Какую функцию выполняют клетки лизосомы: Какую функцию выполняют в клетки лизосомы? 1) расщепляют биополимеры до мономеров; 2) окисляют глюкозу до...

Строение и функции лизосомы

☰

Лизосомы («лизис» — расщепление, «сома» — тело) — это органеллы эукариотических клеток. По строению представляют собой мембранные мешочки (визикулы, пузырьки), содержащие множество ферментов, расщепляющих сложные органические вещества. Основными функциями лизосом являются клеточное пищеварение, уничтожение ненужных клетке органоидов, саморазрушение клетки, секреция веществ за пределы клетки. При этом различают различные типы лизосом.

В животных клетках обычно содержится много мелких лизосом, их количество зависит от функциональных особенностей клетки. В клетках растений лизосомы образуются редко, обычно их функции выполняет крупная центральная вакуоль.

Ферменты (как известно, имеющие в основном белковую природу) лизосом синтезируются рибосомами, расположенными на шероховатой эндоплазматической сети. Далее по каналам сети они транспортируются в направлении комплекса Гольджи.

От ЭПС отрываются транспортные пузырьки, которые впоследствии сливаются с аппаратом Гольджи. Здесь белки соединяются с другими веществами, принимают свою функциональную форму, упаковываются. На выходе из Гольджи образуются готовые лизосомы.

Внутренняя среда лизосом является неоднородной и более кислой (ее pH ниже), чем среда цитоплазмы. Это достигается за счет активного транспорта ионов водорода (Н⁺) лизосомной мембраной. Только в кислой среде гидролитические ферменты (липазы, протеазы, фосфатазы, нуклеазы) могут быть активны и расщеплять белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

Лизосомы, которые только образовались в Гольджи и еще не приступили к выполнению своих функций, называются

первичными. Некоторые из них подходят к цитоплазматической мембране, где путем экзоцитоза (когда мембраны органеллы и плазмалеммы сливаются, а содержимое изливается во внешнюю для клетки среду) происходит секреция содержимого лизосом.

При этом есть пример, когда в лизосому сначала попадает неготовый гормон. В ней он изменяется, приобретает активную форму, далее происходит его секреция.

Немало клеток эукариот поглощают вещества, частицы, другие клетки путем фагоцитоза и пиноцитоза (называются общим словом «эндоцитоз»). В результате образуются

эндоциты — мембранные пузырьки с поглощенным материалом, который требуется переварить или уничтожить (например, в случае проникновения вредоносных бактерий).

С эндоцитом сливается первичная лизосома таким образом, что ферменты и расщепляемые структуры оказываются в одном мембранном пузырьке. Это уже вторичная лизосома, которая также может называться пищеварительной вакуолью (в основном у одноклеточных). Полученные в процессе ферментативного распада (переваривания) вещества транспортируются через мембрану пузырька в цитоплазму. В лизосоме остаются непереваренные остатки, которые необходимо удалить.

Для этого пищеварительная вакуоль подходит к клеточной мембране и сливается с ней, таким образом путем уже экзоцитоза (обратен эндоцитозу) избавляясь от остатков.

Микрофотография лизосомы, эндосомы, вторичной лизосомы:

Ненужные клетке органеллы (например, митохондрии) окружаются мембраной, отделяющейся от гладкой эндоплазматической сети. Мембранный мешочек с органоидом далее сливается с первичной лизосомой. После этого клеточная структура разрушается. Данное явление называется автофагией.

При массовом разрушении лизосом среда цитоплазмы приобретает более кислую реакцию, и гидролитические ферменты не теряют своей активности и могут разрушать все структуры клетки. Так происходит гибель клетки путем

автолиза. Данное явление, например, наблюдается при превращении головастика в лягушку, когда его хвост исчезает.

Таким образом, несмотря на свое простое строение, лизосомы выполняют целый ряд важных для клетки функций.

Глава 3

1.Каково строение животной клетки?

2.Какую функцию выполняют хромосомы?

3.Как происходит деление клетки?

Внешняя и внутренняя среда организма. Внешней средой называют ту, в которой находится организм. Человек живёт в газообразной среде, но временно может находиться в воде, например во время купания.

Внутренней средой организма называют ту среду, которая находится внутри организма: она отделена от внешней среды оболочками тела (кожа, слизистые). В ней находятся все клетки тела. Она жидкая, имеет определённый солевой состав и постоянную температуру. Заметим, что содержимое пищеварительного канала, мочевыводящих и дыхательных путей к внутренней среде не относится. Лишь наружный ороговевший слой кожи, состоящий из отмерших клеток, и некоторые слизистые оболочки граничат с внешней средой. Они защищают более глубоколежащие клетки от воздействия внешних условий. Через внутреннюю среду клетки человеческого тела снабжаются всем необходимым, и через неё удаляются вещества, образующиеся в процессе их жизнедеятельности.

Строение клетки. По форме, строению и функциям клетки чрезвычайно разнообразны, но по структуре они сходны. Каждая клетка обособлена от других клеточной мембраной. Подавляющее число клеток имеют цитоплазму и ядро (рис. 12).

Рис. 12. Клетка под электронным микроскопом: 1 — цитоплазма; 2 — клеточная мембрана; 3 — ядро; 4 — ядрышко; 5 — ядерная оболочка; 6 — мембраны эндоплазматической сети; 7 — рибосомы; 8 — митохондрия; 9 — клеточный центр; 10 — лизосома

Строение и функции ядра. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой. В нём можно обнаружить ядрышко — место сборки рибосом, важнейших органоидов клетки.

В ядре находятся хромосомы, основа которых — молекулы ДНК. В этих молекулах закодирована вся наследственная информация организма.

Участки молекул ДНК, ответственные за синтез определённого белка, называют генами. В каждой хромосоме насчитывают сотни и тысячи генов. Под микроскопом хромосомы можно наблюдать только в период деления клеток: в другие периоды они не видны. Контролируя образование белков, гены управляют всей цепочкой сложных биохимических реакций в организме и тем самым определяют его признаки. В обычных клетках человека содержится по 46 хромосом, в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах) по 23 хромосомы (половинный набор).

Наружная мембрана и органоиды клетки. Наружная клеточная мембрана легко проницаема для одних веществ и непроницаема для других. Такая избирательная проницаемость клеточной мембраны носит название полупроницаемости. Через клеточную мембрану клетка получает воду, питательные вещества, кислород, ионы, через неё удаляются продукты клеточного обмена. Клеточная мембрана обеспечивает также взаимодействие клетки с окружающей средой и с другими клетками. Постоянные клеточные структуры, каждая из которых выполняет свои особые функции, называют органоидами или органеллами. В клетке они играют ту же роль, что и органы в организме.

Пространство внутри клетки тоже разделено мембранами. Они образуют эндоплазматическую сеть — сеть канальцев, ёмкостей, полостей (рис. 13). Эндоплазматическая сеть — это своеобразная транспортная система, по которой вещества, синтезированные клеткой, перемещаются внутри клетки. Благодаря ей поддерживается двусторонняя связь между ядром и цитоплазмой, а также между различными органоидами клетки.

Рис. 13. Эндоплазматическая сеть — транспортная система клетки (микрофотография)

На мембранах эндоплазматической сети располагаются рибосомы, обеспечивающие биосинтез белков, специфичных для данной клетки. Состав и строение этих белков определены генами. В качестве посредника, передающего информацию о структуре белка от гена к рибосоме, выступает специальная молекула — информационная РНК.

Рис. 14. Митохондрия — энергетическая станция клетки (микрофотография)

Митохондрии участвуют в биологическом окислении веществ, за счёт которого освобождается и накапливается энергия, необходимая для жизнедеятельности клеток. Эти двухмембранные образования, едва видимые в оптический микроскоп, называют энергетическими станциями клетки (рис. 14).

Благодаря биологическому окислению сложные органические вещества распадаются, и выделяющаяся при этом энергия используется клетками для мышечного сокращения, выработки тепла, синтеза веществ, необходимых для формирования структур клетки.

Рядом с ядром в клетке расположен аппарат Гольджи, который представляет собой стопку плоских цистерн. Синтезированные в клетке вещества поступают в аппарат Гольджи, где претерпевают дальнейшие биохимические превращения, упаковываются в мембранные пузырьки и переносятся в те места клетки, где они необходимы, или транспортируются к клеточной мембране и выходят за пределы клетки. Кроме этого, аппарат Гольджи формирует лизосомы.

Лизосомы — это мелкие мембранные пузырьки, которые содержат биологически активные вещества — ферменты, необходимые для переваривания питательных веществ. Сложные молекулы, поступившие в клетку, расщепляются в лизосомах до более простых. Кроме того, лизосомы могут разрушать структуры самой клетки при их старении или в ходе эмбрионального развития, когда происходит замена тканей.

Обязательным органоидом животной клетки, а следовательно, и клетки человеческого тела является клеточный центр, состоящий из двух центриолей. Эти маленькие тельца цилиндрической формы расположены недалеко от ядра под прямым углом друг к другу. Клеточный центр играет важную роль в клеточном делении: от центриолей начинается рост веретена деления.

Связь между объёмом и поверхностью клетки. Размер клеток ограничен, поскольку с увеличением объёма и массы клетки относительная её поверхность уменьшается, и клетка уже не может получить нужного количества питательных веществ и выделить полностью продукты распада. Поэтому, достигнув определённого размера, она перестаёт увеличиваться в объёме.

Деление клетки — сложный процесс (рис. 15). При подготовке к делению каждая молекула ДНК удваивается. В результате в хромосоме оказывается рядом пара одинаковых молекул ДНК, которые потом станут самостоятельными хромосомами дочерних клеток.

Перед делением ядро разбухает и увеличивается в размерах. Хромосомы скручиваются в спираль и становятся различимыми в оптический микроскоп. Ядерная оболочка исчезает. Центриоли клеточного центра удваиваются, расходятся к противоположным полюсам клетки, и между ними формируются нити веретена деления.

Рис. 15. Деление клетки: 1 — клетка (между делениями) в состоянии покоя; 2, 3, 4 — образование видимых в оптический микроскоп хромосом, их расположение в экваториальной плоскости клетки; 5 — расхождение хромосом; 6 — образование двух дочерних ядер, начало деления цитоплазмы; 7 — образование двух дочерних клеток

В следующей фазе деления хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Парные молекулы ДНК каждой хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления. Вскоре нити веретена деления начинают оттягивать парные молекулы ДНК к противоположным полюсам. Образуется два новых набора, состоящих из одинаковых хромосом и, следовательно, одинаковых генов. Хромосомы дочерних клеток образуют клубки. Вокруг них синтезируется ядерная оболочка, образуется ядро. Скрученные ранее в спираль хромосомы полностью раскручиваются и перестают быть видимыми. Одновременно с расхождением хромосом органоиды приблизительно равномерно распределяются по двум полюсам. Затем клеточная мембрана впячивается внутрь, и цитоплазма клетки делится путём перетяжки. Образуются две дочерние клетки.

Жизнедеятельность клетки. Каждая клетка в организме человека выполняет свою определённую работу. Несмотря на огромное разнообразие, для всех клеток характерны общие признаки.

Обмен веществ и энергии. Одно из главных свойств клетки — способность к обмену веществ и энергии. Из поступающих в клетку питательных веществ образуются сложные вещества (характерные для каждого типа клеток), формируются клеточные структуры. Параллельно с образованием новых веществ идут процессы биологического окисления органических веществ — белков, жиров, углеводов. При этом происходит выделение энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки. В результате активной работы в живой клетке постоянно образуются отходы жизнедеятельности. Продукты распада удаляются из клетки, а затем и из организма.

Синтез и распад веществ происходят благодаря действию ферментов. Это биологические катализаторы белковой природы, ускоряющие во много раз течение химических процессов. Каждый фермент действует только на определённые соединения. Они называются субстратом данного фермента.

Ферменты вырабатываются и в растительных, и в животных клетках. Иногда их действия сходны. Так, фермент каталаза, находящийся в клетках стенки ротовой полости, мышцах, печени, способен расщеплять пероксид водорода — вредное соединение, образующееся в организме.

Проделаем опыт. Нальём в химический стакан пероксид водорода и опустим в него кусочки мелко нарезанного клубня картофеля. Жидкость вспенивается за счёт образования пузырьков кислорода: 2Н₂О₂ каталаза 2Н₂О + О₂; ядовитый пероксид водорода разлагается на безвредные кислород и воду.

Ферменты действуют как в клетках, так и вне клеток. При кипячении белки разрушаются, поэтому ферменты теряют активность. Выводят их из строя и некоторые химические вещества, например соли тяжёлых металлов. (Если сварить картофель, реакции разложения пероксида водорода не будет.)

Рост и развитие клетки. В процессе жизнедеятельности происходит рост и развитие клеток. Ростом называют увеличение размеров и массы клетки, а развитием клетки — её возрастные изменения, в том числе и достижение ею способности полностью выполнять свои функции. Например, для того чтобы костная клетка могла создавать твёрдое и прочное костное вещество, она должна созреть.

Покой и возбуждение клеток. Клетки могут находиться в состоянии покоя или в состоянии возбуждения.

При возбуждении клетка включается в работу и выполняет свои функции. Обычно переход к возбуждению связан с раздражением. Так, в ответ на раздражение нервная клетка генерирует нервные импульсы; мышечная клетка сокращается, а железистая — выделяет секрет.

Следовательно, раздражение — это процесс воздействия на клетку. Оно может быть механическим, электрическим, тепловым, химическим и т. д. В ответ на раздражение клетка из состояния покоя переходит в состояние возбуждения, то есть активной работы.

Способность клетки отвечать на раздражение специфической реакцией называют возбудимостью. Наибольшей возбудимостью обладают мышечные и нервные клетки.

Клеточная мембрана, ядро, цитоплазма, хромосомы, гены, органоиды, эндоплазматическая сеть, рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, центриоли, деление, обмен веществ и энергии, рост, развитие, покой, возбуждение.

1.Какие функции выполняет клеточная мембрана?

2.Каковы функции ядра и ядрышка?

3.Сколько хромосом имеют половые клетки человека — сперматозоид и яйцеклетка? Как вы думаете, почему число хромосом в половых клетках вдвое меньше, чем в клетках тела?

4.Назовите основные органоиды клетки.

5.Какие процессы жизнедеятельности характерны для большинства клеток человеческого организма?

6. Какие органоиды, характерные для клеток других организмов, отсутствуют в клетках человека? С чем связаны эти отличия?

7.Объясните, чем отличаются рост и развитие клеток.

1.Сравните внешнюю и внутреннюю среду организма человека. В чём их сходство и отличия?

2.В стиральные порошки иногда добавляют ферменты. Будут ли они действовать при кипячении белья и после него? Ответ поясните.

3.Составьте и заполните таблицу «Основные органоиды и структуры клетки: строение и функции».

4.8B: Лизосомы — Биология LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 8891

Boundless (теперь LumenLearning)
Boundless

Цели обучения

Описать, как лизосомы функционируют как система утилизации отходов клетки

Лизосомы представляют собой органеллы, которые переваривают макромолекулы, восстанавливают клеточные мембраны и реагируют на попадание в клетку чужеродных веществ.

Лизосомы

Лизосомы выполняют три основные функции: расщепление/переваривание макромолекул (углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот), восстановление клеточных мембран и ответ на чужеродные вещества, такие как бактерии, вирусы и другие антигены. Когда пища съедается или поглощается клеткой, лизосома высвобождает свои ферменты для расщепления сложных молекул, включая сахара и белки, в полезную энергию, необходимую клетке для выживания. Если пища не предоставляется, ферменты лизосом переваривают другие органеллы внутри клетки, чтобы получить необходимые питательные вещества.

В дополнение к своей роли пищеварительного компонента и средства переработки органелл клеток животных, лизосомы считаются частью эндомембранной системы. Лизосомы также используют свои гидролитические ферменты для уничтожения патогенов (болезнетворных организмов), которые могут проникнуть в клетку. Хороший пример этого происходит в группе лейкоцитов, называемых макрофагами, которые являются частью иммунной системы вашего организма. В процессе, известном как фагоцитоз или эндоцитоз, часть плазматической мембраны макрофага инвагинирует (сворачивается) и поглощает патоген. Инвагинированный участок с возбудителем внутри отщипывается от плазматической мембраны и превращается в везикулу. Везикула сливается с лизосомой. Затем гидролитические ферменты лизосом уничтожают патоген.

Рисунок: Лизосомы переваривают чужеродные вещества, которые могут нанести вред клетке : Макрофаг поглотил (фагоцитировал) потенциально патогенную бактерию, а затем слился с лизосомами внутри клетки, чтобы уничтожить патоген. В клетке присутствуют и другие органеллы, но для простоты они не показаны.

Лизосома состоит из липидов, из которых состоит мембрана, и белков, из которых состоят ферменты внутри мембраны. Обычно лизосомы имеют размер от 0,1 до 1,2 мкм, но их размер зависит от типа клеток. Общая структура лизосом состоит из набора ферментов, окруженных однослойной мембраной. Мембрана является важнейшим аспектом ее структуры, потому что без нее ферменты внутри лизосомы, которые используются для расщепления чужеродных веществ, просачивались бы наружу и переваривали всю клетку, вызывая ее гибель.

Лизосомы обнаружены почти в каждой животноподобной эукариотической клетке. Они настолько распространены в клетках животных, потому что, когда животные клетки принимают или поглощают пищу, им нужны ферменты, содержащиеся в лизосомах, чтобы переваривать пищу и использовать ее для получения энергии. С другой стороны, лизосомы обычно не встречаются в растительных клетках. Лизосомы не нужны в растительных клетках, потому что их клеточные стенки достаточно прочны, чтобы удерживать большие / посторонние вещества, которые лизосомы обычно переваривают, из клетки.

Ключевые моменты

Лизосомы расщепляют/переваривают макромолекулы (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), восстанавливают клеточные мембраны и реагируют на чужеродные вещества, такие как бактерии, вирусы и другие антигены.
Лизосомы содержат ферменты, расщепляющие макромолекулы и чужеродные захватчики.
Лизосомы состоят из липидов и белков с единственной мембраной, покрывающей внутренние ферменты, чтобы предотвратить переваривание лизосомами самой клетки.
Лизосомы обнаружены во всех клетках животных, но редко встречаются в растительных клетках из-за прочной клеточной стенки, окружающей растительную клетку, которая не пропускает посторонние вещества.

Ключевые термины

фермент : глобулярный белок, катализирующий биологическую химическую реакцию
лизосома : Органелла, присутствующая во всех типах клеток животных, содержащая большое количество пищеварительных ферментов, способных расщеплять большинство биологических макромолекул.

Эта страница под названием 4.8B: Lysosomes распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Boundless.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или страница
Автор
Безграничный
Лицензия
CC BY-SA
Версия лицензии
4,0
Показать оглавление
нет
Теги
1. лизосомы