Физиологические функции лизосом

Ферментная организация лизосом.

В настоящее время обнаружено более шестидесяти лизосомальных ферментов, общим свойством которых является низкое значение оптимума рН (менее 5). Почти все лизосомальные ферменты относятся к кислым гидролазам и разделяются на три основных группы в зависимости от типа гидролизируемой химической связи:

· гидролазы эфиров; (примеры: сложноэфирные связи между нуклеотидами в нуклеиновых кислотах, жирными кислотами и спиртами в липидах)

· гидролазы гликозидов; [гликозидная связь в дисахаридах, олигосахаридах (2-10 мономеров) и полисахаридах (100 и болльше мономеров)]

· гидролазы пептидов.

В зависимости от типа биополимеров на которые воздействуют лизосомальные ферменты можно объединить в следующие семейства или комплексы:

· Комлекс гидролаз расщепляющих липиды (различные эстеразы и липазы);

· Комлекс гидролаз расщепляющих олиго и полисахариды (гидролазы гликозидов);

· Комлекс гидролаз расщепляющих белки (катепсины);

· Комлекс гидролаз расщепляющих нуклеиновые кислоты (кислые ДНК-аза и РНК-аза);

Важнейшими особенностями действия лизосомальных комплексов следует считать, во-первых, последовательное действие ряда кислых гидролаз, осуществляющих глубокое расщепление биополимеров, вплоть до низкомолекулярных продуктов, и во-вторых, сравнительно широкую cубстратную специфичность действия большинства лизосомальных ферментов, в третьих устойчивость к действию собственных лизосомальных гидролаз (за счет гликозилирования олигосахаридными фрагментами.

Наиболее древняя функция лизосом - внутриклеточное пищеварение. Этот функция особенно важна для одноклеточных организмов, у которых она является главным путем в ассимиляции сложных пищевых веществ. Значение внутриклеточного пищеварения в ходе эволюционного развития (филогенезе) постепенно падает по мере возникновения и усложнения системы специализированных пищеварительных органов и секреторных тканей, осуществляющих внеклеточное расщепление биополимеров. Обычно в норме квота пищевых веществ получаемых клетками высокоразвитого организма и расщепляемых в лизосомах незначительна и роль внутриклеточного пищеварения заключается, как уже отмечалось, в разрушении отработанных клеточных органелл, что важно для поддержания структурно-функциональной целостности клетки. Однако, при голодании или в условиях резкого увеличения потребностей организма, связанных с высокой степенью активации метаболических процессов (при репарации и регенерации тканей, экстремальных физических нагрузках и беременности), первостепенная роль в обеспечении клетки пищевыми веществами и энергией принадлежит лизосомальной системе.

Лизосомы играют важную роль в процессах эмбрионального и постнатального (послеродового) развития. Эта роль проявляется уже на стадии оплодотворения. Считают, что лизосомы сперматозоидов ответственны за процесс пенетрации (проникновения) сперматозоидов в яйцеклетку. При дальнейшем развитии оплодотворенной яйцеклетки, т.н. эмбриогенезе лизосомы вовлекаются в процессы морфогенеза, а именно в процессы связанные с регрессией и реконструкцией некоторых эмбриональных органов (наиболее известный пример - деструкция хвоста при развитие головастика). "Запрограмированные" деструктивные процессы с участием лизосом продолжаются и в зрелом возрасте при инволюции (обратном развитии) некоторых органов и тканей (зобной и молочной желез, яичников). Наконец, посмертная дегенерация тканей – аутолиз, также обусловлены действием лизосомальных ферментов, выходящих в результате массового разрушения лизосом в цитоплазму и расщепляющих не только содержимое клеток но и межклеточный материал.

Защитная функция лизосом связана в первую очередь с их участием в лизисе микроорганизмов и вирусов, поглощаемых, путем фагоцитоза, некоторыми типами белых кровяных телец и тканевых макрофагов (физиологические функции и типы этих клеток будут рассмотрены более подробно в последующих лекциях).