Организация клетки. Лизосомы
Лизосомы
А. Структура и состав
Лизосомы — это органеллы диаметром
0,2-2,0 мкм, окруженные простой мембраной, способные принимать самые разные
формы. Обычно на клетку приходится несколько сотен лизосом. Функция лизосом
заключается в деградации клеточных компонентов. Деградация достигается за счет
присутствия в лизосомах около 40 типов различных расщепляющих ферментов —
гидролаз с оптимумом действия в кислой области. Главный фермент лизосом —
кислая фосфатаза. В мембране лизосом находятся АТФ-зависимые протонные
насосы вакуольного типа. Они обогащают лизосомы протонами, вследствие чего для
внутренней среды лизосом рН 4,5-5,0 (в то время как в цитоплазме рН 7,0-7,3).
Лизосомные ферменты имеют оптимум рН около 5,0, т. е. в кислой области. При рН,
близких к нейтральным, характерным для цитоплазмы, эти ферменты обладают низкой
активностью. Очевидно, это служит механизмом защиты клеток от самопереваривания
о том случае, если лизосомный фермент случайно попадет в
цитоплазму.
Б. Функции
Главная функция лизосом — ферментативная деградация попавших
в них макромолекул и органелл. Примером может служить деградация отработавших
митохондрий по механизму аутофагии (захвата органеллы) (1).
После захвата органеллы первичные лизосомы превращаются во вторичные,
в которых и идет процесс гидролитического расщепления (2).
В итоге образуются «остаточные тела», состоящие из негидролизовавшихся
фрагментов. Лизосомы ответственны также за деградацию макромолекул и частиц,
захваченных клетками путем эндоцитоза и фагоцитоза, например липопротеинов,
протеогормонов и бактерий (гетерофагия). В этом случае лизосомы сливаются
с эндосомами (3), содержащими вещества,
подлежащие деградации.
В. Биосинтез и транспорт лизосомных
белков
Первичные лизосомы образуются в
аппарате Гольджи.
Лизосомные белки синтезируются в ШЭР, где они гликозилируются
путем переноса олигосахаридных остатков (1, см.
с. 226). На последующей стадии, типичной для лизосомных белков, терминальные
маннозные остатки (Man) фосфорилируются no C-6 (на схеме справа). Реакция протекает
в две стадии. Сначала на белок переносится GlcNAc-фосфат, а затем идет отщепление
GlcNAc. Таким образом, лизосомные белки в процессе сортировки приобретают концевой
остаток маннозо-6-фосфата (Man-6-P, 2).
В мембранах аппарата Гольджи имеются молекулы-рецепторы, специфичные
для Man-6-P-остатков и за счет этого специфически узнающие и селективно связывающие
лизосомные белки (3). Локальное накопление этих
белков происходит с помощью клатрина. Этот белок позволяет вырезать и
транспортировать подходящие мембранные фрагменты в составе транспортных везикул
к эндолизосомам (4), которые затем созревают
с образованием первичных лизосом (5) в заключение
от Man-6-P отщепляется фосфатная группа (6).
Man-6-P-рецепторы используются
вторично в процессе рецикла. Снижение рН а эндолизосомах приводит к диссоциации
белков от рецепторов (7). Затем рецепторы с помощью транспортных везикул
переносятся обратно в аппарат Гольджи (8).
Некоторые редко встречающиеся
заболевания связаны с генетическими дефектами лизосомных ферментов, так как эти
ферменты участвуют в деградации гликогена (гликогенозы), липидов
(липидозы) и протеогликанов (мукополисахаридозы). Продукты,
которые не могут участвовать в метаболизме из-за дефектов или отсутствия
соответствующих ферментов, накапливаются в остаточных телах, что приводит
к необратимому повреждению клеток и как результат к нарушению функций
соответствующих органов.