3.8: Лізосоми та пероксисоми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5151

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Клітина складається з безлічі різних органел і мікротіл (або цитосом) - це тип органели, який міститься в клітині рослин, найпростіших та тварин. До органел сімейства мікротіл відносяться пероксисоми, гліоксисоми, глікосоми і гідрогеносоми.

Лізосоми

Лізосоми - це приблизно сферичні тіла, укладені єдиною мембраною. Вони виготовляються апаратом Гольджі (рис.\(\PageIndex{1}\)) і містять понад 50 різних видів гідролітичних ферментів, включаючи протеази, ліпази, нуклеази та полісахаридази. РН всередині лізосоми становить близько рН 5, істотно менше, ніж у цитозолу (~ рН 7,2). Всі ферменти в лізосомі найкраще працюють при кислотному рН, що знижує ризик їх перетравлення власної клітини, якщо їм слід втекти з лізосоми.

1024PX-ендоцитарний_шляховик_тварини_клітини_показують_EGF_рецепторів, _transferrin_receptors_and_mannose-6-phosphate_receptors.jpg — Малюнок\(\PageIndex{1}\) : Процес виготовлення лізосоми Лізосома показана фіолетовим кольором, як кінцева точка при ендоцитотичному сортуванні. AP2 необхідний для формування бульбашок, тоді як рецептор Манноза-6-необхідний для сортування гідролази в просвіт лізосоми. Зображення використовується з дозволу (CC BY-SA; Matthew R G Russell).

Матеріали всередині клітини, запланованої до травлення, спочатку відкладаються в лізосомах. Це можуть бути:

інші органели, такі як мітохондрії, які перестали функціонувати належним чином і були охоплені аутофагосомами
молекули їжі або, в деяких випадках, частинки їжі, прийняті в клітину ендоцитозом
чужорідні частинки, як бактерії, які поглинені нейтрофілами
антигени, які приймаються
«професійні» антигенпрезентуючі клітини, такі як дендритні клітини (шляхом фагоцитозу) та
В-клітини (шляхом зв'язування з їх антигенними рецепторами (БЦР) з подальшим рецепторно-опосередкованим ендоцитозом.

Свого часу вважалося, що лізосоми відповідають за вбивство клітин, які планується видалити з тканини; наприклад, розсмоктування його хвоста, коли пуголовк перетворюється на жабу. Це невірно. Ці приклади запрограмованої загибелі клітин (PCD) або апоптозу відбуваються за зовсім іншим механізмом.

У деяких клітині лізосоми мають секреторну функцію — вивільняючи свій вміст шляхом екзоцитозу.

Цитотоксичні Т-клітини (CTL) виділяють перфорін з лізосом.
Огрядні клітини виділяють деякі свої численні медіатори запалення з модифікованих лізосом.
Меланоцити виділяють меланін з модифікованих лізосом.
Екзоцитоз лізосом забезпечує додаткову мембрану, необхідну для швидкого ущільнення ран в плазматичній мембрані.

Хвороби лізосомального зберігання

Лізосомальні захворювання зберігання викликані накопиченням макромолекул (білків, полісахаридів, ліпідів) в лізосомах через генетичну нездатність виробляти фермент, необхідний для їх розпаду. Нейрони центральної нервової системи особливо схильні до пошкоджень. Більшість цих захворювань викликані успадкуванням двох дефектних алелів гена, що кодують один з гідролітичних ферментів. Приклади включають:

Хвороба Тея-Сакса та хвороба Гоше - обидва викликані нездатністю виробляти фермент, необхідний для руйнування сфінголіпідів (похідних жирних кислот, що містяться у всіх клітинних мембранах).
Мукополісахаридоз I (MPS-I). Викликаний неможливістю синтезу ферменту (α- L-ідуронідази), необхідного для розщеплення протеогліканів, таких як гепаран сульфат. У квітні 2003, Управління з контролю за продуктами і ліками США схвалило синтетичну версію ферменту, ларонідази (Aldurazyme®), в якості можливого лікування. Цей фермент (що містить 628 амінокислот) виготовляється за технологією рекомбінантної ДНК.

Однак одна хвороба лізосомального зберігання, I-клітинна хвороба («інклюзійно-клітинна хвороба»), викликана нездатністю «позначити» (фосфорилювання) всі гідролітичні ферменти, які передбачається транспортувати з апарату Гольджі в лізосоми. Не маючи мітки 6-фосфату маннози (M6P), вони виділяються з клітини замість цього. Результат: всі макромолекули, включені в лізосоми, залишаються нерозкладеними, утворюючи «тіла включення» в клітці.

пероксисоми

Пероксисоми, також звані мікротілами, мають розмір лізосом приблизно (0,5-1,5 мкм) і подібно до них укладені єдиною мембраною. Вони також нагадують лізосоми в наповненні ферментами. Однак пероксисоми відходять від ендоплазматичного ретикулума, а не апарат Гольджі (джерело лізосом), а ферменти та інші білки, призначені для пероксисоми, синтезуються в цитозолі. Кожен містить p ероксисомальний t, що орієнтується на сигнал (PTS), який зв'язується з молекулою рецептора, яка приймає білок у пероксисому, а потім повертається для іншого навантаження. Виявлено два пероксисомальні орієнтовані сигнали: послідовність 9-амінокислот на N-терміналі білка та трипептид на C-терміналі. Кожен має свій рецептор, щоб прийняти його до пероксисоми.

Функції пероксисом в печінці людини включають:

Розщеплення (шляхом окислення) надлишків жирних кислот.
Розпад перекису водню (Н ₂ О ₂), потенційно небезпечного продукту жирнокислотного окислення. Він каталізується ферментом каталазою.
Бере участь в синтезі холестерину. Один з ферментів, що беруть участь, ГМГ-КоА-редуктаза, є мішенню популярних холестерин-знижуючих «статинів».
Бере участь в синтезі жовчних кислот.
Бере участь в синтезі ліпідів, використовуваних для виготовлення мієліну.
Розпад надлишку пуринів (АМФ, ГМП) до сечової кислоти.

Пероксисоми також присутні в клітині рослин, де вони беруть участь такі функції, як симбіотична фіксація азоту і фотодихання.

пероксисомні розлади

Різноманітні рідкісні спадкові порушення пероксисомной функції зустрічаються у людини. Більшість включають мутантні версії тих чи інших ферментів, що знаходяться в пероксисомах. Наприклад: Х-зчеплена адренолейкодистрофія (X-ALD) є наслідком неспроможності правильно метаболізувати жирні кислоти. Одним з результатів є погіршення мієлінових оболонок нейронів. Розлад виникає у молодих хлопчиків, оскільки ген X-пов'язаний. Спроба знайти ефективне лікування стала темою фільму 1992 року «Масло Лоренцо». Кілька захворювань є наслідком нездатності виробляти функціональні пероксисом. Наприклад: синдром Зеллвегера є результатом успадкування двох мутантних генів для одного з рецепторів (PXR1), необхідних для імпорту білків в пероксисому.