Каждая живая клетка имеет набор структур, которые дают ей возможность демонстрировать все свойства живого организма. Для того чтобы функционировать должным образом, клетка должна получать достаточно питательных веществ, расщеплять их и высвобождать энергию, которую затем пустит на обеспечение процессов жизнедеятельности.
На первом этапе сложных процессов энергетического менеджмента стоят лизосомы клетки, которые отшнуровываются по краям уплощенных цистерн диктиосомы (комплекса Гольджи).
Как устроены лизосомы
Лизосомы – это сферические одномембранные тельца диаметром от 0,2 до 2 мкм, в которых заключен комплекс гидролитических ферментов. Они способны расщепить любой природный полимер или вещество сложной структуры, попадающие в клетку в качестве питательного субстрата или чужеродного агента:
- белки и полипептиды;
- полисахариды (крахмал, декстрины, гликоген);
- нуклеиновые кислоты;
- липиды.
Такую эффективность обеспечивают около 40 различных типов ферментов, содержащихся как в матриксе лизосомы, так и на внутренней стороне мембраны в адгезированном состоянии.
Химия лизосом
Мембрана, окружающая лизосому, защищает органеллы и другие компоненты клетки от переваривания комплексом ферментов. Но ведь в самом пузырьке все энзимы имеют белковое происхождение, почему же они не расщепляются протеазами?
Дело в том, что внутри лизосом ферменты находятся в гликозилированном состоянии. Эта углеводная «оболочка» делает их плохо распознаваемыми для протеолитических ферментов.
Реакция среды внутри лизосомы слабокислая (рН 4,5–5), в отличие от почти нейтральной реакции гиалоплазмы. Она создает благоприятные условия для действия энзимов и обеспечивается работой Н+-АТФазы, которая перекачивает протоны внутрь органеллы.
Процесс преобразования лизосом
Морфологически в клетке выделяют два основных типа лизосом – первичные и вторичные.
Первичные лизосомы – это мелкие пузырьки, гладкостенные или окаймленные, отделившиеся от цистерн комплекса Гольджи. В них содержится набор гидролитических ферментов, ранее образованных на мембранах гранулированного (шероховатого) ЭПР. До поглощения питательного субстрата лизосомы находятся в неактивной форме.
Для начала работы ферментов в лизосому должны попасть пищевые частицы или жидкости. Происходит это двумя способами:
- Путем аутофагии, когда пищевая частица поглощается лизосомой из окружающей цитоплазмы. При этом мембрана органеллы впячивается в месте соприкосновения с частицей и образует эндоцитозный пузырек, а затем отшнуровывается внутрь лизосомы.
- Путем гетерофагии, когда лизосома сливается с эндоцитозными пузырьками, оказавшимися в цитоплазме клетки в результате поглощения твердых частиц или жидкостей извне.
Вторичные лизосомы – это пузырьки, содержащие как ферменты, так и субстрат для переваривания. Они характеризуются выраженной гидролитической активностью и образуются в результате поглощения субстрата первичной лизосомой.
При том, что функции лизосомы сводятся к перевариванию (расщеплению) твердых органических частиц и растворенных веществ, универсальность процесса обеспечивается способностью вторичных лизосом:
- сливаться с первичными лизосомами, которые привносят новую порцию ферментов;
- сливаться с новыми пищевыми частицами или эндоцитозными пузырьками, поддерживая непрерывный процесс расщепления;
- сливаться с другими вторичными лизосомами, образуя крупную структуру, способную поглощать другие органеллы клетки;
- поглощать пиноцитозные пузырьки, превращаясь в мультивезикулярное тельце.
Строение лизосомы при этом кардинально не меняется. Обычно она лишь увеличивается в размере.
Другие типы лизосом
Иногда расщепление попавших в лизосому веществ идет не до конца. Непереваренные частички не удаляются из органеллы, а накапливаются в ней. После того как запас гидролитических ферментов истощен, содержимое уплотняется и перерабатывается, строение лизосомы становится более сложным, слоистым. Также могут откладываться пигментные вещества. Лизосома преобразуется в остаточное тельце.
В дальнейшем остаточные тельца остаются в клетке либо удаляются из нее путем экзоцитоза.
В клетках протистов можно встретить аутофагосомы. По своей природе они относятся ко вторичным лизосомам. Внутри этих органелл обнаруживаются остатки крупных компонентов клетки и цитоплазматических структур. Они образуются при повреждениях клеток, старении клеточных органелл и служат для утилизации компонентов клетки, высвобождая мономеры.
Функции лизосомы в клетке
Лизосомы, прежде всего, обеспечивают клетку необходимым строительным материалом, деполимеризуя попавшие в нее вещества.
Расщепление углеводов является важным звеном в энергетическом обмене клетки, поставляя субстрат для преобразования в митохондриях.
Лизосомы - это еще и звено защиты в иммунной системе организма:
- После фагоцитирования бактерий лейкоцитами, лизосомы изливают свое содержимое в полость фагоцитозного пузырька и разрушают вредоносный микроорганизм.
- Высвобождают протеолитические ферменты при апоптозе – программированной гибели клеток.
- Утилизируют поврежденные и «постаревшие» органеллы клетки.
В сочетании с пролиферацией клеток, участие лизосом в процессе утилизации различных структур обеспечивает обновление организма.
