98377

Лизосомы. Структура и состав лизосом

Реферат

Биология и генетика

Термин «лизосома», обозначающий литические частицы, был введен в 1955 году Христианом де Дювом для связанных с мембранами органелл, содержащих пять кислых гидролаз, которые изучались де Дювом и его коллегами на протяжении нескольких лет. В настоящее время о лизосомах накоплено огромное количество сведений, известно около 40 типов различных гидролитических ферментов.

Русский

2015-11-02

85 KB

0 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Международный государственный экологический университет

имени А. Д. Сахарова

Факультет экологической медицины

Кафедра биохимии и биофизики

Лизосомы

Подготовила:

Студент 4 курса ФЭМ (МБД)

Группы 92061/2

Белых Станислав

Проверил:

Кандидат биологических наук, профессор

Морозик М. С.

Минск, 2012

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

  1.  Структура и состав лизосом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-5
  2.  Образование лизосом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7
  3.  Биосинтез и транспорт лизосомных белков . . . . . . . . . . . . . . . . .7
  4.  Органеллы, образующиеся из лизосом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
  5.  Классификация ферментов, содержащихся в лизосомах . . . . . . .9-11

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Список используемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13


Введение

Представление о лизосомах связаны с понятием о так называемых «микротельцах», впервые описанных Роденом, в проксимальных канальцах почки, а затем исследованных в печени при различных экспериментальных условиях Рулье и Бернгардом. Эти микротельца, значительно менее многочисленные, чем митохондрии, окружены только одной хорошо выраженной мембраной и содержат тонкозернистое вещество, которое может конденсироваться в центре, образуя непрозрачную гомогенную сердцевину. Эти микротельца часто находят вблизи желчных канальцев. Их выделяли при помощи центрифугирования и отнесли к лизосомам. Рулье и Бернгард показали, что число микротелец значительно увеличивается в печени, регенирующей после гепатэктомии или отравления химическими веществами, которые разрушают печеночные клетки (четыреххлористый углерод), а также при кормлении, возобновленном после голодания.

Термин «лизосома», обозначающий литические частицы, был введен в 1955 году Христианом де Дювом для связанных с мембранами органелл, содержащих пять кислых гидролаз, которые изучались де Дювом и его коллегами на протяжении нескольких лет. В настоящее время о лизосомах накоплено огромное количество сведений, известно около 40 типов различных гидролитических ферментов. Большое внимание уделяется исследованию ряда генетических дефектов ферментов, локализованных в этих органеллах и связанных с ними лизосомных болезней накопления.


  1.  Структура и состав лизосом

Лизосома (от греч. лэуйт — растворяю и sфma — тело), органоид клеток животных и грибов, осуществляющий внутриклеточное пищеварение. Представляет собой окруженный одинарной мембраной пузырек диаметром 0,2-2,0мкм, содержащий как в матриксе, так и в мембране набор гидролитических ферментов (кислая фосфатаза, нуклеаза, катепсин Н (лизосомная аминопептидаза), катепсин А (лизосомная карбоксипептидаза),катепсин В, G, L, НАДФНоксидаза, коллагеназа, глюкуронидаза, глюкозидаза и др. всего около 40 типов), активных в слабокислой среде. Обычно на клетку приходится несколько сотен лизосом. 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.

Строение мембраны лизосом представляет собой комбинацию участков построенных по пластинчатому и мицеллярному типу. Мицеллы находятся в динамичном равновесие с пластинчатыми участками – это равновесие зависит от условий среды. Полярные группы фосфолипидов образуют поверхность мицеллы, а неполярные участки обращены внутрь. Пространство между молекулами липидов занято водой. Мицеллярные участки содержат длинные поры. Эти поры заполнены водой и могут закрываться полярными группами липидов. Подобная организация мембраны обеспечивает проницаемость не только для гидрофильных, но и для гидрофобных веществ.

Химический состав:

  •  Неорганические соединения (Fe3+ , свинец, кадмий, кремний)
  •  Органические соединения (белки, полисахариды, некоторые олигосахариды – сахароза, фосфолипиды – фосфотидилхолин и фосфотидилсерин, жирные кислоты – ненасыщенные, что способствует высокой стабильности мембраны.)

  1.  Образование лизосом

По морфологии выделяют 3 типа лизосом:

  1.  Первичные лизосомы
  2.  Вторичные лизосомы (аутофагосомы)
  3.  Остаточные тельца

Первичные лизосомы представляют собой мелкие мембранные пузырьки, заполненные бесструктурным веществом, содержащим набор гидролаз. Маркерным ферментом для лизосом является кислая фосфотаза. Первичные лизосомы настолько мелкие, что их очень трудно отличить от мелких вакуолей на периферии зоны аппарата Гольджи. В дальнейшем первичные лизосомы сливаются с фагоцитарными или пиноцитарными вакуолями и образуют вторичные лизосомы или внутриклеточная пищеварительная вакуоль. При этом содержимое первичной лизосомы сливается с содержимым фагоцитарной или пиноцитарной вакуолей, а гидролазы первичной лизосомы получают доступ к субстратам, которые они начинают расщеплять.

Лизосомы могут сливаться друг с другом и таким путем увеличиваться в объеме, при этом усложняется их внутренняя структура. Судьба веществ, попавшивших в лизосомы, заключается в их расщеплении гидролазами до мономеров, мономеры транспортируются через мембрану лизосомы в гиалоплазму, где включаются в различные обменные процессы.

Расщепление и переваривание может идти не до конца. В этом случае в полости лизосом накапливаются непереваренные продукты, и вторичные лизосомы переходят в остаточные тельца. Остаточные тельца содержат меньше гидролитических ферментов, в них происходит уплотнение содержимого и его переотработка. Часто в остаточных тельцах наблюдается вторичная структуризация непереваренных липидов, которые образуют сложные слоистые структуры. Происходит отложение пигментных веществ.

Аутофагосомы встречаются в клетках простейших. Они относятся к вторичным лизосомам. Но в своем состояние содержат фрагменты цитоплазматических структур (остатки митохондрий, пластид, ЭПР, остатки рибосом, так же могут содержать гранулы гликогена). Процесс образования не ясен, но предполагают, что первичные лизосомы выстраиваются вокруг клеточной органеллы, сливаются друг с другом и отделяют органеллу от соседних участков цитоплазмы. Предполагают, что аутофагоцитоз связан с уничтожением сложных клеточных компонентов. В нормальных условиях число аутофагосом возрастает при метаболических стрессах. При различных повреждениях клеток аутофагоцитозу могут подвергаться целые зоны клеток.

Лизосомы присутствуют в самых разных клетках. Некоторые специализированны клетки, например лейкоциты, содержат их в особенно большом количестве. Интересно, что отдельные виды растений, в клетках которых лизосомы не обнаружены, содержат гидролитические ферменты в клеточных вакуолях, которые поэтому могут выполнять ту же функцию, что и лизосомы. Функция лизосом, по-видимому, лежит в основе таких процессов, автолиз и некроз тканей, когда ферменты освобождаются из этих органелл в результате случайных или «запрограммированных» процессов.

Естественной функцией лизосом является поставка гидролитических ферментов как для внутриклеточного, так и, возможно, для внеклеточного использования; после слияния мембран содержимое лизосом может смешиваться с содержимым фагоцитозных пузырьков, так что процессы гидролиза протекают в пространстве, обособленном от всех областей цитоплазмы, в которых находятся уязвимые для гидролиза внутриклеточные компоненты. Показано, что лизосомные ферменты могут освобождаться и во внеклеточное пространство. Продукты гидролиза могут проникать из органеллы в цитоплазму или выводиться из клетки наружу.

3. Биосинтез и транспорт лизосомных белков

Лизосомные белки синтезируются в шероховатом ЭПР, где они гликозилируются путем переноса олигосахаридных остатков. На последующей стадии, типичной для лизосомных белков, терминальные маннозные остатки (Man) фосфорилируются по C-6. 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. Локальное накопление этих белков происходит с помощью клатрина. Этот белок позволяет вырезать и транспортировать подходящие мембранные фрагменты в составе транспортных везикул к эндолизосомам, которые затем созревают с образованием первичных лизосом в заключение от Man-6-P отщепляется фосфатная группа.

Man-6-P-рецепторы используются вторично в процессе рецикла. Снижение рН в эндолизосомах приводит к диссоциации белков от рецепторов. Затем рецепторы с помощью транспортных везикул переносятся обратно в аппарат Гольджи.


4.Органеллы, образуемые из лизосом

В некоторых дифференцированных клетках лизосомы могут выполнять специфические функции, образуя дополнительные органеллы. Все дополнительные функции связаны с секрецией веществ.

Органеллы

Клетки

Функции

Меланосомы

меланоциты, ретинальный и
пигментный эпителий

образование, хранение и транспорт меланина

Тромбоцитные гранулы

тромбоциты, мегакариоциты

освобождение АТФ, АДФ, серотонина и кальция

Ламелярные тельца

эпителий легких типа II, цитотоксические Т

хранение и секреция сурфактанта необходимого для работы легких

Лизирующие гранулы

лимфоциты, NK клетки

разрушение клеток инфицированных вирусом или опухолевы

ГКГ класс II

дендритные
клетки, В лимфоциты, макрофаги и др.

Изменение и представление антигенов для CD4+ T лимфоцитов для иммунной регуляции

Базофильные гранулы

базофилы, mast клетки

запускают высвобождение гистаминов и других воспалительных стимулов

Азурофильные гранулы

нейтрофилы, эозинофилы

высвобождают микробицидные и воспалительные агенты

Остеокластые гранулы

остеокласты

разрушение костей

Тельца Вейбеля-Палладе

эндотелиальные клетки

созревание и регулируемый выброс фактора Виллебрандта в кровь

а-гранулы тромбоцитов

Тромбоциты, мегакариоциты

выброс фибриногена и фактора Виллебрандта для адгезии тромбоцитов и свертывания крови

5.Классификация ферментов, содержащихся в лизосомах

Ферменты, содержащиеся в лизосомах, относятся к классу гидролаз. Они ускоряют реакции расщепления органических соединений при участии воды. В зависимости от характера субстрата, подвергающегося гидролизу, гидролазы делятся на подклассы:

  1.  Эстеразы, ускоряющие реакции гидролиза сложных эфиров спиртов с органическими и неорганическими кислотами. Важнейшими подподклассами эстераз являются гидролазы эфиров карбоновых кислот и фосфатазы. В качестве представителя первого подподкласса рассмотрим липазу. Липаза ускоряет гидролиз внешних, т.е. а-сложноэфирных, связей в молекулах триацилглицеринов (жиров). Фосфатазы катализируют гидролиз фосфорных эфиров. Особенно широко распространены фосфатазы, действующие на сложные эфиры фосфорной кислоты углеводов, например глюкозо-1-фосфотаза. Действие фосфатаз проявляется в широком спектре рН от 3 до 9, поэтому выделяют щелочную и кислую фосфатазы. Нас интересует в данном случае кислая фосфатаза, являющаяся маркерным ферментом лизосом. Большинство из них обладает широкой субстратной специфичностью.
  2.  Пептид – гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза белков, пептидов и других соединений, содержащих пептидные связи. Специфичность протеолитических ферментов определяется природой аминокислотных боковых групп, находящихся по соседству с гидролизуемой связью. Также важной характеристикой специфичности пептидаз является положение гидролизуемой связи; по этому признаку различают две главные группы пептидаз. Экзопептидазы – это ферменты подгруппы 3.4.11 – 15, для действия которых требуется либо свободная концевая аминогруппа (аминопептидазы), либо свободная концевая карбоксильная группа (карбоксипептидазы). Остальные пептидазы, или эндопептидазы, гидролизуют определенные связи внутри цепи; действие некоторых из них тормозится, если около гидролизуемой связи находится свободная концевая группа. Катепсины (от гр. kathepso – перевариваю), протеолитические ферменты из группы эндопептидаз. Локализованы в лизосомах клеток животных. Осуществляют внутриклеточное переваривание белков. Обладают широкой специфичностью, оптимум активности – при слабокислом значении рН.
  3.  Нуклеазы, ускоряющие реакции расщепления фосфодиэфирных связей в полинуклеотидной цепи нуклеиновых кислот с образованием моно - и олигонуклеотидов. Концевые мононуклеотиды отщепляются экзонуклеазами, расщепление внутри полинуклеотидной цепи осуществляется эндонуклеазами. Нуклеазы могу расщеплять РНК (рибонуклеазы) и ДНК (дезоксирибонуклеазы) либо те и другие (т.е. неспецифичные нуклеазы). Нуклеазы широко распространены в природе и играют важную роль в распаде и синтезе нуклеиновых кислот. Нуклеазы характеризуется широкой и перекрывающейся специфичностью; классификация этих ферментов весьма трудна и протиречива.
  4.  Гликозидазы, ускоряющие реакции гидролиза гликозидов, в том числе углеводов. В зависимости от того, на какой пространственный изомер (а или в) действует фермент, его относят к а- или в-гликозидазам. Таким образом, гликозидазы обладают ярко выраженной пространственной специфичностью, которая определяется конфигурацией каждой – СНОН-групп. Кроме гликозидов субстратами, на которые распространяется действие тех или иных гликозидаз, являются олиго - и полисахариды. Ферменты этой большой и важной группы расщепляют в основном субстраты, в молекуле которых не содержится заряженных групп. В этих субстратах доминирующую роль играет расположение гидроксильных групп и атомов водорода. Как правило, гликозидазы проявляют высокую степень специфичности по отношению к определенному моносахаридному кольцу; однако присоединенная агликоновая группа также может оказывать более или менее заметное влияние. В некоторых случаях (например, у нуклеозидаз) это влияние агликона бывает выражено сильнее, чем влияние моносахаридного компонента. Инозиназа, например, гидролизует гипоксантинрибозид, но не действует на ксантинрибозид.
  5.  Гидролазы, действующие на С – N-связи, отличающиеся от пептидных, т.е. ускоряют гидролиз амидов кислот. Из них важную роль в организме играют уреаза, аспарагиназа и глутаминаза. Уреаза ускоряет гидролиз мочевины до NH3 и СО2. Аспарагиназа и глутаминаза ускоряют гидролиз амидов дикарбоновых аминокислот – аспарагиновой и глутаминовой. К гидролазам, действующим на С – N-связи, отличающиеся от пептидных, кроме амидаз относятся ферменты, катализирующие гидролиз С - N-связей в линейных амидинах. К их числу принадлежит аргиназа.

Заключение

Таким образом, из всего выше сказанного следует, что лизосомы, выполняя пищеварительную, защитную и выделительную функции, играют очень важную роль в клетках нашего организма. На примере таких лизосомных болезней накопления, как болезнь Гоше, Сфинголипозы, болезнь Фабри, болезнь Нимана — Пика, мы можем видеть какие нарушения возникают в организме при недостатке тех или иных гидролитических ферментов и насколько эти нарушения серьезны. Во многих случаях это существенное снижение ферментативной активности является результатом мутации структурного гена, которая в значительной степени нарушает синтез или функцию фермента. Также существует природный полиморфизм, с умеренными изменениями в ферментативной активности в результате мутаций в регуляторных последовательностях. Эти различия в активности ферментов не сопровождается какой-либо выраженной патологией, а лежат в основе нашей биохимической индивидуальности. Каждый из нас отличается по количеству ферментов и их распределению в тканях. Эти различия, несомненно, играют роль в нашей относительной восприимчивости к разнообразным агентам среды и возбудителям болезней. Таким образом, мы можем рассчитывать, что по мере увеличения наших познаний о генной регуляции возрастает наша возможность оценивать вклад этих различий ферментного состава при определении состояния здоровья и болезни. Поэтому изучение лизосом и содержащихся в них ферментов является очень важным разделом в биохимии и молекулярной биологии. Этим необходимо заниматься очень серьезно.


Список используемой литературы

  1.  «Лизосомы и лизосомные болезни накопления» под редакцией Дж.В. Каллахана, Дж.А. Лоудена
  2.  «Общая цитология» - Е. де Робертис, В.Новинский, Ф.Саэс
  3.  Ферменты - Л.Страйер, М.Диксон, Э.Уэбб
  4.  Биологический энциклопедический словарь
  5.  Основы биохимии - Ю.Б.Филиппович


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69766. Реалізація стека протоколів Інтернету 66 KB
  Канальний рівень (data link layer) відповідає за передавання кадру даних між будь-якими вузлами в мережах із типовою апаратною підтримкою (Ethernet, FDDI тощо) або між двома сусідніми вузлами у будь-яких мережах (SLIP, PPP).
69767. Завантаження операційної системи Linux 57.5 KB
  Під час завантаження Linux використовують двоетапний завантажувач. Є кілька програмних продуктів, що реалізують такі завантажувачі, найвідоміший із них l i l o (від Іішіх loader). Він може бути встановлений як у MBR (замінивши там код, що завантажує перший сектор активного розділу)...
69768. Завантаження Windows XP 40 KB
  Завантаження Windows XP починають стандартним способом — із передавання керування коду завантажувального сектора активного розділу диска. Головне його завдання — визначити місцезнаходження файла ntldr у кореневому каталозі цього розділу, завантажити його...
69769. Продуктивність багатопроцесорних систем 29 KB
  Під масштабуванням навантаження (workload scalability) у SMP-системах розуміють вплив додавання нових процесорів на продуктивність системи. У реальних умовах воно залежить від багатьох факторів.
69770. Планування у багатопроцесорних системах 34.5 KB
  Головною особливістю планування у багатопроцесорних системах є його двовимірність. У цьому розділі розглянемо деякі підходи до організації планування які враховують ці фактори а у наступному важливе поняття спорідненості процесора що впливає на організацію планування у багатопроцесорних системах.
69771. Особливості архітектури: Windows XP 97 KB
  Менеджер об’єктів відповідає за розподіл ресурсів у системі підтримуючи їхнє універсальне подання через об’єкти. Концепція об’єктів забезпечує важливі переваги. Імена об’єктів організовані в єдиний простір імен де їх легко знаходити. Доступ до всіх об’єктів здійснюється однаково.
69772. Перемикання контексту й обробка переривань 28 KB
  Найважливішим завданням операційної системи під час керування процесами і потоками є організація перемикання контексту передачі керування від одного потоку до іншого зі збереженням стану процесора. Звичайно потрібно виконати такі операції: зберегти стан процесора потоку в деякій ділянці...
69773. Керування процесами в UNIX і Linux 50.5 KB
  Образ процесу В UNIXсистемах образ процесу містить такі компоненти: керуючий блок процесу; код програми яку виконує процес; стек процесу де зберігаються тимчасові дані параметри процедур повернені значення локальні змінні тощо; глобальні дані спільні для всього процесу.
69774. Види планування процесів і потоків 48.5 KB
  Види планування процесів і потоків. Довготермінове планування Засоби довготермінового планування визначають яку з програм треба завантажити у пам’ять для виконання. Таке планування називають також статичним оскільки воно не залежить від поточного стану системи.