Автолиз — самопереваривание клетки¶

Автолиз (от др.-греч. αὐτός — «сам» и λύσις — «растворение, разложение») — процесс самопереваривания клетки под действием собственных гидролитических ферментов, содержащихся в её лизосомах и цитоплазме. Автолиз является нормальным физиологическим явлением, лежащим в основе апоптоза и дифференцировки тканей, однако он же обуславливает посмертное разложение тканей и используется в промышленных биотехнологических процессах.

¶Биохимическая основа процесса

В основе автолиза лежит действие гидролаз — ферментов, расщепляющих макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды) с участием воды. Основной источник этих ферментов — лизосомы, органеллы, содержащие около 60 различных гидролитических ферментов (кислая протеаза, катепсины, нуклеазы, липазы, глюкуронидаза, коллагеназа и др.). Все они оптимально работают при кислой pH (около 4,5–5,0), что обеспечивает безопасность клетки: при повреждении мембраны лизосомы их содержимое попадает в цитоплазму с нейтральной pH, и часть ферментов инактивируется.

Пусковым механизмом автолиза является нарушение целостности лизосомальной мембраны. Это может произойти при:

• механическом повреждении клетки;
• гипоксии и истощении запасов АТФ;
• действии токсинов, детергентов, ультрафиолетового излучения;
• повышении внутриклеточного кальция, активирующего фосфолипазы;
• изменении pH внутриклеточной среды.

После выхода гидролаз в цитоплазму начинается последовательное разрушение органелл, белкового матрикса и, в конечном счёте, ядра клетки. Процесс необратим и завершается полной деградацией клеточной структуры.

¶Автолиз в физиологии

В нормальных условиях автолиз играет важную роль в жизненном цикле организма. Запрограммированная гибель клеток (апоптоз) частично опосредована лизосомальными ферментами. Ключевые примеры физиологического автолиза:

• Эмбриогенез. Удаление межпальцевых перепонок у зародышей, формирование суставных полостей и разделение пальцев рук и ног у млекопитающих происходят через автолиз ненужных клеток.
• Дифференцировка крови. В процессе созревания эритроцитов у млекопитающих ядро и органеллы уничтожаются собственными ферментами, что придаёт клетке форму двояковогнутого диска.
• Ремоделирование тканей. Костная ткань, хрящ и эпителий постоянно обновляются с участием автолитических процессов.
• Лактация. После завершения периода кормления секреторные клетки молочной железы подвергаются автолизу.

¶Автолиз после смерти организма

После гибели организма кровоснабжение прекращается, клетки лишаются кислорода и питательных веществ, и через короткое время (обычно в течение нескольких часов) начинается массовый автолиз. Процесс идёт с разной скоростью в разных органах: быстрее всего разрушаются клетки поджелудочной железы (богатые ферментами), печени и селезёнки, медленнее — клетки соединительной ткани, хрящей и сосудов.

Автолиз является одним из двух основных механизмов посмертного разложения (вместе с гниением, обусловленным деятельностью микроорганизмов). В судебной медицине стадия аутолитических изменений имеет значение для определения давности смерти. В ветеринарии и пищевой промышленности автолиз тканей печени и мышц лежит в основе производства ряда кормовых добавок и продуктов.

¶Технологическое применение

¶Пивоварение

Автолиз дрожжей — ключевой этап в производстве некоторых сортов пива (например, ламбик). После основного брожения дрожжевые клетки сами переваривают свои структуры, что обогащает напиток аминокислотами, маннопротеинами и эфирами, формирующими сложный вкусовой профиль. Контролируемый автолиз дрожжей также применяется при производстве дрожжевых экстрактов.

¶Пищевая промышленность

Автолитические ферменты дрожжей используются для получения дрожжевых экстрактов — концентрированных источников вкуса и азота, применяемых в мясной промышленности, соусах и полуфабрикатах. В производстве сыров автолиз молочнокислых бактерий и дрожжей влияет на созревание и формирование вкуса.

¶Биотехнология

В лабораторной практике автолиз клеток — стандартный метод получения клеточных лизатов для выделения белков, ДНК и органелл. Клетки разрушают собственными ферментами в присутствии ингибиторов протеаз, чтобы предотвратить чрезмерную деградацию целевых молекул.

¶Автолиз и апоптоз

Автолиз и апоптоз тесно связаны, но не тождественны. Апоптоз — активный запрограммированный процесс гибели клетки, в котором лизосомальные ферменты играют вспомогательную роль наряду с каспазами. Автолиз же — более широкое понятие, охватывающее как программируемую, так и непрограммируемую деградацию клетки под действием собственных гидролаз. В ряде случаев апоптоз переходит в вторичный автолиз, если погибшие клетки не были своевременно поглощены макрофагами.

¶История

Термин «автолиз» ввёл немецкий биохимик Рихард Вильштеттер в начале XX века для описания самопереваривания дрожжевых клеток. Систематическое изучение автолитических ферментов связано с работами бельгийского биохимика Кристиана де Дюва, открывшего лизосомы в 1955 году и получившего за это Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1974 году.

¶Исторические источники

• Википедия: Автолиз
• Лизосомы и внутриклеточное пищеварение. Учебные материалы по цитологии
• Р. Вильштеттер. Исследования по автолизу дрожжей
• К. де Дюв. Открытие лизосом (1955)