В каких клетках содержатся лизосомы
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
Лизосомы являются органеллами, которые встречаются в большинстве клеток животных и осуществляют функцию пищеварительных ферментов в эукариотических клетках.
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 клетки.
Лизосомные ферменты производятся белками из эндоплазматического ретикулума и заключены в везикулы с помощью аппарата (комплекса) Гольджи.
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 эндоцитозом, поскольку участок плазматической мембраны 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 бактерии, мертвые клетки, раковые клетки и посторонние вещества посредством клеточного переваривания. Макрофаги 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.
Похожие органеллы
Как и лизосомы, пероксисомы являются связанными с мембраной органеллами, которые содержат ферменты. Пероксисомные ферменты продуцируют пероксид водорода в качестве побочного продукта. Они участвуют по меньшей мере в 50 различных биохимических реакциях в организме. Пероксисомы помогают детоксифицировать алкоголь в печени, образуют желчную кислоту и разлагают жиры.
Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту
Источник
☰
Лизосома — это одномембранный органоид эукариотической клетки, имеющий в основном шаровидную форму и не превышающий по размеру 1 мкм. Характерны для клеток животных, где могут содержаться в больших количествах (особенно в клетках, способных к фагоцитозу). В растительных клетках многие функции лизосом выполняет центральная вакуоль.
Строение лизосомы
Элементарная мембрана лизосомы отграничивает от цитоплазмы несколько десятков гидролитических (пищеварительных) ферментов, расщепляющих белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Ферменты относятся к группам протеаз, липаз, нуклеаз, фосфатаз и др.
В отличие от гиалоплазмы, внутренняя среда лизосом имеет кислую реакцию, а содержащиеся здесь ферменты активны только при низком pH.
Изоляция ферментов лизосом необходима, иначе, оказавшись в цитоплазме, они могут разрушить клеточные структуры.
Образование лизосом
Лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Ферменты (по-сути белки) лизосом синтезируются на шероховатой эндоплазматической сети, после чего транспортируются в Гольджи с помощью везикул (пузырьков, ограниченных мембраной). Здесь белки модифицируются, приобретают свою функциональную структуру, упаковываются в другие пузырьки – первичны лизосомы, – которые отрываются от аппарата Гольджи. Далее, превращаясь во вторичные лизосомы, выполняют функцию внутриклеточного переваривания. В некоторых клетках первичные лизосомы секретируют свои ферменты за пределы цитоплазматической мембраны.
Функции лизосом
О функциях лизосом говорит уже их название: lysis — расщепление, soma — тело.
При попадании в клетку питательных веществ, каких-либо микроорганизмов лизосомы принимают участие в их переваривании. Кроме того, они разрушают ненужные структуры самой клетки и даже целые органы организмов (например, хвост и жабры в процессе развития многих земноводных).
Ниже дается описание основным, но не единственным функциям лизосом.
Переваривание частиц, поступивших в клетку путем эндоцитоза
Путем эндоцитоза (фогоцитоза и пиноцитоза) в клетку поступают относительно крупные материалы (питательные вещества, бактерии и др.). При этом цитоплазматическая мембрана впячивается внутрь клетки, во впячивание попадает структура или вещество, после чего впячивание отшнуровывается во внутрь, и образуется пузырек (эндосома), окруженный мембраной, – фагоцитарный (с твердыми частицами) или пиноцитарный (с растворами).
С таким пузырьком далее сливается первичная лизосома. В результате образуется вторичная лизосома, в которой происходит процесс переваривания (происходят реакции ферментативного расщепления).
Подобным способом может происходить усваивание пищи (например, у амеб). В данном случае вторичную лизосому также называют пищеварительной вакуолью. Переваренные вещества поступают из вторичной лизосомы в цитоплазму. Другой вариант — переваривание попавших в клетку бактерий (наблюдается у фагоцитов — специализированных для защиты организма лейкоцитов).
Оставшиеся во вторичной лизосоме ненужные вещества удаляются из клетки путем экзоцитоза (обратен эндоцитозу). Лизосома с непереваренными подлежащими удалению веществами называются остаточным тельцем.
Автофагия
Путем автофагии (аутофагии) клетка избавляется от ненужных ей собственных структур (различных органелл и др.).
Сначала такой органоид окружается элементарной мембраной, отделившейся от гладкой ЭПС. После этого образовавшийся пузырек сливается с первичной лизосомой. Образуется вторичная лизосома, которая называется автофагической вакуолью. В ней происходит переваривание клеточной структуры.
Автофагия особенно выражена в клетках, находящихся в процессе дифференциации.
Автолиз
Под автолизом понимают саморазрушение клетки. Характерен при метаморфозах, омертвении тканей.
Автолиз наступает, когда содержимое многих лизосом высвобождается в цитоплазму. Обычно в достаточно нейтральной среде гиалоплазмы ферменты лизосом, которым необходима кислая среда, становятся неактивными. Однако, когда разрушается много лизосом, то кислотность среды повышается, а ферменты остаются активными и расщепляют клеточные структуры.
Источник
Форма простейших
В своей форме лизосомы визуализируют в виде плотных шаровидных вакуоли, но они могут показывать значительные отличия размера, в зависимости от материалов, которые были приняты для пищеварения (см.рисунок).
Из таблицы строения и функций лизосом видно, что они обычно сферической формы, с диаметром от 0,05 до 0,5 мкм. На электронных микрофотографиях они имеют форму равномерно-зернистых, электронно-плотных структур (см. схему). Таким образом, особенности строения лизосом в том, что они представляют собой морфологически разнообразные органеллы, проводят определение общей функции деградации внутриклеточного материала.
Это цитоплазматические внутриорганические органеллы, принадлежащие к эндомембранной системе, содержащей ферменты (кислотные гидролазы), которые разрушают многие биологические молекулы. Они встречаются во всех клетках, но чаще — в ответственных за защиту организма: макрофагах, нейтрофильных полинуклеарных или очень специализированных клетках, таких как остеокласты. Первичный видимый в оптической и электронной микроскопии гетерогенный вид лизосом обнаруживается гистоэнзимологической окраской кислой фосфатазы.
Ферменты вида
Лизосомы содержат около 50 различных разлагающих комплексов ферментов, которые могут гидролизовать белки, ДНК, РНК, полисахариды и липиды. Мутации в генах, что кодируют эти ферменты, ответственны за более чем 30 различных генетических заболеваний человека, которые называются лизосомальными заболеваниями хранения, потому что необработанный материал накапливается. Большинство из этих остаточных заболеваний является результатом дефицита отдельных химических лизосомальных ферментов. Например:
- Болезнь под названием Гоше (наиболее распространённое из этих расстройств) является результатом мутации в гене, который кодирует лизосомальный фермент, необходимый для расщепления гликолипидов.
- Клеточное заболевание, которое вызвано дефицитом фермента, катализирующего первый этап мечения лизосомальных ферментов маннозой-6-фосфатом в аппарате Гольджи.
Это всё результат общей неспособности лизосомальных ферментов, которые должны быть включены в органеллах.
Все лизосомальные ферменты являются гидролазами, что активны при рН (около 5), который поддерживается в лизосомах, но не при нейтральном показателе (около 7,2), характерном для остальной цитоплазмы. Требование этих лизосомальных гидролаз для кислотного рН обеспечивает двойную защиту против неконтролируемого пищеварения содержания цитозоля. Даже если лизосомальная мембрана опущена, выпущенные кисловочные гидролазы были бы неактивны на нейтральном рН цитозоля.
Для поддержания кислотного внутреннего рН лизосомы должны активно концентрировать ионы H+ (протоны). Это достигается протонным насосом в лизосомальной мембране, который активно транспортирует протоны в лизосому из цитозоля. Эта перекачка требует затрат энергии в виде гидролиза АТФ, так как она поддерживает примерно в сто раз более высокую концентрацию H+ внутри лизосомы. Органоиды содержат различные кислотные гидролазы, которые активны при кислотном рН, поддерживаемом в органелле, но не при нейтральном рН цитозоля.
Образование органелл
Одной из основных функций лизосом является переваривание материала, взятого извне клетки эндоцитозом. Однако роль органелл в переваривании материала, принимаемого эндоцитозом, связана не только с функцией органелл, но и с их образованием. В частности, лизосомы образуются путём слияния транспортных везикул, почковавшихся из транс-Гольджи сети с эндосомами, которые содержат молекулы, принятые эндоцитозом на плазматической мембране.
Нужно выяснить, где формируются лизосомы и в чём их отличие в биологии. Появление органелл представляет собой пересечение секреторных путей (через них обрабатываются лизосомальные белки) и эндоцитозного пути, через которые молекулы внеклеточного занимают место на поверхности клетки. Материал извне клетки берётся в покрытых клатрином эндоцитарных везикулах, которые распускаются из плазматической мембраны и затем сливаются с ранними эндосомами.
Компоненты затем рециркулируются в плазматическую мембрану и ранние эндосомы постепенно созревают в поздние, которые являются предшественниками лизосом. Одним из важных изменений во время созревания эндосомы является снижение внутреннего рН примерно до 5,5, что играет ключевую роль в доставке лизосомальных кислотных гидролаз из сети транс-гольджи.
Эндоцитоз и образование
Молекулы берутся извне клетки в эндоцитарных везикулах, которые сливаются с ранними эндосомами. Мембранные компоненты перерабатываются по мере созревания ранних эндосом в поздние.
Кислотные гидролазы нацелены на лизосомы остатками манноза-6-фосфата, которые распознаются рецепторами манноза-6-фосфата в сети транс-Гольджи и упаковываются в клатрин-покрытые везикулы. После удаления слоя клатрина эти транспортные везикулы сливаются с поздними эндосомами, а кислотный внутренний рН приводит к диссоциации гидролаз с рецептором манноза-6-фосфата.
Таким образом, гидролазы высвобождаются в просвет эндосомы, в то время как рецепторы остаются в мембране и в итоге рециркулируются в Гольджи. Поздние эндосомы затем созревают в лизосомы, поскольку они приобретают полный набор кислотных гидролаз, которые переваривают молекулы, первоначально принятые эндоцитозом.
Фагоцитоз и аутофагия
Помимо деградирующих молекул, поглощаемых эндоцитозом, лизосомы переваривают материал, полученный двумя другими путями — фагоцитозом и аутофагией. При фагоцитозе специализированные клетки, такие как макрофаги, поглощают и разрушают крупные частицы, включая бактерии, клеточный мусор и старые клетки, которые необходимо удалить из организма.
Такие крупные частицы попадают в фагоцитарные вакуоли (фагосомы), которые затем сливаются с лизосомами, в результате чего происходит переваривание их содержимого. Образующиеся таким образом лизосомы (фаголизосомы) могут быть довольно крупными и неоднородными, так как их размер и форма определяются содержанием перевариваемого материала.
При фагоцитозе крупные частицы, например, бактерии, попадают в фагоцитарные вакуоли или фагосомы. В аутофагии внутренние органеллы, например, митохондрии, заключены в мембранные фрагменты из ER.
Лизосомы также отвечают за аутофагию — постепенный оборот собственных компонентов клетки. Первым шагом аутофагии, по-видимому, является включение органеллы (например, митохондрии) в мембрану, полученную из ER. Образовавшийся пузырёк затем сливается с лизосомой, его содержимое переваривается.
Патофизиологическая роль
У многих примитивных одноклеточных и беспозвоночных микроорганизмов 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.
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.
Аутофагия играет очень общую роль в многочисленных аутолитических явлениях, которые происходят в обновлении клеточных составляющих, а также в адаптации, дифференциации и развитии растительных компонентов.
Лизосомы часто могут находиться и участвовать в формировании генеза патологических состояний. Гидролазы, которые они размещают, могут повредить цитоплазму, когда они высвобождаются внутри клетки или внеклеточные структуры, если они сбрасываются снаружи. Кроме того, перегрузка лизосом непереваренными материалами и последующее расширение могут поставить под угрозу нормальную клеточную функцию. Благодаря выяснению этих механизмов, многие заболевания оказались проявлениями клеточной пищеварительной патологии:
- внутриклеточные выделения лизосомального содержимого (клеточные структуры повреждаются и часто клетки погибают) ;
- силикозы, воспаления, интоксикации лизосомотропными веществами.
Функциональные механизмы
Лизосомы играют важную роль во внутриклеточном пищеварении. Этот процесс происходит в вакуолях, ограниченных мембраной, вторичными лизосомами, в пределах которых кислотный рН в диапазоне от 4,5 до 5,0, соответствующий требованиям лизосомиальных гидролаз, активно поддерживается протонным насосом, расположенным в мембране.
Эта кислотность объясняет «лизосомотропизм» очень многих слабо основных соединений: они концентрируются в лизосомах с протонацией и приводят к таким явлениям, как жизненная окраска (например, нейтральный красный, оранжевый акридин), вакуолизация осмотическим вызовом воды, например, хлорохин, и различные фармакологические эффекты.
Исключительно гидролазы и лизосомиальная кислотность сбрасываются во внеклеточную полость, где они выполняют своё пищеварительное действие. Субстраты лизосомального пищеварения поступают извне или изнутри клетки. В первом случае (гетерофагия) захват материалов осуществляется фагоцитозом, пиноцитозом или любой другой формой эндоцитоза, т. е. процессом, включающим инвагинацию плазматической мембраны, которая закрывается вокруг захваченного материала и отделяется в цитоплазме в виде герметичной вакуоли, содержащей этот материал.
Объекты и молекулы, охватываемые таким образом, часто фиксируются специфическими рецепторами, расположенными на плазматической мембране (эндоцитоз интерпозированным рецептором). Это явление позволяет клеткам выбирать определённые питательные вещества в их окружающей среде, например, липопротеины низкой плотности, несущие холестерин. Это даёт им, кроме того, способ ограничивать действие гормонов и других активных агентов.
Источник