Гетерофагия

Гетерофагия — это захват клеткой и дальнейшее переваривания с помощью лизосом веществ или структур, попадающих в клетку из внешней среды (рис. 3.22).

Особой разновидностью гетерофагии, как отмечалось ранее, является фагоцитоз — захват и переваривание с помощью лизосом бактерий и других чужеродных веществ. За открытие этого важного процесса российскому ученому И. И. Мечникову была присуждена Нобелевская премия. Гетерофагия и работа лизосом лежит в основе таких важных процессов, как регенерация клеток и тканей, воспаление, формирование иммунитета. За подробное изучение структуры, функций лизосом и болезней человека и животных, связанных с ними, американский ученый Кристиан Де Дюв в 1974 г. был удостоен Нобелевской премии (совместно с А. Клодом и Э. Палладе).

Типы аутофагии в эукариотической клетке

Рис. 3.21. Типы аутофагии в эукариотической клетке

Функции лизосом в клетке. Ауто- и гетерофагия

Рис. 3.22. Функции лизосом в клетке. Ауто- и гетерофагия:

  • 1 — мембрана клетки; 2 — фагоцитоз бактерии; 3 — первичная фагосома;
  • 4 — эндоцитоз; 5 — эндосома; 6 — поздняя эндосома; 7 — лизосома (первичная, неактивная); 8 — фаголизосома (вторичная лизосома);
  • 9 — гладкий эндоплазматический ретикулум; 10 — отработанная митохондрия;
  • 11 — аутофагосома

Известно около 40 лизосомных болезней (болезней накопления). Все они связаны с отсутствием в лизосомах того или иного гидролитического фермента. В результате внутри лизосом накапливается значительное количество непереваренных субстратов. В зависимости от того, какой фермент отсутствует, может происходить накопление гликопротеинов, гликогена, липидов, гликолипидов, гликоз-амино- гликанов (мукополисахаридов). Чрезмерно переполненные тем или иным веществом лизосомы препятствуют нормальному осуществлению клеточных функций и вследствие этого развиваются заболевания. Молекулярные механизмы лизосомных болезней обусловлены мутациями структурных генов, контролирующих процесс внутрилизосомного гидролиза макромолекул. Мутация может поражать синтез, процессинг (созревание) или транспорт лизосомных ферментов.

Лизосомы действуют не избирательно и «переваривают» все подряд. Вместе с тем есть белки, которые необходимо утилизировать в определенный срок и выборочно. Эту функцию выполняют специальные немембранные цитоплазматические органоиды клетки — протеасомы.

Они обнаружены в эукариотических клетках, у архе- и эубакте- рий. Клетки млекопитающих и человека содержат несколько форм и субтипов протеасом. Наиболее изученными формами являются 20S- и 265-протеасомы. Протеасома 20S представляет собой сложный белковый комплекс в виде полого цилиндра, образованного четырьмя лежащими друг на друге кольцами, каждое из которых состоит из семи белковых субъединиц двух типов — а и (3 (рис. 3.23).

Сборка и строение зрелой 20$-протеасомы

Рис. 3.23. Сборка и строение зрелой 20$-протеасомы

Канал внутри цилиндра, расширяясь, образует три камеры: большую центральную и две меньшие, по краям. В центральной камере осуществляется протеолиз белков. Роль а- и (3-колец в работе протеасомы различна. Субъединицы a-кольца закрывают отверстие в центральный канал и препятствуют случайному проникновению белков в протеолитическую камеру. Кроме того, а-субъединицы отвечают за присоединение других высокомолекулярных комплексов, которые регулируют работу 20S протеасомы. На молекулах субъединиц (3-кольца (иммунной и конституциональной) находятся активные центры, обладающие протеолитической активностью.

Протеасомы 26S состоят из 208-субчастицы — протеолитического «ядра» — и двух 198-субчастиц, присоединяющихся к обоим концам протеасомы.

Протеасомальная деградация является основным путем деградации отработанных или поврежденных белков в клетке: в них разрушается до 90 % всех клеточных коротко живущих белков и 60—70 % долго живущих белков.

Было открыто, что протеасомы расщепляют только те белки, которые связываются со специальным белком — убиквитином. Это сложный многокаскадный биохимический процесс. За исследование убиквитин- зависимого цикла расщепления белков протеасомами А. Чехановер, А. Хершко и И. Роуз получили Нобелевскую премию в 2004 г. по химии.

Функции протеасом в клетке чрезвычайно разнообразны: протеолиз разнообразных белков; участие в репликации и репарации ДНК; передача сигналов в клетке; гидролиз белков, контролирующих апоптоз; регуляция клеточного цикла; регуляция развития иммунного процесса.

Кроме лизосом, в цитоплазме клеток есть еще ряд мелких мембранных пузырьков, связанных с расщеплением метаболитов клетки. Это эндосомы, образующиеся в результате эндоцитоза и принимающие участие в расщеплении поступающих в клетку веществ, и пероксисомы, образующиеся из цистерн шероховатой эндоплазматической сети. Эти мембранные пузырьки присутствуют практически во всех клетках эукариот. Они особенно многочисленны в клетках печени и почек. Пероксисомы выполняют как анаболические, так и катаболические функции. Они содержат более 40 ферментов, катализирующих реакции биосинтеза желчных кислот из холестерина. Содержат также ферменты класса оксидаз, которые используют кислород для окисления различных субстратов, причем продуктом восстановления кислорода при этом является не вода, а перекись водорода. Перекись водорода, в свою очередь, является сильнейшим окислителем и окисляет многие субстраты (в том числе часть алкоголя в клетках печени и почек). В пероксисомах окисляются некоторые фенолы, аминокислоты, а также жирные кислоты. Продолжительность жизни пероксисом 5—6 суток.

В настоящее время известно около 20 заболеваний человека, связанных с дисфункцией пероксисом. Все они приводят к нарушению функционирования нервной системы и проявляются в раннем детском возрасте. В основном они связаны с нарушением синтеза желчных кислот, холестерина и жирных кислот.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >