Лизосомы

Лизосомы (от греч. lysis - разложение, распад, растворение и soma - тело) были открыты в 1955 году бельгийским биохимиком де Дювом. Позже они были обнаружены во всех эукариотических клетках. Лизосомы представляют собой семейство внутриклеточных органелл, содержащих гидролитические ферменты, и предназначенные для контролируемого внутриклеточного расщепления макромолекул.

В настоящее время известно около 60 лизосомных ферментов, все они являются кислыми гидролазами: рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы, сульфатазы, фосфолипазы, гликозидазы, протеазы, b-глюкуронидазы, гликозидазы, фосфатазы и другие. Лизосомные ферменты активны в кислой среде. Встроенные в мембрану протонные насосы (Н⁺, К⁺-АТФазы) закачивают ионы Н⁺ внутрь лизосомы и поддерживают рН»5,0. Гидролитические ферменты синтезируются и накапливаются в гранулярном эндоплазматическом ретикулуме, затем переносятся в аппарат Гольджи, где модифицируются и упаковываются в мембранные пузырьки.

Основные функции лизосом:

• Гетерофагия - процесс внутриклеточного расщепления материала, поглощённого клеткой извне путём эндоцитоза (фагоцитоза и пиноцитоза). Особую роль в этом процессе играют специализированные клетки, осуществляющие защитную функцию - фагоциты (макрофаги и нейтрофилы).

• Аутофагия - регулируемый процесс разрушения внутриклеточных дефектных структур - обеспечивает постоянное обновление цитоплазматических органелл, каждая из которых имеет ограниченную продолжительность функционирования*.

• Внеклеточное переваривание материала путём секреции лизосомных ферментов за пределы клетки осуществляют специализированные клетки - остеокласты, разрушающие костную ткань в процессе её перестройки и обновления (см. главу 4). Нейтрофилы и макрофаги также участвуют во внеклеточном переваривании микроорганизмов в очаге воспаления (см. главу 4). Секреция лизосомных ферментов обеспечивает резорбцию хвоста у головастика.

• Изоляция непереваренного материала от активной цитоплазмы обеспечивается специальным типом лизосом - остаточными тельцами.

В настоящее время большинство авторов рассматривают лизосомы не как отдельный тип цитоплазматических органелл, а как основной действующий компонент аппарата внутриклеточного переваривания, основной функцией которого является обеспечение процессов катаболизма** в клетке. Аппарат

________________________________________________

* Например, в нервных клетках, продолжительность жизни которых равна продолжительности жизни человека, цитоплазматические органеллы почти полностью обновляются в течение одного месяца.

** Катаболизм (от греч. katabole - разрушение), или диссимиляция, - совокупность процессов регулируемого расщепления макромолекул внеклеточного и внутриклеточного происхождения.

внутриклеточного переваривания - это единая система цитоплазматических органелл, объединяющая все типы лизосом и эндосомы. Эндосомы, строение и образование которых мы рассмотрели выше, обеспечивают перенос материала от поверхности клетки в лизосомы.

Лизосомы представляют собой морфологически гетерогенную группу цитоплазматических органелл, которая в настоящее время активно изучается. Многочисленные экспериментальные данные, полученные в этой области стали причиной путаницы в названиях различных типов лизосом и эндосом. Их терминология на сегодняшний день окончательно не сложилась.

Наиболее принятым остаётся традиционное разделение органелл семейства лизосом на три основных типа.

1. Первичные (неактивные) лизосомы, в современной научной литературе их называют гидролазными пузырьками, представляют собой мелкие мембранные органеллы диаметром около 100 - 200 нм, содержащие гидролитические ферменты в неактивной форме. В фагоцитах они достигают достаточно крупных размеров - до 500 нм. Они ещё не контактировали с субстратом. Первичные лизосомы отделяются от транс-сети аппарата в виде окаймлённых клатрином пузырьков.

2. Лизосомы, раньше их называли вторичными (активными) лизосомами, или внутриклеточными пищеварительными вакуолями, образуются в результате слияния первичной лизосомы, утратившей клатриновую оболочку, с эндосомой. После их слияния гидролитические ферменты получают доступ к субстрату и начинают его расщеплять. Участок мембраны, принадлежащий до слияния первичной лизосоме и содержащий рецепторы ферментов, отщепляется в виде пузырька от вторичной лизосомы и возвращается в транс-сеть Гольджи. Так осуществляется рециклизация мембранных пузырьков, содержащих рецепторы гидролаз.

   Лизосомы разнообразны по величине (средний диаметр 0,5-2 мкм) и внутренней структуре. С ними могут сливаться первичные лизосомы, доставляя новые порции гидролаз до полного переваривания субстрата. Внутри лизосом макромолекулы расщепляются до мономеров. Последние транспортируются через мембрану лизосом в цитозоль, где включаются в различные синтетические и обменные процессы.

   Выделяют несколько подтипов вторичных лизосом:

   а) Фагосомы, их также называют гетерофагосомами, образуются в результате слияния лизосомы с фагосомой и осуществляют внутриклеточное переваривание материала, захваченного клеткой извне (гетерофагия).

   б) Аутофаголизосомы, или аутолизосомы, выполняют роль внутриклеточных чистильщиков (аутофагия). Они утилизируют отработанные части самой клетки (фрагменты эндоплазматического ретикулума, старые митохондрии, рибосомы, гранулы гликогена и др.). Механизм образования аутофагосом изучен. Подлежащую удалению частицу окружают мембраны эндоплазматического ретикулума, изолируя её от окружающей цитоплазмы. Сливаясь с такой частицей, гидролазные пузырьки доставляют к ней гидролитические ферменты.

   в) Мультивезикулярные тельца (от греч. multi - много и vesicula - пузырёк) - это крупное комплексное образование, окружённое мембраной, является результатом слияния нескольких эндосом и лизосом разных этапов их развития. Морфологически - это крупная (200-800 нм) вакуоль, содержащая мелкие пузырьки со светлым или умеренно плотным матриксом.

3. Телолизосомы, или остаточные тельца, являются результатом накопления в лизосомах непереваренных продуктов. Процесс расщепления макромолекул в лизосомах может идти не до конца. Это нередко связано с дефектом лизосомных ферментов. Непереваренный материал уплотняется, а лизосомы превращаются в остаточные тельца. Наблюдается структуризация содержимого остаточных телец, с образованием слоистых структур. Телолизосомы могут быть удалены из клетки путём экзоцитоза или длительное время сохраняться в цитоплазме. Например, при старении клеток мозга, сердечной мышцы, печени человека в них накапливается телолизосомы, содержащие «пигмент старения» липофусцин.

Различные патологические изменения в тканях сопровождается возрастанием числа клеточных лизосом. Существует ряд наследственных заболеваний, называемых лизосомными болезнями накопления, при которых дефектные лизосомные ферменты не способны расщеплять субстрат. В результате, в клетках накапливаются остаточные тельца. Примерами таких патологий являются болезнь Помпе, гликогенозы, болезнь Тэя Сакса и другие. Всего известно более 25 генетических заболеваний этой группы.