Какие ферменты содержаться в лизосомах
Лизосома (от др.-греч λύσις — растворение и sōma — тело) — одномембранных органеллы, содержащий гидролитические ферменты и выполняет функцию внутриклеточного расщепления макромолекул. Лизосомы были открыты бельгийским цитологом Кристианом де Дювом в 1955 году.
Лизосомы выполняют в клетке следующие функции: расщепление внутри- и внеклеточных отходов, и старых органелл, уничтожения патогенных микроорганизмов, обеспечение клетки питательными веществами.
Ферменты лизосом
Лизосомы содержат более 40 различных кислых гидролаз, в частности протеазы, нуклеазы, липазы, фосфолипазы, фосфатазы, сульфатазы. Оптимум pH для этих ферментов лежит в пределах 4,5-5, именно такая кислотность поддерживается внутри лизосом. Кроме того, протеазы проявляют максимальную активность только после ограниченного протеолиза. Биологическое значение таких особенностей заключается в защите цитоплазмы клетки от расщепления ферментами лизосом. Даже если мембрана, отделяющую этот компартмент, по каким-то причинам потеряет целостность гидролазы НЕ будут активными в цитозоле с pH около 7,2.
Лизосомальных мембран
Мембрана лизосом характеризуется высоким уровнем гликозилирования белков, входящих в ее состав. Таким образом они защищены от действия протеаз в просвете лизосомы. Также в этих мембранах имеется большое количество транспортных белков, переносящих конечные продукты расщепления, такие как аминокислоты и простые сахара, в цитоплазму. Вакуолярная H + -АТФаза в мембране лизосом использует энергию, выделяющуюся при расщеплении АТФ, для транспорта протонов в их просвет. Это необходимо не только для поддержания низких значений pH, но и для создания потенциала H +, который может быть использован для переноса малых метаболитов через мембрану.
Гетерогенность лизосом
Лизосомы были впервые открыты как отдельный компартмент с набором особых биохимических характеристик благодаря методу фракционирования клеточных экстрактов. Только позже их удалось увидеть с помощью электронного микросокопа. Лизосомы чрезвычайно разнообразны по форме и функциям, однако их можно отличить от других органелл используя специфические антитела или гистохимические методы. Используя такие подходы лизосомы удалось обнаружить во всех эукариотических организмов.
У растений функции лизосом выполняют вакуоли, которые обычно занимают от 30 до 90% объема клетки. С лизосомами их роднит наличие гидролитических ферментов низкие значения pH содержания, однако кроме пищеварения эти органеллы играют роль во многих процессах, и часто в одной клетке имеющиеся вакуоли различного назначения.
В животных клетках лизосомы связаны общим циклом созревания с эндосомы. Поздние эндосомы содержат материал захвачен мембраной в процессе эндоцитоза, а также новосинтезированные гидролитические ферменты. Они сливаются с лизосомами и формируют структуры, которые называют ендолизосомамы, последние сливаются между собой. Только после того, как в ендолизсомах переваривается большинство поглощенного материала, они становятся небольшим сферическими и плотными, то есть превращаются в «классические» лизосомы, которые снова могут вступать в цикл сливаясь с эндосомы или ендолизосомамы.
Образование
Ферменты, содержащиеся внутри лизосом, в своем большинстве синтезируются на рибосомах шероховатого эндоплазматического ретикулума, оттуда транспортируются в везикулах к аппарату Гольджи, где сортируются в отдельные мембранные пузырьки, видшнуровоються от его транс -стороны. Зато субстраты для переваривания доставляются в лизосомы как минимум тремя различными способами: от эндосом, автофагосм и фагосом.
Лучше изучен путь деградации субстратов, захватываются клеткой в процессе эндоцитоза. Эти вещества в маленьких везикулах поступают в ранних эндосом, содержащих небольшое количество гидролитических ферментов, которые происходят из аппарата Гольджи. Ранние эндосомы превращаются в поздние эндосомы с пониженным pH (около 6) и большим количеством гидролаз, здесь начинается пищеварение. Поздние эндосомы сливаются с лизосомами с образованием ендолизосом, которые после завершения пищеварения снова превращаются в лизосомы. При этом белки, характерные для эндосом, селективно собираются с мембран и транспортируются специальными везикулами к эндосом или сети транс -Гольджи.
В случае автофагии, в функции которой принадлежит обезвреживания старых и неисправных органелл и обеспечения клетки питательными веществами в условиях голодания, субстрат предназначен для расщепления сначала окружается двойной мембраной с образованием автофагосомы. Позже эта везикула сливается с лизосомой, где и происходит переваривание.
Третий путь характерен для клеток специализированных на фагоцитозе крупных частиц и микроорганизмов. Фагосомы, образующиеся при этом, имеют такую же судьбу, как и автофагосомы.
Источник
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.
Источник
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.
Лизосомы
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.
Строение лизосомы
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 комплекса Гольджи. 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. |
Источник
Оглавление темы “Транспорт. Элементы цитоплазмы.”: Лизосомы. Этапы эндоцитоза. Переваривание при эндоцитозе.Лизосомы обнаруживаются почти во всех эукариотических клетках. Они представляют собой простые мембранные мешочки (стенка мешочка состоит из одинарной мембраны), наполненные пищеварительными ферментами — протеазами, нуклеазами и липазами, расщепляющими соответственно белки, нуклеиновые кислоты и липиды. Эти ферменты, катализирующие реакции гидролиза (идущие с присоединением воды), лучше всего работают в кислой среде; содержимое лизосом имеет, следовательно, кислую реакцию. Перечисленные выше ферменты должны быть отделены от всех остальных клеточных компонентов и структур, иначе они разрушат эти компоненты и структуры. В животных клетках лизосомы имеют обычно округлую форму а диаметр их составляет 0,2—0,5 мкм. В растительных клетках роль лизосом могут играть крупные центральные вакуоли. Впрочем, в цитоплазме растительных клеток иногда видны тельца, напоминающие по своему виду лизосомы животных клеток. Заключенные в лизосомах ферменты синтезируются на гранулярном ЭР и транспортируются к аппарату Гольджи. Позже от него отпочковываются пузырьки Гольджи, содержащие ферменты, подвергшиеся необходимым модификациям. Эти пузырьки и превращаются в лизосомы. Лизосомы выполняют ряд функций, которые описаны ниже и перечислены на рисунке.
Переваривание материалов, поглощенных посредством эндоцитозаПроцесс эндоцитоза описан в нашей статье. Лизосомы могут сливаться с пузырьками или вакуолями, образующимися в результате эндоцитоза, высвобождать в них свои ферменты и переваривать находящиеся внутри пузырьков или вакуолей материалы. Иногда этот процесс представляет собой способ поглощения пищи, как, например, у некоторых простейших. В других случаях он выполняет защитную функцию, когда, например, специализированные лейкоциты (фагоциты) захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии. Продукты переваривания поглощаются и усваиваются цитоплазмой клетки, но часть материала так и остается непереваренной. Вакуоль вместе с этим остаточным материалом направляется к плазматической мембране, и здесь ее содержимое выводится наружу путем экзоцитоза. Своеобразную роль играют лизосомы в клетках щитовидной железы, которые путем пиноцитоза поглощают тиреоглобулин. Образовавшиеся пиноцитозные пузырьки сливаются с лизосомами, и тиреоглобулин под действием лизосомных ферментов превращается в активный гормон тироксин. После этого лизосомы путем слияния с плазматической мембраной изливают свое содержимое наружу — выделяют этот гормон в кровь. АвтофагияАвтофагией называется процесс, посредством которого клетка поглощает и переваривает внутри лизосом свои собственные не нужные ей структуры. Сначала эти структуры окружаются одинарной мембраной, отделяющейся обычно от агранулярного эндоплазматического ретикулума, а затем такой мембранный мешочек с заключенной в нем структурой сливается с лизосо-мой, образуя так называемую автофагическую вакуоль, в которой структура переваривается. Данная последовательность событий входит как составная часть в естественный круговорот цитоплазматических органелл, при котором старые органеллы заменяются новыми. Выделение ферментов из клетки (экзоцитоз)Иногда ферменты, содержащиеся в лизосомах, высвобождаются из клетки наружу. Это происходит, например, в процессе развития организма при замене хряшей костной тканью. Аналогичное явление можно наблюдать, когда основное вещество кости разрушается при перестройке костной ткани в ответ на повреждения, при новой нагрузке и т. п. В спермиях содержатся специализированные лизосомы, называемые акросомами. Из них наружу непосредственно перед оплодотворением выделяются ферменты, с помощью которых спермий прокладывает себе путь к яйцеклетке сквозь окружающие ее клеточные слои, переваривая отделяющий его от яйцеклетки материал. АвтолизАвтолиз — это саморазрушение клетки, наступающее в результате высвобождения содержимого ее лизосом внутри самой клетки. Именно в связи с этим лизосомы были в свое время метко названы «орудиями самоубийства» (suicide bags). При некоторых процессах дифференцировки автолиз представляет собой нормальное явление; он может распространяться на всю ткань, как это, например, имеет место при резорбции хвоста головастика во время метаморфоза. Другой пример — превращения, которые претерпевает матка. Во время беременности матка сильно увеличивается, чтобы вместить растущий плод. После родов она постепенно приобретает свои обычные размеры в результате самопереваривания большого числа клеток. Наблюдается автолиз также и в мышцах долго остающихся без работы. После гибели клетки тоже наступает автолиз; именно поэтому пищевые продукты портятся, если они не были заморожены. Иногда автолиз является следствием некоторых лизосомных болезней. – Также рекомендуем “Микротрубочки. Центриоли. Базальные тельца. Реснички. Жгутики. Внутриклеточный транспорт.” |
Источник