Что такое лизосомы в биологии
Строение, функции и виды лизосом
Лизосомы – это мембранные органеллы диаметром от 0,2 до 2,0мкм. Входят в состав эукариотической клетки, где находятся сотни лизосом. Главная их задача – это внутриклеточное переваривание (расщепление биополимеров), для этого органеллы имеют специальный набор гидролитических ферментов (сегодня известно около 60 видов). Ферментные вещества окружены замкнутой оболочкой, что предотвращает их проникновение внутрь клетки и ее разрушение.
Первые выявил лизосомы и занялся их изучением бельгийский ученый в области биохимии Кристианом де Дювом еще в 1955 году.
Особенности строения лизосом
Лизосомы имеют вид мембранных мешочков с кислым содержимым. По конфигурации бывают овальными или круглыми. Во всех клетках организма есть лизосомы, исключение – эритроциты.
Особым отличием лизосом от остальных органоидов является наличие во внутренней среде кислых гидролаз. Они обеспечивают распад веществ белковой природы, жиров, углеводов, а также нуклеиновых кислот.
К лизосомальным ферментам принадлежат фосфатазы (маркерный фермент), сульфатаза, фосфолипаза и многие другие. Оптимальная среда для нормальной работы органелл — кислая (pH = 4,5 — 5). При недостаточности ферментов или не эффективной их деятельности, ощелачивании внутренней среды, могут возникнуть лизосомальные болезни накопления (гликогенозы, мукополисахаридозы, болезнь Гоше, Тай-Сакса). Как следствие в клетке накапливаются непереваренные вещества: гликопротеиды, липиды и др.
Одномембранная оболочка лизосом оснащена транспортными белками, которые обеспечивают перенос из органеллы во внутреннюю среду клетки продуктов переваривания.
Есть ли в растительной клетке лизосомы?
Нет. В клетках растений содержатся вакуоли – образования, заполненные соком и заключены в оболочку. Они образуются из провакуолей, отошедших от ЭПС и комплекса Гольджи. Клеточные вакуоли осуществляют ряд важных функций: накопление питательных веществ, поддержание тургора, переваривание органических веществ (что указывает на сходство между растительными вакуолями и лизосомами).
Где образуются лизосомы?
Формирование лизосом идет из пузырьков, отпочковавшихся от аппарата Гольджи. Для образования органелл необходимо также участие зернистой мембраны эндоплазматической сети. Все ферменты лизосом синтезируются рибосомами ЭПС, а затем направляются к аппарату Гольджи.
Виды лизосом
Различают два вида лизосом. Первичные лизосомы формируются возле аппарата Гольджи и содержат не активированные ферменты.
Вторичные лизосомы, или фагосомы имеют активированные ферменты, которые непосредственно взаимодействуют с расщепленными биополимерами. Как правило, ферменты лизосом активируются при изменении рН в кислую сторону.
Лизосомы также делятся на:
Функции лизосом в клетке
Внутриклеточное переваривание попавших в клетку в процессе эндоцитоза питательных соединений или чужеродных агентов (бактерий, вирусов и т.д.) осуществляется под действием лизосомальных ферментов.
После переваривания захваченного материала, продукты распада попадают в цитоплазму, непереваренные частицы остаются внутри органеллы, которая теперь носит название — остаточного тельца. При нормальных условиях тельца покидают клетку. В нервных клетках, которые имеют длительный жизненный цикл, за период существования накапливается множество остаточных телец, в которых содержится пигмент старения (не выводятся также при развитии патологии).
Аутофагоцитоз — расщепление клеточных структур, которые уже стали не нужны, например, во время формирования новых органелл, от старых клетка избавляется путем аутофагоцитоза.
Аутолиз — самоуничтожение клетки, которое приводит к её разрушению. Этот процесс не всегда носит патологический характер, а происходит в нормальных условиях развития индивидуума или при дифференцировке отдельных клеток.
При преобразовании головастика в зрелую особь, лизосомы, располагающиеся в клетках хвостовой части, расщепляют его, как следствие хвост исчезает, а продукты переваривания поглощаются остальными клетками тела.
Лизосомы
Лизосома — это одномембранный органоид эукариотической клетки, имеющий в основном шаровидную форму и не превышающий по размеру 1 мкм. Характерны для клеток животных, где могут содержаться в больших количествах (особенно в клетках, способных к фагоцитозу). В растительных клетках многие функции лизосом выполняет центральная вакуоль.
Строение лизосомы
Элементарная мембрана лизосомы отграничивает от цитоплазмы несколько десятков гидролитических (пищеварительных) ферментов, расщепляющих белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Ферменты относятся к группам протеаз, липаз, нуклеаз, фосфатаз и др.
В отличие от гиалоплазмы, внутренняя среда лизосом имеет кислую реакцию, а содержащиеся здесь ферменты активны только при низком pH.
Изоляция ферментов лизосом необходима, иначе, оказавшись в цитоплазме, они могут разрушить клеточные структуры.
Образование лизосом
Лизосомы образуются в комплексе Гольджи. Ферменты (по-сути белки) лизосом синтезируются на шероховатой эндоплазматической сети, после чего транспортируются в Гольджи с помощью везикул (пузырьков, ограниченных мембраной). Здесь белки модифицируются, приобретают свою функциональную структуру, упаковываются в другие пузырьки – первичны лизосомы, – которые отрываются от аппарата Гольджи. Далее, превращаясь во вторичные лизосомы, выполняют функцию внутриклеточного переваривания. В некоторых клетках первичные лизосомы секретируют свои ферменты за пределы цитоплазматической мембраны.
Функции лизосом
О функциях лизосом говорит уже их название: lysis — расщепление, soma — тело.
При попадании в клетку питательных веществ, каких-либо микроорганизмов лизосомы принимают участие в их переваривании. Кроме того, они разрушают ненужные структуры самой клетки и даже целые органы организмов (например, хвост и жабры в процессе развития многих земноводных).
Ниже дается описание основным, но не единственным функциям лизосом.
Переваривание частиц, поступивших в клетку путем эндоцитоза
Путем эндоцитоза (фогоцитоза и пиноцитоза) в клетку поступают относительно крупные материалы (питательные вещества, бактерии и др.). При этом цитоплазматическая мембрана впячивается внутрь клетки, во впячивание попадает структура или вещество, после чего впячивание отшнуровывается во внутрь, и образуется пузырек (эндосома), окруженный мембраной, – фагоцитарный (с твердыми частицами) или пиноцитарный (с растворами).
С таким пузырьком далее сливается первичная лизосома. В результате образуется вторичная лизосома, в которой происходит процесс переваривания (происходят реакции ферментативного расщепления).
Подобным способом может происходить усваивание пищи (например, у амеб). В данном случае вторичную лизосому также называют пищеварительной вакуолью. Переваренные вещества поступают из вторичной лизосомы в цитоплазму. Другой вариант — переваривание попавших в клетку бактерий (наблюдается у фагоцитов — специализированных для защиты организма лейкоцитов).
Оставшиеся во вторичной лизосоме ненужные вещества удаляются из клетки путем экзоцитоза (обратен эндоцитозу). Лизосома с непереваренными подлежащими удалению веществами называются остаточным тельцем.
Автофагия
Путем автофагии (аутофагии) клетка избавляется от ненужных ей собственных структур (различных органелл и др.).
Сначала такой органоид окружается элементарной мембраной, отделившейся от гладкой ЭПС. После этого образовавшийся пузырек сливается с первичной лизосомой. Образуется вторичная лизосома, которая называется автофагической вакуолью. В ней происходит переваривание клеточной структуры.
Автофагия особенно выражена в клетках, находящихся в процессе дифференциации.
Автолиз
Под автолизом понимают саморазрушение клетки. Характерен при метаморфозах, омертвении тканей.
Автолиз наступает, когда содержимое многих лизосом высвобождается в цитоплазму. Обычно в достаточно нейтральной среде гиалоплазмы ферменты лизосом, которым необходима кислая среда, становятся неактивными. Однако, когда разрушается много лизосом, то кислотность среды повышается, а ферменты остаются активными и расщепляют клеточные структуры.
Лизосомы
Содержание
Распространенность среди царств живой природы
Лизосомы были впервые описаны в 1955 году Кристианом де Дювом в животной клетке, а позже были обнаружены и в растительной. У растений к лизосомам по способу образования, а отчасти и по функциям близки вакуоли. Лизосомы есть также у большинства протистов (как с фаготрофным, так и с осмотрофным типом питания) и у грибов.Таким образом, наличие лизосом характерно для клеток всех эукариот. У прокариот лизосомы отсутствуют, так как у них отсутствует фагоцитоз и нет внутриклеточного пищеварения.
Признаки лизосом
Для лизосом характерна кислая реакция внутренней среды. Обычно рН 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.
Образование лизосом и их типы
Лизосомы формируются из пузырьков (везикул), отделяющихся от аппарата Гольджи, и пузырьков (эндосом), в которые попадают вещества при эндоцитозе. В образовании аутолизосом (аутофагосом) принимают участие мембраны эндоплазматического ретикулума. Все белки лизосом синтезируются на «сидячих» рибосомах на внешней стороне мембран эндоплазматического ретикулума и затем проходят через его полость и через аппарат Гольджи.
Функции лизосом
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.
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
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.).
Автолиз
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 фложмы- члеников ситовидных трубок.
Клиническое значение. Болезни, связанные с нарушением работы лизосом
Иногда из-за неправильной работы лизосом развиваются болезни накопления, при которых ферменты из-за мутаций не работают или работают плохо. Примером болезней накопления может служить амовротическая идиотия при накоплении гликогена.
Разрыв лизосомы и выход в гиалоплазму расщепляющих ферментов сопровождается резким повышением их активности. Такого рода повышение активности ферментов наблюдается, например, в очагах некроза при инфаркте миокарда и при действии излучения.
Лизосома строение функция
Лизосома строение функция
В предложенной вам работе мы предлагаем рассмотреть функции лизосом, их назначение. Среди некоторых предназначений мы выделим более существенные и напишем о них более подробно.
Начнём с того, что всё|все состоит из клеток. Эти структурные единицы настолько малы, что мы можем их увидеть только в лабораторных условиях при помощи специального оборудования. Сейчас речь идёт о микроскопе, впервые с его устройством знакомятся в средней школе. Преподаватели предлагают несколько лабораторных работ с участием данного средства для изучения устройства чешуек лука|лука или листьев деревьев.
Лизосома – это составляющая часть клеток. О ней мы далее и будем вести|вести речь. Перед тем, как рассматривать функции лизосом, мы кратко расскажем о строении и значении данного органоида.
Лизосомы
Мы уже в предисловии указали то, что это составные части клетки, а в переводе с латинского языка они имеют довольно понятное значение – растворение тела|тела. Лизосомы, выполняемые функции которых мы рассмотрим немного позже, выглядят как небольшие органоиды, окружены они мембраной. Полость лизосомы заполнена гидролитическими ферментами, в ней постоянно поддерживается кислая среда. Что ещё характерно для рассматриваемой нами органеллы? Она не имеет постоянной формы, они всегда очень разнообразны. Их размеры очень малы, так как в одной клетке может содержаться несколько сотен лизосом. Их диаметр примерно равняется 0,2 мкм.
Назначение
Перед тем как рассмотрим в виде списка функции лизосом, мы немного обозначим значение данной органеллы в клетке. Эти пункты сильно пересекаются между собой. Важно упомянуть то, что этот органоид отсутствует в клетках растений, но у людей и грибов они присутствуют. Образуются они в комплексе Гольджи. Мы уже говорили, что в их полостях содержится очень большое количество различных ферментов, благодаря этому и происходит пищеварение в клетках. Так как эти органеллы отсутствуют у растений, то некоторые их функции способны выполнять вакуоли.
Ферменты, содержащиеся в этих пузырьках, могут расщеплять:
Ещё одна задача лизосом – это расщепление, как отдельных частей, так и полностью всей клетки. Хорошим примером здесь служит перевоплощение головастика в лягушку. Пропадает|Пропадает хвост именно под воздействием ферментов данной органеллы.
Функции
В данном разделе мы предлагаем перечислить функции лизосом. Можно выделить следующие:
Для того чтобы было понятнее, поясним значение слов «аутофагия» и «автолиз». В первом случае подразумевается уничтожение ненужных структур клетки, а во втором – самопереваривание клетки (мы уже упоминали это ранее в примере с головастиком и лягушкой). В последнем пункте мы имели в виду растворение внешних структур.
Пищеварение клетки
Когда мы рассматривали функции лизосомы в клетке, то упоминали о способности данной органеллы осуществлять процесс пищеварения в клетке. Перед тем как мы приступим к пояснению данной функции, нужно уточнить то, что есть несколько видов лизосом. А именно:
Первичные лизосомы так же принято называть накопительными или запасающими гранулами. Нас в данном вопросе больше интересуют вторичные органеллы. Так как сюда относят:
В пищеварительной вакуоли происходит переваривание поступивших веществ посредством гидролиза. Переваривание происходит, как правило, до низкомолекулярных веществ, способных пройти через мембрану лизосомы. Эти вещества нужны для важных целей – синтеза других органелл или внутриклеточных структур.
Аутофагия
Рассматриваемые функции лизосомы в клетке содержат пункт под названием «аутофагия». Предлагаем кратко рассмотреть, что это значит. Мы уже говорили о том, что под этим термином понимается уничтожение ненужных частей клетки. Эту функцию выполняют вторичные лизосомы, которые называются аутофагирующими вакуолями. Они имеют определённую и постоянную форму овала, тело довольно крупное. В ней содержатся:
То есть, там содержатся остатки клетки. Они поддаются разрушению под воздействием ферментов. Полученные остатки не исчезают бесследно, а участвуют в других важных процессах.
Данные вакуоли можно обнаружить в очень большом количестве в ряде случаев, среди которых:
Автолиз
Итак, какие функции выполняют лизосомы, мы разобрались. Сейчас предлагаем более подробно рассмотреть ещё одну из них, а именно – автолиз. Мембраны лизосом могут разрушиться, тогда ферменты высвобождаются и перестают вести|вести свою обычную деятельность, так как цитоплазма обладает нейтральной средой, а ферменты в ней просто инактивируются.
Бывают случаи, когда происходит такое разрушение всех лизосом, что ведёт к гибели всей клетки. Можно различить две группы автолиза:
Лизосома строение функция
Клетки, представляющие собой сложные физиологические системы, состоят из множества элементов. Каждому из них присущи индивидуальные свойства. Лизосомами называют клеточные органоиды, размеры которых обычно составляют от 0,2 до 0,4 мкм. Они являются частью мембранной системы клетки, формируясь из эндосом и везикул.
Строение
Особенности строения лизосомы изучены достаточно хорошо. Она содержит внутри себя гидролитические ферменты. В ней имеются гидролазы, отличающиеся возможностью деполимизировать всевозможные вещества — нуклеиновые кислоты|кислоты, полисахариды, белки|белки, липиды. Перечисленный набор ферментов должен быть надёжно изолирован от прочих клеточных органоидов, иначе он попросту разрушит их.
Данные мембранные пузырьки обладают способностью к поглощению и разрушению веществ, являющихся результатом образования вторичных лизосом. Среда в этих органоидах кислая, в отличие от других клеточных элементов, имеющих нейтральную реакцию. Плазматическую мембрану и лизосомы образует пластинчатый механизм. В результате получаются органоиды, называющиеся первичными.
Сверху лизосома, строение и функции которой изучаются в школьной программе, покрыта одномембранной оболочкой, имеющей порою|порою белковый волокнистый слой. В мембране есть набор рецепторов, обеспечивающих процесс сцепления с фагосомами и транспортными пузырьками. С помощью неё происходит беспрепятственное проникновение продуктов пищеварения, но кроме этого, она играет и роль барьера.
Функции
Лизосома выполняет ряд важных функций:
Переваривание захваченных во время фагоцитоза внеклеточных веществ именуется гетерофагией. Это основная функция лизосом. Данный процесс у значительного количества простейших организмов служит ключевым методом пищеварения. Внутри многоклеточных существ такая способность присутствует у микрофагов и лейкоцитов. Они поглощают ненужные и чужеродные структуры, осуществляя эффективную защиту.
Если лизосома утратила способность к гетерофагии, то она становится остаточным тельцем. В ней отсутствуют полезные ферменты, зато имеется много непереваренного материала.
Особенности
Особенности строения лизосомы обуславливают то, что она может локализовать в себе вторичные метаболиты, белки|белки, пигменты и ионы в растениях. Если её деятельность нарушена, то пострадает весь организм. Сбои будут способствовать появлению и развитию различных болезней. Так, когда мембранные пузырьки лопаются, ферменты, содержащиеся в них, попадают|попадают в гиалоплазму (подобное случается при некрозах, а также вследствие излучения). Разрывы приводят к чрезмерной активности гидролаз.
Лизосома, строение и функции которой могут иметь различные вариации, обладает порой|порой разным химическим составом и структурой, формой и размерами. Она присутствует в клетках не только растений, животных, но и грибов, участвуя в аутофагоцитозе и переваривании твёрдых частиц.
Виды
Лизосома, строение и функции которой мы рассматриваем, имеет четыре разновидности:
Лизосома, строение и функции которой зависят от её вида, может иметь для организма разное значение. Если она начинает работать неправильно, то в организме возникают отклонения. При этом развивается болезнь Тея-Сакса, Помпе, Гоше, а также другие наследственные патологии. Наличие повреждённых частиц приводит к различным воспалениям.
Таким образом, лизосомам принадлежит важнейшая роль в нормальном функционировании клеток. Они присутствуют практически в каждом организме, принимая участие в автолизе, аутофагии и переваривании вредных веществ. Нарушения же в этих частицах вызывают множество тяжёлых заболеваний.
Видео по теме : Лизосома строение функция
Лизосома строение функция
Лизосомы («лизис» — расщепление, «сома|сома» — тело) — это органеллы эукариотических клеток. По строению представляют собой мембранные мешочки (визикулы, пузырьки), содержащие множество ферментов, расщепляющих сложные органические вещества. Основными функциями лизосом являются клеточное пищеварение, уничтожение ненужных клетке органоидов, саморазрушение клетки, секреция веществ за пределы клетки. При этом различают различные типы лизосом.
В животных клетках обычно содержится много мелких лизосом, их количество зависит от функциональных особенностей клетки. В клетках растений лизосомы образуются редко, обычно их функции выполняет крупная центральная вакуоль.
Ферменты (как известно, имеющие в основном белковую природу) лизосом синтезируются рибосомами, расположенными на шероховатой эндоплазматической сети. Далее по каналам сети они транспортируются в направлении комплекса Гольджи. От ЭПС отрываются транспортные пузырьки, которые впоследствии сливаются с аппаратом Гольджи. Здесь белки|белки соединяются с другими веществами, принимают свою функциональную форму, упаковываются. На выходе из Гольджи образуются готовые лизосомы.
Внутренняя среда лизосом является неоднородной и более кислой (её pH ниже), чем среда цитоплазмы. Это достигается за счёт активного транспорта ионов водорода (Н+) лизосомной мембраной. Только в кислой среде гидролитические ферменты (липазы, протеазы, фосфатазы, нуклеазы) могут быть активны и расщеплять белки|белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты|кислоты.
Лизосомы, которые только образовались в Гольджи и ещё не приступили к выполнению своих функций, называются первичными. Некоторые из них подходят к цитоплазматической мембране, где путём экзоцитоза (когда мембраны органеллы и плазмалеммы сливаются, а содержимое изливается во внешнюю для клетки среду|среду) происходит секреция содержимого лизосом.
При этом есть пример, когда в лизосому сначала попадает|попадает неготовый гормон. В ней он изменяется, приобретает активную форму, далее происходит его секреция.
Немало клеток эукариот поглощают вещества, частицы, другие клетки путём фагоцитоза и пиноцитоза (называются общим словом «эндоцитоз»). В результате образуются эндоциты — мембранные пузырьки с поглощённым материалом, который требуется переварить или уничтожить (например, в случае проникновения вредоносных бактерий).
С эндоцитом сливается первичная лизосома таким образом, что ферменты и расщепляемые структуры оказываются в одном мембранном пузырьке. Это уже вторичная лизосома, которая также может называться пищеварительной вакуолью (в основном у одноклеточных). Полученные в процессе ферментативного распада (переваривания) вещества транспортируются через мембрану пузырька в цитоплазму. В лизосоме остаются непереваренные остатки, которые необходимо удалить. Для этого пищеварительная вакуоль подходит к клеточной мембране и сливается с ней, таким образом путём уже экзоцитоза (обратен эндоцитозу) избавляясь от остатков.
Микрофотография лизосомы, эндосомы, вторичной лизосомы
Ненужные клетке органеллы (например, митохондрии) окружаются мембраной, отделяющейся от гладкой эндоплазматической сети. Мембранный мешочек с органоидом далее сливается с первичной лизосомой. После этого клеточная структура разрушается. Данное явление называется автофагией.
При массовом разрушении лизосом среда цитоплазмы приобретает более кислую|кислую реакцию, и гидролитические ферменты не теряют своей активности и могут разрушать всё|все структуры клетки. Так происходит гибель клетки путём автолиза. Данное явление, например, наблюдается при превращении головастика в лягушку, когда его хвост исчезает.
Таким образом, несмотря на своё простое строение, лизосомы выполняют целый ряд важных для клетки функций.