LYSOSOMER: KARAKTERISTIKA, STRUKTUR, FUNKTIONER OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De lysosomer er organeller cellemembraner der er placeret inden dyreceller. Det er rum, der har en sur pH-værdi og er rige på fordøjelsesenzymer, der er i stand til at nedbryde enhver form for biologisk molekyle: proteiner, kulhydrater og nukleinsyrer.

Derudover kan de nedbryde materiale uden for cellen. Af denne grund har lysosomer flere funktioner i cellulær metabolisme, og takket være deres sammensætning rig på hydrolytiske enzymer kaldes de ofte cellens "mave".

Lysosomer dannes ved fusion af vesikler, der kommer ud af Golgi-apparatet. Cellen genkender visse sekvenser, der fungerer som "tags" på hydrolytiske enzymer og sender dem til de dannende lysosomer.

Disse vakuoler har sfærisk form, og deres størrelse varierer betydeligt, idet de er en ret dynamisk cellestruktur.

Opdagelse og historisk perspektiv

Lysosomer blev opdaget for mere end 50 år siden af ​​forsker Christian de Duve. De Duves team udførte eksperimenter, der involverede subcellulær fraktioneringsteknik, for at undersøge placeringen af ​​visse enzymer.

Denne eksperimentelle protokol tillader opdagelse af organellerne, da forskerne bemærkede, at frigivelsen af ​​hydrolytiske enzymer steg, når de tilføjede forbindelser, der forværrede membranerne.

Derefter formåede forbedringen af ​​molekylærbiologiteknikker og eksistensen af ​​bedre udstyr - såsom elektronmikroskop, at bekræfte dens tilstedeværelse. Faktisk kunne det konkluderes, at lysosomer optager 5% af det intracellulære volumen.

Nogen tid efter dens opdagelse blev det påvist, at der var hydrolytiske enzymer inde i det, hvilket gjorde lysosomet til et slags nedbrydningscenter. Endvidere var lysosomer forbundet med endocytisk levetid.

Historisk set blev lysosomer betragtet som slutpunktet for endocytose, der kun blev brugt til nedbrydning af molekyler. I dag vides lysosomer at være dynamiske cellerum, der er i stand til at smelte sammen med forskellige forskellige organeller.

egenskaber

Proton pumpe gennem lysosommembranen. Kilde: Alejandro Porto

Morfologi af lysosomer

Lysosomer er unikke rum af dyreceller, der huser en række forskellige enzymer, der er i stand til at hydrolysere proteiner og fordøje visse molekyler.

De er tætte, sfæriske vakuoler. Størrelsen på strukturen er vidt varieret og afhænger af det materiale, der tidligere er blevet fanget.

Lysosomer udgør sammen med det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet en del af cellens endomembrane system. Selvom disse tre strukturer er netværk af membraner, er de ikke kontinuerlige med hinanden.

Lysosomer indeholder flere enzymer

Det vigtigste kendetegn ved lysosomer er batteriet af hydrolytiske enzymer inde i dem. Der er omkring 50 enzymer, der er i stand til at nedbryde en bred vifte af biomolekyler.

Disse inkluderer nukleaser, proteaser og phosphataser (som fjerner phosphatgrupper fra phospholipid-mononukleotider og andre forbindelser). Derudover indeholder de andre enzymer, der er ansvarlige for nedbrydning af polysaccharider og lipider.

Logisk set skal disse fordøjelsesenzymer være rumligt adskilt fra resten af ​​de cellulære komponenter for at undgå deres ukontrollerede nedbrydning. Cellen kan således "vælge" de forbindelser, der skal elimineres, da den kan regulere elementerne, der kommer ind i lysosomet.

Lysosomernes miljø er surt

Det indre af lysosomer er sure (tæt på 4,8), og enzymerne, det indeholder, fungerer godt ved denne pH-tilstand. Derfor er de kendt som syrehydrolaser.

Det karakteristiske syre-pH i dette celle rum bibeholdes takket være tilstedeværelsen af ​​en protonpumpe og en chloridkanal i membranen. Sammen transporterer de saltsyre (HCI) ind i lysosomet. Pumpen er placeret forankret i membranen på organellen.

Funktionen af ​​denne sure pH er at aktivere de forskellige hydrolytiske enzymer, der er til stede i lysosomet, og så vidt muligt at undgå deres enzymatiske aktivitet ved den neutrale pH i cytosolen.

På denne måde har vi allerede to barrierer, der fungerer som beskyttelse mod ukontrolleret hydrolyse: at holde enzymerne i et isoleret rum, og at disse enzymer fungerer godt ved den sure pH i dette rum.

Selv hvis lysosommembranen blev sprængt, ville frigivelsen af ​​enzymerne ikke have meget effekt - på grund af den neutrale pH-værdi i cytosolen.

Funktioner

Den indre sammensætning af et lysosom domineres af hydrolytiske enzymer, hvorfor de er et vigtigt område i cellulær metabolisme, hvor fordøjelsen af ​​ekstracellulære proteiner, der kommer ind i cellen ved endocytose, genanvendelse af organeller og cytosoliske proteiner finder sted.

Nedenfor undersøger vi i dybden lysosomernes mest fremtrædende funktioner: nedbrydning af molekyler ved autofagi og nedbrydning ved fagocytose.

autophagy

Hvad er autofagi?

En mekanisme, der fanger cellulære proteiner kaldes "selvspisende" autofagi. Denne begivenhed hjælper med at bevare cellehomeostase, nedbrydende cellestrukturer, som ikke længere er nødvendige, og bidrager til genanvendelse af organeller.

Gennem dette fænomen forekommer dannelse af vesikler kaldet autophagosomes. Dette er små regioner af cytoplasmaet eller andre cellulære rum, der kommer fra det endoplasmatiske retikulum, der smelter sammen med lysosomerne.

Begge organeller har evnen til at smelte sammen, da de er afgrænset af en plasmamembran af lipid karakter. Det er analogt med at forsøge at matche to sæbebobler sammen - du laver en større.

Efter fusionen er det enzymatiske indhold af lysosomet ansvarlig for nedbrydning af komponenterne, der var inde i den anden dannede vesikel. Indfangning af disse molekyler ser ud til at være en proces, der mangler selektivitet, hvilket forårsager nedbrydning af proteiner placeret i den langvarige cytosol.

Autofagi og fasteperioder

I cellen ser autofagi-hændelsen ud til at være reguleret af mængden af ​​tilgængelige næringsstoffer.

Når kroppen oplever en mangel på næringsstoffer eller oplever langvarige fasteperioder, aktiveres nedbrydningsvejen. På denne måde formår cellen at nedbryde proteiner, der ikke er essentielle og opnår genanvendelse af visse organeller.

At vide, at lysosomer spiller en vigtig rolle i fasteperioder, har forskernes interesse for denne organelle øget.

Autofagi og udviklingen af ​​organismer

Foruden deres aktive deltagelse i perioder med lavt ernæringsindhold spiller lysosomer en vigtig rolle under udviklingen af ​​visse afstamninger af organiske væsener.

I nogle tilfælde involverer udvikling den totale ombygning af kroppen, hvilket indebærer, at visse organer eller strukturer skal fjernes under processen. Ved metamorfose af insekter, for eksempel, bidrager det hydrolytiske indhold af lysosomer til ombygning af væv.

Endocytose og fagocytose

Endocytose og fagocytose spiller en rolle i optagelsen af ​​elementer ydre til cellerne og deres efterfølgende nedbrydning.

Under fagocytose er visse celler - såsom makrofager - ansvarlige for indtagelse eller nedbrydning af partikler af betydelig størrelse, såsom bakterier eller celledræt.

Disse molekyler indtages af en fagocyt vakuol, kaldet et fagosom, som som i det foregående tilfælde vil smelte sammen med lysosomerne. Fusion resulterer i frigivelse af fordøjelsesenzymer i fagosomet, og partiklerne nedbrydes.

Typer af lysosomer

Nogle forfattere skelner dette rum i to hovedtyper: type I og type II. De af type I eller primære lysosomer er involveret i opbevaring af hydrolytiske enzymer, medens sekundære lysosomer er relateret til katalyseprocesser.

Dannelse af lysosomer

Dannelsen af ​​lysosomer begynder med optagelsen af ​​molekyler udefra gennem endocytiske vesikler. Sidstnævnte smelter sammen med andre strukturer kaldet tidlige endosomer.

Senere gennemgår de tidlige endosomer en modningsproces, hvilket giver anledning til sene endosomer.

En tredje komponent vises i dannelsesprocessen: transportvesikler. Disse indeholder sure hydrolaser fra trans-netværket i Golgi-apparatet. Begge strukturer - transport af vesikler og sene endosomer - smelter sammen og bliver et lysosom efter at have erhvervet et sæt lysosomale enzymer.

Under processen forekommer genanvendelse af membranreceptorer ved hjælp af genanvendelse af endosomer.

Syrehydrolaser separeres fra mannose-6-phosphatreceptoren under fusionsprocessen for de organeller, der giver anledning til lysosomer. Disse receptorer kommer ind i Golgi trans-netværket igen.

Forskelle mellem endosomer og lysosomer

Forvirring mellem udtrykkene endosomer og lysosom er almindelig. Førstnævnte er membranindkapslede cellerum - som lysosomer. Den afgørende sondring mellem de to organeller er imidlertid, at lysosomerne mangler mannose-6-phosphatreceptorer.

Ud over disse to biologiske enheder er der andre typer vesikler. En af dem er vakuoler, hvis indhold hovedsageligt er vand.

Transportvesikler deltager som navnet antyder i bevægelsen af ​​stoffer til andre steder i cellen. Sekretoriske vesikler fjerner på sin side affaldsmateriale eller kemikalier (såsom dem, der er involveret i synapse af neuroner.)

Tilknyttede sygdomme

Hos mennesker er mutationer i generne, der koder for lysosomenzymer, forbundet med mere end 30 medfødte sygdomme. Disse patologier er omfattet af udtrykket "lysosomale opbevaringssygdomme."

Overraskende mange af disse tilstande stammer fra skade på et enkelt lysosomalt enzym.

Hos berørte personer er konsekvensen af ​​at have et ikke-funktionelt enzym inde i lysosomerne akkumulering af affaldsprodukter.

Den mest almindelige lysosomale afsætningsændring er kendt som Gauchers sygdom, og den er forbundet med en mutation i genet, der koder for det enzym, der er ansvarligt for glycolipider. Som en mærkelig kendsgerning viser sygdommen en ret høj frekvens blandt den jødiske befolkning, der påvirker 1 ud af hver 2.500 individer.

Referencer

1. Cooper, GM, Hausman, RE & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylær tilgang. ASM-presse.
2. Holtzman, E. (2013). Lysosomer. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Den udviklende forståelse af dannelse af COPI-vesikel. Naturen gennemgår molekylær cellebiologi, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologi og cellebiologi: en introduktion til patologi E-bog. Elsevier Sundhedsvidenskab.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Biogenese af lysosomer og lysosomrelaterede organeller. Cold Spring Harbour-perspektiver i biologi, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lysosomer: fusion og funktion. Naturen gennemgår molekylær cellebiologi, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Lysosom-endosom-fusion og lysosom-biogenese. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.