Строение лизосом и их роль в клеточном метаболизме

Клетку можно рассматривать как ультрамикроскопическую живую структуру, наделенную всеми функциями, присущими организму. Клеточные элементы, называемые органеллами, выполняют функцию дыхания, размножения, выделения, пищеварения. Лизосомы - один из видов таких органоидов. Они относятся к одномембранным структурам и выполняют специфические функции, связанные с перевариванием веществ и целых клеточных элементов, находящихся в цитоплазме. В данной работе мы изучим строение лизосом и выясним их роль в жизнеобеспечении клетки.

Как образуются органеллы

Представляя собой одномембранные вакуоли, заполненные пищеварительными ферментами, лизосомы формируются в цистернах комплекса Гольджи и называются первичными. По каналам аппарата они выходят в цитоплазму клетки. Как только лизосомы начинают поглощать поврежденные цитоструктуры или расщеплять органические вещества, они получают название вторичных.

Эти органеллы заполнены растворами ферментов, способных к расщеплению молекул углеводов, гликолипидов и белков. Именно во вторичных лизосомах содержатся такие биологически активные вещества, как протеазы, сульфурилазы и липазы. Внутреннее содержимое органоида имеет pH меньше 7, так как вышеперечисленные ферменты активны в кислой среде. Органеллы способны к эндоцитозу или пиноцитозу. Формирование лизосом зависит в большой мере от специальных белков в клетке, образующихся на каналах гранулярной эндоплазматической сети.

Химический состав матрикса и структура лизосомы

Продолжая изучать особенности лизосом, рассмотрим, какие именно вещества образуют их внутреннюю среду. Комплекс ферментов содержит наиболее важные из них: фосфорилазу (расщепляет аминокислоты), глюкозидазу (действует на глюкозу, целлюлозу, крахмал) и липазу (обеспечивает разрушение молекул жиров, стероидов).

Собственная мембрана органеллы устойчива к вышеперечисленным ферментам. В некоторых случаях она становится уязвима к их действию, что приводит к автолизу - саморастворению мембраны, вследствие чего агрессивные вещества матрикса изливаются в цитоплазму клетки. Это приводит к её самоперевариванию.

Функции органоида

Хорошо известно, как важны в процессах метаболизма реакции, способствующие утилизации отработанных веществ или частей клеточных структур, например старых митохондрий, рибосом. Высокая ферментативная активность органелл проявляется в тех клетках, которые называются фагоцитирующими. Это прежде всего структуры иммунной системы: базофилы, макрофаги, нейтрофилы, В-лимфоциты. Первичные лизосомы в этих клетках достаточно крупные (до 0,5 мкм). Они содержат такие ферменты, как рибонуклеаза, протеаза, дезоксирибонуклеаза. Объясняется такой состав следующим образом: клетки, способные к фагоцитозу, расщепляют прежде всего частицы вирусов и бактерий, содержащих белки и рибонуклеиновые кислоты.

Интересен механизм, обеспечивающий протеолитическую активность органеллы. Чужеродные частицы или молекулы сначала захватываются вакуолью. С ней сливается первичная лизосома, которая выделяет гидролитические ферменты. Теперь такая органелла, называемая вторичной лизосомой, начинает активно переваривать поступившие в матрикс вещества. Продукты расщепления дальше диффундируют в гиалоплазму клетки, а непереваренные остатки складируются внутри органеллы, которая теперь называется остаточным тельцем. Вышеописанное строение лизосом различных видов и объясняет главные функции этих клеточных структур.

Роль органоидов в метаболических реакциях человеческого организма

Если ферментов в лизосомах вырабатывается недостаточно, возникает их дефицит, приводящий к тяжелым наследственным заболеваниям, например к метахроматической лейкодистрофии. Строение лизосом при этой патологии аномально. В их матриксе отсутствуют или находятся в неактивном состоянии сульфатазы - ферменты, расщепляющие цереброзиды. Являясь продуктами обмена в клетках нервной ткани, они подлежат утилизации, но отсутствие соответствующих ферментов приводит к накоплению этих соединений в нейроглии и гиалоплазме нейроцитов. Это вызывает интоксикацию в нервной ткани, образующей головной и спинной мозг. Как результат - развитие физических патологий и умственной отсталости.

Таким образом, одномембранные органеллы, отвечающие за расщепление веществ, играют очень важную роль в клеточном метаболизме. В данной работе мы изучили строение лизосом, выяснили их функции и значение в жизнедеятельности клетки и всего организма человека в целом.