и частиц, захваченных клетками путем эндоцитоза и фагоцитоза, например липопротеинов, протеогормонов и бактерий (гетерофагия). В этом случае лизосомы сливаются с эндосомами (3), содержащими вещества, подлежащие деградации.

В. Ферменты, их химическая природа и функциональное значение.

Ферменты лизосом: рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, фосфатаза, гликозидазы, арилсульфатазы (органические эфиры серной кислоты), коллагеназа, катепсины.

Г. Функции

Лизосомы представляют собой крайне полиморфные образования, строение которых можно рассмотреть только в электронном микроскопе. Их разнообразие связано с тем, что они заполнены разными веществами и структурами, находящимися на различных стадиях расщепления и переваривания. Простейшие лизосомы (протолизосомы или первичные лизосомы) - это окруженные мембраной пузырьки с гомогенным содержимым, локализующиеся около аппарата Гольджи. Образование лизосом аналогично развитию секреторных гранул. Синтез ферментов осуществляется на рибосомах гранулярного ретикулума, а процесс оформления лизосом происходит в аппарате Гольджи. Доказательством того, что образование лизосом связано с внутриклеточным сетчатым аппаратом, является не только их локализация, но и выявление кислой фосфатазы помимо лизосом и в комплексе Гольджи.

Вторичные лизосомы образуются из первичных лизосом либо в связи с процессом фагоцитоза, либо в результате аутолиза.

В результате фагоцитоза в цитоплазме клеток появляются фагосомы - вакуоли, окруженные фрагментом плазматической мембраны, внутри которых находится захваченная частица. Эти фагосомы с первичными лизосомами, образуют пищеварительные вакуоли - одну из разновидностей вторичных лизосом. Под действием гидролаз внутри пищеварительной вакуоли происходит расщепление захваченных макромолекул до мономеров, которые используются клеткой.

Лизосома может быть использована вторично и вновь соединиться уже с другой фагосомой. В других случаях она работает лишь один раз и, исчерпав свои возможности, в новый пищеварительный процесс уже вступить не может.

В результате процесса аутолиза образуется другая разновидность вторичных лизосом - так называемые аутолизосомы. Явление аутолиза (переваривания структур, принадлежащих самой клетке) связано с тем, что жизнь клеточных структур не безгранична. Старые органоиды отмирают и начинают перевариваться лизосомами. Мономерами, образующимися в процессе аутолиза, клетка также может воспользоваться.

Из сказанного ясно, что разнообразие тонкого строения лизосом обусловлено тем, что они заполнены разными перевираемыми структурами, как принадлежащими самой клетке, так и попавшими в нее извне.

Не все, попавшее в лизосому, может подвергнуться расщеплению. Так, например, среди гидролаз лизосом находится лишь очень небольшой процент липаз, поэтому в телолизосомах липидные компоненты часто не расщепляются. Образуются остаточные тельца - лизосомы, заполненные непереваренными остатками, исчерпавшие весь свой запас гидролаз. Такие структуры - телолизосомы - либо выводятся за пределы клетки, как, например, у простейших, либо сохраняются в клетке до момента ее гибели. В некоторых нервных клетках такие балластные вещества в виде окрашенных непереваренных частиц (например, зерен липофусцина, являющихся показателем старения) сохраняются на протяжении всей жизни организма.

Следует также упомянуть о тех случаях, когда гидролитические ферменты проявляют свою активность за пределами лизосом. Например, при некоторых патологических состояниях клетки мембрана, окружающая лизосомы, становится проницаемой для ферментов, которые выходят за пределы лизосом и начинают переваривать клетку. Таким образом, уничтожение стареющих, гибнущих клеток может происходить двумя путями. Либо эти клетки захватываются макрофагами и расщепляются гидролазами их лизосом, либо включается в действие аппарат аутолиза самой клетки.

Совершенно иной внеклеточный способ использования лизосом наблюдается в процессе гистогенеза костной ткани и при перестройке кости. В этом случае специальные симпластические структуры - остеокласты выделяют лизосомы в промежуточное вещество костной ткани, которое разрушается под действием гидролаз лизосом.

Лизис хвоста головастика тоже представляет собой процесс, связанный с деятельностью лизосом.

Таким образом, лизосомы играют роль и для внеклеточных процессов и имеют приспособительное значение для организма в целом.

3. Митохондрии: структура и функции

А. Структура митохондрий

Митохондрии - это органеллы размером с бактерию (около 1 х 2 мкм). Они найдены в большом количестве почти во всех эукариотических клетках. Митохондрии - это цитоплазматические органеллы. Их количество и форма варьируют в зависимости от функции клетки. Например, у млекопитающих в клетках печени имеется по 1000-1500 митохондрий. Все они имеют общие структурные особенности матрикс, внутреннюю и внешнюю мембрану Обычно в клетке содержится около 2000 митохондрий, общий объем которых составляет до 25% от общего объема клетки. Митохондрия ограничена двумя мембранами - гладкой внешней и складчатой внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя поперечный перегородки - кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно называют межмембранным пространством.

Различный типы клеток отличаются друг от друга как по количеству и форме митохондрий, так и по количеству крист. Особенно много крист имеют митохондрии в тканях с активными окислительными процессами, например в сердечной мышце. Вариации митохондрий по форме, что зависит от их функционального состояния, могут наблюдаться и в тканях одного типа. Митохондрии -- изменчивые и пластичные органеллы.

Мембраны митохондрий содержат интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят порины, которые образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой до 10 кДа. Внутренняя же мембрана митохондрий непроницаема для большинства молекул; исключение составляют О2, СО2, Н20. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким содержанием белков (75%). В их число входят транспортные белки-переносчики, ферменты, компоненты дыхательной цепи и АТФ-синтаза. Кроме того, в ней содержится необычный фосфолипид кардиолипин. Матрикс также обогащен белками, особенно ферментами цитратного цикла.

Б. Метаболические функции

Митохондрии являются «силовой станцией» клетки, поскольку за счет окислительной деградации питательных веществ в них синтезируется большая часть необходимого клетке АТФ (АТР). В митохондриях локализованы следующие метаболические процессы: превращение пирувата в ацетил-КоА, катализируемое пируватдегидрогеназным комплексом: цитратный цикл; дыхательная цепь, сопряженная с синтезом АТФ (сочетание этих процессов носит название «окислительное фосфорилирование»); расщепление жирных кислот путем в-окисления и частично цикл мочевины. Митохондрии также поставляют клетке продукты промежуточного метаболизма и действуют наряду с ЭР как депо ионов кальция, которое с помощью ионных насосов поддерживает концентрацию Са2+ в цитоплазме на постоянном низком уровне (ниже 1 мкмоль/л), то есть поглощение из цитозоля ионов Са2+ . Концентрация Са2+ в цитозоле должна поддерживаться на очень низком уровне, так как даже незначительные изменения концентрации этих ионов служат регуляторными сигналами для различных клеточных процессов (разд. 13.3.7). Во внутренней мембране имеется транспортный белок, эффективно переносящий Са2+ в матрикс за счет энергии мембранного потенциала.

Главной функцией митохондрий является захват богатых энергией субстратов (жирные кислоты, пируват, углеродный скелет аминокислот) из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием СО2 и Н2О, сопряженное с синтезом АТФ.

Реакции цитратного цикла приводят к полному окислению углеродсодержащих соединений (СО2) и образованию восстановительных эквивалентов, главным образом в виде восстановленных коферментов. Большинство этих процессов протекают в матриксе. Ферменты дыхательной цепи, которые реокисляют восстановленные коферменты, локализованы во внутренней мембране митохондрий. В качестве доноров электронов для восстановления кислорода и образования воды используются НАДН и связанный с ферментом ФАДН2. Эта высоко экзергоническая реакция является многоступенчатой и сопряжена с переносом протонов (Н+) через внутреннюю мембрану из матрикса в межмембранное пространство. В результате на внутренней мембране создается электрохимический градиент. В митохондриях электрохимический градиент используется для синтеза АТФ из АДФ (ADP) и неорганического фосфата (Рi) при катализе АТФ-синтазой. Электрохимический градиент является также движущей силой ряда транспортных систем

Митохондрии осуществляют важные биохимические функции, в частности, именно в них происходит аэробное окисление. Вот почему эти органеллы часто называют энергетической фабрикой организма. Энергия хранится в АТР (аденозинтрифосфат). Из трех энергетических источников нашей пищи аминокислоты и жиры подвергаются распаду только в результате аэробного окисления, которое происходит в митохондриях. Кроме того, в них осуществляется цикл лимонной кислоты. Мембрана митохондрий содержит упорядоченную мультиферментную систему, а распределение ферментов в функционально значимом порядке гарантирует упорядоченную последовательность биохимических реакций.

В. Транспортные системы

Митохондрии имеют внутреннюю и внешнюю мембраны.

Внутренняя мембрана непроницаема для большинства низкомолекулярных соединений. Она удерживает не только продукты промежуточного метаболизма (например, пируват и ацетил-КоА), но и неорганические ионы (Н+ и Na+). Поэтому в цитоплазме и митохондриях существуют независимые пулы ионов и метаболитов. Напротив, внешняя мембрана содержит порообразующие белки, которые делают ее проницаемой для низкомолекулярных соединений.

Транспортные системы

Обмен между цитоплазмой и матриксом обеспечивается специальными транспортными системами, локализованными во внутренней мембране митохондрий и способными переносить разнообразные вещества (пируват, фосфат, АТФ, АДФ, глутамат, аспартат, малат, 2-оксоглутарат, цитрат, жирные кислоты) по механизмам типа антипорт (обменная диффузия, А), симпорт (сопряженный транспорт, S) или унипорт (облегченная диффузия, U) (см. рис. 221). Имеется переносчик и для ионов Са2+, который наряду с ЭР регулирует концентрацию Са2+ в цитоплазме.

Большая часть АТФ. продуцируемого митохондриями в матриксе, доставляется в цитоплазму с помощью АДФ/АТФ-транслоказы в обмен на АДФ (обменная диффузия). Фосфат поступает в митохондрии вместе с протонами независимо от транспорта АДФ/АТФ.

Аналогичным образом при участии пируватспецифичного переносчика осуществляется одновременный перенос через внутреннюю мембрану пирувата и протонов.

Транспорт жирных кислот

В митохондриях за перенос жирных кислот отвечает специальная транспортная система. Активированные жирные кислоты в форме ацил-КоА становятся транспортабельными в цитоплазме после взаимодействия с карнитином. Образовавшийся ацилкарнитин транспортируется в матриксе карнитиновым переносчиком, обмениваясь на свободный карнитин. В матриксе ацильные остатки вновь связываются с КоА.

Малатный челнок

Для импорта восстановительных эквивалентов в форме НАДН+Н+ (кофермент-связанного водорода), образующихся в цитоплазме путем гликолиза, в митохондриях имеются несколько челночных систем. В митохондриях млекопитающих этот транспорт осуществляется в основном при помощи челночного механизма, использующего пару малат-оксалоацетат. Основной функцией этого механизма является перенос восстановительных эквивалентов в составе малата. Малат, попадая в матрикс при посредстве переносчика, окисляется до оксалоацетата под действием малатдегидрогеназы. Оксалоацетат переносится обратно в цитоплазму лишь после трансаминирования в аспартат. Поскольку оксалоацетат может образовываться в избыточном количестве, в реакции трансаминирования и последующем транспорте принимает участие глутамат и 2-оксоглутарат. На схеме показано, что малатный челнок функционирует в обоих направлениях, обеспечивая перенос восстановительных эквивалентов от цитоплазматического НАДН в митохондрии без переноса НАД+. В митохондриях насекомых трансмембранный перенос восстановительных эквивалентов осуществляется с помощью глицерофосфатного челнока.

Движущей силой транспортных процессов во внутренней мембране митохондрий служит концентрационный градиент метаболитов или электрохимический потенциал (см. рис. 143). Например, карнитиновая система транспорта жирных кислот работает за счет высоких концентраций ацил-КоА в цитоплазме. Движущей силой импорта фосфата и пирувата служит протонный градиент, в то время как обмен АТФ/АДФ и выброс ионов Са2+ зависят от трансмембранного потенциала внутренней мембраны митохондрий.

Г. Ферменты митохондрий

Основные ферменты митохондрий:

Ферменты митохондрий состоят из растворимых и нерастворимых белков: флавопротеиды, цитохромы -- компоненты дыхательной цепи -- жестко фиксированы на мито-хондриальной мембране и гребнях. Растворимые ферменты принимают участие в биосинтезе фосфолипидов и жирных кислот; здесь же находится полный набор ферментов, катализирующих превращения цикла трикарбоновых кислот.

Которые встречаются в большинстве и осуществляют функцию пищеварительных ферментов в .

Что такое лизосомы?

Лизосомы представляют собой сферические мембранные мешочки кислых гидрологических ферментов, которые способны переваривать клеточные макромолекулы. Лизосомальная мембрана помогает сохранить кислую среду внутри органеллы и отделяет пищеварительные ферменты от остальной части .

Лизосомные ферменты производятся белками из эндоплазматического ретикулума и заключены в везикулы с помощью .

Лизосомные ферменты

Лизосомы содержат различные гидролитические ферменты (около 50 различных типов), которые способны переваривать нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды и белки. Внутренняя часть лизосомы постоянно поддерживается кислой, так как ферменты лучше всего работают в кислой среде. Если целостность лизосомы нарушена, ферменты не окажут существенного вреда в нейтральном цитозоле клетки.

Образование

Лизосомы образуются в результате слияния везикул из комплекса Гольджи с эндосомами. Эндосомы - это везикулы, которые образуются , поскольку участок зажимается и интернализуется клеткой. В этом процессе внеклеточный материал поглощается клеткой. По мере того как эндосомы созревают, они становятся известными как поздние эндосомы.

Поздние эндосомы сливаются с транспортными везикулами из Гольджи, которые содержат кислотные гидролазы. После слияния, эти эндосомы в конечном итоге превращаются в лизосомы.

Функции лизосом

Лизосомы действуют как «мусорщики» клетки. Они принимают участие в рециркуляции органического материала клетки и внутриклеточного переваривания макромолекул.

Некоторые клетки, такие как лейкоциты, имеют гораздо больше лизосом, чем другие. Эти клетки уничтожают , мертвые клетки, раковые клетки и посторонние вещества посредством клеточного переваривания. поглощают вещество фагоцитозом и заключают его в везикулу, называемую фагосом.

Лизосомы в макрофаге сливаются с фагосомой, высвобождая свои ферменты и формируя так называемую фаголисосому. Интернализованный материал переваривается в фаголисосоме. Лизосомы также необходимы для деградации внутренних клеточных компонентов, таких как органеллы. Во многих организмах лизосомы участвуют в запрограммированной гибели клеток.

Дефекты лизосомы

У людей на лизосомы могут влиять различные наследственные состояния. Эти генные мутации вызывают такие болезни, как Помпе, синдром Херлера и болезнь Тай-Сакса. У людей с этими нарушениями отсутствует один или несколько лизосомных гидролитических ферментов. Это приводит к нарушению нормального метаболизма макромолекул в организме.

О лизосомах уже упоминалось в разделах, посвященных эндоцитозу и аппарату Гольджи.

Наличие лизосом разного типа в клетках отражает процесс переноса гидролитических ферментов, необходимых для внутриклеточного расщепления экзогенных (энзоцитоз) или эндогенных (аутофагоцитоз) полимеров, процесс секреции, но как бы направленный “внутрь” клетки.

Сходство лизосомных вакуолей с секреторными находит свое отражение не только в общности их происхождения, но иногда и в общности конечного этапа их активности. В некоторых случаях лизосомы могут подходить к плазматической мембране и выбрасывать свое содержимое в наружную среду. Так, у клеток гриба нейроспоры лизосомы, выбрасывая гидролазы из клетки, обеспечивают внеклеточный протеолиз. Возможно, что часть лизосом макрофагов таким же образом обеспечивает внеклеточный гидролиз при воспалительных и резорбционных процессах. При оплодотворении акросома спермия, вакуоль, аналогичная лизосоме и содержащая гидролитические ферменты гиалуронидазу и протеазы, сливается с плазматической мембраной спермия, изливается на поверхность яйцеклетки. Освободившиеся из вакуоли ферменты расщепляют полисахаридные и белковые оболочки ооцита, давая возможность слиться двум половым клеткам.

Лизосомы в клетках образуются за счет активности эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи и в этом отношении напоминают секреторные вакуоли и что основная их роль заключается в участии в процессах внутриклеточного расщепления как экзогенных, так и эндогенных биологических макромолекул.

Общая характеристика лизосом. Лизосомы были открыты биохимиками Де Дюв в, 1955 году. Характерной чертой лизосом является то, что они содержат около 40 гидролитических ферментов: протеиназы, нуклеазы, гликозидазы, фосфорилазы, фосфатазы, сульфитазы, оптимум действия которых осуществляется при рН 5. В лизосомах кислое значение среды сохраняется из-за наличия в их мембранах H+ помпы, зависимой от АТФ. Одновременно с этим, в мембране лизосом имеются белки-переносчики для транспорта из лизосом в гиалоплазму мономеров расщепленных молекул: аминокислот, сахара, нуклеотидов, липидов.

Самопереваривание лизозом, полагают, не происходит из-за того, что мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые или не узнаются лизосомными ферментами, либо просто мешают гидролазам взаимодействовать с ними.

При рассмотрении в электронном микроскопе видно, что фракция лизосом состоит из очень пестрого класса пузырьков размером 0,2-0,4 мкм (для клеток печени), ограниченных одиночной мембраной (толщина ее около 7 нм), с очень разнородным содержанием внутри (рис. 187, 188). Во фракции лизосом встречаются пузырьки с гомогенным, бесструктурным содержимым, встречаются пузырьки, заполненные плотным веществом, содержащим в свою очередь вакуоли, скопления мембран и плотных однородных частиц; часто можно видеть внутри лизосом не только участки мембран, но и фрагменты митохондрий и ЭР. Иными словами, эта фракция по морфологии оказалась крайне неоднородной, несмотря на постоянство присутствия гидролаз.

Морфологическая гетерогенность лизосом. Среди различных по морфологии лизосомных частиц выделяют четыре типа: первичные лизосомы, вторичные лизосомы, аутофагосомы и остаточные тельца (рис. 189).

Первичные лизосомы представляют собой мелкие мембранные пузырьки размером около 100 нм, заполненные бесструктурным веществом, содержащим набор гидролаз и в том числе кислую фосфатазу, - маркерный для лизосом фермент. Эти мелкие вакуоли, первичные лизосомы, практически очень трудно отличить от мелких вакуолей на периферии зоны аппарата Гольджи. Часть из них несет клатриновую оболочку. Местом синтеза кислой фосфатазы (маркер лизосом) является гранулярный ретикулум, затем этот фермент появляется в проксимальных участках диктиосом, а потом - в мелких вакуолях по периферии диктиосомы и, наконец, выявляется в первичных лизосомах.

В дальнейшем первичные лизосомы сливаются с фагоцитарными или пиноцитозными вакуолями, эндосомами, образуя вторичную лизосому или внутриклеточную пищеварительную вакуоль. Содержимое первичной лизосомы сливается с эндоцитозной вакуолью и гидролазы первичной лизосомы начинают расщепление.

При слиянии первичной лизосомы с эндоцитозной вакуолью происходит диссоциация комплексов М-6-Ф-рецептор-гидролаза, из-за кислой среды внутри вторичной лизосомы. Затем уже свободный фермент после потери фосфатной группы активируется и вступает в работу. Освободившиеся мембранные рецепторы переходят в мелкие пузырьки, отщепляющиеся от вторичной лизосомы, и уходят снова в транс-участок аппарата Гольджи, т.е. происходит их рециклизация (см. рис. 184).

Вторичные лизосомы представляют собой не что иное, как внутриклеточные пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. От типа поглощенных веществ или частичек зависит размер и внутренняя структура таких лизосом.

Лизосомы могут сливаться друг с другом и таким путем увеличиваться в объеме, при этом усложняется их внутренняя структура. Так, давая клеткам культуры ткани в среду коллоидное железо, можно видеть, как частички его (хорошо выявляемые в электронном микроскопе) сначала появляются в фагоцитозных вакуолях, а затем обнаруживаются во вторичных лизосомах. Биогенных веществ, попавших в состав лизосомы расщепляются гидролазами до мономеров, которые транспортируются через мембрану лизосомы и в составе гиалоплазмы включаются в различные синтетические и обменные процессы.

Кроме участия в переваривании поглощенных частиц и растворов лизосомы могут участвовать в изменении клеточных продуктов. Так, в клетках щитовидной железы в ЭР синтезируется тироглобулин, белок-предшественник тироидного гормона. Тироглобулин с помощью АГ выводится из клеток в полость фолликулов щитовидной железы. При гормональной стимуляции иодированный тироглобулин снова попадает в железистую клетку путем пиноцитоза. Пиноцитозные вакуоли, содержащие тироглобулин, сливаются с первичными лизосомами, ферменты которых вызывают частичный гидролиз тироглобулина, приводящий к образованию тироксина - тироидного гормона, который затем выводится из клетки, секретируется, и попадает в кровеносное русло.

В случае расщепления или переваривания биогенных макромолекул внутри лизосом не до конца в них наблюдается накопление непереваренных продуктов. В таких случаях происходит переход вторичных лизосом в телолизосомы, или остаточные тельца, в которых содержимое уплотняется и перестраивается. Например, при старении организма человека в клетках мозга, печени и в мышечных волокнах в телолизосомах происходит отложение липофусцина - пигмента “старения”.

Аутолизосомы (аутофагосомы) выделяются из клеток простейших, растений и животных. По морфологии их относят к вторичным лизосомам. В составе этих вакуолей находятся фрагменты или целые цитоплазматические структуры, такие, как митохондрии, пластиды, элементы ЭР, рибосомы, гранулы гликогена и т.д. Процесс образования аутофагосом до конца не изучен. Есть предположения, что процесс аутофагоцитоза связан с отбором и уничтожением измененных, “сломанных” клеточных компонентов. В этом случае лизосомы выполняют роль внутриклеточных чистильщиков. Такой автофагии подвергаются митохондрии печени, где время жизни отдельной митохондрии составляет 10 дней. Число аутофагосом может увеличиваться при метаболических стрессах (например, при гормональной индукции активности клеток печени), при различных повреждениях клеток, после которых автофагоцитозу могут подвергаться целые зоны внутри клеток.

Существует ряд врожденных заболеваний, которые называют лизосомными “болезнями накопления”. При них в световой микроскоп в клетках наблюдается множество вакуолей. Например, при болезни Помпе происходит накопление гликогена в лизосомах, где он не расщепляется из-за отсутствия у таких больных фермента кислой a-гликозидазы. Многие “болезни накопления” возникают вследствие первичной генной мутации, приводящей к потере активности отдельных ферментов, участвующих в функционировании лизосом.

Известно более 25 генетических заболеваний, связанных с патологией лизосом.