LYSOSOMER: KJENNETEGN, STRUKTUR, FUNKSJONER OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De lysosomene er organcellemembraner som befinner seg innenfor dyreceller. De er rom som har en sur pH og er rike på fordøyelsesenzymer, som er i stand til å nedbryte enhver form for biologisk molekyl: proteiner, karbohydrater og nukleinsyrer.

I tillegg kan de nedbryte materiale fra utenfor cellen. Av denne grunn har lysosomer flere funksjoner i cellulær metabolisme, og takket være deres sammensetning som er rik på hydrolytiske enzymer, kalles de ofte cellens "mage".

Lysosomer dannes ved fusjon av vesikler som kommer ut av Golgi-apparatet. Cellen gjenkjenner visse sekvenser som fungerer som "tags" på hydrolytiske enzymer og sender dem til de dannende lysosomer.

Disse vakuolene har sfærisk form og størrelsen varierer betydelig, og er en ganske dynamisk cellestruktur.

Oppdagelse og historisk perspektiv

Lysosomer ble oppdaget for mer enn 50 år siden av forsker Christian de Duve. De Duves team gjennomførte eksperimenter som involverte den subcellulære fraksjonsteknikken for å undersøke plasseringen av visse enzymer.

Denne eksperimentelle protokollen tillot oppdagelsen av organellene, da forskerne la merke til at frigjøringen av hydrolytiske enzymer økte da de la til forbindelser som skadet membranene.

Deretter klarte forbedringen av molekylærbiologiteknikker og eksistensen av bedre utstyr - for eksempel elektronmikroskop - å bekrefte tilstedeværelsen. Faktisk kan det konkluderes at lysosomer opptar 5% av det intracellulære volumet.

Noe tid etter oppdagelsen ble det påvist tilstedeværelsen av hydrolytiske enzymer i det indre, og gjort lysosomet til et slags nedbrytningssenter. Videre ble lysosomer assosiert med endocytisk liv.

Historisk sett ble lysosomer betraktet som endepunktet for endocytose, bare brukt til nedbrytning av molekyler. I dag er lysosomer kjent for å være dynamiske cellerom, som kan smelte sammen med flere forskjellige organeller.

kjennetegn

Proton pumpe gjennom lysosommembranen. Kilde: Alejandro Porto

Morfologi av lysosomer

Lysosomer er unike rom av dyreceller som rommer en rekke enzymer som er i stand til å hydrolysere proteiner og fordøye visse molekyler.

De er tette, sfæriske vakuoler. Størrelsen på strukturen er vidt variert, og avhenger av materialet som tidligere har blitt fanget.

Lysosomer, sammen med den endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet, er en del av endomembransystemet til cellen. Selv om disse tre strukturene er nettverk av membraner, er de ikke kontinuerlige med hverandre.

Lysosomer inneholder flere enzymer

Det viktigste kjennetegn ved lysosomer er batteriet med hydrolytiske enzymer inni dem. Det er rundt 50 enzymer som er i stand til å nedbryte et bredt spekter av biomolekyler.

Disse inkluderer nukleaser, proteaser og fosfataser (som fjerner fosfatgrupper fra fosfolipidmononukleotider og andre forbindelser). I tillegg inneholder de andre enzymer som er ansvarlige for nedbrytningen av polysakkarider og lipider.

Logisk sett må disse fordøyelsesenzymer være romlig atskilt fra resten av cellulære komponenter for å unngå deres ukontrollerte nedbrytning. Dermed kan cellen "velge" forbindelsene som må elimineres, siden den kan regulere elementene som kommer inn i lysosomet.

Miljøet til lysosomer er sure

Det indre av lysosomer er sure (nær 4,8), og enzymene det inneholder fungerer godt ved denne pH-tilstanden. Derfor er de kjent som syrehydrolaser.

Den karakteristiske sure pH-verdien i dette cellerommet opprettholdes takket være tilstedeværelsen av en protonpumpe og en kloridkanal i membranen. Sammen transporterer de saltsyre (HCl) inn i lysosomet. Pumpen er plassert forankret i membranen til organellen.

Funksjonen til denne sure pH-verdien er å aktivere de forskjellige hydrolytiske enzymer som er tilstede i lysosomet og unngå så langt det er mulig deres enzymatiske aktivitet ved den nøytrale pH-verdien i cytosolen.

På denne måten har vi allerede to barrierer som fungerer som beskyttelse mot ukontrollert hydrolyse: å holde enzymene i et isolert rom, og at disse enzymene fungerer godt ved den sure pH-verdien i dette kammeret.

Selv om lysosommembranen ble brutt, ville frigjøringen av enzymene ikke ha stor effekt - på grunn av den nøytrale pH-verdien til cytosolen.

Egenskaper

Den indre sammensetningen av et lysosom domineres av hydrolytiske enzymer, og det er derfor de er et viktig område i cellulær metabolisme der fordøyelsen av ekstracellulære proteiner som kommer inn i cellen ved endocytose, resirkulering av organeller og cytosoliske proteiner finner sted.

Nedenfor vil vi utforske de mest fremtredende funksjonene til lysosomer: nedbrytning av molekyler ved autofagi og nedbrytning med fagocytose.

autophagy

Hva er autofagi?

En mekanisme som fanger opp cellulære proteiner kalles "selvspisende" autofagi. Denne hendelsen hjelper til med å opprettholde cellehomeostase, nedbrytende cellestrukturer som ikke lenger er nødvendig og bidrar til resirkulering av organeller.

Gjennom dette fenomenet oppstår dannelse av vesikler kalt autophagosomes. Dette er små regioner av cytoplasmaet eller andre cellulære rom, som kommer fra endoplasmatisk retikulum, som smelter sammen med lysosomene.

Begge organeller har muligheten til å smelte sammen, siden de er avgrenset av en plasmamembran av lipid karakter. Det er analogt med å prøve å matche to såpebobler sammen - du lager en større.

Etter fusjonen er det enzymatiske innholdet i lysosomet ansvarlig for å nedbryte komponentene som var inne i den andre dannede vesikelen. Fangst av disse molekylene ser ut til å være en prosess som mangler selektivitet, noe som forårsaker nedbrytning av proteiner som ligger i den langvarige cytosolen.

Autofagi og perioder med faste

I cellen ser autofagihendelsen ut til å være regulert av mengden tilgjengelige næringsstoffer.

Når kroppen opplever mangel på næringsstoffer eller opplever langvarige fasteperioder, aktiveres nedbrytningsveiene. På denne måten klarer cellen å bryte ned proteiner som ikke er essensielle og oppnå gjenbruk av visse organeller.

Når man vet at lysosomer spiller en viktig rolle i fasteperioder, har forskerne økt interesse for denne organellen.

Autofagi og utvikling av organismer

I tillegg til deres aktive deltakelse i perioder med lite næringsinnhold, spiller lysosomer en viktig rolle under utviklingen av visse avstamninger av organiske vesener.

I noen tilfeller innebærer utvikling totalrenovering av kroppen, noe som innebærer at visse organer eller strukturer må elimineres under prosessen. I metamorfose av insekter, for eksempel, bidrar det hydrolytiske innholdet i lysosomer til ombygging av vev.

Endocytose og fagocytose

Endocytose og fagocytose har en rolle i opptaket av elementer utenfor cellene og deres påfølgende nedbrytning.

Under fagocytose er visse celler - for eksempel makrofager - ansvarlige for inntak eller nedbrytning av store partikler, for eksempel bakterier eller cellevfall.

Disse molekylene blir inntatt av en fagocytisk vakuol, kalt et fagosom, som, som i forrige tilfelle, vil smelte sammen med lysosomene. Fusjon resulterer i frigjøring av fordøyelsesenzymer i fagosomet, og partiklene blir nedbrutt.

Typer lysosomer

Noen forfattere skiller dette rommet i to hovedtyper: type I og type II. De av type I eller primære lysosomer er involvert i lagring av hydrolytiske enzymer, mens sekundære lysosomer er relatert til katalyseprosesser.

Dannelse av lysosomer

Dannelsen av lysosomer begynner med opptak av molekyler utenfra gjennom endocytiske vesikler. Sistnevnte smelter sammen med andre strukturer som kalles tidlige endosomer.

Senere gjennomgår de tidlige endosomene en modningsprosess, noe som gir opphav til sene endosomer.

En tredje komponent vises i dannelsesprosessen: transportvesiklene. Disse inneholder syrehydrolasene fra trans-nettverket til Golgi-apparatet. Begge strukturer - transporter vesikler og sene endosomer - smelter sammen og blir et lysosom, etter å ha ervervet settet med lysosomale enzymer.

Under prosessen skjer resirkulering av membranreseptorer ved hjelp av resirkulering av endosomer.

Syrehydrolaser skilles fra mannose-6 fosfatreseptoren under fusjonsprosessen til organellene som gir opphav til lysosomer. Disse reseptorene kommer inn i Golgi trans-nettverket igjen.

Forskjeller mellom endosomer og lysosomer

Forveksling mellom begrepene endosomer og lysosom er vanlig. De førstnevnte er membraninnelukkede cellerom - som lysosomer. Imidlertid er det avgjørende skillet mellom de to organellene at lysosomene mangler mannose-6-fosfatreseptorer.

I tillegg til disse to biologiske enhetene, er det andre typer vesikler. En av dem er vakuoler, hvis innhold hovedsakelig er vann.

Transportvesikler deltar, som navnet tilsier, i bevegelsen av stoffer til andre steder i cellen. Sekretærvesikler fjerner på sin side avfallsmateriale eller kjemikalier (for eksempel de som er involvert i synapsen av nevroner.)

Tilknyttede sykdommer

Hos mennesker er mutasjoner i genene som koder for lysosomenzym assosiert med mer enn 30 medfødte sykdommer. Disse patologiene er omfattet av begrepet "lysosomale lagringssykdommer."

Overraskende mange av disse tilstandene oppstår ved skade på et enkelt lysosomalt enzym.

Hos berørte individer er konsekvensen av å ha et ikke-funksjonelt enzym inne i lysosomene akkumulering av avfallsstoffer.

Den vanligste lysosomale deponeringsendringen er kjent som Gauchers sykdom, og den er assosiert med en mutasjon i genet som koder for enzymet som er ansvarlig for glykolipider. Som et underlig faktum, viser sykdommen en ganske høy frekvens blant den jødiske befolkningen, og berører 1 av hver 2500 individer.

referanser

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilnærming. ASM press.
2. Holtzman, E. (2013). Lysosomer. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Den utviklende forståelsen av COPI vesikeldannelse. Nature vurderer molekylær cellebiologi, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologi og cellebiologi: en introduksjon til patologi E-bok. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Biogenesen av lysosomer og lysosomrelaterte organeller. Cold Spring Harbor-perspektiver i biologi, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lysosomer: fusjon og funksjon. Nature vurderer molekylær cellebiologi, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Lysosom-endosom-fusjon og lysosom-biogenese. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.