Роль лизосом в клетке — От Земли до Неба

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).
есь 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).

Образование пищеварительной вакуоли из эндоцитозной и лизосомы

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.

Источник: biology.su

Что такое лизосомы

Они представляют собой органоиды размером около 0,2-0,4 мкм и являются обособленной частью мембранной оболочки. Распространены как у грибов и простейших, так и в многоклеточных организмах. У растений присутствуют вакуоли.

Что такое и как выглядят лизосомы – строение и функции В зависимости от выполняемых функций строение, химический состав, форма, количество органелл могут варьироваться. У растений и грибов содержится 1–2 крупные вакуоли в клетке, а у животных 1000 и более размером меньше 1 мкм.

Где образуются лизосомы?

Органоид клетки, образующий новые лизосомы, – это аппарат Гольджи. В формировании принимают участие эндосомы – пузырьки с захваченными извне частицами, а также мембраны ЭПС. Ферменты образуются рибосомами шероховатой эндоплазматической цепи и транспортируются к аппарату Гольджи, затем непосредственно к везикулам.

Классификация лизосом

Чтобы понять, что такое лизосомы, нужно узнать какими они бывают. Единой классификации типов пузырьков и их стадий развития нет. Чаще всего выделяют три типа:

Первичные.
Вторичные.
Телолизосомы (или остаточные тельца).

Первичные содержат ферменты в неактивной форме. Диаметр первичных везикул составляет порядка 100 нм. Единственным активным ферментом в составе везикул на этой стадии является кислая фосфатаза – маркер органелл.

Что такое и как выглядят лизосомы – строение и функции Образование вторичных лизосом идет путем слияния первых с пино- или фагоцитозными вакуолями. Таким способом осуществляется расщепление содержимого эндоцитозной вакуоли на мономеры с помощью гидролитических ферментов.

В зависимости от содержимого вакуолей, а также их слияния могут образовываться разные по строению, размеру и специализированным функциям пузырьки.

Третьим основным видом являются остаточные тельца, или телолизосомы. Там происходит накопление непереваренных частиц, которые уплотняются и структурируются.

Также в этих пузырьках накапливаются пигменты. В здоровых полностью функционирующих клетках телолизосомы выводятся с помощью экзоцитоза при слиянии с внешней мембранной оболочкой. При условии патологий или старения остаточные тельца накапливаются внутри.

Разновидности везикул

Помимо основных типов различают еще несколько:

Фаголизосомы. Главной их задачей является поглощение крупных частиц (бактерий и других микроорганизмов) с помощью фагоцитоза.
Аутолизосомы (аутофагосомы). Широко распространены у простейших. Являются одним из типов вторичных пузырьков. Значение аутофагосом — удаление/аутолиз частей компартментов клетки или цитоплазматических структур полностью (рибосом, пластид, элементов эндоплазматической сети, митохондрий). Их часто можно обнаружить внутри организма при голодании, кислородной недостаточности, интоксикации, патологиях или старении.
Мультивезикулярные тельца. Окружены одним слоем мембраны и сдержат в полости одномембранные пузырьки более мелких размеров. Их образование осуществляется путм отсоединения от оболочки ядра. Основной задачей является захватывание и уничтожение мелких частиц, таких как рецепторы внешней мембраны.

Особенности строения лизосомы

Что такое и как выглядят лизосомы – строение и функции У лизосом простая схема строения. Органоид имеет одну защитную мембрану, в структуру которой входят рецепторы для узнавания фагосом, транспортных элементов и чужеродных частиц.

Лизосома – это органелла, она может быть разных размеров и содержать большое количество гидролитических энзимов. Они участвуют во многих реакциях, в частности, в процессе распада белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов.

Действуют энзимы только при низких значениях рН. Это играет определенную роль для всего содержимого клетки и защищает его от полного уничтожения, так как кислотность цитоплазмы нейтральная. Элементы самих органоидов защищены от разрушающего действия ферментов с помощью олигосахаридов. Такой вид имеет упрощенная схема строения.

Функции

По своему значению эти органеллы не может заменить ни один другой. Настолько велико значение выполняемых ими задач. Основная функция лизосом – расщепление микро- или макромолекул (эндогенного или экзогенного происхождения). В зависимости от морфологии и особенностей поглощаемых молекул различают несколько задач:

Переваривание макрочастиц, захваченных путём эндоцитоза (бактерий, микроорганизмов, клеток более мелких размеров).
Аутофагия. Переваривание органеллой частей клетки и отработанного или сломанного материала.
Аутолиз или самопереваривание. Процесс, приводящий к полному уничтожению клетки.
Растворение внеклеточных структур. Свойственно остеокластам – клеткам костной ткани.
Выделительная функция. Выведение переработанных компонентов за пределы наружной мембранной оболочки.

Это интересно! Что такое пластический и энергетический обмен

Аутофагия

Часто происходит при обновлении клеточных структур или расщеплении белковых компонентов. Осуществляется аутолизосомами, разрушающими остатки клеточных структур, которые впоследствии участвуют в других внутриклеточных процессах. Иногда процесс помогает для избегания переспама в растительной клетке. Различают несколько типов аутофагии:

Микроаутофагия. Процесс переработки синтезированных внутри веществ. При недостатке энергии или питательных веществ микропузырьки, наполненные ферментами, начинают разрушать некоторые белки, органоиды.
Макроаутофагия. С ее помощью проводится обновление клеточных структур и органелл.
Шаперонзависимая. При этом типе аутофагии полуразрушенные белковые компоненты транспортируются в полость органоида для дальнейшей утилизации.

Самопереваривание

Что такое и как выглядят лизосомы – строение и функции Автолиз проходит при разрушении мембранных оболочек пузырьков и освобождении гидролаз в полость самой клетки, где они инактивируются.
зимы работают в кислой среде, а цитоплазма имеет нейтральную рН. При расщеплении оболочек всех органелл начинается процесс автолиза. Выделяют два вида самопереваривания: обычный и патологический.

Первый проходит при развитии организма или дифференцировке некоторых клеток (сопровождает процесс полного превращения у личинок насекомых и рассасывание хвостов у головастиков). Примером второго может служить полное разрушение тканей организма после смерти или другие патологические процессы, связанные с отмиранием клеток.

Гетерофагия (внутриклеточное пищеварение)

Одно из основных условий, необходимых для полноценного существования многих простейших. Гетерофагия – способ переваривания и усвоения питательных веществ микроорганизмов. Пузырьки в этом случае соединяются с вакуолями. При полостном пищеварении частицы попадают в организм посредством пино- или фагоцитоза. В растительной клетке в лизосомах могут накапливаться пигментные вещества, ионы, белки. У многоклеточных функцию гетерофагии выполняют лейкоциты и микрофаги – элементы иммунной системы.

Лизосомы, строение, функции в клетке

Важные органеллы — лизосомы и их виды

Источник: uchim.guru

Лизосомы (от lysis – расщепление и soma – тело) обнаруживаются у большинства эукариотических клеток, но особенно много их в тех животных клетках, которые обладают способностью к фагоцитозу. Они представляют собой простые мембранные мешочки (стенка мешочка состоит из одинарной мембраны), наполненные гидролитическими (пищеварительными) ферментами-протеазами, нуклеазами, липазами и кислыми фосфатазами. Содержимое лизосом имеет кислую реакцию, и для лизосомных ферментов характерен низкий оптимум рН. Эти ферменты должны быть изолированы от всех остальных клеточных компонентов и структур, иначе они их разрушат. В животных клетках лизосомы обычно имеют округлую форму и диаметр от 0,2 до 0,5 мкм. На электронных микрофотографиях лизосомы представляются гомогенными.

В растительных клетках роль лизосом могут играть крупные центральные вакуоли. Впрочем, иногда в цитоплазме, особенно в погибающих клетках, бывают видны тельца, напоминающие по своему виду лизосомы животных клеток. Большая часть работ, посвященных лизосомам, выполнена на животных клетках.

Заключенные в лизосомах ферменты синтезируются на шероховатом ЭПР и транспортируются к аппарату Гольджи. Позже от него отпочковываются пузырьки Гольджи, содержащие ферменты, подвергшиеся необходимым превращениям. Такие пузырьки называются первичными лизосомами. Они выполняют ряд функций, связанных главным образом с внутриклеточным перевариванием, но иногда и с секрецией пищеварительных ферментов.

Переваривание материалов, поглощенных путем эндоцитоза. С пузырьками или вакуолями, образовавшимися в процессе эндоцитоза, могут сливаться первичные лизосомы. При этом образуются вторичные лизосомы, в которых происходит переваривание материалов, поступивших в клетку путем эндоцитоза. У некоторых простейших, например у амеб, эндоцитоз – это способ поглощения пищи. В других случаях он выполняет защитную функцию, когда, например, специализированные лейкоциты (фагоциты) и макрофаги захватывают и переваривают попавшие в организм бактерии. Вторичную лизосому можно назвать также пищеварительной вакуолью. Продукты переваривания поглощаются и усваиваются цитоплазмой клетки, но часть материала так и остается непереваренной. Вторичная лизосома, содержащая этот непереваренный материал, называется остаточным тельцем. Остаточные тельца направляются обычно к плазматической мембране, н здесь их содержимое выводится наружу (экзоцитоз). В некоторых клетках, в частности в клетках сердечной мышцы и в клетках печени, остаточные тельца сохраняются.

Своеобразную роль играют лизосомы в клетках щитовидной железы, которые под действием тиреотропного гормона (ТТГ) поглощают путем пиноцитоза тиреоглобулин. Образовавшиеся пиноцитозные пузырьки сливаются с первичными лизосомами, и тиреоглобулин подвергается частичному гидролизу для того, чтобы превратиться в активный гормон тироксин. Только после этого лизосомы путем слияния с плазматической мембраной изливают свое содержимое наружу – выделяют этот гормон в кровь.

Автофагия – процесс, посредством которого клетка уничтожает ненужные ей структуры. Сначала эти структуры окружаются одинарной мембраной, отделяющейся обычно от гладкого ЭПР, а затем такой мембранный мешочек с заключенной в нем структурой сливается с первичной лизосомой, в результате чего образуется вторичная лизосома, или автофагическая вакуоль, в которой структура переваривается. Данная последовательность событий входит как составная часть в естественный круговорот цитоплазматических органелл, при котором старые органеллы заменяются новыми. Автофагия наблюдается чаще в клетках, претерпевающих реорганизацию во время дифференцировки.

Выделение ферментов из клетки (экзоцитоз). Иногда ферменты, содержащиеся в первичных лизосомах, выделяются из клетки наружу. Это происходит, например, при замене хряща костной тканью в процессе развития. Аналогичное явление можно наблюдать, когда основное вещество кости разрушается при перестройке костной ткани в ответ на повреждения, при новых нагрузках и т.п. В этом случае ферменты секретируются лизосомами клеток, которые называются остеокластами.

Автолиз – это саморазрушение клетки, наступающее в результате высвобождения содержимого ее лизосом. Именно в связи с этим лизосомы были в свое время метко названы «орудиями самоубийства» (suicide bags). При некоторых процессах дифференцировки автолиз представляет собой нормальное явление; он может распространяться и на всю ткань, как это, например, имеет место при резорбции хвоста головастика во время метаморфоза. Автолиз наступает также после гибели клетки. Иногда он является следствием некоторых лизосомных болезней или результатом повреждения клетки.

34. Каковы основные молекулярные механизмы самосохранения биосистем? Что такое генный код? В чём заключается его универсальность? Укажите основные стадии биосинтеза белков.

Продолжительность жизни организмов ограничена, однако все они обладают способностью непрерывно «поддерживать жизнь», обеспечивая выживание вида. Вид выживает в результате того, что родители передают потомству свои основные признаки, независимо от того, возникло ли потомство в результате полового или бесполого размножения. В поисках причин, обусловливающих такую передачу признаков (наследование), были открыты нуклеиновые кислоты — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота) В молекулах этих кислот содержится закодированная информация, передающаяся от одного поколения организмов другому.

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные биологические полимеры (полинуклеотиды), структурной ед является мононуклеотид (сост из : пятиуглеродного сахара; азотистого основания пуринового — А,Г и пиримидинового — Ц,Т/У; фосфорной кислоты).

Ген – участок ДНК, кодирующий определённый пептид (белок).

Генетический код – это соответствие м/д последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК и последовательностью аминокислот в синтезируемом белке.

Свойства и характеристики ген.кода:

-триплетность: каждая аминок-та кодируется тройкой нуклеотидов.

-код универсален: одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех организмов

-код вырожденный: данная аминок-та может кодироваться более чем одним триплетом.

-код неперекрывающийся: один и тот же нуклеотид не может входить в состав двух соседних триплетов

Биосинтез белка.

Транскрипция – переписывание последовательности оснований в одном из участков цепи ДНК в комплементарную последовательность оснований мРНК. Протекает внутри ядра (у прокариот), имеет 3 стадии:
1. для инициации транскрипции ДНК необходимо наличие специального участка в ДНК (промотора). Фермент РНК-полимераза связывается с промотором и происходит локальное расщепление двойной спирали ДНК => образуется открытый промоторный участок (фермент действует как застёжка молнии). Одна из цепей является матрицей для образования комплементарной одиночной цепи мРНК.
2. элонгация – удлинение цепи
3. терминация – прекращение роста мРНК происходит на специфических участках ДНК (терминаторах)

Образованная незрелая мРНК (пре-иРНК) подвергается процессингу и сплайсингу

Процессинг: кэпирование 5’-конца пре-иРНК, т.е. к 5’-концу присоединяется 5’-кэп-структура (защищает мРНК от ферментативного расщепления, способствует трансляции иРНК) ; к 3’-концу пре-иРНК присоединяется 3’-poly А – хвост

Сплайсинг – удаление интронов (структурные гены, которые связывают экзоны – гены, несущие информацию о первичной структуре белка)

Трансляция – процесс, посредством которого последовательность оснований в молекуле РНК переводится в последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Этот процесс происходит на рибосомах. Комплекс мРНК и нескольких рибосом назыв-ся полисомой. Трансляция протекает в направлении 5’ → 3’ концу и имеет3 стадии:
1. Инициация. Считывание информации с мРНК. Первый кодон связывает молекулу аминоацил-тРНК, содержащую комплементарный ему антикодон и несущую первую аминокислоту (обычно это метионин) синтезируемого полипептида. Затем второй кодон присоединяет к себе молекулу аминоацил-тРНК, содержащую комплементарный ему антикодон. Функция рибосомы в том, чтобы удерживать в нужном положении мРНК, тРНК и ферменты до тех пор, пока м/д соседними аминокислотами не образуется пептидная связь.
2. элонгация – удлинение полипептидной цепи
3. терминация – окончание синтеза – происходит по команде стоп-кодона: УАА / УАГ / УГА. На этом этапе полипептидная цепь покидает рибосому, и трансляция завершается.

Биосинтез белка (вариант 2)

Осуществляется на рибосомах. Для передачи информации с ДНК к месту синтеза белка требуется и-РНК. Процесс синтеза на цепи ДНК молекулы и-РНК – транскрипция. Она происходит на небольшом участке, отвечающие определённому гену. При этом часть двойной спирали ДНК раскручивается, обнажая короткий участок одной из цепей, который будет служить матрицей для синтеза и-РНК. Затем вдоль этой цепи движется фермент РНК-полимераза, соединяя между собой нуклеотиды в растущую цепь и-РНК. В результате образуется и-РНК, последовательность нуклеотидов которой является копией последовательности нуклеотидов матрицы. Синтезированная в ядре и-РНК отделяется от ДНК и через поря оболочки ядра поступает в цитоплазму, где прикрепляется к малой субъединице рибосомы. Нить и-РНК проходит между малой и большой субъединицей, а начальная часть вновь синтезированного белка находится в структуре большой субъединицы. Комплекс из и-РНК и нескольких рибосом – полисома. На ней осуществляется синтез белка (трансляция). Она начинается со стартового кодона АУГ. Отсюда рибосома движется вдоль молекулы и-РНК, что сопровождается ростом полипептидной цепи. Число АК в таком белке равно числу триплетов и-РНК. Выстраивание АК осуществляется на рмбосомах при помощи т-РНК. Благодаря определённому расположению комплиментарных нуклеотидов, цепь т-РНК имеет форму листа клевера. В противоположной части молекулы т-РНК располагается антикодон, ответственный за прикрепление к определённому триплету и-РНК. Комплексы аминоацил-т-РНК считывают информацию, закодированную в и-РНК. Этот комплекс с помощью антикодона присоединяется к кодону и-РНК на малой субъединице. Затем к той же рибосоме прикрепляется второй комплекс. В рибосоме оказываются 2 АК и между ними возникает пептидная связь. Первая т-РНК покидает рибосому. Затем к образованному дипептиду присоединяется третья АК, четвёртая АК и до тех пор, пока рибосома не дойдёт до одного из трёх “стоп-кодонов” – УАА, УАГ, УГА. После этого синтез белка прекращается. Синтез идёт непрерывно с большой скоростью.

Источник: StudFiles.net

Что такое лизосомы

Где образуются лизосомы?