1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Лізосоми в біології — особливості будови, основні функції

Лізосоми в біології — особливості будови, основні функції

Лізосоми – це мембранні органели, що містять безліч ферментів, здатних руйнувати всі типи біологічних полімерів – білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи і ліпіди.

Вони функціонують як травна система, служачи як для деградації матеріалу, взятого ззовні клітини, так і для перетравлення застарілих компонентів. Будова і функції лізосом можуть бути певного типу.

Форма найпростіших

У своїй формі лізосоми візуалізують у вигляді щільних кулястих вакуолі, але вони можуть показувати значні відмінності розміру, в залежності від матеріалів, які були прийняті для травлення.

На електронних мікрофотографіях вони мають форму рівномірно-зернистих, електронно-щільних структур (див. Таким чином, особливості будови лізосом в тому, що вони являють собою морфологічно різноманітні органели, проводять визначення загальної функції деградації внутрішньоклітинного матеріалу.

Це цитоплазматичні внутрішньоорганічні органели, що належать до ендомембранної системи, що містить ферменти (кислотні гідролази), які руйнують багато біологічних молекул. Вони зустрічаються у всіх клітинах, але частіше – у відповідальних за захист організму: макрофагах, нейтрофільних полінуклеарних або дуже спеціалізованих клітинах, таких як остеокласти. Первинний видимий в оптичній та електронній мікроскопії гетерогенний вид лізосом виявляється гістоензимологічним забарвленням кислої фосфатази.

Ферменти виду

Лізосоми містять близько 50 різних розкладаючих комплексів ферментів, які можуть гідролізувати білки, ДНК, РНК, полісахариди і ліпіди. Мутації в генах, що кодують ці ферменти, відповідальні за більш ніж 30 різних генетичних захворювань людини, які називаються лізосомальними захворюваннями зберігання, тому що необроблений матеріал накопичується. Більшість з цих залишкових захворювань є результатом дефіциту окремих хімічних лізосомальних ферментів. Наприклад:

Хвороба під назвою Гоше (найпоширеніший з цих розладів) є результатом мутації в гені, який кодує лізосомальний фермент, необхідний для розщеплення гліколіпідів.
Клітинне захворювання, яке викликане дефіцитом ферменту, що каталізує перший етап мічення лізосомальних ферментів маннозою-6-фосфатом в апараті Гольджі.
Це все результат загальної нездатності лізосомальних ферментів, які повинні бути включені в органелах.

Всі лізосомальні ферменти є гідролазами, що активні при рН (близько 5), який підтримується в лізосомах, але не при нейтральному показнику (близько 7,2), характерному для решти цитоплазми. Вимога цих лізосомальних гідролаз для кислотного рН забезпечує подвійний захист проти неконтрольованого травлення вмісту цитозоля. Навіть якщо лізосомальна мембрана опущена, випущені кисловочні гідролази були б неактивні на нейтральному рН цитозоля.

Для підтримки кислотного внутрішнього рН лізосоми повинні активно концентрувати іони H +(протони). Це досягається протонним насосом в лізосомальній мембрані, який активно транспортує протони в лізосому з цитозоля. Ця перекачування вимагає витрат енергії у вигляді гідролізу АТФ, так як вона підтримує приблизно в сто разів більш високу концентрацію H+ всередині лізосоми. Органели містять різні кислотні гідролази, які активні при кислотному рН, підтримуваному в органелі, але не при нейтральному рН цитозоля.

Утворення органел

Однією з основних функцій лізосом є перетравлення матеріалу, взятого ззовні клітини ендоцитозом. Однак роль органел в перетравленні матеріалу, прийнятого ендоцитозом, пов’язана не тільки з функцією органел, але і з їх утворенням. Зокрема, лізосоми утворюються шляхом злиття транспортних везикул, що ниркувалися з транс-Гольджі мережі з ендосомами, які містять молекули, прийняті ендоцитозом на плазматичній мембрані.

Потрібно з’ясувати, де формуються лізосоми і в чому їх відмінність в біології. Поява органел являє собою перетин секреторних шляхів (через них обробляються лізосомальні білки) і ендоцитозного шляху, через які молекули позаклітинного займають місце на поверхні клітини. Матеріал ззовні клітини береться в покритих клатрином ендоцитарних везикулах, які розпускаються з плазматичної мембрани і потім зливаються з ранніми ендосомами.

Компоненти потім переробляються в плазматичну мембрану і ранні ендосоми поступово дозрівають в пізні, які є попередниками лізосом. Одним з важливих змін під час дозрівання ендосоми є зниження внутрішнього рН приблизно до 5,5, що відіграє ключову роль в доставці лізосомальних кислотних гідролаз з мережі транс-Гольджі.

Ендоцитоз і утворення

Молекули беруться ззовні клітини в ендоцитарних везикулах, які зливаються з ранніми ендосомами. Мембранні компоненти переробляються в міру дозрівання ранніх ендосом в пізні.

Кислотні гідролази націлені на лізосоми залишками манноза-6-фосфату, які розпізнаються рецепторами манноза-6-фосфату в мережі транс-Гольджі і упаковуються в клатрин-покриті везикули. Після видалення шару клатрину ці транспортні везикули зливаються з пізніми ендосомами, а кислотний внутрішній рН призводить до дисоціації гідролаз з рецептором манноза-6-фосфату.

Таким чином, гідролази вивільняються в просвіт ендосоми, в той час як рецептори залишаються в мембрані і в підсумку рециркулюються в Гольджі. Пізні ендосоми потім дозрівають в лізосоми, оскільки вони набувають повний набір кислотних гідролаз, які перетравлюють молекули, спочатку прийняті ендоцитозом.

Фагоцитоз і аутофагія

Крім деградуючих молекул, що поглинаються ендоцитозом, лізосоми перетравлюють матеріал, отриманий двома іншими шляхами-фагоцитозом і аутофагією. При фагоцитозі спеціалізовані клітини, такі як макрофаги, поглинають і руйнують великі частинки, включаючи бактерії, клітинне сміття і старі клітини, які необхідно видалити з організму.

Лізосоми, роль і функції

Такі великі частинки потрапляють в фагоцитарні вакуолі (фагосоми), які потім зливаються з лізосомами, в результаті чого відбувається перетравлення їх вмісту. Утворені таким чином лізосоми (фаголізосоми) можуть бути досить великими і неоднорідними, так як їх розмір і форма визначаються вмістом перетравлюваного матеріалу.

При фагоцитозі великі частинки, наприклад, бактерії, потрапляють в фагоцитарні вакуолі або фагосоми. У аутофагії внутрішні органели, наприклад, мітохондрії, укладені в мембранні фрагменти з ER.

Лізосоми також відповідають за аутофагію – поступовий оборот власних компонентів клітини. Першим кроком аутофагії, мабуть, є включення органели (наприклад, мітохондрії) в мембрану, отриману з ER. Утворився пухирець потім зливається з лізосомою, його вміст перетравлюється.

Патофізіологічна роль

У багатьох примітивних одноклітинних і безхребетних мікроорганізмів роль лізосом, в першу чергу, поживна. Гетерофагія використовується для захоплення і перетравлення екзогенних продуктів, аутофагія — для контрольованого використання чистих клітинних компонентів в разі нестачі їжі. Ця функція втратила значення у вищих тварин, де вона діє тільки для деяких конкретних поживних речовин, таких як холестерин. З іншого боку, лізосомальне травлення підходить для багатьох спеціалізованих функцій.

Таким чином, в залежності від клітинного типу, гетерофагічний механізм служить:

  • для захисту від загарбників;
  • очищення альвеол легенів;
  • реабсорбції нирок;
  • перестановки кісток;
  • катаболізму білків плазми;
  • регуляції гормональних ефектів;
  • синтезу гормонів щитовидної залози і багатьох інших фізіологічних процесів.

Аутофагія відіграє дуже загальну роль у численних аутолітичних явищах, які відбуваються в оновленні клітинних складових, а також в адаптації, диференціації та розвитку рослинних компонентів.

Лізосоми: будова і функції органел

Лізосоми часто можуть перебувати і брати участь у формуванні генезу патологічних станів. Гідролази, які вони розміщують, можуть пошкодити цитоплазму, коли вони вивільняються всередині клітини або позаклітинні структури, якщо вони скидаються зовні. Крім того, перевантаження лізосом неперетравленими матеріалами і подальше розширення можуть поставити під загрозу нормальну клітинну функцію. Завдяки з’ясуванню цих механізмів, багато захворювань виявилися проявами клітинної травної патології:

  • внутрішньоклітинні виділення лізосомального вмісту (клітинні структури пошкоджуються і часто клітини гинуть) ;
  • силікози, запалення, інтоксикації лізосомотропнимі речовинами.

Лізосоми відіграють важливу роль у внутрішньоклітинному травленні. Цей процес відбувається у вакуолях, обмежених мембраною, вторинними лізосомами, в межах яких кислотний рН в діапазоні від 4,5 до 5,0, що відповідає вимогам лізосоміальних гідролаз, активно підтримується протонним насосом, розташованим в мембрані.

Ця кислотність пояснює “лізосомотропізм” дуже багатьох слабо основних сполук: вони концентруються в лізосомах з протонацією і призводять до таких явищ, як життєва забарвлення (наприклад, нейтральний червоний, помаранчевий акрідін), вакуолізація осмотичним викликом води, наприклад, хлорохін, і різні фармакологічні ефекти.

Виключно гідролази і лізосоміальна кислотність скидаються в позаклітинну порожнину, де вони виконують свою травну дію. Субстрати лізосомального травлення надходять ззовні або зсередини клітини. У першому випадку (гетерофагія) захоплення матеріалів здійснюється фагоцитозом, піноцитозом або будь-якою іншою формою ендоцитозу, тобто процесом, що включає інвагінацію плазматичної мембрани, яка закривається навколо захопленого матеріалу і відділяється в цитоплазмі у вигляді герметичної вакуолі, що містить цей матеріал.

Об’єкти і молекули, охоплені таким чином, часто фіксуються специфічними рецепторами, розташованими на плазматичній мембрані (ендоцитоз интерпозированным рецептором). Це явище дозволяє клітинам вибирати певні поживні речовини в їх навколишньому середовищі, наприклад, ліпопротеїни низької щільності, що несуть холестерин. Це дає їм, крім того, спосіб обмежувати дію гормонів та інших активних агентів.

ПОДІЛИТИСЯ: