Лизосомы (от греч. lysis — разложение и soma — тело) — это небольшие мембранные пузырьки (или полости) округлой формы. Они являются одномембранными органеллами эукариотической клетки и относятся к числу обязательных постоянных структур цитоплазмы. Диаметр лизосом в животной клетке обычно составляет 0,2–0,5 мкм.
Функция лизосом
Главная функция лизосом — внутриклеточное переваривание. Они расщепляют сложные органические вещества, поступающие в клетку извне, а также разрушают изношенные или поврежденные внутренние структуры самой клетки.
Состав и внутренняя среда
Лизосомы содержат гидролитические ферменты, которые способны расщеплять различные органические вещества, в том числе и биополимеры.
· В лизосомах содержится около 40 типов гидролитических ферментов, включая те, что расщепляют белки (протеазы), нуклеиновые кислоты (нуклеазы), олигосахариды и фосфолипиды.
· Гидролитические ферменты лучше всего функционируют в кислой среде. Поэтому внутренняя среда лизосом имеет кислую реакцию.
· Поддержание этого кислого pH обеспечивается АТФ-зависимым H+ насосом, который перекачивает H+ из цитозоля внутрь органеллы.
· Мембрана лизосомы обычно защищает цитозоль от действия этих ферментов. Даже если некоторые ферменты высвободятся в цитозоль (где pH около 7,2), они будут неактивны из-за неподходящего pH.
· Мембрана также содержит транспортеры, которые позволяют конечным продуктам расщепления (таким как аминокислоты, сахара и нуклеотиды) переходить в цитозоль, где они могут быть использованы клеткой.
Образование
Лизосомы образуются в комплексе Гольджи.
1. Синтез: ферменты, предназначенные для лизосом, синтезируются на шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и транспортируются через аппарат Гольджи.
2. Маркировка и сортировка: в ЭР и цис-сети Гольджи лизосомные ферменты маркируются специфической фосфорилированной сахарной группой (маннозо-6-фосфат). В транс-сети Гольджи они распознаются соответствующими рецепторами (маннозо-6-фосфат-рецепторами), сортируются и упаковываются в транспортные везикулы.
3. Первичные лизосомы: отделяются от полостей комплекса Гольджи в виде микропузырьков, окруженных одиночной мембраной. Эти пузырьки затем доставляют свое содержимое к поздним эндосомам.
Виды лизосом и пути деградации
В зависимости от источника материала, подлежащего перевариванию, различают следующие основные процессы, в которых участвуют лизосомы:
1. Гетерофагия (переваривание внешних материалов)
Лизосомы разрушают материалы, поглощенные клеткой извне.
· Фагоцитоз и пиноцитоз: крупные частицы (например, микроорганизмы, бактерии) или макромолекулы и жидкость поглощаются клеткой с помощью фагоцитоза или пиноцитоза. Эти вещества попадают в клетку в эндоцитозных пузырьках (фагосомах или эндосомах).
· Вторичные лизосомы: первичные лизосомы сливаются с фагосомами/эндосомами, образуя вторичные лизосомы (фаголизосомы).
· У простейших вторичные лизосомы часто называют пищеварительными вакуолями.
· Непереваренные остатки могут быть удалены из клетки с помощью экзоцитоза.
2. Аутофагия (самопереваривание внутренних компонентов)
Лизосомы разрушают изношенные или поврежденные внутренние компоненты и органеллы самой клетки (например, митохондрии).
· Процесс начинается с окружения старой органеллы двойной мембраной, что создает аутофагосому.
· Аутофагосома сливается с лизосомой для переваривания своего содержимого.
· Аутофагия обеспечивает клетку дополнительным сырьем для химических и энергетических процессов, что особенно важно, например, при голодании.
3. Автолиз (саморазрушение)
В процессе развития у животных лизосомы участвуют в гибели отдельных клеток и даже органов.
· При этом ферменты высвобождаются в цитоплазму, вызывая самопереваривание (автолиз). Например, лизосомы обеспечивают рассасывание хвоста у головастика в процессе метаморфоза.
· У растений вакуоли, выполняющие лизосомную функцию, также могут вызывать автолиз протопласта после гибели клетки.
Лизосомы в растительных клетках
В растительных клетках лизосомы встречаются реже, чем у животных. Крупные центральные вакуоли растений могут выполнять лизосомную функцию, поскольку они также содержат гидролитические ферменты.
Стань покорителем биологии вместе с нами!
Для сдачи ЕГЭ на высокие баллы необходимо научиться применять знания на заданиях формата экзамена. В онлайн школе Lomonosov.school вы сможете не только наработать свои знания для сдачи ЕГЭ, но и научитесь применять их для решения заданий.