Органоиды с защитной и пищеварительной функцией

Лизосомы

Эти органоиды известны с 50-х годов XX столетия, когда бельгийский биохимик де Дюв обнаружил в клетках печени мелкие гранулы, содержащие гидролитические ферменты. Отсюда и их название (греч . lisio- растворяю, soma - тело). Лизосомная концентрация де Дюва является прямым продолжением учения о фагоцитозе русского ученого И. И. Мечникова.

Строение лизосом.Лизосомы имеют вид телецокруглой или овальной формы, диаметром около 0,2-0,8 мкм. Мембрана лизосом одинарная. Функциональная активность лизосом определяется состоянием их мембран. Проницаемость мембраны лизосом может изменяться в различных функциональных, патологических и экспериментальных условиях. Например, тироксин, прогестерон, витамин А, а также ультрафиолетовые излучения и рентгеновские лучи, кислород и другие, являются так называемыми лабилизаторами лизосомной мембраны. Они повышают ее проницаемость, а преднизолон, кортизон и другие являются стабилизаторамимембраны лизосом- уменьшают ее проницаемость.

Матрикс лизосом содержит свыше 80 гидролитических ферментов (гидролаз), аминокислоты, фосфопротеиды, гликопротеиды.

Количество лизосом в различных клетках не одинаково и не постоянно. Оно определяется, прежде всего, функциональным состоянием клетки. Наибольшее количество лизосом наблюдается в клетках, способных к фагоцитозу (макрофагах и лейкоцитах). Много лизосом наблюдается в эпителиальных клетках органов, осуществляющих всасывание, секрецию или экскрецию, например, в эпителии кишечника, почек, предстательной железы и др. Относительно механизмов перемещения лизосом в клетке известно лишь то, что в данных процессах принимают участие микротрубочки, поскольку при их разрушении специфическими ингибиторами движение лизосом прекращается.

Различают следующие разновидности лизосом: первичные лизосомы или накопительные (запасающие) гранулы и вторичные лизосомы.

Первичные лизосомы характеризуются небольшими размерами и большей электронной плотностью матрикса, т. е. содержимого, по сравнению с вторичными лизосомами.

Первичные лизосомы содержат гидролитические ферменты, которые находятся в неактивном состоянии. Полагают, что гидролитические лизосомные ферменты синтезируются в рибосомах, затем поступают в канальцы эндооплазматической сети, далее переходят в пластинчатый комплекс, в котором формируется мембрана первичных лизосом.

Вторичные лизосомы. К ним относятся: 1 - пищеварительная вакуоль или фаголизосома, 2 - аутофагирующая вакуоль (синоним цитолизосома), 3 - остаточное тельце.

Пищеварительная вакуоль образуется в результате слияния фагосомы с первичной лизосомой. Она характеризуется большими размерами, чем первичная лизосома (около 0,8-1,2 мкм). В ее матриксе содержатся включения в виде гранул различной величины. В пищеварительной вакуоли поглощенные вещества постепенно перевариваются под влиянием гидролаз. Переваривание может идти до образования низкомолекулярных веществ, которые проходят через мембрану лизосом и используются для синтеза внутриклеточных структур, например, других органелл.

Аутофагирующая вакуольпредставляет крупное тельце овальной формы, содержащее в своем матриксе остатки фрагментов самой клетки: митохондрий, цитоплазматической сети, рибосом или других органелл, которые также подвергаются разрушению под действием лизосомных ферментов. В дальнейшем продукты их расщепления вновь вовлекаются в процессы ресинтеза белков, жиров и углеводов. Аутофагирующие вакуоли в больших количествахвыявляются при голодании, различных интоксикациях, гипоксии, старении и т. д. Остаточные тельцаобразуются в клетке при неполномпереваривании в фаголизозомах и аутофагирующих лизосомах остаточное тельце оказывается неполным, образуется остаточное тельце, продукты которых подлежат выведению из клетки. Остаточные тельца имеют неправильную форму, их матрикс наполнен гранулами высокой электронной плотности.

Функции лизосом. Лизосомы способны расщеплятьпрактически все органические вещества. Благодаря этой функциональной особенности, лизосомы играют важную роль во внутриклеточном пищеварении, переваривая вещества, поглощенные клеткой (белки, липиды, полисахариды).

Кроме того, значение лизосом заключается в процессах аутолизапродуктов внутриклеточного обмена и остатков разрушенных органелл.

Лизосомы освобождают клетку от продуктов распада и поставляют низкомолекулярные вещества для ресинтеза органелл клетки, т. е. принимают участие в физиологической и репаративной регенерации. Особенно большое значение имеют лизосомы в клетках центральной нервной системы, в которых представлена в основном внутриклеточная регенерация.

Лизосомы принимают участие в процессе инволюции, т. е. обратном развитии тканей, например, тканей матки в послеродовом периоде, фолликулов яичника при атрезии (запустевании) и др.

Особенно велика роль лизосом в защитных реакциях клетки. В лизосомах происходит переваривание и обезвреживание чужеродных веществ, например, микробов, поглощенных клеткой путем фагоцитоза и пиноцитоза.

Увеличение проницаемости лизосомных мембран впатологии дало повод для рассмотрения лизосом как орудий «самоубийства клеток». Однако сейчас эта гипотеза уступила место более обоснованной концепции о лизосомах, как о мощных защитных структурах клетки, обеспечивающих условия, оптимальные для еежизнедеятельности.

Пероксисомы (микротельца)

Пероксисомы (синоним - микротельца) - это органоиды, принимающие участие в защитных реакциях, освобождая клетки от перекисей, которые могут накапливаться в них вследствие неферментативного окисления жирных кислот, входящих в состав липидов биомембран. Как известно, перекиси вызывают денатурацию белков и деструкцию витаминов А, Д, К, тормозят деятельность ряда ферментов.

Строение пероксисом. Форма микротелец чаще округлая или овальная. Размеры колеблются в пределах 0,3-0,9 мкм. Они окружены мембраной, толщина которой меньше, чем у лизосом, и колеблется в пределах 6,5 нм. Мембрана микротелец относительно проницаема для молекул с небольшим молекулярным весом. Матрикс пероксисом мелкозернист, средней электронной плотности. Количество пероксисом в клетках может достигать 1-2% общего объема. Так, в гепатоците среднее число пероксисом составляет около 600.

Характерной особенностью микротелец является пространственная связь с гладкой эндоплазматической сетью или с гладкими участками гранулярной цитоплазматичеекой сети, которые, по-видимому, принимают участие в генезе пероксисом.

Функции микротелец. Микротельце - органоид, в котором осуществляется метаболизм перекиси водорода. Каталаза пероксисом защищает компоненты клетки от разрушительного действия перекисей. Каталаза может взаимодействовать с перекисью водорода по двум основным направлениям. Она может участвовать в разложении перекиси на водород и воду: 2Н₂О₂→2Н₂О+О₂ (каталазная реакция), а также в окислении перекисью водорода какого-либо донора водорода: Н₂О₂+RН₂→2H₂O+R (пероксидазная реакция). Пероксисомы служат вспомогательным местом окисления углеводов. Кроме этих функций, пероксисомы участвуют в расщеплении холестерина в печени. По-видимому, следствием последней функции является устойчивость к атеросклерозу некоторых животных, например, морских свинок, у которых в печени обнаружено высокое содержание каталазы.

Биогенез лизосом и пероксисом. Источником образования лизосом и пероксисом могут быть: 1 - гранулярная и агранулярная цитоплазматическая сеть, 2 - элементы пластинчатого комплекса, 3 - они могут образовываться путем саморепродукции и 4 – синтез de novo.