6.Классіфікація ферментів, що містяться в лізосомах
7.Лізосомние хвороби накопичення
10.Спісок використаної літератури
Подання про лизосомах пов'язані з поняттям про так званих «мікротільця», вперше описаних Роденом, в проксимальних канальцях нирки, а потім досліджених в печінці при різних експериментальних умовах Рульє і Бернгардом. Ці мікротільця, значно менш численні, ніж мітохондрії, оточені тільки однієї добре вираженої мембраною і містять тонкозернистого речовина, яке може конденсуватися в центрі, утворюючи непрозору однорідну серцевину. Ці мікротільця часто знаходять поблизу жовчних канальців. Їх виділяли за допомогою центрифугування і віднесли до лізосомам. Рульє і Бернгард показали, що число мікротелец значно збільшується в печінці, регенірующей після гепатектомії або отруєння хімічними речовинами, які руйнують печінкові клітини (чотирихлористий вуглець), а також при годуванні, відновленому після голодування.
Термін «лизосома», що позначає литические частки, був введений в 1955 році Християном де Дювом для пов'язаних з мембранами органел, що містять п'ять кислих гідролаз, які вивчалися де Дювом і його колегами протягом декількох років. В даний час про лизосомах накопичена величезна кількість відомостей, відомо близько 40 типів різних гідролітичних ферментів. Велика увага приділяється вивченню ряду генетичних дефектів ферментів, локалізованих в цих органелах і пов'язаних з ними лізосомних хвороб накопичення.
1. Структура і составлізосом
Лізосома (від грец. Леуйт - розчиняю і sфma - тіло), органоид клітин тварин і грибів, що здійснює внутрішньоклітинне травлення. Являє собою оточений одинарної мембраною пухирець діаметром 0,2-2,0мкм, що містить як в матриксі, так і в мембрані набір гідролітичних ферментів (кисла фосфатаза, нуклеаза, катепсини Н (лізосомного амінопептідазу), катепсини А (лізосомного карбоксипептидаза), катепсини В, G, L, НАДФНоксідаза, коллагеназа, глюкуронідаза, глюкозидаза і ін. всього близько 40 типів), активних в слабокислою середовищі. Зазвичай на клітину припадає кілька сотень лізосом. У мембрані лізосом знаходяться АТФ-залежні протонні насоси вакуольного типу (ріс.А). Вони збагачують лізосоми протонами, внаслідок чого для внутрішнього середовища лізосом рН 4,5-5,0 (в той час як в цитоплазмі рН 7,0-7,3). Лізосомні ферменти мають оптимум рН близько 5,0, т. Е. В кислому області. При рН, близьких до нейтральних, характерним для цитоплазми, ці ферменти мають низьку активність. Очевидно, це служить механізмом захисту клітин від самопереваріванія про той випадок, якщо лізосомних ферментів, випадково, потрапить в цитоплазму.
Будова мембрани лізосом є комбінацією ділянок побудованих по пластинчастому і міцелярної типу. Міцели знаходяться в динамічному рівновагу з пластинчастими ділянками - це рівновага залежить від умов середовища. Полярні групи фосфоліпідів утворюють поверхню міцели, а неполярні ділянки звернені всередину. Простір між молекулами ліпідів зайнято водою. Міцелярні ділянки містять довгі пори. Ці пори заповнені водою і можуть закриватися полярними групами ліпідів. Подібна організація мембрани забезпечує проникність не тільки для гідрофільних, а й для гідрофобних речовин.
Ш неорганічні сполуки (Fe3 +. Свинець, кадмій, кремній)
Ш Органічні сполуки (білки, полісахариди, деякі олігосахариди - сахароза, фосфоліпіди - фосфотіділхолін і фосфотіділсерін, жирні кислоти - ненасичені, що сприяє високій стабільності мембрани.)
2.Образованіе лізосом
За морфології виділяють 4 типи лізосом:
1. Первинні лізосоми
2. Вторинні лізосоми
4. Залишкові тільця
Первинні лізосоми є дрібними мембранні пухирці, заповнені безструктурним речовиною, що містить набір гидролаз. Маркерним ферментом для лізосом є кисла фосфотаза. Первинні лізосоми настільки дрібні, що їх дуже важко відрізнити від дрібних вакуолей на периферії зони апарату Гольджі. Надалі первинні лізосоми зливаються з фагоцитарних або піноцітарнимі вакуолями і утворюють вторинні лізосоми або внутрішньоклітинна травна вакуоль (рис. Б-3). При цьому вміст первинної лізосоми зливається з вмістом фагоцитарної або піноцітарной вакуолей, а гідролази первинної лізосоми отримують доступ до субстратів, які вони починають розщеплювати.
Лізосоми можуть зливатися один з одним і таким шляхом збільшуватися в об'ємі, при цьому ускладнюється їх внутрішня структура. Доля речовин, попавшівшіх в лізосоми, полягає в їх розщепленні гідролазами до мономерів, мономери транспортуються через мембрану лізосоми в гіалоплазму, де включаються в різні обмінні процеси.
Розщеплення і переварювання може йти не до кінця. В цьому випадку в порожнині лізосом накопичуються неперетравлені продукти, і вторинні лізосоми переходять в залишкові тільця (рис. Б-2). Залишкові тільця містять менше гидролитических ферментів, в них відбувається ущільнення вмісту і його переотработка. Часто в залишкових тільцях спостерігається вторинна структуризація неперетравлених ліпідів, які утворюють складні шаруваті структури. Відбувається відкладення пігментних речовин.
Аутофагосоми зустрічаються в клітинах найпростіших. Вони відносяться до вторинних лізосом (рис. Б-1). Але в своєму стан містять фрагменти цитоплазматичних структур (залишки мітохондрій, пластид, ЕПР, залишки рибосом, так само можуть містити гранули глікогену). Процес утворення не ясний, але припускають, що первинні лізосоми вибудовуються навколо клітинної органели, зливаються один з одним і відокремлюють органеллу від сусідніх ділянок цитоплазми. Припускають, що аутофагоцитоза пов'язаний зі знищенням складних клітинних компонентів. У нормальних умовах число аутофагосом зростає при метаболічних стресах. При різних пошкодженнях клітин аутофагоцитоза можуть піддаватися цілі зони клітин.
Лізосоми присутні в самих різних клітинах. Деякі спеціалізовані клітини, наприклад лейкоцити, містять їх в особливо великій кількості. Цікаво, що окремі види рослин, в клітинах яких лізосоми не виявлені, містять гідролітичні ферменти в клітинних вакуолях, які тому можуть виконувати ту ж функцію, що і лізосоми. Функція лізосом, мабуть, лежить в основі таких процесів, автолиз і некроз тканин, коли ферменти звільняються з цих органел в результаті випадкових або «запрограмованих» процесів.
Природною функцією лізосом є поставка гидролитических ферментів як для внутрішньоклітинного, так і, можливо, для позаклітинного використання; після злиття мембран вміст лізосом може змішуватися з вмістом фагоцитозного бульбашок, так що процеси гідролізу протікають в просторі, відокремленому від всіх областей цитоплазми, в яких знаходяться вразливі для гідролізу внутрішньоклітинні компоненти. Показано, що лізосомні ферменти можуть звільнятися і в позаклітинний простір. Продукти гідролізу можуть проникати з органели в цитоплазму або виводитися з клітини назовні.
4.Біосінтез і транспорт лізосомних білків
Лізосомні білки синтезуються в Шер (рис. В), де вони глікозіліруются шляхом перенесення олігосахаридних залишків. На наступній стадії, типовою для лізосомних білків, термінальні маннозние залишки (Man) фосфорилюються по C-6 (на схемі справа). Реакція протікає в дві стадії. Спочатку на білок переноситься GlcNAc-фосфат, а потім йде відщеплення GlcNAc. Таким чином, лізосомні білки в процесі сортування набувають кінцевий залишок манози-6-фосфату (Man-6-P, 2).
У мембранах апарату Гольджі є молекули-рецептори, специфічні для Man-6-P-залишків і за рахунок цього специфічно впізнають і селективно зв'язують лізосомні білки (3). Локальна поява цих білків відбувається за допомогою клатріна. Цей білок дозволяє вирізати і транспортувати відповідні мембранні фрагменти в складі транспортних везикул до ендолізосомам (4), які потім дозрівають з утворенням первинних лізосом (5) на закінчення від Man-6-P отщепляется фосфатна група (6).
Man-6-P-рецептори використовуються повторно в процесі рецикла. Зниження рН в ендолізосомах призводить до дисоціації білків від рецепторів (7). Потім рецептори за допомогою транспортних везикул переносяться назад в апарат Гольджі (8).
5.Органелли, утворені з лізосом
У деяких диференційованих клітинах лізосоми можуть виконувати специфічні функції, утворюючи додаткові органели. Всі додаткові функції пов'язані з секрецією речовин.
6.Классіфікація ферментів, що містяться в лізосомах
Ферменти, що містяться в лізосомах, відносяться до класу гідролаз. Вони прискорюють реакції розщеплення органічних сполук за участю води. Залежно від характеру субстрату, що піддається гідролізу, гідролази діляться на підкласи:
1. Естерази, що прискорюють реакції гідролізу складних ефірів спиртів з органічними і неорганічними кислотами. Найважливішими подподкласса естераз є гідролази ефірів карбонових кислот і фосфатази. В якості представника першого подподкласса розглянемо липазу. Ліпаза прискорює гідроліз зовнішніх, тобто а-складноефірних, зв'язків в молекулах триацилглицеринов (жирів). Фосфатази каталізують гідроліз фосфорних ефірів. Особливо широко поширені фосфатази, що діють на складні ефіри фосфорної кислоти вуглеводів, наприклад глюкозо-1-фосфотаза. Дія фосфатаз проявляється в широкому спектрі рН від 3 до 9, тому виділяють лужну і кислу фосфатази. Нас цікавить в даному випадку кисла фосфатаза, що є маркерним ферментом лізосом. Більшість з них володіє широкою субстратної специфічністю.
2. Пептид - гідролази, що прискорюють реакції гідролізу білків, пептидів і інших з'єднань, що містять пептидні зв'язку. Специфічність протеолітичних ферментів визначається природою амінокислотних бічних груп, що знаходяться по сусідству з гідролізованого зв'язком. Також важливою характеристикою специфічності пептідаз є положення гідролізованого зв'язку; за цією ознакою розрізняють дві головні групи пептідаз. Екзопептідази - це ферменти підгрупи 3.4.11 - 15, для дії яких потрібно або вільна кінцева аміногрупа (амінопептидази), або вільна кінцева карбоксильна група (карбоксипептидази). Решта пептідази, або ендопептідази, гидролизуют певні зв'язки всередині ланцюга; дію деяких з них гальмується, якщо близько гідролізованого зв'язку знаходиться вільна кінцева група. Катепсини (від гр. Kathepso - переварюю), протеолітичні ферменти з групи ендопептідаз. Локалізовані в лізосомах клітин тварин. Здійснюють внутрішньоклітинний перетравлювання білків. Мають широку специфічністю, оптимум активності - при слабокислом значенні рН.
3. Нуклеази, що прискорюють реакції розщеплення фосфодіефірних зв'язків в полінуклеотидних ланцюга нуклеїнових кислот з утворенням моно - і олігонуклеотидів. Кінцеві мононуклеотиди отщепляются екзонуклеаза, розщеплення всередині полінуклеотидних ланцюга здійснюється ендонуклеаза. Нуклеази можу розщеплювати РНК (рибонуклеази) і ДНК (дезоксирибонуклеази) або ті та інші (тобто неспецифічні нуклеази). Нуклеази широко поширені в природі і відіграють важливу роль в розпаді і синтезі нуклеїнових кислот. Нуклеази характеризується широкою і перекривається специфічністю; класифікація цих ферментів дуже важка і протіречіва.
4. глікозідази, що прискорюють реакції гідролізу глікозидів, в тому числі вуглеводів. Залежно від того, на який просторовий ізомер (а чи в) діє фермент, його відносять до а- або в-глікозідази. Таким чином, глікозідази володіють яскраво вираженою просторовою специфічністю, яка визначається конфігурацією кожної - СНОН-груп. Крім глікозидів субстратами, на які поширюється дія тих чи інших гликозидаз, є олиго - і полісахариди. Ферменти цієї великої і важливої групи розщеплюють в основному субстрати, в молекулі яких не міститься заряджених груп. У цих субстратах домінуючу роль відіграє розташування гідроксильних груп і атомів водню. Як правило, глікозідази проявляють високу ступінь специфічності по відношенню до певного моносахаридними кільцю; проте приєднана агліконовая група також може надавати більш-менш помітний вплив. У деяких випадках (наприклад, у нуклеозідаз) цей вплив агликона буває виражено сильніше, ніж вплив моносахаридними компонента. Інозіназа, наприклад, гидролизует гіпоксантінрібозід, але не діє на ксантінрібозід.
5. Гідролази, що діють на С - N-зв'язку, що відрізняються від пептидних, тобто прискорюють гідроліз амідів кислот. З них важливу роль в організмі відіграють уреаза, аспарагиназа і глутамінази. Уреаза прискорює гідроліз сечовини до NH3 і СО2. Аспарагиназа і глутамінази прискорюють гідроліз амідів дикарбонових амінокислот - аспарагінової та глутамінової. До гідролаз, чинним на С - N-зв'язку, що відрізняються від пептидних, крім амидаз відносяться ферменти, що каталізують гідроліз С - N-зв'язків в лінійних амідини. До їх числа належить аргіназа.
7.Лізосомние хвороби накопичення
Концепція лізосомних хвороб накопичення склалася в результаті вивчення глікогенозу II типу (Помпе). Факт накопичення глікогену в лізосомах внаслідок недостатності a-глюкозидази, а також дані, отримані при дослідженні інших аномалій, дозволили Еру визначити вроджену лізосомну хвороба як такий стан, при якому: 1) визначається недостатність будь-якого одного лізосомного ферменту і 2) всередині пов'язаних з лизосомами вакуолей з'являються незвичайні відкладення (субстрат). Це визначення можна видозмінити, включивши в нього дефекти одиночних генів, що впливають на один лізосомних ферментів або більше, і тим самим поширити на такі хвороби, як муколіпідози і мно-жественная сульфатазная недостатність. Визначення можна розширити і далі з тим, щоб воно поширювалося на недостатність та інших білків, необхідних для функціонування лізосом (що активують ферменти руйнування сфинголипидов). Дані біохімічних і генетичних досліджень свідчать про те, що ці активують білки беруть участь в гідролізі деяких субстратів.
Лізосомні хвороби накопичення об'єднують більшість хвороб накопичення ліпідів, мукополісахаридози, муколіпідози, хвороби накопичення гликопротеинов і інші. Недостатність ферментів має аутосомно-рецесивну основу, за винятком мукополисахаридоза II (МПС II) Хантера, який успадковується як зчеплена з Х-хромосомою рецесивний ознака, і хвороби Фабрі, яка зчеплена з Х-хромосомою і часто проявляється у жінок. Органами-мішенями виявляються звичайні місця руйнування тієї чи іншої макромолекули. Наприклад, у осіб з порушенням процесу руйнування мієліну в процес втягується біла речовина головного мозку, при порушенні процесу руйнування гликолипидов строми еритроцитів розвивається гепатоспленомегалія, а при порушенні процесу руйнування всюдисущих мукополісахаридів - генералізоване ушкодження тканин. Накопичення матеріал часто викликає вісцеромегалія або Макроцефалія, але може розвинутися і вторинна атрофія, особливо мозку і м'язів. Взагалі симптоматика відповідних хвороб обумовлюється шкідливою дією накопичуються речовин, але часто неясно, яким саме чином вони викликають загибель або дисфункцію клітин. Всі ці хвороби прогресують, і багато хто з них закінчуються смертю в дитячому або юнацькому віці. Для остаточного діагнозу найбільш важливі результати визначення конкретних ферментів в сироватці, лейкоцитах або культивованих фібробластах шкіри; відповідні тести вибирають, виходячи з клініки захворювання. Ці хвороби мають широкі фенотипические коливання, причому багато хто з них пов'язані з віком, т. Е. Розрізняють інфантильні, ювенільні і дорослі їх форми. Крім того, при хворобах, обумовлених дефектом одиночного гена, можливі різні поєднання вісцеральних, кісткових і неврологічних аномалій.