Биохимия и защитные механизмы мембраны
Лизосома содержит более 60 видов лизосомных гидролаз — ферментов, способных расщеплять биополимеры. Для их эффективной работы требуется кислая среда.
В мембране органеллы присутствуют специализированные протонные насосы ($H^+$-помпы). Используя энергию АТФ, они обменивают внутриклеточные ионы натрия ($Na^+$) на протоны водорода ($H^+$), закачивая последние внутрь пузырька.
Несмотря на агрессивную среду, лизосома защищена от самопереваривания. Внутренняя поверхность ее мембраны покрыта плотным углеводным слоем за счет высокой степени гликозилирования мембранных белков.
Функции лизосом
Главная задача органеллы — внутриклеточное переваривание макромолекул. В зависимости от источника перевариваемого материала выделяют два процесса:
- Аутофагия: процесс клеточного самообновления. Происходит разрушение собственных поврежденных макромолекул и отслуживших органелл, что позволяет синтезировать новые компоненты.
- Гетерофагия: расщепление экзогенных продуктов эндоцитоза. Это могут быть питательные вещества или захваченные твердые частицы, включая микроорганизмы, что обеспечивает питание и защиту клетки.
Традиционная классификация
Исторически классификация строилась на стадии процесса переваривания, которая определяет морфологию органеллы.
- Первичные лизосомы: вновь образованные пузырьки. На электронных микрофотографиях они имеют гомогенное (однородное) содержимое и содержат исходный набор пока еще неактивных ферментов.
- Вторичные лизосомы: образуются при слиянии первичной лизосомы с субстратом. Они крупнее, их содержимое гетерогенное (неоднородное).
Среди вторичных структур выделяют фаголизосомы (содержат материал из пино- или фагоцитозных пузырьков) и аутофагосомы (содержат собственные структуры клетки, их число резко возрастает при клеточном повреждении).
Современная концепция: Эндосомальный путь
Новая терминология описывает созревание лизосом через изменение уровня pH. Первичные лизосомы теперь называются гидролазными пузырьками, а вторичные — собственно лизосомами. Также выделены «протонные пузырьки», содержащие исключительно насосы для закисления.
Этапы эндосомального цикла:
- Ранняя эндосома: формируется на периферии клетки из пиноцитозных пузырьков. Ее pH нейтрален и соответствует внеклеточной среде.
- Поздняя эндосома: смещается вглубь цитоплазмы. Сливаясь с протонными и гидролазными пузырьками, закисляется до pH 5,5–6,0, что запускает активацию ферментов.
- Лизосома: массированное поступление протонных пузырьков снижает pH до значений < 5,0. Начинается интенсивный гидролиз.
Телолизосомы и пигмент старения
Если ферменты не справляются с полным расщеплением материала, процесс переходит в конечную стадию.
- Телолизосомы (остаточные тельца): структуры с неполным гидролизом. Их содержимое уплотняется, а ферментативная активность утрачивается.
- Липофусцин: так называемый «пигмент старения». Это сложный инертный белково-липидный конгломерат непереваренных остатков, имеющий бурый цвет из-за перекисного окисления липидов. Он накапливается в долгоживущих клетках, не способных к делению, таких как нейроны, мышечные волокна и кардиомиоциты.
In vivo работу лизосомального аппарата часто демонстрируют методом введения туши. На пленочных препаратах кожи видно, как макрофаги активно фагоцитируют краситель (в цитоплазме скапливаются синие гранулы — фагосомы и фаголизосомы), тогда как соседние фибробласты тушь не захватывают.
Гетерофагия — переваривание чужого («гетеро» — другой субстрат извне). Аутофагия — переваривание своего («ауто» — сам, собственные органеллы).
Вопросы с занятий и экзамена
Как лизосома защищена от действия собственных ферментов?
Внутренняя поверхность ее мембраны устойчива к гидролазам благодаря высокой степени гликозилирования — мембранные белки покрыты слоем углеводов.
Чем отличаются ранняя и поздняя эндосомы?
Ранняя эндосома имеет нейтральный pH. Поздняя эндосома, сливаясь с гидролазными и протонными пузырьками, закисляется до pH 5,5–6,0, после чего в ней начинается активация ферментов.
Что такое липофусцин?
Это бурый пигмент старения, состоящий из белково-липидного конгломерата непереваренных остатков. Он скапливается в виде телолизосом в неделящихся клетках (например, кардиомиоцитах).
Что ещё разобрать по теме
- Молекулярный механизм работы мембранных протонных АТФаз
- Отличия в формировании аутофагосом и фаголизосом
- Процессы перекисного окисления липидов при образовании липофусцина
- Визуализация фагоцитоза in vivo: гистологические отличия макрофагов и фибробластов
Разберите тему целиком в курсе «Гистология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Лизосомы» и ещё 3 438 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 137 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Цитоплазма»
Бесплатные видеоуроки: гистологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.