Лизосома — клеточный органоид¶
Лизосома — это мембранный органоид эукариотической клетки, содержащий кислые гидролитические ферменты, предназначенные для внутриклеточного переваривания. Лизосомы впервые описаны в 1955 году бельгийским биохимиком Кристианом де Дювом, который получил за эти работы Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1974 году. Диаметр лизосомы обычно составляет 0,1–1,2 мкм, они ограничены одинарной мембраной и имеют кислую внутреннюю среду (pH около 4,5–5,0).
¶Устройство
Лизосомная мембрана содержит интегральные белки, гликозилированные со стороны полости, что защищает её от действия собственных гидролаз. На внутренней стороне мембраны расположен белок LAMP2, участвующий в защите мембраны. Внутри лизосомы находится более 60 различных ферментов — кислых гидролаз: протеаз, нуклеаз, липаз, гликозидаз, фосфатаз, сульфатаз и других. Все они активны в кислой среде и инактивируются при повышении pH, что служит защитой цитоплазмы в случае повреждения мембраны.
Протонный насос (H⁺-АТФаза) в лизосомной мембране непрерывно закачивает ионы водорода из цитоплазмы в полость органоида, поддерживая низкий pH. Внутренняя мембрана также содержит переносчики для продуктов гидролиза — аминокислот, сахаров, нуклеотидов, жирных кислот, — которые транспортируются в цитоплазму для повторного использования.
¶Образование и функционирование
Лизосомы образуются из транс- Golgi аппарата (аппарата Гольджи). Кислые гидролазы синтезируются на шероховатой эндоплазматической сети, проходят модификацию в цистернах Гольджи, где на них добавляются маннозо-6-фосфатные метки. Эти метки распознаются рецепторами в транс- Golgi, и ферменты сортируются в везикулы, которые затем созревают в лизосомы.
В зависимости от содержимого и происхождения различают несколько типов лизосом:
| Тип | Содержимое | Происхождение |
|---|---|---|
| Первичные | Только гидролазы | Из аппарата Гольджи |
| Вторичные (гетеролизосомы) | Гидролазы + перевариваемый материал | Слияние с фагосомами, аутофагосомами |
| Тельца Негри | Вирусные частицы | При вирусной инфекции (бешенство) |
| Резидуальные тельца | Непереваренные остатки | Конечная стадия переваривания |
¶Функции
Основная функция лизосом — внутриклеточное пищеварение. Экзоцитозом поглощённые извне вещества (фагоцитоз, пиноцитоз) доставляются в лизосомы, где расщепляются до мономеров. Аутофагия — процесс удаления повреждённых органоидов и белков — также осуществляется с участием лизосом (аутофаголизосомы).
Лизосомы участвуют в:
- переваривании бактерий и чужеродных частиц макрофагами;
- обновлении компонентов клетки (аутофагия);
- перестройке тканей (остеокласты разрушают костную ткань с помощью лизосомных ферментов);
- оплодотворении — лизосомы сперматозоида растворяют оболочку яйцеклетки;
- программируемой гибели клеток (апоптозе).
¶Лизосомные болезни накопления
Мутации генов, кодирующих лизосомные ферменты или белки мембраны, приводят к лизосомным болезням накопления (лизосомозам) — группе из более чем 50 наследственных заболеваний. При этом вещества, которые должны расщепляться, накапливаются в лизосомах, вызывая их увеличение и повреждение клеток.
К числу наиболее изученных относятся:
- Болезнь Гоше — дефицит глюкоцереброзидазы, накопление глюкоцереброзида в макрофагах;
- Болезнь Помпе — дефицит кислой α-глюкозидазы, поражение мышц и сердца;
- Болезнь Тея-Сакса — дефицит гексозаминидазы А, накопление ганглиозида GM2 в нейронах;
- Мукополисахаридозы — дефицит ферментов распада гликозаминогликанов;
- Болезнь Фабри — дефицит α-галактозидазы А.
Для ряда болезней разработана заместительная ферментная терапия — введение недостающего фермента извне.
¶Лизосомы в онкологии
В последние десятилетия изучается роль лизосом в злокачественных опухолях. Повышенная активность лизосомных протеаз (катепсинов) связана с инвазивностью опухолей и метастазированием. В то же время лизосомная мембранная пермеабилизация запускает апоптоз, что рассматривается как потенциальный мишень для противоопухолевой терапии.
¶Интересные факты
- Де Дюв назвал органоид «лизосомой» (от греч. λύσις — разрушение и σῶμα — тело), предполагая его роль в разрушении клеточных структур.
- Некоторые простейшие (амёбы) используют лизосомы для захвата и переваривания бактерий — процесс, сходный с фагоцитозом иммунных клеток.
- Лизосомы участвуют в процессе «самоубийства» клеток при голодании: аутофагия позволяет клетке пережить дефицит питательных веществ.
¶Источники
- Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell.
- De Duve C. "The Lysosome" (Scientific American, 1963).
- Saftig P. "Lysosomes" (Springer, 2005).
- Ballabio A., Bonifacino J.S. "Lysosomes as dynamic regulators of cell and organismal homeostasis" (Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2020).