Лизосомы – это мембранные органеллы диаметром от 0,2 до 2,0мкм. Входят в состав эукариотической клетки, где находятся сотни лизосом. Главная их задача – это внутриклеточное переваривание (расщепление биополимеров), для этого органеллы имеют специальный набор гидролитических ферментов (сегодня известно около 60 видов). Ферментные вещества окружены замкнутой оболочкой, что предотвращает их проникновение внутрь клетки и ее разрушение.

Первые выявил лизосомы и занялся их изучением бельгийский ученый в области биохимии Кристианом де Дювом еще в 1955 году.

Особенности строения лизосом

Лизосомы имеют вид мембранных мешочков с кислым содержимым. По конфигурации бывают овальными или круглыми. Во всех клетках организма есть лизосомы, исключение – эритроциты.

Особым отличием лизосом от остальных органоидов является наличие во внутренней среде кислых гидролаз. Они обеспечивают распад веществ белковой природы, жиров, углеводов, а также нуклеиновых кислот.

К лизосомальным ферментам принадлежат фосфатазы (маркерный фермент), сульфатаза, фосфолипаза и многие другие. Оптимальная среда для нормальной работы органелл — кислая (pH = 4,5 — 5). При недостаточности ферментов или не эффективной их деятельности, ощелачивании внутренней среды, могут возникнуть лизосомальные болезни накопления (гликогенозы, мукополисахаридозы, болезнь Гоше, Тай-Сакса). Как следствие в клетке накапливаются непереваренные вещества: гликопротеиды, липиды и др.

Одномембранная оболочка лизосом оснащена транспортными белками, которые обеспечивают перенос из органеллы во внутреннюю среду клетки продуктов переваривания.

Есть ли в растительной клетке лизосомы?

Нет. В клетках растений содержатся вакуоли – образования, заполненные соком и заключены в оболочку. Они образуются из провакуолей, отошедших от ЭПС и . Клеточные вакуоли осуществляют ряд важных функций: накопление питательных веществ, поддержание тургора, переваривание органических веществ (что указывает на сходство между растительными вакуолями и лизосомами).

Где образуются лизосомы?

Формирование лизосом идет из пузырьков, отпочковавшихся от аппарата Гольджи. Для образования органелл необходимо также участие зернистой мембраны эндоплазматической сети. Все ферменты лизосом синтезируются рибосомами ЭПС, а затем направляются к аппарату Гольджи.

Виды лизосом

Различают два вида лизосом. Первичные лизосомы формируются возле аппарата Гольджи и содержат не активированные ферменты.

Вторичные лизосомы , или фагосомы имеют активированные ферменты, которые непосредственно взаимодействуют с расщепленными биополимерами. Как правило, ферменты лизосом активируются при изменении рН в кислую сторону.

Лизосомы также делятся на:

• гетеролизосомы — переваривающие вещества, захваченные клеткой путём фагоцитоза (твердые частицы) или пиноцитоза (поглощение жидкости);
• аутолизосомы — предназначены для разрушения собственных, внутриклеточных структур.

Функции лизосом в клетке

• Внутриклеточное переваривание;
• аутофагоцитоз;
• аутолиз.

Внутриклеточное переваривание попавших в клетку в процессе эндоцитоза питательных соединений или чужеродных агентов (бактерий, вирусов и т.д.) осуществляется под действием лизосомальных ферментов.

После переваривания захваченного материала, продукты распада попадают в цитоплазму, непереваренные частицы остаются внутри органеллы, которая теперь носит название — остаточного тельца . При нормальных условиях тельца покидают клетку. В нервных клетках, которые имеют длительный жизненный цикл, за период существования накапливается множество остаточных телец, в которых содержится пигмент старения (не выводятся также при развитии патологии).

Аутофагоцитоз - расщепление клеточных структур, которые уже стали не нужны, например, во время формирования новых органелл, от старых клетка избавляется путем аутофагоцитоза.

Аутолиз - самоуничтожение клетки, которое приводит к её разрушению. Этот процесс не всегда носит патологический характер, а происходит в нормальных условиях развития индивидуума или при дифференцировке отдельных клеток.

Например: гибель клеток естественный процесс для нормально функционирующего организма, поэтому существует запрограммированная их смерть — апоптоз. Роль лизосом при апоптозе достаточно велика: гидролитические ферменты осуществляют переваривание отмерших клеток, и очищают организм от тех, что уже выполнили свою функцию.

При преобразовании головастика в зрелую особь, лизосомы, располагающиеся в клетках хвостовой части, расщепляют его, как следствие хвост исчезает, а продукты переваривания поглощаются остальными клетками тела.

Сводная таблица строения и функций лизосом

Строение и функции лизосом
Этапы	Функции
Ранняя эндосома	Образуется при эндоцитозе внеклеточного материала. Из эндосомы рецепторы, передавшие (из-за низкого рН) свой груз, переходят обратно на внешнюю оболочку.
Поздняя эндосома	Из ранней эндосомы в полость поздней эндосомы переходят мешочки с частицами, поглощёнными при пиноцитозе, и пузырьки из пластинчатого комплекса с кислыми ферментами.
Лизосома	Пузырьки поздней эндосомы переходят к лизосоме, содержат гидролазирующие ферменты и вещества для переваривания.
Фагосома	Предназначена для расщепления крупных частиц, захваченных путём фагоцитоза. Фагосомы потом соединяются с лизосомой для дальнейшего переваривания
Аутофагосома	Область цитоплазмы окружена двойной мембраной, формируется при макроаутофагии. Затем соединяется с лизосомой.
Мультивезикулярные тельца	Одномембраные образования, содержат несколько мелких мембранных мешочков. Образуются при микроаутофагоцитозе, переваривают материал, поступивший снаружи.
Телолизосомы	Пузырьки, накапливающие непереваренные вещества (чаще всего, липофусцин). В здоровых клетках соединяются с внешней оболочкой и с помощью экзоцитоза оставляют клетку.

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.

Лизосомы
- клеточные органеллы образованные одним бислоем мембраны. В лизосомах происходит разрушение комплексов лиганд-рецептор

метаболизм холистерола

гидролазы разрушают белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты

Внутри лизосом поддерживается постоянный pH = 5, обеспечиваемый ATP-зависимой помпой, которая посредством антипорта Na
+
и H
+
закачивает H
+
внутрь лизосомы. pH поддерживается так же Cl-ионными каналами

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

Структура лизосомного фермента D катепсина с присоединенным сахаром включающим маннозу: PDB = 1LYA.

lgpA lgpB группа интегральных белков 100-120 кДа, сильно гликозилированы. Гликозилирование собственных мембранных белков предотвращает самопереваривание.

Белки лизосом синтезируются в ЭР, проходя транс-сеть АГ, образуют эндосомы которые сливаются

d=0,2-2мкм. деградация клеточных компонентов, ~40 гидролаз (нуклеазы, протеиназы, гликозидазы, липазы, фосфатазы, сульфатазы, фосфолипазы) с оптимумом pH~4,5-5 (в цитоплазме ~7-7,3) - протонные насосы - защита от деградации клетки

образуемые в ШЭР белки гликозилируются в АГ, терминальные маннозные остатки (Man) фосфорилируются по С-6, с образованием концевого остатка -
маннозо-6-фосфат
(Man-6-P). Рецепторы АГ узнают Man-6-P, происходит локальное накопление белков в АГ –
клатрин
– вырезает и транспортируют подходящие мембранные фрагменты в составе транспортных везикул к эндолизосомам. В эндолизосомах происходит понижение pH протонными насосами (H
+
-ATP-аза). Происходит диссоциация белков от рецепторов, отщепление фосфатной группы от Man-6-P. Man-6-P рецепторы используются вторично после рецикла – переносятся в АГ.

транс-Гольджи содержит
манноз 6-фосфатный рецептор связывающий фосфарилированную маннозу лизосомных ферментов,
направляя ферменты к транспортной везикуле.

Первичные лизосомы .
Аутофагия
– захват органеллы =
вторичные лизосомы
– процесс гидролитического расщепления |
остаточные тельца .

Гетероцитоз
– слияние лизосомы с эндосомами эндо- и фагоцитоза.

Мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые не узнаются ферментами, или мешают гидролазам взаимодействовать с ними.

оксидаза D-аминокислот
– окисляет D-аминокислоты до кетокислот.

Разрушение белков в лизосомах.

Цитоплазматические белки могут разрушаться в протеасомах (см. обзор
Протеасомы
) или в лизосомах. Разрушаемые белки имеют специфический участок узнаваемый шаперонами, которые связываясь с белком транспортируют его к рецепторам на мембране лизосомы. Белок расплетается шаперонами и проникает в канал, ведущий внутрь лизосомы, на другом конце которого протеаза разрезает белок на мелкие фрагменты. Активность такого пути заметно снижается в фибробластах и клетках печени старых крыс. Такое снижение способствует накоплению ненужных белков, нарушая различные клеточные процессы.

Автофагия

При длительном голодании клетка берет энергию и необходимые компаненты для своего выживания разрушая некоторые органеллы. В разрушении органелл участвуют лизосомы.

Органеллы образуемые из лизосом

В некоторых дифференцированных клетках лизосомы могут выполнять специфические функции, образуя дополнительные органеллы. Все
дополнительные функции связаны с секрецией веществ.

органеллы	клетки	функции
меланосомы	меланоциты, ретинальный пигментный эпителий	образование, хранение и транспорт меланина
тромбоцитные гранулы	тромбоциты, мегакариоциты	освобождение АТФ, АДФ, серотонина и кальция необходимых для свертывания крови
ламеллярные тельца	эпителий легких типа II	хранение и секреция сурфактанта необходимого для работы легких
лизирующие гранулы	цитотоксические Т лимфоциты, NK клетки	разрушение клеток инфицированных вирусом или опухолевы
ГКГ класс II	антиген представленные клетки (дендритные клетки, В лимфоциты, макрофаги и др.)	Изменение и представление антигенов для CD4+ T лимфоцитов для имунной регуляции
базофильные гранулы	базофилы, mast клетки	запускают высвобождение гистаминов и других воспалительных стимулов
азурофильные гранулы	нейтрофилы, эозинофилы	высвобождают микробицидные и воспалительные агенты
остеокластные гранулы	остеокласты	разрушение костей
тельца Вейбеля-Палладе	эндотелиальные клетки	созревание и регулируемый выброс фактора Виллебрандта в кровь
а-гранулы тромбоцитов	Тромбоциты, мегакариоциты	выброс фибриногена и фактора Виллебрандта для адгезии тромбоцитов и свертывания крови

Заболевания связанные с лизосомами

Tay-Sachs disease

chediak-Higashi синдром

Hermansky-Pudlak синдром

Griscelli синдром

Сокращения.

ЭР - эндоплазматический ретикулум

АГ - аппарат Гольджи

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 не представляют собой в клетках самостоятельных структур, они 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 как мембранные внутриклеточные частицы были открыты биохимиками (Де Дюв, 1955). При изучении легкой подфракции макросом из гомогенатов печени крысы было найдено, что эта подфракция (в отличие от основной фракции макросом - митохондриальной фракции) обладает группой кислых гидролитических ферментов (гидролаз), расщепляющих белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Создалось впечатление, что эти ферменты содержатся в особого рода цитоплазматических частицах, лизосомах. Оказалось, что ферменты изолированных лизосом проявляют свою активность только в том случае, если предварительно вызывается повреждение самих лизосом, либо воздействием осмотического шока или детергентов, либо замораживанием и оттаиванием препаратов. На основании этого было сделано заключение, что лизосомы окружены липопротеидной мембраной, которая препятствует доступу находящихся снаружи субстратов к ферментам, находящимся внутри лизосом.

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 создается из-за наличия в их мембранах H + помпы, зависимой от АТФ. Кроме того, в мембране лизосом встроены белки-переносчики для транспорта из лизосом в гиалоплазму продуктов гидролиза: мономеры расщепленных молекул - аминокислоты, сахара, нуклеотиды, липиды. При ознакомлении с работой лизосом, всегда возникает вопрос, почему же эти мембранные образования не переваривают сами себя? Вероятнее всего, что мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые или не узнаются лизосомными ферментами, либо просто мешают гидролазам взаимодействовать с ними. Так или иначе мембранные компоненты лизосом очень устойчивы к гидролазам, содержащимся внутри лизосомных пузырьков.

Наличие некоторых гидролаз можно выявить гистохимическими методами. Так одной из характерных гидролаз, выявляемых как в световом так и в электронном микроскопе, является кислая фосфатаза, по наличию которой можно четко определить, является тот или иной мембранный пузырек лизосомой.

Под электронным микроскопом 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.

Сходные по морфологии частицы были описаны еще ранее в разных тканях многих животных. Однако цитологи не могли выяснить функциональные значения этих полиморфных частиц. И только сочетание биохимических, цитохимических и электронно-микроскопических методов исследований позволило достаточно подробно разобраться в строении, происхождении и функционировании клеточных лизосом.

Морфологическая гетерогенность лизосом

Было обнаружено, что среди различных по морфологии лизосомных частиц можно выделить по крайней мере четыре типа: первичные лизосомы, вторичные лизосомы, аутофагосомы и остаточные тельца (рис. 189). Пестрота же морфологии лизосом вызвана тем, что эти частицы участвуют в процессах внутриклеточного переваривания, образуют сложные пищеварительные вакуоли как экзогенного (внеклеточного), так и эндогенного происхождения.

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. Более того, вакуоли этой периферической части АГ также содержат кислую фосфатазу. Прослеживая процесс синтеза и локализацию этого фермента в клетках, было найдено, что местом его синтеза, как и следовало ожидать, 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. Весь путь образования первичных лизосом очень сходен с образованием зимогеновых гранул в клетках поджелудочной железы, за исключением последнего этапа - выбрасывания из клетки.

С помощью ряда точных экспериментов установили, что в дальнейшем первичные лизосомы сливаются с фагоцитарными или пиноцитозными вакуолями, эндосомами, образуя вторичную лизосому или внутриклеточную пищеварительную вакуоль. При этом содержимое первичной лизосомы сливается с полостью эндоцитозной вакуоли, и гидролазы первичной лизосомы получают доступ к субстратам, которые они и начинают расщеплять.

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).

Процесс слияния первичных лизосом с эндоцитозными вакуолями прослежен очень подробно. Так, если ввести в организм мыши чужеродный белок пероксидазу, то она начинает накапливаться в эндоцитозных вакуолях. С помощью гистохимической реакции можно выявить пероксидазу в таких вакуолях в электронном микроскопе. Было замечено, что к этим вакуолям подходят первичные лизосомы, обладающие кислой фосфатазой, продукты активности которой также выявляются гистохимически. Затем происходит слияние мембран вакуолей, и в слившемся объеме новой вакуоли обнаруживается как пероксидазная, так и фосфатазная активность. По своей морфологии такая вакуоль представляет собой лизосому, содержащую компоненты, захваченные в процессе эндоцитоза. Это вторичная лизосома. Разнообразие по величине и по структуре клеточных лизосом связано в первую очередь с разнообразием вторичны лизосом - продуктов слияния эндоцитозных вакуолей с первичными лизосомами. Таким образом, вторичные лизосомы представляют собой не что иное, как внутриклеточные пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. Поэтому 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. Если через некоторое время снова клетке дать инородное вещество, например коллоидное золото (частички которого отличаются по морфологии от частиц коллоидного железа), то динамика его появления в лизосомах будет такая же. Но появятся лизосомы, одновременно содержащие гранулы как коллоидного железа, так и коллоидного золота.

Судьба поглощенных биогенных веществ, попавших в состав лизосомы, заключается в их расщеплении гидролазами до мономеров и в транспорте этих мономеров через мембрану лизосомы в состав гиалоплазмы, где они реутилизируются, включаются в различные синтетические и обменные процессы.

Кроме участия в переваривании поглощенных частиц и растворов лизосомы могут играть роль внутриклеточных структур, участвующих 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.

Однако расщепление, переваривание биогенных макромолекул внутри лизосом может идти в ряде клеток не до конца. В этом случае в полостях лизосом происходит накопление непереваренных продуктов, происходит переход вторичных лизосом в телолизосомы , или остаточные тельца . Остаточные тельца уже содержат меньше гидролитических ферментов, в них происходит уплотнение содержимого, его перестройка. Часто в остаточных тельцах наблюдается вторичная структуризация непереваренных липидов, которые образуют сложные слоистые структуры. Там же происходит отложение пигментных веществ. У человека при старении организма в клетках мозга, печени и в мышечных волокнах в телолизосомах происходит отложение “пигменте старения” - липофусцина.

Аутолизосомы (аутофагосомы) постоянно встречаются в клетках простейших, растений и животных. По своей морфологии их относят к вторичным лизосомам, но с тем отличием, что в составе этих вакуолей встречаются фрагменты или даже целые цитоплазматические структуры, такие, как митохондрии, пластиды, элементы ЭР, рибосомы, гранулы гликогена и т.д. Процесс образования аутофагосом еще недостаточно ясен. По одним представлениям, первичные лизосомы могут выстраиваться вокруг клеточной органеллы, сливаться друг с другом и таким образом отделять ее от соседних участков цитоплазмы: участок оказывается отделенным мембраной и заключенным внутри такой сложной лизосомы (см. рис. 189).

Есть предположение, что процесс аутофагоцитоза связан с отбором и уничтожением измененных, “сломанных” клеточных компонентов. В этом случае лизосомы выполняют роль внутриклеточных чистильщиков, контролирующих дефектные структуры. Такой автофагии подвергаются митохондрии печени, где время жизни отдельной митохондрии составляет 10 дней. Интересно, что в нормальных условиях число аутофагосом увеличивается при метаболических стрессах (например, при гормональной индукции активности клеток печени). Значительно возрастает число аутофагосом при различных повреждениях клеток; в этом случае автофагоцитозу могут подвергаться целые зоны внутри клеток.

Лизосомные патологии

Увеличение числа лизосом в клетках при патологических процессах - обычное явление. Это наблюдение послужило появлению представления о том, что лизосомы могут играть активную роль при гибели клеток. Однако в большинстве случаев смерти клетки не предшествовало освобождение гидролаз из лизосом. Более того, даже при разрыве мембраны лизосомные гидролазы должны терять свою активность, попадая в цитоплазму с нейтральным значением рН. Ферменты лизосом, несомненно, участвуют в автолизе погибших клеток, но скорее всего это вторичное явление, а не причина гибели самих клеток.

Существует ряд врожденных заболеваний, которые называют лизосомными “болезнями накопления”. Отличительным признаком этих болезней является то, что под световым микроскопом 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 -гликозидазы. Многие “болезни накопления” возникают вследствие первичной генной мутации, приводящей к потере активности отдельных ферментов, участвующих в функционировании лизосом.

Сейчас, к сожалению, известно уже более 25 таких генетических заболеваний, связанных с патологией лизосом.

Часто люди задаются вопросом, что такое лизосомы. Функции лизосом и их строение имеют модификации в зависимости от морфологии самой клетки. Для того чтобы узнать, как выглядит эта органелла, как происходит образование новых лизосом и какие функции они выполняют, нужно изучить этот материал.

Вконтакте

Что такое лизосомы

Они представляют собой органоиды размером около 0,2-0,4 мкм и являются обособленной частью мембранной оболочки . Распространены как у грибов и простейших, так и в многоклеточных организмах. У растений присутствуют вакуоли.

В зависимости от выполняемых функций строение, химический состав, форма, количество органелл могут варьироваться. У растений и грибов содержится 1–2 крупные вакуоли в клетке, а у животных 1000 и более размером меньше 1 мкм.

Где образуются лизосомы?

Органоид клетки, образующий новые лизосомы, – это аппарат Гольджи. В формировании принимают участие эндосомы – пузырьки с захваченными извне частицами, а также мембраны ЭПС. Ферменты образуются рибосомами шероховатой эндоплазматической цепи и транспортируются к аппарату Гольджи, затем непосредственно к везикулам.

Классификация лизосом

Чтобы понять, что такое лизосомы, нужно узнать какими они бывают. Единой классификации типов пузырьков и их стадий развития нет. Чаще всего выделяют три типа:

1. Первичные.
2. Вторичные.
3. Телолизосомы (или остаточные тельца).

Образование вторичных лизосом идет путем слияния первых с пино- или фагоцитозными вакуолями. Таким способом осуществляется расщепление содержимого эндоцитозной вакуоли на мономеры с помощью гидролитических ферментов.

В зависимости от содержимого вакуолей, а также их слияния могут образовываться разные по строению, размеру и специализированным функциям пузырьки.

Третьим основным видом являются остаточные тельца, или телолизосомы. Там происходит накопление непереваренных частиц , которые уплотняются и структурируются.

Также в этих пузырьках накапливаются пигменты. В здоровых полностью функционирующих клетках телолизосомы выводятся с помощью экзоцитоза при слиянии с внешней мембранной оболочкой. При условии патологий или старения остаточные тельца накапливаются внутри.

Разновидности везикул

Помимо основных типов различают еще несколько:

• Фаголизосомы. Главной их задачей является поглощение крупных частиц (бактерий и других микроорганизмов) с помощью фагоцитоза.
• Аутолизосомы (аутофагосомы). Широко распространены у простейших. Являются одним из типов вторичных пузырьков. Значение аутофагосом — удаление/аутолиз частей компартментов клетки или цитоплазматических структур полностью (рибосом, пластид, элементов эндоплазматической сети, митохондрий). Их часто можно обнаружить внутри организма при голодании, кислородной недостаточности, интоксикации, патологиях или старении.
• Мультивезикулярные тельца. Окружены одним слоем мембраны и сдержат в полости одномембранные пузырьки более мелких размеров. Их образование осуществляется путм отсоединения от оболочки . Основной задачей является захватывание и уничтожение мелких частиц , таких как рецепторы внешней мембраны.

Внимание! Органоиды также различают по особенностям их предназначения и месту локализации. Они распространены у простейших, растений, грибов, животных, человека. Строение и функции отличны друг от друга. У многоклеточных организмов они чаще всего являются защитой и основой иммунной системы, а у простейших – основным способом питания.

Особенности строения лизосомы

У лизосом простая схема строения. Органоид имеет одну защитную мембрану, в структуру которой входят рецепторы для узнавания фагосом, транспортных элементов и чужеродных частиц.

Лизосома – это органелла, она может быть разных размеров и содержать большое количество гидролитических энзимов. Они участвуют во многих реакциях, в частности, в процессе распада белков, нуклеиновых кислот, жиров и .

Действуют энзимы только при низких значениях рН. Это играет определенную роль для всего содержимого клетки и защищает его от полного уничтожения, так как кислотность цитоплазмы нейтральная. Элементы самих органоидов защищены от разрушающего действия ферментов с помощью олигосахаридов. Такой вид имеет упрощенная схема строения.

Внимание! Характерной особенностью лизосомы в является наличие более 40 различных гидролитических ферментов: фосфатаз, нуклеаз, протеиназ, гликозидаз, липаз и т.д. Оптимальная кислотность среды, при которой они осуществляют свою деятельность наилучшим образом, рН 4,5-5. Такое значение кислотности поддерживается в полости с помощью протонового насоса (Н+/К+-АТФазы).

Функции

По своему значению эти органеллы не может заменить ни один другой. Настолько велико значение выполняемых ими задач. Основная функция лизосом – расщепление микро- или макромолекул (эндогенного или экзогенного происхождения). В зависимости от морфологии и особенностей поглощаемых молекул различают несколько задач:

1. Переваривание макрочастиц, захваченных путём эндоцитоза (бактерий, микроорганизмов, более мелких размеров).
2. Аутофагия. Переваривание органеллой частей клетки и отработанного или сломанного материала.
3. Аутолиз или самопереваривание. Процесс, приводящий к полному уничтожению клетки.
4. Растворение внеклеточных структур. Свойственно остеокластам – клеткам костной ткани.
5. Выделительная функция. Выведение переработанных компонентов за пределы наружной мембранной оболочки.

Аутофагия

Часто происходит при обновлении клеточных структур или расщеплении белковых компонентов. Осуществляется аутолизосомами, разрушающими остатки клеточных структур, которые впоследствии участвуют в других внутриклеточных процессах. Иногда процесс помогает для избегания переспама в растительной клетке. Различают несколько типов аутофагии:

• Микроаутофагия. Процесс переработки синтезированных внутри веществ. При недостатке энергии или питательных веществ микропузырьки, наполненные ферментами, начинают разрушать некоторые белки , органоиды.
• Макроаутофагия. С ее помощью проводится обновление клеточных структур и органелл.
• Шаперонзависимая. При этом типе аутофагии полуразрушенные белковые компоненты транспортируются в полость органоида для дальнейшей утилизации.

Самопереваривание

Автолиз проходит при разрушении мембранных оболочек пузырьков и освобождении гидролаз в полость самой клетки, где они инактивируются. Энзимы работают в кислой среде, а цитоплазма имеет нейтральную рН. При расщеплении оболочек всех органелл начинается процесс автолиза . Выделяют два вида самопереваривания: обычный и патологический.

Первый проходит при развитии организма или дифференцировке некоторых клеток (сопровождает процесс полного превращения у личинок насекомых и рассасывание хвостов у головастиков). Примером второго может служить полное разрушение тканей организма после смерти или другие патологические процессы, связанные с отмиранием клеток.

Гетерофагия (внутриклеточное пищеварение)

Одно из основных условий, необходимых для полноценного существования многих простейших. Гетерофагия – способ переваривания и усвоения питательных веществ микроорганизмов. Пузырьки в этом случае соединяются с вакуолями. При полостном пищеварении частицы попадают в организм посредством пино- или фагоцитоза. В растительной клетке в лизосомах могут накапливаться пигментные вещества, ионы, белки. У многоклеточных функцию гетерофагии выполняют лейкоциты и микрофаги – элементы иммунной системы.

Внимание! Везикулы с ферментами играют очень важную роль. При нарушении их работы могут развиваться до 50 различных заболеваний, передающихся по наследству. Главным образом, они связаны с ошибками при синтезе ферментов или их мутаций, вследствие чего начинается накопление вторичных метаболитов. Примерами заболеваний являются болезнь Гоше, болезнь Тея-Сакса.

Лизосомы, строение, функции в клетке

Важные органеллы — лизосомы и их виды

Вывод

Чтобы разобраться, что такое лизосомы, нужно изучить много литературы. Это уникальный по своему строению органоид, выполняющий важные функции для поддержания жизнеспособности клетки.