LIZOSOMI: ZNAČILNOSTI, ZGRADBA, FUNKCIJE IN VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

V lizosome so organeli celične membrane, ki se nahajajo v živalskih celicah. So predelki, ki imajo kisel pH in so bogata s prebavnimi encimi, ki lahko razgradijo katero koli biološko molekulo: beljakovine, ogljikove hidrate in nukleinske kisline.

Poleg tega lahko razgradijo material zunaj celice. Zaradi tega imajo lizosomi več funkcij v celičnem metabolizmu in zahvaljujoč sestavi, ki je bogata s hidroliznimi encimi, jih pogosto imenujemo "želodec" celice.

Lizosomi nastanejo z zlitjem veziklov, ki izhajajo iz Golgijevega aparata. Celica prepozna nekatere sekvence, ki delujejo kot "oznake" na hidroliznih encimih in jih pošlje v lizosome, ki se tvorijo.

Te vakuole so kroglaste oblike in njihova velikost se precej razlikuje, saj je dokaj dinamična celična struktura.

Odkritje in zgodovinska perspektiva

Lizosome je pred več kot 50 leti odkril raziskovalec Christian de Duve. De Duvejeva ekipa je izvajala poskuse, ki so vključevali tehniko podcelične frakcioniranja, da bi raziskali lokacijo nekaterih encimov.

Ta eksperimentalni protokol je omogočil odkritje organelov, saj so raziskovalci opazili, da se sproščanje hidroliznih encimov poveča, saj so dodali spojine, ki poslabšajo membrane.

Nato je izboljšanje tehnik molekularne biologije in obstoj boljše opreme - na primer elektronskih mikroskopov - uspelo potrditi njeno prisotnost. Pravzaprav bi lahko sklepali, da lizosomi zavzemajo 5% znotrajceličnega volumna.

Nekaj ​​časa po odkritju so v njegovi notranjosti dokazali prisotnost hidroliznih encimov, ki so lizosom spremenili v nekakšen razkrojni center. Poleg tega so bili lizosomi povezani z življenjem endocitov.

V preteklosti so lizosomi veljali za končno točko endocitoze, ki se uporablja le za razgradnjo molekul. Danes so znani lizosomi kot dinamični celični oddelki, ki se lahko zlijejo z različnimi dodatnimi organeli.

značilnosti

Črpanje protona skozi lizosomsko membrano. Vir: Alejandro Porto

Morfologija lizosomov

Lizosomi so edinstveni oddelki živalskih celic, ki hranijo različne encime, ki lahko hidrolizirajo beljakovine in prebavijo določene molekule.

So goste, sferične vakuole. Velikost konstrukcije je zelo raznolika in je odvisna od materiala, ki je bil prej zajet.

Lizosomi so skupaj z endoplazemskim retikulumom in Golgijevim aparatom del endomembranskega sistema celice. Čeprav so te tri strukture mreže membran, med seboj niso nepretrgane.

Lizosomi vsebujejo več encimov

Glavna značilnost lizosomov je baterija hidroliznih encimov znotraj njih. Obstaja približno 50 encimov, ki lahko razgradijo širok spekter biomolekul.

Sem spadajo nukleaze, proteaze in fosfataze (ki odstranjujejo fosfatne skupine iz fosfolipidnih mononukleotidov in druge spojine). Poleg tega vsebujejo še druge encime, ki so odgovorni za razgradnjo polisaharidov in lipidov.

Logično je, da morajo biti ti prebavni encimi prostorsko ločeni od preostalih celičnih komponent, da se prepreči njihova nenadzorovana razgradnja. Tako lahko celica "izbere" spojine, ki jih je treba izločiti, saj lahko uravnava elemente, ki vstopajo v lizosom.

Okolje lizosomov je kislo

Notranjost lizosomov je kisla (blizu 4,8), encimi, ki jih vsebuje, pa pri tem pH delujejo dobro. Zato jih poznamo kot kisle hidrolaze.

Karakteristični pH kisline v tem celičnem oddelku se vzdržuje zaradi prisotnosti protonske črpalke in kloridnega kanala v membrani. Skupaj prevažajo klorovodikovo kislino (HCl) v lizosom. Črpalka se nahaja zasidrana v membrani organele.

Funkcija tega kislega pH je aktiviranje različnih hidroliznih encimov, ki so prisotni v lizosomu, in preprečevanje - kolikor je mogoče - njihove encimske aktivnosti pri nevtralnem pH citosola.

Na ta način že imamo dve oviri, ki delujeta kot zaščita pred nenadzorovano hidrolizo: zadrževanje encimov v izoliranem predelu in da ti encimi dobro delujejo pri kislem pH tega oddelka.

Tudi če bi se razpadla lizosomska membrana, sproščanje encimov ne bi imelo velikega učinka - zaradi nevtralnega pH citosola.

Lastnosti

V notranji sestavi lizosoma prevladujejo hidrolizni encimi, zato so pomembno območje celičnega metabolizma, kjer poteka prebava zunajceličnih beljakovin, ki v celico vstopijo z endocitozo, recikliranjem organelov in citosolnih beljakovin.

Spodaj bomo poglobljeno raziskali najpomembnejše funkcije lizosomov: razgradnjo molekul z avtofagijo in degradacijo s fagocitozo.

Avtofagija

Kaj je avtofagija?

Eden od mehanizmov, ki zajame celične beljakovine, se imenuje avtofagija, ki jo jedo same. Ta dogodek pomaga ohraniti homeostazo celic, razgradi celične strukture, ki niso več potrebne in prispeva k recikliranju organelov.

Skozi ta pojav pride do tvorbe veziklov, imenovanih avtofagosomi. To so majhna področja citoplazme ali drugi celični oddelki, ki prihajajo iz endoplazmatskega retikuluma, ki se zlivajo z lizosomi.

Obe organeli se lahko stapljata, saj ju ločuje plazemska membrana lipidne narave. To je podobno, kot če poskušate združiti dva milna mehurčka skupaj - naredite večjega.

Po fuziji je encimska vsebnost lizosoma odgovorna za razgradnjo komponent, ki so bile znotraj drugih tvorjenih veziklov. Zajem teh molekul se zdi postopek, ki nima selektivnosti, kar povzroča razgradnjo beljakovin, ki se nahajajo v dolgo živečem citosolu.

Avtofagija in obdobja posta

V celici se zdi, da je dogodek avtofagije urejen s količino razpoložljivih hranil.

Ko telo občuti pomanjkanje hranil ali doživi daljša obdobja posta, se aktivirajo poti razgradnje. Na ta način celici uspe razgraditi beljakovine, ki niso bistvene, in doseže ponovno uporabo nekaterih organelov.

Vedo, da imajo lizosomi pomembno vlogo v obdobjih posta, je povečalo zanimanje raziskovalcev za to organelo.

Avtofagija in razvoj organizmov

Poleg aktivne udeležbe v obdobjih nizke prehranske vsebnosti imajo lizosomi pomembno vlogo med razvojem nekaterih rodov organskih bitij.

V nekaterih primerih razvoj vključuje popolno preoblikovanje telesa, kar pomeni, da je treba med postopkom odpraviti nekatere organe ali strukture. Pri metamorfozi žuželk na primer hidrolizna vsebnost lizosomov prispeva k preoblikovanju tkiv.

Endocitoza in fagocitoza

Endocitoza in fagocitoza imata vlogo pri prevzemu elementov zunaj celic in njihovi poznejši razgradnji.

Med fagocitozo so nekatere celice - na primer makrofagi - odgovorne za zaužitje ali razgradnjo velikih delcev, na primer bakterij ali celičnih naplavin.

Te molekule zaužijemo s fagocitno vakuolo, imenovano fagosom, ki se bo, tako kot v prejšnjem primeru, zlila z lizosomi. Zlivanje povzroči sproščanje prebavnih encimov znotraj fagosoma in delci se razgradijo.

Vrste lizosomov

Nekateri avtorji ločijo ta predel na dva glavna tipa: tip I in tip II. Tisti tipa I ali primarni lizosomi sodelujejo pri skladiščenju hidroliznih encimov, sekundarni lizosomi pa so povezani s procesi katalizacije.

Tvorba lizosomov

Tvorba lizosomov se začne s prevzemom molekul od zunaj prek endocitnih veziklov. Slednje se zlijejo z drugimi strukturami, imenovanimi zgodnji endosomi.

Kasneje zgodnji endosomi opravijo postopek zorenja, kar povzroči pozne endosome.

V procesu tvorbe se pojavi tretja komponenta: transportni vezikli. Vsebujejo kisle hidrolaze iz prenosne mreže Golgijevega aparata. Obe strukturi - transportni vezikli in pozni endosomi - se zlivajo in postanejo lizosom, potem ko pridobijo niz lizosomalnih encimov.

Med postopkom pride do recikliranja membranskih receptorjev s pomočjo recikliranja endosomov.

Kisle hidrolaze se med postopkom fuzije organelov, ki povzročajo lizosome, ločijo od fosfatnega receptorja manozo-6. Ti receptorji znova vstopijo v Golgijevo trans mrežo.

Razlike med endosomi in lizosomi

Zmeda med pojmoma endosomi in lizosomi je pogosta. Prvi so membransko zaprti celični oddelki - kot lizosomi. Ključna razlika med obema organelama je, da lizosomi nimajo manozo-6-fosfatnih receptorjev.

Poleg teh dveh bioloških entitet obstajajo še druge vrste veziklov. Ena izmed njih so vakuole, katerih vsebina je predvsem voda.

Transportni vezikli, kot pove že njihovo ime, sodelujejo pri prenosu snovi na druge lokacije v celici. Sekretorne vezikule odstranjujejo odpadne snovi ali kemikalije (na primer tiste, ki sodelujejo v sinapsi nevronov.)

Pridružene bolezni

Pri ljudeh so mutacije v genih, ki kodirajo encime za lizosome, povezane z več kot 30 prirojenimi boleznimi. Te patologije zajema izraz "bolezni lizosomskih shranjevalcev."

Presenetljivo je, da veliko od teh stanj izhaja iz poškodbe enega samega lizosomalnega encima.

Pri prizadetih posameznikih je posledica nefunkcionalnega encima znotraj lizosomov kopičenje odpadnih produktov.

Najpogostejša sprememba lizosomskega odlaganja je znana kot Gaucherjeva bolezen, povezana pa je z mutacijo v genu, ki kodira encim, odgovoren za glikolipide. Kot radovedno dejstvo je bolezen med judovsko populacijo prikazala precej visoko frekvenco, ki prizadene 1 na vsakih 2500 posameznikov.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE in Hausman, RE (2000). Celica: molekularni pristop. ASM pritisnite.
2. Holtzman, E. (2013). Lizosomi. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Razvijajoče se razumevanje nastanka COPI veziklov. Narava pregledi Molekularna celična biologija, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologija in celična biologija: uvod v patologijo E-knjiga. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Biogeneza lizosomov in organelov, povezanih z lizozom. Perspektive hladnega pomladnega pristana v biologiji, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR in Bright, NA (2007). Lizosomi: fuzija in delovanje. Narava pregledi Molekularna celična biologija, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Lizija-endosomska fuzija in biogeneza lizosoma. J Cell Sci, 113 (9), 1515–1524.