Глава 1 Открытие лизосом

1. ОТКРЫТИЕ лизосом
До середины XX столетия исследования клетки ограничивались, с
одной стороны, разрешающей способностью светового микроскопа, а
с другой - возможностью проводить химический анализ клеточных гомогенатов лишь вне связи макромолекул со структурными компонентами клетки. Как отмечал К. Де Дюв [De Duve, 1975], из-за этих методических ограничений обширная область в науке о клетке оставалась
terra incognita. Положение изменилось с появлением методов электронной микроскопии и центрифугирования. Именно эти методы сделали возможным открытие лизосом.
Открытие лизосом не было результатом целенаправленного исследования. Более того, оно произошло как бы случайно при изучении Лувенской группой биохимиков, возглавляемой Кристианом Де
Дювом, роли глюкозо-6-фосфатазы в механизме действия инсулина
на печень. Сам К. Де Дюв при получении в 1974 г. Нобелевской премии сказал об этом так: "Все, чего мы хотели, так это что-нибудь узнать о локализации глюкозо-6-фосфатазы, которая, как мы думали,
могла обеспечить возможный ключ к механизму действия... инсулина
на клетку печени" [De Duve, 1975].
Проводя исследования на печени крыс, К. Де Дюв со своими учениками охарактеризовали специфическую глюкозо-6-фосфатазу, оптимум действия которой обнаруживался при слабокислом рН. Поначалу в этих исследованиях использовались гомогенаты, приготовленные "с типичным (для биохимиков) пренебрежением к клеточной
организации" с помощью высокоскоростного гомогенизатора и в присутствии дистиллированной воды, т.е. в условиях, разрушающих клеточные структуры. При таком подходе исследователям не удалось
ресуспендировать фермент из преципитированного состояния и очистить его. Поэтому в дальнейшем они использовали более мягкую технику фракционирования тканей, разрушая их в специальном поттере
в 0,25 М сахарозе, после чего применяли дифференциальное центрифугирование. В результате было установлено, что 95% активности
глюкозо-6-фосфатазы сосредоточено в микросомной фракции.
6
Исследуя глюкозо-6-фосфатазу, экспериментаторы сравнивали ее
с содержащейся в гомогенатах неспецифической кислой фосфатазой.
К их удивлению, активность кислой фосфатазы в гомогенатах, полученных при мягкой технике фракционирования тканей, составляла
лишь около 10% от той активности фермента, которая выявлялась в
препаратах, приготовленных при более жестком гомогенизировании.
Резко возрастала активность кислой фосфатазы в препаратах и после
выдерживания их в течение нескольких дней в холодильнике. Эти данные свидетельствовали о том, что в "свежих" препаратах фермент, видимо, присутствовал в латентной форме, а при хранении активировался. Потребовались, однако, кропотливые исследования для осознания
того, что латентность кислой фосфатазы проявляется из-за локализации ее в особых мешочкоподобных структурах, окруженных мембраной, нарушение целостности которой (при хранении либо других воздействиях) значительно увеличивает возможность взаимодействия
фермента с субстратом, а соответственно, и его активность.
В первых биохимических исследованиях по изучению распределения кислой фосфатазы в клетке ее активность преимущественно
выявлялась в митохондриальной фракции; поэтому предполагалось, что внутриклеточными частицами, содержащими этот фермент, являются митохондрии [Berthet, De Duve, 1951]. Затем "митохондриальная фракция" была разделена на легкую и тяжелую
субфракции, первая из которых и содержала кислую фосфатазу
[De Duve, Berthet, 1954].
В 1955 г. в "легкой" митохондриальной субфракции было выявлено пять гидролитических ферментов (кислая фосфатаза, Р-глюкуронидаза, кислая рибонуклеаза, кислая дезоксирибонуклеаза и катепсин
D), действующих на различные природные соединения [De Duve et al.,
1955]. Авторы предположили, что частицы, содержащие данные ферменты, выполняют в клетках литическую функцию. Для обозначения этих гипотетических частиц они предложили термин "лизосомы"
(от греч. лизио - растворяю и сома - тело), понимая под ними ограниченные мембраной гранулы, содержащие кислые гидролазы в латентной форме [De Duve et al., 1955]. Таким образом, открытие новой цитоплазматической частицы (лизосомы) произошло на основе лишь
биохимических исследований.
Морфологическая идентификация лизосом оказалась непростой
задачей. Первые работы, направленные на ее решение, выполнил
биохимик и цитолог Алекс Новиков, приглашенный для совместных
исследований в лабораторию К. Де Дюва. В 1955 г. он впервые получил электронно-микроскопические фотографии клеточных фракций
печени, содержащих частично очищенные лизосомы [Novikoff et al.,
1956]. Позже в своем обзоре К. Де Дюв [De Duve, 1969] писал, что при
рассмотрении фотографий, полученных А. Новиковым, он с коллега-
ми чувствовал себя подобно Леверье после открытия планеты
Нептун!.
Однако электронно-микроскопическое изучение фракций, с которыми имел дело А. Новиков, не позволяло провести надежную морфологическую идентификацию лизосом. Это было связано с невозможностью в то время получить высокоочищенный препарат лизосом, которые, к тому же, как выяснилось впоследствии, отличаются
значительным полиморфизмом. Лишь с введением Г. Гомори [Gomori,
1956] метода цитохимического выявления в тканях кислой фосфатазы (маркерного фермента лизосом) и развитием этого метода для ультраструктурных исследований [Holt, Hicks, 1961; Essner, Novikoff,
1961] была подтверждена лизосомная природа наблюдаемых частиц и
дан мощный импульс для изучения локализации, происхождения, морфологических особенностей и функциональных свойств лизосом в
различных биологических объектах.
1 Французский астроном У. Леверье вычислил координаты планеты Нептун, которая был;
затем обнаружена немецким астрономом И. Галле.