1) Гидролитические ферменты (гидролазы), которые направляются в компартмент лизосом.

Известно, что только белки предшественники гидролаз имеют особую маннозную группу в своем составе. В цис-цистернах эти группы фосфолирируются. И далее, вместе с другими белками, переносятся от цистерны к цистерне в транс участок. Мембраны транс полюса содержат особый рецептор. Манноза-6-фосфат, который специфически узнает фосфолиророванные маннозные группировки лизосом элементов и взаимодействует с ними. Это связывание осуществляется при нейтральных значениях рН внутри цистерн трансполюса. На мембранах пузырьков манноза-6-фосфатные рецепторы образуют группы, которые концентрируются в окаймленных клатрином пузырьках. Оторвавшись от трансполюса, эти пузырьки теряют клатрин, сливаются с эндосомами, перенося свои лизосомные ферменты (гидролазы), связанные с мембранными рецепторами в эту вакуоль. Внутри эндосом, благодаря работе протонного переносчика, происходит закисление среды и начиная где-то с рН = 6 лизосомные ферменты гидролазы отсоединяются от маноза-6-фосфата активируются и начинают работать – переваривать органику. Участки же мембран, вместе с рецепторами, возвращаются путем рециклинга обратно в транссеть комплекса Гольджи.

2) Белки, которые накапливаются в секреторных вакуолях и выделяются из клетки только при получении специальных сигналов. Это путь стимулируемой секреции. Считают, что та часть белков, которая накапливается в секреторных вакуолях и выводится из клетки после поступления сигнала либо нервного, либо гормонального, проходят такую же процедуру отбора сортировки на рецепторах цистерн комплекса Гольджи. Эти секреторные белки попадают сначала в мелкие вакуоли, которые тоже одеты клатрином. В секреторных вакуолях происходит агрегация накопленных белков в виде плотных секреторных гранул. Концентрация белка при этом в вакуолях повышается в 2000 раз по сравнению с концентрацией белка в цистернах комплекса. Секреторные вакуоли выбрасываются из клетки путем экзоцитоза после получения клеткой соответствующего стимула.

3) Путь конститутивной (постоянной) секреции. Клетки могут постоянно выделять белки, которые связывают их с субстратами. Кроме того, непрерывно идет поток мембранных пузырьков к плазмолемме, в которых находятся элементы гликокаликса и мембранных протеинов. Этот поток не подлежит сортировке в рецепторной транссистеме комплекса Гольджи. Внешне они не отличаются от других пузырьков. Также являются окаймленными секреторными пузырьками.

Функции комплекса Гольджи:

1) Участие в сегрегации и накопление продуктов синтезированных в ЭПР;

2) участие в химических перестройках и созревании органики. Главным образом, это перестройка олигосахаридных компонентов гликопротеинов в составе водорастворимых секретов или в составе мембран;

3) Это синтез полисахаридов, их взаимосвязь с белками, приводящая к образованию мукопротеинов, гликопротеинов;

4) Выведение готовых секретов за пределы клетки;

5) Формирование лизосом.

Характеристика лизосом

Лизосомы не являются самостоятельными структурами клетки, т.к. они образуются за счет активности ЭПР и комплекса Гольджи. И в этом отношении они очень похожи на секреторные вакуоли. Основная их функция заключается в участии в процессах внутриклеточного расщепления, как экзогенных, так и эндогенных макромолекул.

Открыты были французским ученым Де Дювом в 1955 году. Окружены одной липопротеидной мембраной. Содержат кислые гидролитические ферменты (гидролазы), расщепляющие белки, липиды и т.д. (всю органику). По специфичности делятся примерно на 40 видов, например, нуклеазы, гликозидазы, сульфидазы и т.д.

Оптимум действия гидролаз рН – 5,5 (кислая среда). Самая характерная – кислая фосфотаза.

Протонный насос создает и поддерживает кислое значение среды. Этот насос является АТФ-зависимым.

Было высказано предположение, что, вероятнее всего, мембраны лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые присоединяются к гидролазам в ЭПР в результате процесса первичного гликозелирования. Эти участки либо не узнаются гидролазами вообще, либо просто мешают гидролазами взаимодействовать с ними.

Гидролазы обладают способностью быстро активироваться:

1) Развитый рецепторный аппарат;

2) За счет микротрубочек лизосомы очень активно перемещаются в клетке;

3) Они способны к локальному разрушению мембраны при контакте с эндосомами.

Лизосомы представлены несколькими фракциями. Подразделяются на первичные, вторичные, остаточные тельца или тело лизосомы и аутофагосомы.

Первичные лизосомы – мелкие мембранные пузырьки, около 100 нм, с бесструктурным содержимым, содержащим набор ферментов. Их практически невозможно отличить от других секреторных пузырьков. Часть из них имеет клатриновую оболочку. Первичные лизосомы в дальнейшем сливаются с эндосомами, поступившими в клетку снаружи и образуют вторичную лизосому или внутриклеточную пищеварительную вакуоль. При слиянии первичной лизосомы с эндосомой происходит диссоциация комплексом маноза-6-фосфатного рецептора гидролаза из-за кислой среды в лизосоме. Свободный фермент после потери фосфатной группы вступает в работу. Расщепляет полимеры до мономеров, затем происходит транспорт в состав гиалоплазмы клетки, где они включаются в процессы. Первичная лизосома может вновь слиться с эндосомой. Процесс слияния и переваривания - гетерофагицескай цикл.

Однако переваривание и расщепление молекул может идти и не до конца. В этом случае, в полостях лизосом происходит накопление непереваренных продуктов и вторичная лизосома превращается в остаточное тельце или в тело лизосомы. Остаточные тельца уже содержат меньше гидролаз. В них происходит уплотнение содержимого, его перестройка. Часто в остаточных тельцах наблюдается вторичная структуризация непереваренных липидов, которые образуют сложные слоистые структуры. Во вторичных лизосомах происходит и отложение специфических продуктов обмена веществ и пигментов. Например, липофусцин.

Кроме гетерофагического цикла, в клетках происходит и аутофагический цикл, связанный с перевариванием собственных структур клетки. Аутофагосомы присутствуют и в клетках простейших, и в клетках растений, и у животных. По своей морфологии их относят к вторичным лизосомам, но с тем отличием, что в составе этих вакуолей встречаются фрагменты или даже целыецитоплазматические структуры, такие как митохондрии, пластиды, элементы ЭПР, рибосомы, гранулы гликогена и другие вещества. Полагают, что процесс образование аутофагосом связан с выстраиванием вокруг клеточного органоида первичных лизосом, затем их слияние друг с другом. Таким образом они отделяют структуру, подлежащую перевариванию, от основной цитоплазмы. Полагают, что аутофагосомы задействованы в процессе абоптоза (запрограммированная гибель). Такой функции подвергаются митохондрии печени, которые живут 9 – 10 суток. Установлено, что число лизосом увеличивается в клетке при патологии.

Даже при разрыве клетки, лизосомные гидролазы теряют свою активность и переваривания клетки не происходит.

Ферменты несомненно участвуют в автолизе, но, скорее всего, это вторичное явление, а не причина гибели.

Лизосомные накопления – первичная генная мутация, приводящая к потере активности отдельных ферментов, участвующих в функционировании лизосом.