Лізосоми — округлі одномембранні мішечки, заповнені травними ферментами. В організмі під дією цих ферментів здійснюється травлення 2 типів:
- порожнинне — у шлунку;
- внутрішньоклітинне — у лізосомах.
І в тому, і в іншому випадку травлення — це процес перетравлювання (розщеплення) складних органічних речовин — білків, вуглеводів, жирів, нуклеїнових кислот — на більш прості органічні речовини (відповідно на амінокислоти, окремі моносахариди, гліцерин та жирні кислоти, нуклеотиди).
Зараз нараховується 40 ферментів, які розміщаються у лізосомах. Все це гідролітичні ферменти, що включають протеази, нуклеази, ґлікозидази, ліпази, фосфоліпази, фосфатази та сульфатази. Окрім того, всі вони — кислі гідролази, які мають найбільшу активність при рН-5. Саме такий рН підтримується усередині лізосоми. У нормальних умовах мембрана цієї органели непрониклива для ферментів перелічених.
Кисле середовище, потрібне для їх найліпшої активності, оберігає цитоплазму від знищення при можливому «витіканні» ферментів. Аналогічно до інших клітинних органел, лізосома не тільки має унікальний набір ферментів, а й оточена специфічною мембраною. Ця мембрана дає змогу кінцевим продуктам розщеплення макромолекул вільно виходити назовні, так що тоді вони можуть або виділятися з клітини, або використовуватись усередині її. Окрім того, у мембрані лізосоми знаходиться спеціальний транспортний білок, який використовує енергію гідролізу АТФ для накачування іону Н+ у порожнину цієї органели й тим самим підтримує тут рН-5. Мембрана має містити також білки-акцептори для маркерів «стикування». Завдяки акцепторам лізосома стає мішенню, до якої спрямовуються специфічні транспортні пухирці, що зливаються з нею.
Деякі молекули малих розмірів проходять через мембрану лізосоми у незарядженій формі, а потім, приєднавши протон у кислому середовищі порожнини, заряджаються. Внаслідок цього такі молекули стають більш гідрофільними і менш здатними проникати через ліпідний бішар. Отже, вони входять у лізосому швидше, ніж виходять, і накопичуються усередині її. Прикладом подібної речовини слугує антималярійний препарат хлорохін, додавання якого до здорових клітин приводить до підвищення рН у лізосомах, що дає змогу використовувати цю сполуку в лабораторії як інгібітор лізосомних функцій.
Досі ще не з’ясовано, чому не відбувається самотравлення мембрани лізосом. Якщо ж лізосомна мембрана все-таки зазнає впливу власних гідролаз, то розташована поруч із лізосомою
цитоплазма піддається ферментативній атаці. Внаслідок цього клітина може сильно пошкодитися або навіть загинути.
Подагра, асбестоз і силікоз (хвороба «чорних» легень у шахтарів) — приклади хворб, при яких, очевидно, відбуваються подібні пошкодження.
Лізосомні ферменти синтезуються на шорсткому ендоплазматичному ретикулуму і передаються до апарату Гольджі. Пізніше від апарату Гольджі відбруньковуються пухирці, які й перетворюються на лізосоми. Такі первинні лізосоми зливаються з вакуолями, що відбрунькувалися при фагоцитозі й піноцитозі. При цьому створюється вторинна лізосома. Лізосомні ферменти перетравлюють вміст вакуоль, а не-перетравлені залишки виводяться шляхом екзоцитозу. У багатоклітинних організмах неутилізовані відходи можуть не виводитись із клітини, а збиратись у залишкових тільцях.
Отже, для чого потрібні клітині органоїди, виповнені травними ферментами (лізосоми)?
Шляхом фаго- або піноцитозу в клітину можуть потрапляти бактерії, крохмальні зерна, краплі жиру та інші речовини, які розщеплюються у лізосомах.
Лізосоми підчищають клітину від молекул білків, вуглеводів, жирів та інших органічних речовин, що утворились у ній, і таких, що вже «відпрацювали своє» і непотрібні клітині.
Лізосоми позбувають клітину від сторонніх об’єктів, які потрапили до неї — наприклад, вірусів та бактерій.
Нарешті кілька слів про роль лізосом щодо уникнення інфекцій. Більшість інфекцій, які інтенсивно протікають, можна розглядати як наслідок порушення лізосомного захисту. Щодо цього наші бактеріальні «вороги» виявляють дивовижну пристосовність. Досить незначної «похибки» імунної системи, яка не подала сигналу тривоги, і мікроорганізм уникає фагоцитозу. Деякі мікроорганізми уникають злиття з лізосомами (туберкульозна бацила) або, як збудник лепри (прокази), виявляються стійкими до лізосомного руйнування. Інші уникають руйнування, розриваючи мембрану лізосом за допомогою ендотоксину. Є й такі, що здійснюють «посмертну помсту», виділяючи ендотоксин, а він руйнує лізосому, яка перетравила їх.