Як клітина здатна «перетравлювати» речовини, які потрапляють в цитоплазму? Відповідь можна отримати, розглянувши, що таке лізосоми. Яка їх будова? Завдяки яким властивостям ці органели здатні виконувати свою функцію?
Лізосоми. Особливості будови та функції
Лизосома – це органоид клітини розміром близько 0,2 мкм, оточений однією мембраною і містить гідролітичні ферменти. Головною функцією таких пухирців є розщеплення речовин, що потрапили всередину клітини шляхом эндоцитоза, або своїх власних молекул, у яких більше немає необхідності.
Що таке лізосоми в плані будови?
Розщеплення, або деградація речовин, здійснюється з допомогою гідролаз – ферментів, здатних працювати в кислому середовищі. Щоб підтримувати низький pH, в мембрану лізосоми вбудовані АТФ-ази вакуолярного типу (V-типу). Специфічну будову даного комплексу дозволяє закачувати проти градієнта концентрації протони водню, тим самим підвищуючи їх кількість у внутрішньому середовищі органели.
Гідролази здатні функціонувати тільки в кислому середовищі. Це грає важливу захисну роль, т. к. в цитоплазмі клітини середовище практично нейтральна. Якщо мембрана лізосоми якимось чином пошкоджений, і ферменти потрапили в цитозрль, вони втратять здатність розщеплювати речовини і органели.
Мембрана лізосоми складається з пластинчастих та міцелярних ділянок. Проміжки між шарами фосфоліпідів заповнені водою. По всій площі мембрани розкидані численні пори, які заповнені водою і можуть бути закриті полярними молекулами. Такий комплекс ділянок мембрани і системи досі дає можливість проникнути всередину органели і гідрофобним, і гідрофільних молекул.
Як лізосоми утворюються
Білки, необхідні для побудови лізосоми, спочатку синтезуються в ЕПР. Далі їх необхідно «позначити» шляхом прикріплення маннозного залишку. Цей маннозный залишок є специфічним сигналом для апарата Гольджи: білки концентруються в одному місці, після чого з них синтезується пляшечку з литическими ферментами. Ось що таке лізосоми в біології.
Внутрішній вміст лізосом
Що таке лізосоми і який склад внутрішнього середовища цих органел?
Всередині лізосоми підтримується кисле середовище, pH якої досягає 4,5-5. В таких умовах ферменти можуть виконувати свою функцію розщеплення. Гідролази – це загальна назва цілої класу ферментів. Всього в лизосоме міститься близько 40 різних біологічно активних молекул, які каталізують свою, абсолютно специфічну реакцію.
У складі внутрішнього вмісту лізосоми можна зустріти наступні ферменти:
- кисла фосфатаза – розщеплює речовини, що містять фосфатні групи;
- нуклеаза – руйнує нуклеїнові кислоти;
- протеаза – розщеплює білки;
- коллагеназа – руйнує молекули колагену;
- ліпаза – розщеплює складні ефіри;
- глікозідази – прискорюють реакції розщеплення вуглеводів;
- аспарагиназа – розщеплює аспарагінову кислоту;
- глутаминаза – руйнує глутамінову кислоту.
Всього в лізосомах міститься близько 40 різних видів гідролаз. Тому на питання про те, що таке лізосоми, в біології можна дати відповідь: джерело ферментів.
Типи лізосом
Виділяють 4 типи лізосом: первинні і вторинні лізосоми, аутофагосомы і залишкові тільця.
Утворення лізосом – складний процес, який супроводжується роботою різних сигнальних молекул на поверхні ЕПР та АГ. Первинна лизосома – це невеликий пухирець, який відщеплюється від мембрани апаратом Гольджи.
Первинна лизосома спочатку містить весь комплекс ферментів, необхідних для розщеплення макромолекул.
Вторинна лизосома – це структура, велика за обсягом. Вона утворюється шляхом злиття первинного пляшечки з речовинами, що потрапили шляхом эндоцитоза, або з продуктами метаболізму клітини, які необхідно утилізувати.
Освіта аутофагосом пов’язано з таким процесом, як аутофагия – поглинання і «переварювання» відпрацьованих органел клітини.
Середня тривалість мітохондрій становить 10 днів. Як тільки органелла не здатна виконувати свої функції, її необхідно утилізувати. Для цього безліч первинних лізосом оточують мітохондрії і з’єднуються між собою. В результаті утворюється аутофагосома великих розмірів, всередині якої починається розщеплення мітохондрії на мономери.
Що таке лізосоми у вигляді залишкового тельця? Це кінцевий пункт функціонування будь лізосоми, коли ферменти виконали свою роботу, а в органелле залишилися речовини, які не можуть пройти подальше розщеплення. Неперетравлені залишки просто викидаються з клітки.
Хвороби, пов’язані з порушеннями роботи лізосом
Не завжди ферменти працюють справно. Лізосоми виконують функцію розщеплення тільки тоді, коли гідролази не мають порушень у структурі. Тому багато хвороби, пов’язані з лизосомами, засновані на неправильній роботі ферментів.
Такі відхилення називаються хвороби накопичення. Це означає, що при нестачі якогось ферменту його основний субстрат просто не перетравлюється в лизосоме, з-за чого накопичується і викликає несприятливі наслідки.
Сфинголипидоз, синдром Тея-Сакса, хвороба Сендхоффа, хвороба Німана-Піка, лейкодистрофія – всі ці хвороби пов’язані з неправильною роботою ферментів лізосом або їх повною відсутністю. Більшість захворювань мають рецесивний характер.
