Lysosomer: egenskaper, struktur, funksjoner og typer

Lysosomer er cellulære organeller omgitt av membraner som ligger i dyreceller. De er rom som viser en sur pH og er rike på fordøyelsesenzymer, som er i stand til å nedbryte noen form for biologisk molekyl: proteiner, karbohydrater og nukleinsyrer.

I tillegg kan de nedbryte materiale fra utsiden av cellen. Derfor har lysosomer flere funksjoner i cellemetabolisme, og takket være sammensetningen rik på hydrolytiske enzymer, kalles ofte "magen" av cellen.

Lysosomer dannes ved sammensmelting av vesikler som kommer fra Golgi-apparatet. Cellen gjenkjenner visse sekvenser som fungerer som "merker" på hydrolytiske enzymer og sender dem til lysosomene i formasjonen.

Disse vakuolene er sfæriske i form og deres størrelse varierer betydelig, idet de er en cellulær struktur ganske dynamisk.

Oppdagelse og historisk perspektiv

Lysosomer ble oppdaget for over 50 år siden av forsker Christian de Duve. De Duves lag utførte eksperimenter som involverte subcellulær fraksjoneringsteknikk, for å undersøke plasseringen av visse enzymer.

Denne eksperimentelle protokollen tillot oppdagelsen av organeller, siden forskerne la merke til at frigjørelsen av hydrolytiske enzymer økte da de tilsatte forbindelser som ødelagde membranene.

Deretter klarte forbedringen av teknikker innen molekylærbiologi og eksistensen av bedre utstyr, som for eksempel elektroniske mikroskoper, å bekrefte deres tilstedeværelse. Faktisk kan det konkluderes med at lysosomer okkuperer 5% av det intracellulære volumet.

Tid etter dens oppdagelse var det mulig å demonstrere tilstedeværelsen av hydrolytiske enzymer inne, forvandle lysosomet til et slags nedbrytingssenter. I tillegg var lysosomer relatert til endocytisk liv.

Historisk ble lysosomer ansett som endepunktet for endocytose, som bare brukes for nedbrytning av molekyler. I dag er det kjent at lysosomer er dynamiske cellulære rom, i stand til å smelte med en rekke ekstra organeller.

funksjoner

Morfologi av lysosomer

Lysosomer er unike rom av dyreceller som har en rekke enzymer som kan hydrolyse proteiner og fordøye visse molekyler.

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

Lysosomene, sammen med endoplasmatisk retikulum og Golgi-apparatet, er en del av endomembransystemet i cellen. Selv om disse tre strukturer er membranenettverk, er de ikke sammenhengende med hverandre.

Lysosomer inneholder flere enzymer

Hovedkarakteristikken for lysosomer er batteriet av hydrolytiske enzymer inni. Det er omtrent 50 enzymer som er i stand til å nedbryte et bredt spekter av biomolekyler.

Blant disse er nukleaser, proteaser og fosfataser (som fjerner fosfatgrupper av mononukleotider, fosfolipider og andre forbindelser). I tillegg inneholder de andre enzymer som er ansvarlige for nedbrytningen av polysakkarider og lipider.

Logisk må disse fordøyelsesenzymer være romlig separert fra resten av de cellulære komponentene for å unngå ukontrollert nedbrytning av dem. Dermed kan cellen "velge" forbindelsene som må elimineres, siden det kan regulere elementene som kommer inn i lysosomet.

Miljøet av lysosomer er surt

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

Den sure pH-karakteristikken til dette cellekammeret 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 av denne sure pH er aktiveringen av de forskjellige hydrolytiske enzymer som er tilstede i lysosomet og for å unngå så mye som mulig sin enzymatiske aktivitet ved cytosolens nøytral pH.

På denne måten har vi allerede to barrierer som virker som beskyttelse mot ukontrollert hydrolyse: Hold enzymer i et isolert rom, og at disse enzymene fungerer godt ved den sure pH i dette rommet.

Selv om lysosommembranen bryter ned, ville frigjøringen av enzymer ikke ha stor effekt - på grunn av cytosols nøytral pH.

funksjoner

Den indre sammensetningen av et lysosom domineres av hydrolytiske enzymer, og derfor er de en viktig del av cellulær metabolisme hvor fordøyelsen av ekstracellulære proteiner som kommer inn i cellen utføres ved endocytose, resirkulering av organeller og cytosoliske proteiner.

Deretter skal vi undersøke de viktigste funksjonene til lysosomer i dybden: nedbrytning av molekyler ved autofagi og nedbrytning av fagocytose.

autofagi

Hva er autofagi?

En mekanisme som klarer å fange cellulære proteiner kalles autophagy "spise deg selv." Denne hendelsen bidrar til å opprettholde cellulær homeostase, nedbrytende cellulære strukturer som ikke lenger er nødvendige, og bidrar til gjenvinning av organeller.

Gjennom dette fenomenet oppstår dannelsen av vesikler som kalles autophagosomer. Disse er små områder av cytoplasmaen eller andre cellulære rom, fra endoplasmatisk retikulum som smelter sammen med lysosomene.

Begge organeller har evne til å smelte, siden de er avgrenset av en plasmamembran av lipid natur. Det er analog å prøve å bli med to såpebobler - du danner en større en.

Etter fusjonen er det enzymatiske innholdet i lysosomet ansvarlig for nedbrytning av komponentene som befant seg i den andre vesiklen som dannes. Fangst av disse molekylene ser ut til å være en prosess som mangler selektivitet, forårsaker nedbrytning av proteiner som ligger i den langsiktige cytosolen.

Autophagy og fasting perioder

I cellen synes forekomsten av autofag å reguleres av mengden tilgjengelige næringsstoffer.

Når organismen opplever noen næringsdefekt eller opplever lengre faste tidsperioder, blir nedbrytningspassene aktivert. På denne måten nedbryter cellen proteiner som ikke er essensielle og oppnår gjenbruk av visse organeller.

Å vite at lysosomer spiller en viktig rolle i faste tidsperioder, har økt interesse for forskere i organellen.

Autophagy og utvikling av organismer

I tillegg til deres aktive deltakelse i perioder med lavt næringsinnhold spiller lysosomer en viktig rolle i utviklingen av visse linjer av organiske vesener.

I noen tilfeller innebærer utviklingen total remodeling av organismen, noe som innebærer at visse organer eller strukturer må elimineres under prosessen. I metamorfose av insekter bidrar det hydrolytiske innholdet av lysosomer til omforming av vev.

Endocytose og fagocytose

Endocytose og fagocytose har en rolle i å ta elementer som er eksterne for cellene og deres etterfølgende nedbrytning.

Under fagocytose er enkelte celler - som makrofager - ansvarlige for inntak eller nedbrytning av partikler av betydelig størrelse, for eksempel bakterier eller celleavfall.

Disse molekylene inntas av en fagocytisk vakuol, kalt fagosom, som, som i det forrige tilfelle, vil smelte med lysosomer. Fusjonen gir opphav til frigjøring av fordøyelsesenzymer inne i fagosomet, og nedbrytningen av partiklene fortsetter.

Typer av lysosomer

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

Dannelse av lysosomer

Dannelsen av lysosomer begynner med opptak av molekyler fra utsiden av endocytiske vesikler. Sistnevnte er fusjonert med andre strukturer kalt tidlige endosomer.

Senere gjennomgår de tidlige endosomer en modningsprosess og gir opphav til sent endosomer.

En tredje komponent vises i formasjonsprosessen: transportblærene. Disse inneholder syrehydrolaser fra Golgi-apparatets transnett. Begge strukturer - transportblærene og de seneste endosomer - smelter sammen og omdannes til et lysosom etter å ha ervervet settet av lysosomale enzymer.

Under prosessen skjer resirkulering av membranreseptorer gjennom gjenvinning av endosomer.

Syrhydrolaser separeres fra mannose-6-fosfatreseptoren under smelteprosessen av organeller som gir opphav til lysosomene. Disse reseptorene kommer igjen til Golgi-transnettverket.

Forskjeller mellom endosomer og lysosomer

Forvirring er vanlig mellom betingelsene endosomer og lysosom. Den første er cellulære rom omgitt av membranlignende lysosomer. Imidlertid er det avgjørende skillet mellom de to organeller at lysosomer mangler mannose-6-fosfatreseptorer.

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

Transportblærene, som navnet antyder, deltar i forskyvning av stoffer til andre steder i cellen. Sekretoriske vesikler eliminerer derimot avfallsmaterialet eller kjemikaliene (som de som deltar i synaptene til nevronene.)

Tilknyttede sykdommer

Hos mennesker er mutasjoner i gener som koder for lysosom enzymer assosiert med mer enn 30 medfødte sykdommer. Disse patologiene er inkludert i begrepet "lysosomale innskuddssykdommer."

Overraskende oppstår mange av disse forholdene fra skade på et enkelt lysosomalt enzym.

I berørte individer er konsekvensen av å ha et ikke-funksjonelt enzym inne i lysosomer akkumulering av avfallsprodukter.

Den vanligste lysosomale innskuddsendringen er kjent som Gaucher-sykdom, og er forbundet med en mutasjon i genet som koder for enzymet som er ansvarlig for glykolipider. Som et nysgjerrig faktum viser sykdommen en ganske høy frekvens blant den jødiske befolkningen, rammet av 1 per 2500 individer.