Лизосомы

Открытие лизосом, как и многих органелл, было непростым и интересным. Главный вопрос, стоявший перед биологами в 50- 60-х годах: «Почему клетка, обладающая протеолитической активностью, не переваривает сама себя?». Было сделано предположение, что в клетке протеолитические ферменты заключены в мембранную оболочку, и в 1955 году Christian de Duve и Albert Claude ввели термин «лизосома». Первые электронограммы лизосом были получены Novikov и de Duve, они же показали наличие в лизосомах кислой фосфатазы, которая считается маркером лизосом. Была разработана методика выявления кислой фосфатазы на электронно-микроскопическом уровне.

Лизосомы – разнородная популяция клеточных структур, размером около 0,5 мкм, заключенных в мембрану и имеющих общие характеристики:

- Величина рН в полости лизосом около 5;

- В лизосомах содержится более 50 разновидностей кислых гидролаз, в том числе – кислая фосфатаза, являющаяся главным маркером лизосом;

- лизосомы содержат белок LAMP+ (lysosomal associated membrane proteins), также яляющийся их маркером.

Современное определение лизосом требует не только присутствия этих маркеров, но и отсутствия рецептора маннозо-6-фосфата.

Лизосомы – специализированный компартмент клетки, осуществляющий деградацию эндоцитированного материала и клеточных структур. Лизосомы – система сбора отходов в клетке и их утилизации, содержащая гидролазы, способные расщеплять всевозможные молекулы. Лизосомы необходимы для поддержания гомеостаза в клетке.

В лизосомах есть два основных класса белков: гидролазы и белки лизосомальной мембраны. Гидролазы специализированы, в настоящее время известно более 50 различных гидролаз. Белки мембраны лизосом высокогликозилированы. Основные белки - LAMP-1 и -2 (lysosome-associated membrane proteins); LIMP-2 (lysosomal integral membrane protein); и tetraspanin CD63. изначально считалось, что основная роль белков лизосомальных мембран – поддержание целостности лизосом, однако в последние годы было показано, что они также вовлечены в чаперон-опосредованную аутофагию и макроаутофагию. В настоящее время выявлено большое количество маркеров лизосом и эндосом, что говорит о большом разнообразии лизосомальных структур.

Лизосомальные белки доставляются из транс-компартмента АГ в эндо-лизосомальную систему, и правильная организация этого транспорта необходима для биогенеза лизосом. Важную роль в этом транспорте играет рецептор маннозо-6-фосфата. Белки, предназначенные для попадания в лизосомы, несут маннозо-6-фосфат, который связывается соответствующим рецептором на мембранах транс-сети АГ. Связывание служит сигналом к формированию опушенного пузырька, который и переносит гидролазы к развивающейся лизосоме (поздней эндосоме, фагосоме). В мембране лизосомы есть АТФ-азный насос, создающий кислую среду. В этой среде рецептор отделяется от маннозо-6-фосфата, и возвращается обратно в АГ.

Лизосомы являются конечным звеном процессов деградации молекул, частиц и клеточных структур, (1) попавших внутрь клетки, и (2) подлежащих деградации. Т.е., лизосомы связаны с эндоцитозом в широком смысле слова, и аутофагией. «Аутофагия» - самопоглощение, самопереваривание. Свои функции лизосомы осуществляют посредством гидролаз, которые активируются при кислых рН, величина которого в лизосомах около 5. При этом гидролазы не попадают в лизосомы непосредственно, а «приходят» из поздних эндосом.

Лизосомы являются конечной «станцией» процессов фагоцитоза, аутофагии (аутофагоитоза) и эндоцитоза, поэтому возникает много путаницы в терминологии и понимании этих процессов, даже в современных публикациях.

В электронном микроскопе лизосомы имеют разнообразную морфологию, поэтому в начале их изучения предпринимались отчаянные попытки их классифицировать. В частности, выделяли первичные и вторичные лизосомы: в первых содержалось только гомогенное электронно-плотное вещество, тогда как вторичные лизосомы состояли из электронно-плотного вещества и разнообразных структур, продуктов «переваривания» материала. В современной литературе эти понятия обычно не используются. По существу, лизосома всегда содержит какой-то материал, подвергающийся деградации. Можно сказать, что первичная лизосома – пузырек с гидролазами, направляющийся из АГ в позднюю эндосому.

Фагоцитоз используют многие простейшие для питания, - амебы, например, захватывают и переваривают всякие частицы, в том числе – одноклеточные микроорганизмы, на которых они охотятся. У многоклеточных организмов фагоцитоз – функция специализированных клеток, макрофагов и нейтрофилов. С помощью фагоцитоза захватываются и разрушаются крупные частицы - бактерии, обломки клеток, а также состарившиеся клетки.

С лизосомами связан ряд специализированных клеточных структур, которые сохраняют и выделяют факторы, вовлеченные во многие функции организма (свертывание крови, уничтожение микроорганизмов, пигментация и др.). В последние годы появились и накапливаются данные о роли лизосом в развитии различных заболеваний, в том числе – раковых. В случае мутаций генов, кодирующих синтез лизосомальных ферментов, у людей развиваются заболевания, связанные с накоплением в лизосомах неразложившихся продуктов. Как правило, заболевание вызывается мутацией одного гена. Например, болезнь Gaucher’a - нарушение разрушения гликолипидов. При этом в клетках накапливаются лизосомы и клетки перестают нормально работать. Две основные клинические формы – с поражением печени и селезенки (не тяжелая), и с неврологическими нарушениями. Со временем список заболеваний человека, связанных с нарушением функций лизосом, расширяется.

«Специализированные лизосомы»

Лизосомы используются организмом и как «хранилища» ферментов и ряда других веществ, связанных с защитными реакциями организма. В таких случаях говорят о гранулах, содержащихся в клетках. Исторически сначала были открыты гранулы в лейкоцитах и макрофагах, а уже потом выяснилось, что по своей природе эти гранулы являются лизосомами. Как и положено, эти гранулы формируются при участии аппарата Гольджи.

Клетки, содержащие гранулы-лизосомы связаны в основном с защитными реакциями организма, это – макрофаги, нейтрофилы, тромбоциты, тучные клетки.

Поиск по сайту: