Лізосоми.

Лізосоми виявлені у більшості еукаріотних клітин і відіграють важливу роль у багатьох фізіологічних і патологічних про­цесах.

Особ­ливо багато лізосом міститься в тваринних клітинах, які здатні до фагоцитозу. Кількість їх може досягати кількох сот на клітину. Лізосоми досить неоднорідні й поліморфні органели, які мають різні форми і розміри.

Особливо різноманітна їх внутрішня структура. Лізосоми є простими мембранними мішками, побудованими з одинар­ної мембрани. Це єдина морфологічна ознака, характерна для всіх лізосом, хоча вона характерна і для інших клітинних органел. Крім того, мембрана лізосом зазвичай відділена від матриксу електронно-прозорим ореолом (мал. 45).

Лізосоми заповнені гідролітичними (травними) фермен­тами. До складу лізосом входять окисно-відновні фермен­ти — оксидоредуктази; гідролази ефірів карбонових кислот; гідролази фосфомоноефірів і фосфодіефірів; гідролази сульфодіефірів, глікозильних сполук; гідролази, що розщеплюють пептидні зв'язки; гідролази, що діють на ангідриди кислот. У лізосомах міститься близько 70 різних фер­ментів. У своїй сукупності ці ферменти здатні повністю або майже повністю перетравлювати багато природних речовин, таких як білки, полісахариди, ліпіди, нуклеїнові кислоти та їх похідні. Уміст лізосом має кислу реак­цію, тому для лізосомних ферментів характерне низьке значення рН. Ці ферменти мають бути ізольовані від усіх інших клітинних компонентів і структур, оскільки вони їх зруй­нували б. У тваринних клітинах лізосоми мають округлу форму і діаметр від 0,2 до 0,8 мкм, а в рос­линних клітинах роль лізосом мо­жуть виконувати великі центральні вакуолі. Лізосомні ферменти синтезуються на рибосомах грануляр­ної ендоплазматичної сітки і транспортуються до комплексу Гольджі, від якого потім відбруньковуються пухирці Гольджі, що містять моди­фіковані ферменти. Такі пухирці називаються первинними лізосомами. Лізосоми виконують функції, пов'язані переважно з внутрішньо­клітинним перетравлюванням, а ін­коли — із секрецією травних фер­ментів. Оскільки лізосоми обмеже­ні мембраною, то для їх зв'язку з іншими відділами клітини використовуються два транспортних шляхи — проникнення речовин, що здатні пройти крізь мембрани (в тому числі й активним шляхом за допомогою клітинних насосів і пермеаз), та везикулярний транспорт для інших речовин (ендоцитоз).

Первинні лізосоми можуть зливатися з ендоцитарними ва­куолями з утворенням вторинної лізосоми, в якій відбувається перетравлювання матеріалів, що надійшли до клітини разом з ендоцитарною вакуолею.

Для деяких найпростіших, наприклад для амеб, ендоцитоз — це спосіб поглинання їжі, для інших організмів — це спосіб захисту. Наприклад, лейкоцити і макрофаги захоплюють і перетравлюють бактерії, що потрапили в організм. Вто­ринні лізосоми називають ще травними вакуолями. Продук­ти перетравлювання поглинаються і засвоюються цитоплаз­мою клітин, але деяка частина матеріалу залишається неперетравленою. Вторинна лізосома, що містить цей неперетравлений матеріал, називається залишковим тільцем. За­лишкові тільця спрямовуються до плазматичної мембрани і виводяться назовні. У деяких випадках залишкові тільця зберігаються.

У клітинах крім гетерофагії відбувається й автофагія -«поїдання» і перетравлювання невеличких кусочків своєї власної речовини. Це спостерігається тоді, коли клітини не отримують поживних речовин і мають обійтися власними ре­сурсами, а також тоді, коли є надлишок речовин. Автофа­гія — процес ліквідації непотрібних клітині структур. Спо­чатку ці структури покриваються одинарною мембраною, що відділяється від гладенької ендоплазматичної сітки, а потім такий мембранний мішок, в якому знаходиться зайва струк­тура, зливається з первинною лізосомою з утворенням вто­ринної лізосоми, або автофагуючої вакуолі, де ця структура і перетравлюється. Руйнування своїх власних складових частин потрібне клітинам так само, як і перетравлювання екзоген­них речовин. Автофагії зазнають цілі ділянки цитоплазми, мітохондрії, складові частини рибосом, фрагменти мембран, що відділилися від ендоплазматичної сітки, тощо.

Учені вважають, що переваги, яких надає клітині автофа­гія, не стільки пов'язані з їх живленням, як з омолодженням клітини та адаптивністю. Так, клітини мозку людини, які пра­цювали впродовж десятиріч, оновлювали свої мітохондрії, рибосоми, мембрани не раніше, ніж через місяць. Отже, клітина руйнувала й оновлювала складові частини своїх структур тисячі й сотні тисяч разів.

Адаптивність полягає в тому, що замінена частина клітини може бути не тільки ідентичною, а й за потреби більш при­датною для цієї ситуації. Одні зміни виникають на деякий час у відповідь на зміну навколишнього середовища, інші є частиною фундаментального процесу диференціації та розвит­ку клітини. Схему функції лізосом зображено на мал. 46.

1. Основний процес, що відбувається в лізосомальному про­сторі, — перетравлювання біополімерів за участю ферментів, які активні в кислому середовищі (наявні протони гідрогену, що активним транспортом надходять до лізосом).

2. Субстрат для перетравлювання надходить до лізосомального простору з позаклітинного середовища внаслідок ендоцитозу і подальшим злиттям ендосоми з лізосомою, часто після попереднього «сортування» вмісту і мембран в ендосомі.

3. Деякі субстрати надходять із самої клітини внаслідок інтралізосомального пупкування з наступним відділенням бруньки.

4. Утворені в комплексі Гольджі ферменти надходять до лізосом. Сюди надходять також протони гідрогену в резуль­таті роботи протонного насоса.

5. Продукти перетравлювання дифундують або транспортуються крізь лізосомальну мембрану до цитоплазми. Неперетравлені продукти залишаються в лізосомах у вигляді за­лишкових тілець.

6. Більша частина мембранного матеріалу, що надходить з ендоплазматичними пухирцями та приєднаного до лізосомних мембран, виводиться і зливається з мембраною клітин безпосередньо або через комплекс Гольджі. Невелика частина мембран потрапляє до лізосом у процесі автофагії, де пере­травлюється.

У залозистих клітинах спостерігається особливий вид авто­фагії — кринофагія. Вона здійснюється прямим злиттям сек­реторних гранул з лізосомами, що призводить до руйнування або модифікації секреторного матеріалу. Так, у клітинах щи­топодібної залози лізосоми під дією тиреотропного гормону (виробляється передньою часткою гіпофіза) поглинають під час піноцитозу тиреоглобулін. Піноцитозні пухирці зливаються з первинними лізосомами і тиреоглобулін зазнає часткового гідролізу, перетворюючись на активний гормон тироксин. Потім лізосоми після злиття з плазматичною мембраною виливають свій вміст назовні, тобто цей гормон надходить у кров.

Інколи ферменти, що містяться в первинних лізосомах, ви­діляються з клітини назовні. Наприклад, це відбувається при заміні хряща кістковою тканиною в процесі розвитку. Ана­логічне явище спостерігається тоді, коли руйнується основна речовина кістки при перебудові кісткової тканини у відповідь на пошкодження чи при нових навантаженнях тощо. У цьо­му випадку кісткові клітини - остеокласти - виділяють кислі й лізосомальні ферменти, розчиняючи кристали гідроксіа-патиту — основної частини мінералів кісток. Кістковий каркас, що складається з колагенових волокон, демонтується. Увесь цей процес завершується фагоцитозом і внутрішньоклітин­ним перетравлюванням уламків. Поновлення зруйнованої тканини здійснюється за допомогою інших клітин — остеобластів, що створюють нові кісткові елементи — трабекули.

У деяких випадках вміст лізосом вивільнюється і настає саморуйнування клітини, тобто відбувається автоліз. Саме тому лізосоми ще називають «знаряддям самогубства». У де­яких процесах диференціації автоліз є нормальним явищем. Він може поширюватися на всю тканину, наприклад при ре­зорбції хвоста пуголовка під час метаморфозу. Після заги­белі клітини настає автоліз. Він є наслідком деяких лізосом -них хвороб або результатом пошкодження клітини.

Порушення функціонування лізосом часто призводить до тяжких наслідків. Багато хвороб людини є не що інше, як прояв розладу роботи лізосом, наприклад порушення функції лізосом у дітей, що страждають генетичним дефіцитом будь-якого лізосомального ферменту. Нині відомо понад 25 таких хвороб, при перебігу яких спостерігається дефіцит ферменту. Внаслідок цього лізосоми переповнюються речовинами, які не перетравлюються, оскільки немає відповідного ферменту. Вони постійно набрякають і досягають великих розмірів, що призводить до загибелі клітини. У хворих дітей спостеріга­ється затримка розумового розвитку, внаслідок чого вони помирають у ранньому віці.

Уже добре вивчено хворобу Тея-Сакса. Це амавротична ідіотія, спричинена відсутністю в лізосомах ферменту гексозамінідази, що розщеплює М-ацетилглюкозамініди і М-ацетилгалактозамініди. Крім генетичних дефектів перевантажені лізосоми можуть спричиняти багато інших вад. Це спостері­гається при атеросклерозі, хворобах нирок та спричинене лікарськими препаратами. Перевантаження лізосом є найчас­тішою клітинною патологією, що лежить в основі багатьох хвороб. При деяких патологічних станах сили, які запобіга­ють позаклітинному виходу вмісту лізосом, руйнуються. Таке явище спостерігається за спроби клітини поглинути великий об'єкт, наприклад агрегат антиген - антитіло та ін. Така відкрита ендоцитарна інвагінація (впинання) зливається з лізосомою і вміст її витікає в позаклітинний простір. У цьо­му випадку розвивається дуже тяжка ерозія позаклітинних структур, що спостерігається при ревматоїдному артриті та деяких автоімунних хворобах.

Інший лізосомальний синдром розвивається у разі пошко­дження лізосомальної мембрани. Якщо лізосомальна мембра­на перестає бути стійкою проти дії ферментів, то цитоплазма зазнає їх дії, що призводить до значних пошкоджень клітини або її загибелі. Подібні пошкодження спостерігаються при подагрі, азбестозі, силікозі (хвороба «чорних» легенів у шахта­рів). Вважають, що результатом порушень лізосомального захисту є більшість інфекційних захворювань. Отже, мікроор­ганізми стають патогенними, якщо вони уникають руйнування в лізосомах. Деякі з мікроорганізмів стійкі проти лізосомаль­ного руйнування (збудник лепри) або пригнічують злиття ендосом з лізосомами (туберкульозна паличка), інші розри­вають мембрану ендосом або лізосом за допомогою екзотокси­ну (виробляють токсичну речовину). І, нарешті, лізосомальний захист може порушити ендотоксин, що утворюється з клітин­ної стінки збудника після загибелі бактерії в лізосомах.

Дата добавления: 2015-07-11