Лизосомальное пространство

Лизосомы, число которых в одной клетке достигает нескольких сотен, образуют типичное пространство. Случайному наблюдателю это родство лизосом далеко не всегда очевидно. Дело в том, что разнообразие и полиморфизм — наиболее характерные черты лизосомального компартмента. Встречаются лизосомы всевозможных форм и размеров; особым разнообразием отличается их внутренняя структура. Это разнообразие отражено в морфологической терминологии. Имеется множество терминов для обозначения частиц, которые нам сейчас известны как лизосомы. Среди них: плотные тельца, остаточные тельца, миелиновые тельца, мультивезикулярные тельца, цитосомы и цитосегресомы и многие, многие другие. Терминология патологических образований еще более многочисленна, так как многие из видоизмененных внутриклеточных включений, наблюдаемые в пораженных тканях, также являются лизосомами.
Однако, как только мы обратимся к их биологической функции, выяснится, что все они — места, где перевариваются поступающие в клетку вещества. И тогда нам станет понятной их структурная гетерогенность: содержимое лизосом составляют в основном вещества в процессе переваривания и непереваренные остатки. Если исследовать несколько сотен взятых наугад желудков, то обнаружится, что их содержимое тоже значительно варьирует в зависимости от того, когда и что ел хозяин того или иного желудка. Но, поняв, что разнообразное содержимое желудка и является его характерной чертой, можно без особого труда определить, что рассматриваемый орган во всех случаях идентичен. Разнообразие его содержимого может даже оказаться диагностическим фактором. Аналогичное явление наблюдается и в биологии клетки. Сейчас, рассматривая в электронный микроскоп частичку, окруженную однослойной мембраной, с беспорядочной внутренней структурой, исследователь знает, по предшествующему опыту, что, по-видимому, перед ним лизосома.
С точки зрения химии переваривать пищу означает подвергнуть ее гидролизу, т. е. при помощи воды расщепить различные связи, посредством которых соединены строительные блоки естественных природных макромолекул. В качестве примера можно привести пептидные связи, соединяющие аминокислоты в белках, гликозидные связи, соединяющие сахара в полисахаридах, и эфирные связи между кислотами и спиртами. По большей части эти связи весьма устойчивы и разрываются только при жестких условиях температуры и значениях рН (кислая или щелочная среда). Живые организмы не в состоянии ни создать, ни выдержать подобные условия, а между тем пищу они переваривают без труда. И делают это с помощью особых катализаторов — гидролитических ферментов, или гидролаз, которые секретируются в пищеварительные полости.
Гидролазы — специфические катализаторы. Каждая из них расщепляет только строго определенный тип химической связи. | Поскольку пища обычно состоит из многих компонентов с разнообразными химическими связями, для пищеварения необходимо одновременное согласованное или последовательное участие различных ферментов. И действительно, пищеварительные соки,секретируемые в желудочно-кишечным тракт, содержат большое число различных гидролаз, что позволяет человеческому организму усваивать множество сложных пищевых продуктов растительного и животного происхождения. Однако эта способность ограничена. Например, как уже упоминалось в гл. 2, человеческий организм не в состоянии переваривать целлюлозу.
Эти основные положения относятся, по существу, и к лизосомам. В каждой лизосоме мы находим целую коллекцию различных гидролаз — идентифицировано более 50 видов, — которые в совокупности способны полностью или почти полностью переваривать многие из основных природных веществ, включая белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты и их комбинации и производные. Однако, как и желудочно-кишечный тракт человека, лизосомы характеризуются некоторыми ограничениями в своей переваривающей способности.
Хотя лизосомальные переваривающие ферменты и влияют на многочисленные химические связи и вещества, все они имеют одно общее свойство: лучше всего они работают в слегка кислой среде, имея оптимум при кислых значениях рН между 3,5 и 5,0. Именно в силу этого в лизосомах, как и в эндосомах, из которых они произошли, с помощью протонного насоса поддерживается кислая среда (см. гл. 4).
Лизосомальное пространство занимает центральное место в структуре (организации) клетки. По путям, приносящим в ли- зосому вещества для переваривания, идут материалы не только из внеклеточного пространства, но и из самой клетки. Продукты переваривания составляют основную часть выносящего потока. Кроме того, лизосомальное пространство особыми путями связано также с подразделом клеточной экспортной индустрии, который снабжает его необходимыми ферментами (см. гл. 6). Как и следовало ожидать для ограниченного мембраной пространства, для его связей с другими отделами используются два транспортных средства: «проникновение» всех веществ, способных пересечь мембрану (при необходимости с помощью специальных насосов или пермеаз), и везикулярный транспорт для всех остальных веществ.
До сих пор не ясно, каким образом лизосомальному пространству клеток удается избежать саморазрушения. Подобно другим биомембранам, лизосомальная мембрана состоит из белков и фосфОлипидов, которые в принципе могут быть переварены ферментами лизосом. В самом деле, когда участки мембраны отделяются в ходе аутофагической сегрегации (см. с. 83), они полностью разрушаются. В то же время, находясь в составе лизосомальной оболочки, они резистентны к перевариванию. Более того, они создают на редкость прочную броню, которая эффективно защищает окружающую цитоплазму от разрушающего действия содержимого лизосомального компартмента. Ключ к этой загадке пока не найден. Можно только предположить, что поверхностные компоненты, возможно гликопротеиды, выстилающие внутреннюю поверхность лизосомальной мембраны, уложены таким образом, что их химические связи становятся недосягаемыми для гидролаз, к которым они чувствительны. Можно также предположить, что эта особая конформация поддерживается метаболическими системами, расположенными в прилегающей к лизосоме цитоплазме; она нарушается,’ когда связь с цитоплазмой прерывается.
Разумеется, такое объяснение—отнюдь не объяснение. Оно скорее напоминает ответ одного персонажа комедии Мольера «Мнимый больной». Когда во время шуточного экзамена его спросили, почему опий действует как снотворное, будущий врач торжественно (и по-латыни, чтобы это звучало более научно) ответил: «Потому что опий обладает свойством вызывать сон, природа которого состоит в том, чтобы вызывать отупление чувств». Право же, мы мало чем от него отличаемся, когда утверждаем (с такой же глубиной), что лизосомальная мембрана резистентна к перевариванию потому, что «выстилающая ее поверхность имеет резистентную по отношению к ферментам конформацию». К сожалению, это действительно все, что нам пока известно.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *