Лизосомы (от греч. λύσις — разложение и σώμα — тело) — это одномембранные органоиды всех эукариотических клеток. Они содержат гидролитические ферменты, способные расщепить практически любые химические соединения. Особенно характерны лизосомы для клеток животных, где встречаются в большом количестве. В клетках растений функции лизосом часто, но не всегда, выполняет центральная вакуоль. Полиморфизм (разнообразие размеров, состава и формы) лизосом связан с тем, что они участвуют в процессах как внутриклеточного, так и внеклеточного переваривания.
Строение лизосом
Лизосомы представляют собой класс пузырьков (везикул), или вакуолей, размером 0,2-0,4 мкм. Их форма может быть разной — шаровидной, овальной, трубковидной. В них в высокой концентрации расположено около 60 гидролитических ферментов (гидролаз): протеиназы, нуклеазы, глюкозидазы, фосфотазы, липазы. Ферменты расщепляют различные биополимеры (белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты) при кислом pH. Кислое значение среды создается благодаря наличию в мембранах лизосом АТФ-зависимых протонных насосов.
Учёные Женевского университета, исследуя разнообразие цветов кожи маисовых полозов, установила, что лавандовая окраска этих змей появляется после мутации гена, участвующего в формировании лизосом. Такая мутация у людей становится причиной синдрома Чедиака-Хигаси, который характеризуется альбинизмом и нарушениями иммунной системы.
Образование лизосом
Ферменты (как известно, имеющие в основном белковую природу) лизосом синтезируются рибосомами, расположенными на шероховатой эндоплазматической сети. Далее по каналам сети они транспортируются в направлении комплекса Гольджи, где трансформируются, созревают, распределяются по группам, маркируются. Группа лизосомных белков-ферментов, активных только в кислой среде обретает мембрану (упаковываются) и отделяется от аппарата Гольджи. На выходе из Гольджи образуются готовые первичные лизосомы.
Лизосомы — органеллы, способствующие долголетию за счет переработки клеточного мусора. Отличительной чертой процесса старения и развития многих заболеваний, является повреждение лизосом. Учёные Питтсбургского университета установили механизм восстановления лизосом, который даёт людям возможность бороться с заболеваниями.Теперь они планируют использовать эти знания в борьбе с болезнью Альцгеймера, а затем и с другими возрастными заболеваниями.
Среди лизосом можно выделить по крайней мере 3 типа:
- первичные лизосомы — мелкие мембранные пузырьки, образующиеся в аппарате Гольджи, содержат неактивные ферменты, pH в первичных лизосомах обычно составляет 4,5—5;
- вторичные лизосомы — пузырьки с активными гидролазами, включаются в различные обменные процессы;
- остаточные тельца, постлизосомы, телолизосомы. Некоторые макромолекулы могут расщепляться в лизосомах не до конца, они накапливаются в их полостях. Такие лизосомы называются остаточными телами, или «телолизосомами». Структуры содержат меньше гидролитических ферментов, в них накапливаются непереваренные липиды или пигментные вещества.
Такая эволюция лизосом объясняется тем, что в них происходит процесс пищеварения как вне клетки, так и внутри неё.
Секреторные лизосомы — специальные лизосомы, которые в отличие от других лизосом используются в клетках как для деградации, так и для хранения секреторных белков. Найдены они в небольшом наборе клеток, главным образом происходящих из гематопоэтического ростка; содержатся также в меланоцитах и клетках почечных канальцев. Секреторные лизосомы играют центральную роль в иммунной системе, т. к. большинство эффекторных функций этих клеток связано с высвобождением их секреторных продуктов, например таких как перфорин и гранзимы цитотоксических T- клеток. В отличие от других лизосом секреторные используют специальные пути секреции. С нарушением их функции связаны некоторые патологии иммунной системы и пигментации.
Функции лизосом
Функции лизосом:
- отбор и уничтожение изменённых и повреждённых клеточных компонентов — автофагия;
- автолиз — самопереваривание клетки, приводящее к её гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток). Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела;
- гетерофагия — переваривание поступивших путём эндоцитоза (пиноцитоза и фагоцитоза) в клетку веществ — внутриклеточное пищеварение. Участие Лизосом в процессе клеточного питания, в лизисе микроорганизмов и вирусов (защитная функция), во внутриклеточном переваривании биополимеров, в начальной стадии иммуногенеза и аутоиммуногенеза, в биосинтезе биологически активных веществ, во внеклеточном гидролизе биополимеров;
- вынос непереваренных частиц за пределы клетки.
В некоторых типах клеток лизосомы выполняют строго специализированные функции. Так, например, лизосомы сперматозоидов ответственны за процесс инвазии и оплодотворения.
Гетерофагия
У многих одноклеточных организмов и многоклеточных беспозвоночных (например, губки) роль лизосом, в первую очередь, питательная. Гетерофагия используется для захвата и переваривания экзогенных продуктов, аутофагия — для контролируемого использования чистых клеточных компонентов в случае нехватки пищи. Эта функция потеряла значение у высших животных, где она действует только для некоторых конкретных питательных веществ, таких как холестерин. С другой стороны, лизосомальное пищеварение подходит для многих специализированных функций.
Гетерофагия — это расщепление веществ, поступивших в клетку из внеклеточной среды путем эндоцитоза. При этом первичные лизосомы сливаются с эндоцитозными пузырьками. Так образуются вторичные лизосомы, или пищеварительные вакуоли . В них происходит ферментативное расщепление молекул или частиц, поступивших в клетку. Продукты расщепления поступают в гиалоплазму и включаются в процессы обмена веществ. Непереваренные остатки обычно выводятся из клетки путем экзоцитоза.
Гетерофагия — это и процесс очистки клетки от утративших функциональное значение структур и макромолекул, в ходе эмбрионального и постнатального развития (клеточная дифференциация, метаморфоз, регрессия, инволюция, атрезия), в регуляции интенсивности секреции (кринофагия), в утилизации избытка аккумулированных в клетке пищевых веществ, в эндогенном питании при дефиците пищевых веществ (реконструктивная функция).
С участием лизосом происходит образование гормона тироксина в клетках щитовидной железы. В шероховатой ЭПС клеток железы синтезируется белок-предшественник этого гормона — тиреоглобулин. Пройдя через комплекс Гольджи, он выводится в межклеточное пространство (в полость фолликула). Под действием тиреотропина (одного из тропных гормонов гипофиза) тиреоглобулин путем пиноцитоза снова поступает в клетки. Пиноцитозные пузырьки сливаются с первичными лизосомами, ферменты которых вызывают частичный гидролиз тиреоглобулина. Это приводит к образованию активного гормона тироксина, который далее выделяется в кровь.
http://profil.adu.by/mod/book/view.php?id=3944&chapterid=11925
Таким образом, в зависимости от клеточного типа, гетерофагический механизм служит для:
- защиты от захватчиков;
- очистки альвеол лёгких;
- реабсорбции почек;
- перестановки костей;
- катаболизма белков плазмы;
- регуляции гормональных эффектов;
- синтеза гормонов щитовидной железы и многих других физиологических процессов.
Источник: https://kupuk.net/uroki/biologiya/lizosomy-v-biologii-osobennosti-stroeniia-i-osnovnye-fynkcii
Аутофагия
Автофагией (аутофагией) называется процесс переваривания структурных компонентов клетки с участием лизосом. Автофагия обеспечивает уничтожение поврежденных молекул, дефектных или отслуживших свой срок органоидов. При голодании разрушение части клеточных компонентов способствует выживанию клетки. За счет автофагии она может восполнить недостаток питательных веществ и вернуться к нормальной жизнедеятельности.
При микроавтофагии молекулы или небольшие фрагменты мембран захватываются непосредственно лизосомами и перевариваются. Макроавтофагия служит для уничтожения крупных молекулярных комплексов и органоидов. При этом компоненты клетки, например митохондрия, окружаются фрагментом цистерны эндоплазматической сети. Так формируется автофагосома. Далее она сливается с первичной лизосомой, образуя вторичную лизосому. В ней происходит ферментативное переваривание компонентов клетки. За открытие механизмов автофагии японский биолог Ё. Осуми в 2016 г. получил Нобелевскую премию.
Автолиз
Автолиз — это самопереваривание клеток и тканей под действием собственных ферментов, которые поступают в гиалоплазму из лизосом. Автолиз приводит к разрушению поврежденных или погибших клеток.
В норме содержимое лизосом хорошо изолировано от остальной части клетки, чтобы ферменты не переваривали её содержимое. Но при повреждении мембраны этот процесс может нарушаться. Обычно это маловероятно так как реакция в клетке близка к нейтральной, а для работы ферментов она нужна кислой. Но в некоторых случаях pH среды в клетках изменяется, происходит выбрасывание гидролитических ферментов и самопереваривание внутриклеточного содержимого — автолиз.
