98478

Структура и функции лизосом

Реферат

Биология и генетика

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...

Русский

2015-11-03

260.5 KB

2 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Международный государственный экологический университет

имени А. Д. Сахарова»

Факультет экологической медицины

Структура и функции лизосом.

                                                                       Выполнила:

                                                                                студентка 4 курса

                                                                                      группа 92062/1, МБД

                                                                             Лузина Евгения

Минск  2012

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….3

1. Общая характеристика лизосом………………………………………………...4

  1.1. Морфологическая неоднородность лизосом……………………………….6

  1.2. Классификация ферментов, содержащихся в лизосомах…………………10

2. Функции лизосом………………………………………………………………..13

  2.1. Внутриклеточное пищеварение и участие в обмене веществ………….…13

  2.2. Органеллы, образуемые из лизосом………………………………………..16

3. Особенности лизосом…………………………………………………………....16

4. Биосинтез и транспорт лизосомных белков…………………………………....18

  4.1. Маннозофосфатный рецептор…………………………………………...…..18

Заключение……………………………………………………………………….….20

Список литературы……………………………………………………………….....21


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.

Лизосома — 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, НАДФН-оксидаза, коллагеназа, глюкуронидаза, глюкозидаза и др.), 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.


  1.  Общая характеристика лизосом

Лизосомы как мембранные внутриклеточные частицы были открыты биохимиками (Кристианон де Дюв, 1955). При изучении легкой подфракции макросом из гомогенатов печени крысы было найдено, что эта подфракция (в отличие от основной фракции макросом — митохондриальной фракции) обладает группой кислых гидролитических ферментов (гидролаз), расщепляющих белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды. Создалось впечатление, что эти ферменты содержатся в особого рода цитоплазматических частицах — лизосомах. Лизосомы — гетерогенные органеллы, имеющие разную форму, размеры, ультраструктурные и цитохимические особенности. «Типичные» лизосомы животных клеток обычно имеют размеры 0,1-1 мкм, сферическую или овальную форму. Число лизосом варьирует от одной (крупная вакуоль во многих клетках растений и грибов) до нескольких сотен или тысяч (в клетках животных).

Оказалось, что ферменты изолированных лизосом проявляют свою активность только в том случае, если предварительно вызывается повреждение самих лизосом либо воздействием осмотического шока или детергентов, либо замораживанием и оттаиванием препаратов. На основании этого было сделано заключение, что лизосомы окружены липопротеидной мембраной, которая препятствует доступу находящихся снаружи субстратов к ферментам, находящимся внутри лизосом.

Лизосома окружена обычным липидным бислоем и содержит большое число маленьких гранул от 5 до 8 нм в диаметре. Содержимое гранул представлено белковыми агрегатами, которые содержат около 40 разных гидролаз: протеиназы, нуклеазы, гликозидазы, фосфорилазы, фосфатазы, сульфатазы, оптимум действия которых осуществляется при рН 5. В лизосомах кислое значение среды создается из-за наличия в их мембранах АТФ – зависимой Н+-помпы, которая обменивает Na+ на H+. Кроме того, в мембраны лизосом встроены белки-переносчики для транспорта из лизосом в гиалоплазму продуктов гидролиза: мономеров расщепленных молекул — аминокислот, сахаров, нуклеотидов и липидов. При ознакомлении с работой лизосом всегда возникает вопрос: почему же эти мембранные образования не переваривают сами себя? Вероятнее всего, мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые или не узнаются лизосомными ферментами, либо просто мешают гидролазам взаимодействовать с ними. Так или иначе, мембранные компоненты лизосом очень устойчивы к гидролазам, содержащимся внутри лизосомных пузырьков.

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.)

Наличие некоторых гидролаз можно выявить гистохимическими методами. Так, одной из характерных гидролаз, выявляемых с помощью как светового, так и электронного микроскопа, служит кислая фосфатаза, по наличию которой можно  определить, является тот или иной мембранный пузырек лизосомой.

Под электронным микроскопом видно, что фракция лизосом состоит из очень пестрого класса пузырьков размером 0,2-2,0мкм, ограниченных одиночной мембраной (толщина ее около 7 нм), с очень разнородным содержанием внутри (рис. 1 и 2). Во фракции лизосом встречаются пузырьки с гомогенным, бесструктурным содержимым, а также пузырьки, заполненные плотным веществом, содержащим в свою очередь вакуоли, скопления мембран и плотных однородных частиц. Часто можно видеть внутри лизосом не только участки мембран, но и фрагменты митохондрий и ЭПР. Иными словами, эта фракция по морфологии оказалась крайне неоднородной, несмотря на постоянство присутствия гидролаз.

Сходные по морфологии частицы были описаны еще ранее в разных тканях многих животных. Однако цитологи не могли выяснить функциональные значения этих полиморфных частиц. И только сочетание биохимических, цитохимических и электронно-микроскопических методов исследований позволило достаточно подробно разобраться в строении, происхождении и функционировании клеточных лизосом.

Рис. 1. Вторичные лизосомы

1 — лизосомы; 2 — жировые капли.

1.1. Морфологическая неоднородность лизосом

 Общепринятой классификации и номенклатуры для разных стадий созревания и типов лизосом нет. Различают первичные и вторичные лизосомы. Первые образуются в области аппарата Гольджи, в них находятся ферменты в неактивном состоянии, вторые же содержат активные ферменты. Обычно ферменты лизосом активируются при понижении рН. Среди лизосом можно также выделить гетеролизосомы (переваривающие материал, поступающий в клетку извне — путем фаго- или пиноцитоза) и аутолизосомы (разрушающие собственные белки или органоиды клетки).

Первичные лизосомы представляют собой мелкие мембранные пузырьки размером около 100 нм, заполненные бесструктурным веществом, содержащим набор гидролаз, в том числе кислую фосфатазу - маркерный для лизосом фермент. Эти мелкие вакуоли - первичные лизосомы, практически очень трудно отличить от мелких вакуолей на периферии зоны аппарата Гольджи. Часть из них несет клатриновую оболочку. Более того, вакуоли этой периферической части АГ также содержат кислую фосфатазу. Прослеживая процесс синтеза и локализацию этого фермента в клетках, нашли, что местом его синтеза, как и следовало ожидать, является гранулярный ретикулум. Затем этот фермент появляется в проксимальных участках диктиосом, а потом - в мелких вакуолях по периферии диктиосомы и, наконец, выявляется в первичных лизосомах.

С помощью ряда точных экспериментов установили, что в дальнейшем первичные лизосомы сливаются с фагоцитарными, или пиноцитозными, вакуолями — эндосомами, образуя вторичную лизосому, или внутриклеточную пищеварительную вакуоль. При этом содержимое первичной лизосомы сливается с полостью эндоцитозной вакуоли, и гидролазы первичной лизосомы получают доступ к субстратам, которые они и начинают расщеплять.

При слиянии первичной лизосомы с эндоцитозной вакуолью происходит диссоциация комплексов М-6-Ф-рецептор-гидролаза вследствие кислой среды внутри вторичной лизосомы. Затем уже свободный фермент после потери фосфатной группы активируется и вступает в работу. Освободившиеся мембранные рецепторы переходят в мелкие пузырьки, отщепляющиеся от вторичной лизосомы, и уходят снова в транс-участок аппарата Гольджи, т.е. осуществляется их рециклизация.

Разнообразие по величине и по структуре клеточных лизосом связано в первую очередь с разнообразием вторичных лизосом — продуктов слияния эндоцитозиых вакуолей с первичными лизосомами. Таким образом, вторичные лизосомы представляют собой не что иное, как внутриклеточные пищеварительные вакуоли, ферменты которых доставлены с помощью мелких первичных лизосом. Поэтому от типа поглощенных веществ или частичек зависят размер и внутренняя структура таких лизосом.

Лизосомы могут сливаться друг с другом и таким путем увеличиваться в объеме, при этом усложняется их внутренняя структура. Так, добавляя в среду, где находится культура ткани, коллоидное железо, можно видеть, как его частички (хорошо выявляемые в электронном микроскопе) сначала появляются в фагоцитозных вакуолях, а затем обнаруживаются во вторичных лизосомах. Если через некоторое время снова клетке дать инородное вещество, например коллоидное золото (частички которого отличаются по морфологии от частиц коллоидного железа), то динамика его появления в лизосомах будет такая же. Но появятся лизосомы, одновременно содержащие гранулы как коллоидного железа, так и коллоидного золота (рис. 2.).

                               Рис. 2. Гетерогенность вторичных лизосом

Аутолизосомы (аутофагосомы) постоянно встречаются в клетках простейших, растений и животных. По своей морфологии их относят к вторичным лизосомам, но с тем отличием, что в составе этих вакуолей встречаются фрагменты или даже целые цитоплазматические структуры, такие как митохондрии, пластиды, элементы ЭПР, рибосомы, гранулы гликогена и т. д. Процесс образования аутофагосом еще недостаточно ясен. По одним представлениям, первичные лизосомы могут выстраиваться вокруг клеточной органеллы, сливаться друг с другом и таким образом отделять ее от соседних участков цитоплазмы: участок оказывается отделенным мембраной и заключенным внутри такой сложной лизосомы (рис. 3.).

Есть предположение, что процесс аутофагоцитоза связан с отбором и уничтожением измененных, «сломанных» клеточных компонентов. В этом случае лизосомы выполняют роль внутриклеточных чистильщиков, контролирующих дефектные структуры. Такой автофагии подвергаются митохондрии печени, где время жизни отдельной митохондрии составляет 10 дней. Интересно, что в нормальных условиях число аутофагосом увеличивается при метаболических стрессах (например, при гормональной индукции активности клеток печени). Значительно возрастает число аутофагосом при различных повреждениях клеток; в этом случае автофагоцитозу могут подвергаться целые зоны внутри клеток.

Наиболее широко используется следующая классификация лизосом и связанных с ними компартментов:

Ранняя эндосома — в нее поступают эндоцитозные (пиноцитозные) пузырьки. Из ранней эндосомы рецепторы, отдавшие (из-за пониженного рН) свой груз, возвращаются на наружную мембрану.

Поздняя эндосома — в нее из ранней эндосомы поступают пузырьки с материалом, поглощенном при пиноцитозе, и пузырьки из аппарата Гольджи с гидролазами. Рецепторы маннозо-6-фосфата возвращаются из поздней эндосомы в аппарат Гольджи.

Лизосома — в нее из поздней эндосомы поступают пузырьки со смесью гидролаз и перевариваемого материала.

Фагосома — в нее попадают более крупные частицы (бактерии и т. п.), поглощенные путем фагоцитоза. Фагосомы обычно сливаются с лизосомой.

Аутофагосома — окруженный двумя мембранами участок цитоплазмы, обычно включающий какие-либо органоиды и образующийся при макроаутофагии. Сливается с лизосомой.

Мультивезикулярные тельца — обычно окружены одинарной мембраной, содержат внутри более мелкие окруженные одинарной мембраной пузырьки. Образуются в результате процесса, напоминающего микроаутофагию, но содержат материал, полученный извне. В мелких пузырьках обычно остаются и затем подвергаются деградации рецепторы наружной мембраны (например, рецепторы эпидермального фактора роста). По стадии формирования соответствуют ранней эндосоме. Описано образование мультивезикулярных телец, окруженных двумя мембранами, путем отпочковывания от ядерной оболочки.

Остаточные тельца (телолизосомы) — пузырьки, содержащие непереваренный материал (в частности, липофусцин). В нормальных клетках сливаются с наружной мембраной и путем экзоцитоза покидают клетку. При старении или патологии накапливаются.

Рис. 3. Образование лизосом и их участие в клеточных процессах

1 — синтез гидролитических ферментов в ЭПР; 2 — переход их в АГ; 3 — образование первичных лизосом; 4 — выброс и использование (5) гидролаз при внеклеточном расщеплении; 6 — эндоцитозные вакуоли: 7 — слияние с ними первичных лизосом ; 8 — образование вторичных лизосом; 9 —телолизосомы; 10 — экскреция остаточных телец; 11 — первичные лизосомы принимают участие в образовании автофагосомы (12.)

1.2. 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:

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. α-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.

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.

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.

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 α- или β-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.

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.


2. Функции лизосом

Функциями лизосом являются:

переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток);

аутофагия — уничтожение ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми, или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки;

автолиз — самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток); Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела.

растворение внешних структур;

участие в обмене;

специфические функции.

 

2.1. Внутриклеточное пищеварение и участие в обмене веществ

У многих протистов и у животных, имеющих внутриклеточное пищеварение, лизосомы участвуют в переваривании пищи, захваченной путем эндоцитоза. При этом лизосомы сливаются с пищеварительными вакуолями. У протистов непереваренные остатки пищи обычно удаляются из клетки при слиянии пищеварительной вакуоли с наружной мембраной.

Многие клетки животных, у которых преобладает полостное пищеварение (например, хордовые) получают питательные вещества из межклеточной жидкости или плазмы крови с помощью пиноцитоза. Эти вещества также вовлекаются в обмен веществ клетки после их переваривания в лизосомах. Хорошо изученный пример такого участия лизосом в обмене веществ — получение клетками холестерина. Холестерин, приносимый кровью в виде ЛПНП, поступает внутрь пиноцитозных везикул после соединения ЛПНП с рецепторами ЛПНП на мембране. Рецепторы возвращаются к мембране из ранней эндосомы, а ЛПНП поступают в лизосомы. После этого ЛПНП перевариваются, а высвободившийся холестерин через мембрану лизосом поступает в цитоплазму.

Косвенно лизосомы участвуют в обмене, обеспечивая десенсибилизацию клеток к воздействию гормонов. При длительном действии гормона на клетку часть рецепторов, связавших гормон, поступают в эндосомы и затем деградируют внутри лизосом. Снижение числа рецепторов понижает чувствительность клетки к гормону.

Аутофагия

Обычно различают три типа аутофагии — микроаутофагия, макроаутофагия и шаперон-зависимая. При микроаутофагии, как при образовании мультивезикулярных телец, образуются впячивания мембраны эндосомы или лизосомы, которые затем отделяются в виде внутренних пузырьков, только в них попадают вещества, синтезированные в самой клетке. Таким путем клетка может переваривать белки при нехватке энергии или строительного материала (например, при голодании). Но процессы микроаутофагии происходят и при нормальных условиях и, в целом, неизбирательны. Иногда в ходе микроаутофагии перевариваются и органоиды; так, у дрожжей описана микроаутофагия пероксисом и частичная микроаутофагия ядер, при которой клетка сохраняет жизнеспособность.

При макроаутофагии участок цитоплазмы (часто содержащий какие-либо органоиды) окружается мембранным компартментом, похожим на цистерну эндоплазматической сети. В результате этот участок оказывается отгорожен от остальной цитоплазмы двумя мембранами. Затем такая аутофагосома сливается с лизосомой, и ее содержимое переваривается. Видимо, макроаутофагия также неизбирательна, хотя часто подчеркивается, что с помощью нее клетка может избавляться от «отслуживших свой срок» органоидов (митохондрий, рибосом и др.).

Третий тип аутофагии — шаперон-зависимая. При этом способе происходит направленный транспорт частично денатурировавших белков из цитоплазмы сквозь мембрану лизосомы в ее полость.

Автолиз

Ферменты лизосом нередко высвобождаются при разрушении мембраны лизосомы. Обычно при этом они инактивируются в нейтральной среде цитоплазмы. Однако при одновременном разрушении всех лизосом клетки может произойти ее саморазрушение — автолиз. Различают патологический и обычный автолиз. Распространенный вариант патологического автолиза — посмертный автолиз тканей.

В норме процессы автолиза сопровождают многие явления, связанные с развитием организма и дифференцировкой клеток. Так, аутолиз клеток описывается как механизм разрушения тканей у личинок насекомых при полном превращении, а также при рассасывании хвоста у головастика. Правда, эти описания относятся к периоду, когда различия между апоптозом и некрозом еще не были установлены, и в каждом случае требуется выяснять, не лежит ли на самом деле в основе деградации органа или ткани апоптоз, не связанный с автолизом.

У растений автолизом сопровождается дифференциация клеток, которые функционируют после смерти (например, трахеид или члеников сосудов). Частичный автолиз происходит и при созревании клеток флоэмы- члеников ситовидных трубок.

2.2. 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 пигментный эпителий

образование, хранение и транспорт меланина

тромбоцитные гранулы

тромбоциты, мегакариоциты

освобождение АТФ, АДФ, серотонина и кальция, необходимых для свертывания крови

ламеллярные тельца

эпителий легких типа II

хранение и секреция сурфактанта , необходимого для работы  легких

лизирующие гранулы

цитотоксические Т лимфоциты, NK клетки

разрушение клеток инфицированных вирусом или опухолевых клеток

ГКГ класс II

антиген-презентиркющие клетки (дендритные  клетки, В лимфоциты, макрофаги и др.)

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

базофильные гранулы

базофилы, mast клетки

запускают высвобождение гистаминов и других воспалительных стимулов

азурофильные гранулы

нейтрофилы, эозинофилы

высвобождают микробицидные и воспалительные агенты

остеокластные гранулы

остеокласты

разрушение костей

тельца Вейбеля-Палладе

эндотелиальные клетки

созревание и регулируемый выброс фактора Виллебрандта  в кровь

α-гранулы тромбоцитов

Тромбоциты, мегакариоциты

выброс фибриногена и фактора Виллебрандта для адгезии  тромбоцитов и свертывания крови

3. Особенности лизосом

Один из признаков лизосом — наличие в них ряда ферментов (кислых гидролаз), способных расщеплять белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. К числу ферментов лизосом относятся катепсины (тканевые протеазы), кислая рибонуклеаза, фосфолипаза и др. Кроме того, в лизосомах присутствуют ферменты, которые способны отщеплять от органических молекул сульфатные (сульфатазы) или фосфатные (кислая фосфатаза) группы.

Для лизосом характерна кислая реакция внутренней среды. Обычно pH в лизосомах составляет около 4,5-5 (концентрация протонов на два порядка выше, чем в цитоплазме). Это обеспечивается активным транспортом протонов, который осуществляет встроенный в мембраны лизосом белок-насос − протонная АТФаза.

Высокая активность кислой фосфатазы ранее использовалась как один из маркеров лизосом. В настоящее время более надежным маркером считается присутствие специфических мембранных гликопротеидов — LAMP1 и LAMP2. Они присутствуют на мембране лизосом и поздних эндосом, но отсутствуют на мембранах других компартментов вакуома.

LAMP1

LAMP1 (англ. Lysosomal-associated membrane protein 1) — гликопротеин лизосомальной мембраны. Вместе с другим гомологичным белком LAMP2 составляет около 50 % от всех белков мембраны лизосом. Лизосомами считаются внутриклеточные органеллы, которые содержат эти белки.

Зрелый белок LAMP1 относится к трансмембранным белкам, содержит 389 аминокислот (сигнальный пептид, направляющий вновь синтезированный белок к лизосомам и позже отщепляющийся, содержит 27 аминокислот). Белковая часть молекулы имеет молекулярную массу около 40 кДа. Однако в клетке белок сильно гликозилирован так, что его полная масса составляет около 120 кДа, поэтому, когда он был открыт в 1985—1986 годах, его назвали «120-кДа лизосомальный мембранный гликопротеин» (120-kDa lysosomal membrane glycoprotein, lgp120).

Около 90 % белковой молекулы находится во внутреннем пространстве лизосомы, а сильное гликозилирование защищает белок от агрессивной кислой и богатой гидролазами среды. Короткий цитозольный фрагмент отличается высоким консерватизмом и сохраняется в практически неизменном виде среди млекопитающих и птиц.

LAMP2

LAMP2 (англ. Lysosomal-associated membrane protein 2) — один из важнейших гликопротеинов лизосомальной мембраны. Также как и  гомологичный ему белок LAMP1 составляет около 50 % от всех белков мембраны лизосом.

Зрелый белок LAMP2 относится к интегральным трансмембранным белкам, содержит 382 аминокислоты (сигнальный — 28 аминокислот). Белковая часть молекулы имеет молекулярную массу около 40 кДа. Однако в клетке белок сильно гликозилирован так, что его полная масса составляет около 110 кДа, поэтому аналоги этого белка человека многих видов животных называются «110-кДа лизосомальный мембранный гликопротеин» (110-kDa lysosomal membrane glycoprotein, lgp110). LAMP2 содержит 26 участков O- или N-гликозилирования.

Более 90% белковой молекулы LAMP2 находится во внутреннем пространстве лизосомы. Короткий цитозольный фрагмент отличается высоким консерватизмом и сохраняется в практически неизменном виде среди млекопитающих и птиц.

LAMP2 защищает лизосомальную мембрану от протеолитических ферменов лизосомы. Цитозольный фрагмент белка служит рецептором для белков, которые должны быть доставлены в лизосому из цитоплазмы.

Мутации в LAMP2, как правило, приводят к болезни Дэнона (Danon disease) с характерным накоплением аутофагального материала в миоцитах и проявляющейся, в первую очередь,  в первичной кардиомиопатии. Клинические характеристики нарушения LAMP2 — это встречаемость только у мужчин, тяжёлая гипертрофия, раннее проявление (в 8-17 лет) и раннее желудочковое возбуждение, а также асимптоматическое повышение двух белков в плазме крови.


4. Биосинтез и транспорт лизосомных белков

Лизосомные белки синтезируются в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, где они гликозилируются путем переноса олигосахаридных остатков. Они приобретают этот сигнал в  цис-цистернах АГ, где  работают ферменты  N-ацетилглюкозаминфосфотрансфераза и  фосфодиэфировая гликозидаза .  Отделение лизосомальных белков происходит в  транс-Гольджи сети , в  мембране которой локализован  манноза-6-фосфатный рецептор (1). На последующей стадии, типичной для лизосомных белков, терминальные маннозные остатки (Man) фосфорилируются no C-6 (на схеме справа). 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 (3). Локальное накопление этих белков происходит с помощью клатрина. Этот белок позволяет вырезать и транспортировать подходящие мембранные фрагменты в составе транспортных везикул к эндолизосомам (4), которые затем созревают с образованием первичных лизосом (5), в заключение от Man-6-P отщепляется фосфатная группа (6).

Man-6-P-рецепторы используются вторично в процессе рецикла. Снижение рН в эндолизосомах приводит к диссоциации белков от рецепторов (7). Затем рецепторы с помощью транспортных везикул переносятся обратно в аппарат Гольджи (8).

4.1. Маннозофосфатный рецептор

Маннозофосфатный рецептор связывает специфический олигосахарид при pH=7 и отщепляет его при pH=6; именно такое pH существует внутри  эндолизосом. Лизосомные ферменты в эндолизосоме отделяются от белка- рецептора  маннозо-6-фосфата и начинают расщеплять поглощенный материал, содержавшийся в  эндосомах . Отделившись от "своих" ферментов, рецепторы восстанавливают структуру и возвращаются в мембрану транс-сети Гольджи, возможно, в составе  окаймленных пузырьков . Такой механизм возвращения мембран из  эндолизосом обратно в  аппарат Гольджи весьма напоминает круговорот мембран между эндосомами и плазматической мембраной при опосредованном рецепторами  эндоцитозе . Опосредствованный рецепторами транспорт лизосомных гидролаз из аппарата Гольджи к эндолизосомам аналогичен эндоцитозу внеклеточных молекул, направляющему их от плазматической мембраны в эндосомы. В обоих случаях рецепторы собираются в покрытых  клатрином участках мембраны (называемых  окаймленными ямками); эти участки отшнуровываются от мембраны, образуя покрытые  клатрином окаймленные пузырьки. Пузырьки доставляют затем лиганд к следующему компартменту, имеющему кислую среду, и оттуда рецепторы возвращаются в исходную мембрану.

Круговорот маннозофосфатного рецептора был прослежен с помощью специфических антител, позволяющих локализовать этот белок в клетке. В норме рецепторы маннозо-6-фосфата обнаруживают в  мембране аппарата Гольджи и  мембране эндолизосом, но не в зрелых лизосомах. Показано, что перемещению рецептора обратно в аппарат Гольджи способствует его конформационное изменение, связанное с отщеплением гидролазы.

Челночная система рецептора маннозо-6-фосфата является специфичной - пузырьки, несущие этот рецептор, сливаются только с нужными органеллами-мишенями, а не, к примеру, с мембраной ЭР. Считают, что  клатриновая кайма на формирующихся пузырьках действует подобно "молекулярному фильтру", изолирующему рецептор и его лиганд внутри пузырьков. Однако  клатрин может отвечать за специфичность доставки пузырьков, так как кайма удаляется вскоре после их образования. Удаление клатрина катализируется  hsp 70-подобным белком, а соответствующая реакция требует гидролиза АТР. Один или несколько белков, остающихся на внешней стороне мембраны пузырька, вероятно, служат специфическими  "сигналами погрузки", которые узнаются комплементарным "приемщиком" на мембране органеллы-мишени.

Изучение  механизмов сортировки лизосомных гидролаз дает представление о протекающих в клетках эукариот процессах переноса веществ с помощью транспортных пузырьков. Неважно, что олигосахаридные маркеры, по-видимому, больше нигде не используются, все остальные события - распознавание "груза" мембранным рецептором при отпочковании пузырька, слияние пузырька со специфичной мембраной-мишенью, высвобождение "груза" в компартмент- мишень и возвращение освободившегося рецептора в исходный компартмент - вероятно, являются общими для всех видов  везикулярного транспорта .


Заключение

Лизосомы — гетерогенные органеллы, имеющие разную форму, размеры, ультраструктурные и цитохимические особенности. «Типичные» лизосомы животных клеток обычно имеют размеры 0,1-1 мкм, сферическую или овальную форму. Число лизосом варьирует от одной (крупная вакуоль во многих клетках растений и грибов) до нескольких сотен или тысяч (в клетках животных).

Лизосомы содержат в себе набор ферментов:

Эстеразы

Пептид – гидролазы

Нуклеазы

Гликозидазы

Гидролазы 

Наиболее широко используется следующая классификация лизосом и связанных с ними компартментов:

ранняя эндосома;

поздняя эндосома;

лизосома;

фагосома;

аутофагосома;

мультивезикулярные тельца;

 остаточные тельца (телолизосомы).

Высокая активность кислой фосфатазы ранее использовалась как один из маркеров лизосом. В настоящее время более надежным маркером считается присутствие специфических мембранных гликопротеидов — LAMP1 и LAMP2. Они присутствуют на мембране лизосом и поздних эндосом, но отсутствуют на мембранах других компартментов вакуома.

Лизосомные белки синтезируются в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, где они гликозилируются путем переноса олигосахаридных остатков. Они приобретают этот сигнал в  цис-цистернах АГ, где  работают ферменты  N-ацетилглюкозаминфосфотрансфераза и  фосфодиэфировая гликозидаза. На последующей стадии, типичной для лизосомных белков, терминальные маннозные остатки (Man) фосфорилируются no 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.

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 .

Список литературы

Де Робертис Э. Новинский В., Саэс Ф. Биология клетки. М., Мир, 2001

А.С.Спирин. Молекулярная биология. М., 1986

Зегнбуш П.Молекулярная и клеточная биология. М., Мир, т2004

Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. Молекулярная биология клетки: В 3-х т.- М., Мир, 1994.     

Ярыгин В.Н. Биология – М., 2001

Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. 4-е изд., перераб. и доп.- М.: ИКЦ "Академкнига", 2004.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9416. Субъекты правового обеспечения информационной безопасности 52 KB
  Тема №3: Субъекты правового обеспечения информационной безопасности. Понятие субъектов. Общая характеристика. РФ, субъекты РФ и муниципальные образования. Граждане и другие физические лица. Общественные объединения и коммерче...
9417. Система органов государственной власти, регулирующих информационную сферу 77.5 KB
  Тема №4: Система органов государственной власти, регулирующих информационную сферу. государственное управление в информационной сфере система и полномочия органов государственной власти (ОГВ), обеспечивающих право доступа к информации...
9418. Правовые режимы информационных ресурсов 74 KB
  Тема №5: Правовые режимы информационных ресурсов. Правовой режим. Понятие и виды охраноспособной информации Государственная тайна Служебная и профессиональная тайна Тайна частной жизни Коммерческая и банковская тайна...
9419. Правовое регулирование создания и применения информационных технологий 74 KB
  Тема №6. Правовое регулирование создания и применения информационных технологий. понятие и виды информационных технологий порядок создания информационных технологий применение информационных технологий государственными органами, ЮЛ...
9420. Правовое регулирование информационных систем 34 KB
  Тема №7: Правовое регулирование информационных систем. Понятие и виды информационных систем. Порядок разработки информационных систем. В соответствии со ст.2 закона об информации: Информационная система - совокупность содержащей...
9421. Особенности правового регулирования Интернета 53.5 KB
  Тема № 8. Особенности правового регулирования Интернета. общая характеристика Интернет как особой информационно-телекоммуникационной сети деятельность, осуществляемая посредством Интернета государственное регулирование Интернета в ...
9422. Правовое регулирование информационных ресурсов 44 KB
  Тема №9. Правовое регулирование информационных ресурсов. понятие и виды ИР. Порядок формирования ИР и предоставления информационных услуг государственные ИР государственное регулирование библиотечного дела государственн...
9423. Информационная безопасность (ИБ) 28.5 KB
  Информационная безопасность (ИБ). Жизненно важные интересы ИБ общества. Угрозы ИБ общества. Защита ИБ общества. ИБ - это защита экономических, социальных, международных и духовных ценностей с использованием информационных сред...
9424. Задачи пропедевтической клиники. Понятие о семиотике. Общий план обследования больного. Расспрос больного. Общий осмотр больного 30.57 KB
  Задачи пропедевтической клиники. Понятие о семиотике. Общий план обследования больного. Расспрос больного. Общий осмотр больного Внутренние болезни - область клинической медицины, изучающая этиологию, патогенез и клинические проявления болезни ...