Лізосоми.

Лізосоми виявлені у більшості еукаріотних клітин і відіграють важливу роль у багатьох фізіологічних і патологічних процесах.

Особливо багато лізосом міститься в тваринних клітинах, які здатні до фагоцитозу. Кількість їх може досягати кількох сот на клітину. Лізосоми досить неоднорідні й поліморфні органели, які мають різні форми і розміри.

Особливо різноманітна їх внутрішня структура. Лізосоми є простими мембранними мішками, побудованими з одинарної мембрани. Це єдина морфологічна ознака, характерна для всіх лізосом, хоча вона характерна і для інших клітинних органел. Крім того, мембрана лізосом зазвичай відділена від матриксу електронно-прозорим ореолом (мал. 45).

Лізосоми заповнені гідролітичними (травними) ферментами. До складу лізосом входять окисно-відновні ферменти — оксидоредуктази; гідролази ефірів карбонових кислот; гідролази фосфомоноефірів і фосфодіефірів; гідролази сульфодіефірів, глікозильних сполук; гідролази, що розщеплюють пептидні зв'язки; гідролази, що діють на ангідриди кислот. У лізосомах міститься близько 70 різних ферментів. У своїй сукупності ці ферменти здатні повністю або майже повністю перетравлювати багато природних речовин, таких як білки, полісахариди, ліпіди, нуклеїнові кислоти та їх похідні. Уміст лізосом має кислу реакцію, тому для лізосомних ферментів характерне низьке значення рН. Ці ферменти мають бути ізольовані від усіх інших клітинних компонентів і структур, оскільки вони їх зруйнували б. У тваринних клітинах лізосоми мають округлу форму і діаметр від 0,2 до 0,8 мкм, а в рослинних клітинах роль лізосом можуть виконувати великі центральні вакуолі. Лізосомні ферменти синтезуються на рибосомах гранулярної ендоплазматичної сітки і транспортуються до комплексу Гольджі, від якого потім відбруньковуються пухирці Гольджі, що містять модифіковані ферменти. Такі пухирці називаються первинними лізосомами. Лізосоми виконують функції, пов'язані переважно з внутрішньоклітинним перетравлюванням, а інколи — із секрецією травних ферментів. Оскільки лізосоми обмежені мембраною, то для їх зв'язку з іншими відділами клітини використовуються два транспортних шляхи — проникнення речовин, що здатні пройти крізь мембрани (в тому числі й активним шляхом за допомогою клітинних насосів і пермеаз), та везикулярний транспорт для інших речовин (ендоцитоз).

Первинні лізосоми можуть зливатися з ендоцитарними вакуолями з утворенням вторинної лізосоми, в якій відбувається перетравлювання матеріалів, що надійшли до клітини разом з ендоцитарною вакуолею.

Для деяких найпростіших, наприклад для амеб, ендоцитоз — це спосіб поглинання їжі, для інших організмів — це спосіб захисту. Наприклад, лейкоцити і макрофаги захоплюють і перетравлюють бактерії, що потрапили в організм. Вторинні лізосоми називають ще травними вакуолями. Продукти перетравлювання поглинаються і засвоюються цитоплазмою клітин, але деяка частина матеріалу залишається неперетравленою. Вторинна лізосома, що містить цей неперетравлений матеріал, називається залишковим тільцем. Залишкові тільця спрямовуються до плазматичної мембрани і виводяться назовні. У деяких випадках залишкові тільця зберігаються.

У клітинах крім гетерофагії відбувається й автофагія -«поїдання» і перетравлювання невеличких кусочків своєї власної речовини. Це спостерігається тоді, коли клітини не отримують поживних речовин і мають обійтися власними ресурсами, а також тоді, коли є надлишок речовин. Автофагія — процес ліквідації непотрібних клітині структур. Спочатку ці структури покриваються одинарною мембраною, що відділяється від гладенької ендоплазматичної сітки, а потім такий мембранний мішок, в якому знаходиться зайва структура, зливається з первинною лізосомою з утворенням вторинної лізосоми, або автофагуючої вакуолі, де ця структура і перетравлюється. Руйнування своїх власних складових частин потрібне клітинам так само, як і перетравлювання екзогенних речовин. Автофагії зазнають цілі ділянки цитоплазми, мітохондрії, складові частини рибосом, фрагменти мембран, що відділилися від ендоплазматичної сітки, тощо.

Учені вважають, що переваги, яких надає клітині автофагія, не стільки пов'язані з їх живленням, як з омолодженням клітини та адаптивністю. Так, клітини мозку людини, які працювали впродовж десятиріч, оновлювали свої мітохондрії, рибосоми, мембрани не раніше, ніж через місяць. Отже, клітина руйнувала й оновлювала складові частини своїх структур тисячі й сотні тисяч разів.

Адаптивність полягає в тому, що замінена частина клітини може бути не тільки ідентичною, а й за потреби більш придатною для цієї ситуації. Одні зміни виникають на деякий час у відповідь на зміну навколишнього середовища, інші є частиною фундаментального процесу диференціації та розвитку клітини. Схему функції лізосом зображено на мал. 46.

1. Основний процес, що відбувається в лізосомальному просторі, — перетравлювання біополімерів за участю ферментів, які активні в кислому середовищі (наявні протони гідрогену, що активним транспортом надходять до лізосом).

2. Субстрат для перетравлювання надходить до лізосомального простору з позаклітинного середовища внаслідок ендоцитозу і подальшим злиттям ендосоми з лізосомою, часто після попереднього «сортування» вмісту і мембран в ендосомі.

3. Деякі субстрати надходять із самої клітини внаслідок інтралізосомального пупкування з наступним відділенням бруньки.

4. Утворені в комплексі Гольджі ферменти надходять до лізосом. Сюди надходять також протони гідрогену в результаті роботи протонного насоса.

5. Продукти перетравлювання дифундують або транспортуються крізь лізосомальну мембрану до цитоплазми. Неперетравлені продукти залишаються в лізосомах у вигляді залишкових тілець.

6. Більша частина мембранного матеріалу, що надходить з ендоплазматичними пухирцями та приєднаного до лізосомних мембран, виводиться і зливається з мембраною клітин безпосередньо або через комплекс Гольджі. Невелика частина мембран потрапляє до лізосом у процесі автофагії, де перетравлюється.

У залозистих клітинах спостерігається особливий вид автофагії — кринофагія. Вона здійснюється прямим злиттям секреторних гранул з лізосомами, що призводить до руйнування або модифікації секреторного матеріалу. Так, у клітинах щитоподібної залози лізосоми під дією тиреотропного гормону (виробляється передньою часткою гіпофіза) поглинають під час піноцитозу тиреоглобулін. Піноцитозні пухирці зливаються з первинними лізосомами і тиреоглобулін зазнає часткового гідролізу, перетворюючись на активний гормон тироксин. Потім лізосоми після злиття з плазматичною мембраною виливають свій вміст назовні, тобто цей гормон надходить у кров.

Інколи ферменти, що містяться в первинних лізосомах, виділяються з клітини назовні. Наприклад, це відбувається при заміні хряща кістковою тканиною в процесі розвитку. Аналогічне явище спостерігається тоді, коли руйнується основна речовина кістки при перебудові кісткової тканини у відповідь на пошкодження чи при нових навантаженнях тощо. У цьому випадку кісткові клітини - остеокласти - виділяють кислі й лізосомальні ферменти, розчиняючи кристали гідроксіа-патиту — основної частини мінералів кісток. Кістковий каркас, що складається з колагенових волокон, демонтується. Увесь цей процес завершується фагоцитозом і внутрішньоклітинним перетравлюванням уламків. Поновлення зруйнованої тканини здійснюється за допомогою інших клітин — остеобластів, що створюють нові кісткові елементи — трабекули.

У деяких випадках вміст лізосом вивільнюється і настає саморуйнування клітини, тобто відбувається автоліз. Саме тому лізосоми ще називають «знаряддям самогубства». У деяких процесах диференціації автоліз є нормальним явищем. Він може поширюватися на всю тканину, наприклад при резорбції хвоста пуголовка під час метаморфозу. Після загибелі клітини настає автоліз. Він є наслідком деяких лізосом -них хвороб або результатом пошкодження клітини.

Порушення функціонування лізосом часто призводить до тяжких наслідків. Багато хвороб людини є не що інше, як прояв розладу роботи лізосом, наприклад порушення функції лізосом у дітей, що страждають генетичним дефіцитом будь-якого лізосомального ферменту. Нині відомо понад 25 таких хвороб, при перебігу яких спостерігається дефіцит ферменту. Внаслідок цього лізосоми переповнюються речовинами, які не перетравлюються, оскільки немає відповідного ферменту. Вони постійно набрякають і досягають великих розмірів, що призводить до загибелі клітини. У хворих дітей спостерігається затримка розумового розвитку, внаслідок чого вони помирають у ранньому віці.

Уже добре вивчено хворобу Тея-Сакса. Це амавротична ідіотія, спричинена відсутністю в лізосомах ферменту гексозамінідази, що розщеплює М-ацетилглюкозамініди і М-ацетилгалактозамініди. Крім генетичних дефектів перевантажені лізосоми можуть спричиняти багато інших вад. Це спостерігається при атеросклерозі, хворобах нирок та спричинене лікарськими препаратами. Перевантаження лізосом є найчастішою клітинною патологією, що лежить в основі багатьох хвороб. При деяких патологічних станах сили, які запобігають позаклітинному виходу вмісту лізосом, руйнуються. Таке явище спостерігається за спроби клітини поглинути великий об'єкт, наприклад агрегат антиген - антитіло та ін. Така відкрита ендоцитарна інвагінація (впинання) зливається з лізосомою і вміст її витікає в позаклітинний простір. У цьому випадку розвивається дуже тяжка ерозія позаклітинних структур, що спостерігається при ревматоїдному артриті та деяких автоімунних хворобах.

Інший лізосомальний синдром розвивається у разі пошкодження лізосомальної мембрани. Якщо лізосомальна мембрана перестає бути стійкою проти дії ферментів, то цитоплазма зазнає їх дії, що призводить до значних пошкоджень клітини або її загибелі. Подібні пошкодження спостерігаються при подагрі, азбестозі, силікозі (хвороба «чорних» легенів у шахтарів). Вважають, що результатом порушень лізосомального захисту є більшість інфекційних захворювань. Отже, мікроорганізми стають патогенними, якщо вони уникають руйнування в лізосомах. Деякі з мікроорганізмів стійкі проти лізосомального руйнування (збудник лепри) або пригнічують злиття ендосом з лізосомами (туберкульозна паличка), інші розривають мембрану ендосом або лізосом за допомогою екзотоксину (виробляють токсичну речовину). І, нарешті, лізосомальний захист може порушити ендотоксин, що утворюється з клітинної стінки збудника після загибелі бактерії в лізосомах.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Комплекс Гольджі	\|	Стаття 1. Визначення термінів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.017 сек.