LIZOSOMI: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, FUNKCIJE I VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Su lizosome su organele stanične membrane koje se nalaze u životinjskim stanicama. Oni su odjeljci koji imaju kiseli pH i bogati su probavnim enzimima, sposobni razgraditi bilo koju vrstu biološke molekule: proteine, ugljikohidrate i nukleinske kiseline.

Pored toga, oni mogu degradirati materijal izvan stanice. Zbog toga lizosomi imaju višestruke funkcije u staničnom metabolizmu i zahvaljujući svom sastavu bogatom hidroliznim enzimima često ih nazivaju "želudac" stanice.

Lizosomi nastaju fuzijom vezikula koji izlaze iz Golgijevog aparata. Stanica prepoznaje određene sekvence koje djeluju kao "oznake" na hidroliznim enzimima i šalje ih lizosomima koji se formiraju.

Ove vakuole su sfernog oblika i njihova veličina znatno varira, čineći prilično dinamičnu staničnu strukturu.

Otkriće i povijesna perspektiva

Lizosome je otkrio prije više od 50 godina istraživač Christian de Duve. De Duveov tim provodio je eksperimente u tehnici subcelularne frakcije, kako bi ispitao mjesto pojedinih enzima.

Ovaj eksperimentalni protokol omogućio je otkrivanje organela, budući da su istraživači primijetili da se oslobađanje hidroliznih enzima povećava jer su dodavali spojeve koji su propadali membrane.

Kasnije je poboljšanje tehnike molekularne biologije i postojanje bolje opreme - poput elektronskih mikroskopa, uspjelo potvrditi svojom prisutnošću. U stvari, moglo bi se zaključiti da lizosomi zauzimaju 5% unutarćelijskog volumena.

Neko vrijeme nakon njegovog otkrića, u unutrašnjosti je dokazano prisustvo hidroliznih enzima, pretvarajući lizosom u svojevrsno središte razgradnje. Nadalje, lizosomi su bili povezani s životom endocita.

Povijesno gledano, lizosomi su se smatrali krajnjom točkom endocitoze, koja se koristi samo za razgradnju molekula. Danas su poznati da su lizosomi dinamični stanični odjeljci, sposobni spojiti se s nizom dodatnih organela.

karakteristike

Ispiranje protonom kroz membranu lizosoma. Izvor: Alejandro Porto

Morfologija lizosoma

Lizosomi su jedinstveni odjeljci životinjskih stanica u kojima se nalaze raznoliki enzimi koji su sposobni hidrolizirati proteine ​​i probaviti određene molekule.

Oni su guste, sferne vakuole. Veličina građevine vrlo je raznolika, a ovisi o materijalu koji je prethodno uhvaćen.

Lizosomi, zajedno s endoplazmatskim retikulumom i Golgijevim aparatom, dio su endomembranskog sustava stanice. Iako su ove tri strukture mreže membrana, one nisu jedna s drugom.

Lizosomi sadrže više enzima

Glavna karakteristika lizosoma je baterija hidroliznih enzima unutar njih. Postoji oko 50 enzima koji su sposobni razgraditi širok spektar biomolekula.

Tu spadaju nukleaze, proteaze i fosfataze (koje uklanjaju fosfatne skupine iz fosfolipidnih mononukleotida i drugih spojeva). Uz to, sadrže i druge enzime odgovorne za razgradnju polisaharida i lipida.

Logično je da ovi probavni enzimi moraju biti prostorno odvojeni od ostalih staničnih sastojaka kako bi se izbjegla njihova nekontrolirana razgradnja. Dakle, stanica može "odabrati" spojeve koji se moraju eliminirati, jer mogu regulirati elemente koji ulaze u lizosom.

Okoliš lizosoma je kiseo

Unutrašnjost lizosoma je kisela (blizu 4,8), a enzimi koje sadrži dobro djeluju pri ovom pH stanju. Stoga su poznate i kao kisele hidrolaze.

Karakteristični pH kiseline ovog staničnog odjeljka održava se zahvaljujući prisutnosti protonske pumpe i kloridnog kanala u membrani. Zajedno, oni prenose klorovodičnu kiselinu (HCl) u lizosom. Crpka je smještena usidrena u membrani organele.

Funkcija ovog kiselog pH je aktiviranje različitih hidroliznih enzima koji su prisutni u lizosomu i izbjegavanje - koliko je to moguće - njihove enzimske aktivnosti na neutralnom pH citosola.

Na taj način već imamo dvije prepreke koje djeluju kao zaštita od nekontrolirane hidrolize: držanje enzima u izoliranom odjeljku i da ti enzimi dobro djeluju na kiselom pH u ovom odjeljku.

Čak i ako se propadne membrana lizosoma, oslobađanje enzima ne bi imalo puno učinka - zbog neutralnog pH citosola.

Značajke

U unutarnjem sastavu lizosoma dominiraju hidrolizni enzimi, zbog čega su važno područje staničnog metabolizma gdje se vrši digestija izvanstaničnih proteina koji u stanicu ulaze endocitozom, recikliranjem organela i citosolnih proteina.

U nastavku ćemo dublje istražiti najistaknutije funkcije lizosoma: razgradnju molekula autofagijom i razgradnju fagocitozom.

autophagy

Što je autofagija?

Jedan mehanizam koji bilježi stanične proteine ​​naziva se autofagija „samo-jedenje“. Ovaj događaj pomaže u održavanju stanične homeostaze, degradirajući stanične strukture koje više nisu potrebne i pridonosi recikliranju organela.

Kroz ovaj fenomen dolazi do stvaranja vezikula nazvanih autofagosomi. To su mala područja citoplazme ili drugi stanični odjeljci, koji dolaze iz endoplazmatskog retikuluma, koji se spajaju s lizosomima.

Oba organela imaju sposobnost spajanja, budući da su ograničena plazma membranom lipidnog karaktera. Analogno je pokušaju uspostave dva mjehurića sapuna - napravite veći.

Nakon fuzije, enzimski sadržaj lizosoma odgovoran je za razgradnju komponenata koje su se nalazile unutar drugih formiranih vezikula. Čini se da je hvatanje ovih molekula proces kojem nedostaje selektivnost, uzrokujući razgradnju proteina smještenih u dugovječnom citosolu.

Autofagija i razdoblja posta

U stanici se čini da se događaj autofagije regulira količinom dostupnih hranjivih sastojaka.

Kada tijelo ima nedostatak hranjivih sastojaka ili doživi produljena razdoblja posta, aktiviraju se razgradni putevi. Na taj način stanica uspijeva razgraditi proteine ​​koji nisu bitni te postiže ponovnu uporabu određenih organela.

Znanje da lizosomi igraju važnu ulogu u postima povećalo je interes istraživača za ovu organelu.

Autofagija i razvoj organizama

Uz aktivno sudjelovanje u razdobljima s niskim nutritivnim sadržajem, lizosomi igraju važnu ulogu tijekom razvoja određenih loza organskih bića.

U nekim slučajevima razvoj uključuje ukupno preuređivanje tijela, što podrazumijeva da se određeni organi ili strukture moraju eliminirati tijekom procesa. Na primjer, u metamorfozi insekata, hidrolatni sadržaj lizosoma doprinosi preuređivanju tkiva.

Endokitoza i fagocitoza

Endokitoza i fagocitoza imaju ulogu u prihvaćanju vanjskih elemenata i njihovoj daljnjoj razgradnji.

Tijekom fagocitoze, određene stanice - poput makrofaga - odgovorne su za gutanje ili razgradnju čestica značajne veličine, poput bakterija ili staničnih krhotina.

Te se molekule guta fagocitnom vakuolom, koja se naziva fagosom, koja će se, kao u prethodnom slučaju, stopiti s lizosomima. Fuzija rezultira oslobađanjem probavnih enzima u fagosomu, a čestice se razgrađuju.

Vrste lizosoma

Neki autori razlikuju ovaj odjeljak u dvije glavne vrste: tip I i ​​tip II. Oni tipa I ili primarni lizosomi uključeni su u skladištenje hidroliznih enzima, dok su sekundarni lizosomi povezani s procesima katalize.

Tvorba lizosoma

Formiranje lizosoma započinje unosom molekula izvana putem endocitnih vezikula. Potonji se stapaju s drugim strukturama koje se nazivaju rani endosomi.

Kasnije, rani endosomi prolaze proces sazrijevanja, što dovodi do kasnih endosoma.

U procesu formiranja pojavljuje se treća komponenta: transportne vezikule. Oni sadrže kisele hidrolaze iz prijenosne mreže Golgijevog aparata. Obje strukture - transportni vezikuli i kasni endosomi - spajaju se i postaju lizosomi, nakon što su stekli skup lizosomalnih enzima.

Tijekom postupka dolazi do recikliranja membranskih receptora pomoću recikliranja endosoma.

Kisele hidrolaze odvajaju se od fosfatnog receptora mannose-6 tijekom procesa fuzije organela koji stvaraju lizosome. Ti receptori ponovo ulaze u Golgijevu mrežu.

Razlike između endosoma i lizosoma

Konfuzija između termina endosoma i lizosoma je česta. Prve su stanice stavljene u membranu, poput lizosoma. Međutim, ključna razlika između dva organela je da lizosomi nemaju manose-6-fosfatne receptore.

Pored ove dvije biološke cjeline, postoje i druge vrste vezikula. Jedan od njih su vakuole, čiji je sadržaj uglavnom voda.

Transportni vezikuli, kao što im ime govori, sudjeluju u premještanju tvari na druga mjesta u stanici. Sekretorne vezikule sa svoje strane uklanjaju otpadne materije ili kemikalije (poput onih koji sudjeluju u sinapsi neurona.)

Pridružene bolesti

Kod ljudi su mutacije u genima koji kodiraju enzime lizosome povezane s više od 30 urođenih bolesti. Ove patologije obuhvaćene su pojmom "bolesti lizosomalnog skladištenja".

Iznenađujuće je da mnoga od ovih stanja proizlaze iz oštećenja jednog lizosomskog enzima.

U pogođenih pojedinaca, posljedica nefunkcionalnog enzima unutar lizosoma je nakupljanje otpadnih produkata.

Najčešća promjena liposomske taloženja poznata je kao Gaucherova bolest, a povezana je s mutacijom u genu koji kodira enzim odgovoran za glikolipide. Kao zanimljiva činjenica, bolest pokazuje prilično visoku učestalost među židovskim stanovništvom, a pogađa 1 od svakih 2500 pojedinaca.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE i Hausman, RE (2000). Stanica: molekularni pristup. ASM pritisnite.
2. Holtzman, E. (2013). Lizosomi. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Razvijanje razumijevanja formiranja COPI vezikula. Priroda pregledi Molekularna stanična biologija, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologija i stanična biologija: uvod u patologiju E-knjiga. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Biogeneza lizosoma i organela povezanih s lizosomima. Perspektive Cold Spring Harbor iz biologije, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR i Bright, NA (2007). Lizosomi: fuzija i funkcija. Priroda pregledi Molekularna stanična biologija, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Fuzija lizosoma-endosoma i biogeneza lizosoma. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.