LIZOSZÓMÁK: JELLEMZŐK, SZERKEZET, FUNKCIÓK ÉS TÍPUSOK - BIOLÓGIA - 2026

A lizoszómák olyan szerves sejtmembránok, amelyek az állati sejtekben helyezkednek el. Olyan rekeszek, amelyek savas pH-jával rendelkeznek, gazdag emésztő enzimekben, képesek bármilyen biológiai molekula lebontására: fehérjék, szénhidrátok és nukleinsavak.

Ezenkívül lebontják az anyagot a sejt kívülről. Ezért a lizoszómáknak több funkciója van a sejtek metabolizmusában, és hidrolitikus enzimekben gazdag összetételüknek köszönhetően ezeket gyakran a sejt gyomrának nevezik.

A lizoszómák a vezikulumok fúziójával alakulnak ki, amelyek kilépnek a Golgi készülékből. A sejt felismer bizonyos szekvenciákat, amelyek "jelölésként" működnek a hidrolitikus enzimeken, és eljuttatja azokat a képződő lizoszómákhoz.

Ezek a vákuumok gömb alakúak és méretük jelentősen változik, meglehetősen dinamikus cellaszerkezetűek.

Felfedezés és történelmi perspektíva

A lizoszómákat több mint 50 évvel ezelőtt fedezte fel Christian de Duve kutató. A De Duve csapata kísérleteket végzett a szubcelluláris frakcionálás technikájával annak érdekében, hogy megvizsgálja bizonyos enzimek elhelyezkedését.

Ez a kísérleti protokoll lehetővé tette az organellák felfedezését, mivel a kutatók észrevették, hogy a hidrolitikus enzimek felszabadulása fokozódik, amikor olyan vegyületeket adnak hozzá, amelyek rontják a membránokat.

Ezt követően a molekuláris biológiai technikák fejlesztése és jobb eszközök - például elektronmikroszkópok - létezése sikerült megerősíteni a jelenlétét. Valójában arra lehet következtetni, hogy a lizoszómák az intracelluláris térfogat 5% -át foglalják el.

Nem sokkal a felfedezés után a belső részében hidrolitikus enzimek jelenlétére utaltak, a lizoszómát egyfajta degradációs centrummá alakítva. Ezenkívül a lizoszómák az endocitikus élettel társultak.

A lizoszómákat történelmileg az endocitózis végpontjának tekintették, csak a molekulák lebontására használták. Manapság a lizoszómákról ismert, hogy dinamikus sejtrekeszek, amelyek képesek számos további organellával megolvadni.

jellemzők

A proton pumpálódik a lizoszóma membránon. Forrás: Alejandro Porto

A lizoszómák morfológiája

A lizoszómák az állati sejtek egyedi részei, amelyekben számos olyan enzim található, amelyek képesek fehérjék hidrolízisére és bizonyos molekulák emésztésére.

Sűrű, gömb alakú vákuumok. A szerkezet nagysága változatos, és az a korábban rögzített anyagtól függ.

A lizoszómák, az endoplazmatikus retikulummal és a Golgi készülékkel együtt a sejt endomembrán rendszerének részét képezik. Bár ez a három struktúra membránhálózat, ezek nem folytonosak egymással.

A lizoszómák több enzimet tartalmaznak

A lizoszómák fő jellemzője a benne lévő hidrolitikus enzimek akkumulátora. Körülbelül 50 enzim létezik, amelyek képesek a biomolekulák széles skáláját lebontani.

Ide tartoznak a nukleázok, proteázok és foszfatázok (amelyek eltávolítják a foszfátcsoportokat a foszfolipid mononukleotidokból és más vegyületekből). Ezen kívül tartalmaznak más enzimeket is, amelyek felelősek a poliszacharidok és lipidek lebontásáért.

Logikus módon ezeket az emésztő enzimeket térben el kell választani a sejtek többi alkotóelemétől, hogy elkerüljék ellenőrizetlen lebomlásukat. Így a sejt "kiválaszthatja" azokat a vegyületeket, amelyeket el kell távolítani, mivel képes szabályozni a lizoszómába belépő elemeket.

A lizoszómák környezete savas

A lizoszómák belseje savas (közel 4,8-ig), és a benne levő enzimek ezen a pH-körül is jól működnek. Ezért savas hidrolázokként ismertek.

Ennek a sejteknek a jellemző pH-ját a protonpumpa és a kloridcsatorna jelenlétének köszönhetően fenntartják a membránban. Együtt sósavat (HCl) szállítanak a lizoszómába. A szivattyú rögzítve van a szerv membránjában.

Ennek a savas pH-nak az a funkciója, hogy aktiválja a lizoszómában lévõ különféle hidrolitikus enzimeket és - amennyire lehetséges - elkerülje enzimes aktivitását a citoszol semleges pH-ján.

Ilyen módon már két akadályunk van, amelyek védelmet nyújtanak az ellenőrizetlen hidrolízis ellen: az enzimeket izolált rekeszben tartjuk, és ezek az enzimek jól működnek ezen rekesz savas pH-ján.

Még ha a lizoszóma membránja is felbomlik, az enzimek felszabadulására nem lesz sok hatása - a citoszol semleges pH-ja miatt.

Jellemzők

A lizoszóma belső összetételében a hidrolitikus enzimek dominálnak, ezért ezek a sejtek metabolizmusának fontos régiói, ahol endocitózissal a sejtbe belépő extracelluláris fehérjék emésztése, az organellák és a citoszolos fehérjék újrahasznosítása zajlik.

Az alábbiakban mélyrehatóan megvizsgáljuk a lizoszómák legfontosabb funkcióit: a molekulák autofágia általi lebontását és a fagocitózissal történő lebontást.

Az autofágia

Mi az autofágia?

Az egyik olyan mechanizmust, amely elfogja a sejtfehérjéket, "önelégítő" autofágianak nevezzük. Ez az esemény segít fenntartani a sejtek homeosztázisát, lebontva a sejtszerkezeteket, amelyekre már nincs szükség, és hozzájárul az organellák újrahasznosításához.

Ezen a jelenségen keresztül autofagoszómáknak nevezett vezikulák képződnek. Ezek a citoplazma vagy az endoplazmatikus retikulumból származó egyéb sejtrészek kis részei, amelyek összeolvadnak a lizoszómákkal.

Mindkét organellák képesek megolvadni, mivel ezeket egy lipid jellegű plazmamembrán határolja. Ez hasonló ahhoz, hogy megpróbálja összeilleszteni a két szappanbuborékot - nagyobbat készít.

A fúzió után a lizoszóma enzimatikus tartalma felelős azoknak az összetevőknek a lebontásáért, amelyek a képződött másik vezikulában találhatók. Úgy tűnik, hogy ezeknek a molekuláknak a befogása olyan folyamat, amelyben nincs szelektivitás, ami a hosszú élettartamú citoszolban levő fehérjék lebontását okozza.

Autofágia és a böjt periódusai

A sejtben az autofágia eseményt a rendelkezésre álló tápanyagok mennyisége szabályozza.

Amikor a test tápanyaghiányt tapasztal, vagy hosszabb ideig éhezik, akkor aktiválódnak a lebomlási útvonalak. Ilyen módon a sejt képes lebontani a nem alapvető fontosságú fehérjéket, és bizonyos organellák újrafelhasználását elérheti.

Tudva, hogy a lizoszómák fontos szerepet játszanak a böjt időszakában, fokozta a kutatók érdeklődését ezen organellem iránt.

Autofágia és az organizmusok fejlődése

Az alacsony tápanyagtartalmú időszakokban való aktív részvétel mellett a lizoszómák fontos szerepet játszanak a szerves lények bizonyos vonalának kialakulásában is.

Bizonyos esetekben a fejlődés magában foglalja a test teljes átalakulását, ami azt jelenti, hogy a folyamat során bizonyos szerveket vagy szerkezeteket el kell távolítani. A rovarok metamorfózisában például a lizoszómák hidrolitikus tartalma hozzájárul a szövetek átalakulásához.

Endocitózis és fagocitózis

Az endocitózis és a fagocitózis szerepet játszik a sejteken kívüli elemek felvételében és későbbi degradációjában.

A fagocitózis során egyes sejtek - például a makrofágok - felelősek a nagy részecskék, például baktériumok vagy sejtmaradványok lenyeléséért vagy lebontásáért.

Ezeket a molekulákat egy fagocitikus vákuum táplálja, amelyet fagoszómának neveznek, amely, mint az előző esetben, összeolvad a lizoszómákkal. A fúzió emésztő enzimek felszabadulását eredményezi a fagoszómában, és a részecskék lebomlanak.

A lizoszómák típusai

Egyes szerzők ezt a rekeszt két fő típusra osztják: I. és II. Az I. típusú vagy primer lizoszómák részt vesznek a hidrolitikus enzimek tárolásában, míg a szekunder lizoszómák a katalizációs folyamatokhoz kapcsolódnak.

Lizoszómák képződése

A lizoszómák kialakulása a molekulák kívülről történő felvételével kezdődik az endocitikus vezikulumokon keresztül. Ez utóbbi összeolvad a többi korai endoszómáknak nevezett struktúrával.

Később a korai endoszómák érési folyamaton mennek keresztül, ami késői endoszómákat eredményez.

A képződési folyamatban megjelenik egy harmadik elem: a szállító hólyagok. Ezek a Golgi-készülék transz-hálózatából származó savas hidrolázokat tartalmazzák. Mindkét szerkezet - a szállító vezikulák és a késői endoszómák - megolvad és lizoszómává válik, miután megszerezte a lizoszomális enzimeket.

A folyamat során a membránreceptorok újrahasznosítása az endoszómák újrahasznosítása révén történik.

A sav-hidrolázokat elválasztják a mannóz-6-foszfát-receptortól az organellák fúziós folyamata során, amelyek lizoszómákat eredményeznek. Ezek a receptorok ismét belépnek a Golgi transz-hálózatba.

Az endoszómák és a lizoszómák közötti különbségek

Általános az összetévesztés az endoszómák és a lizoszóma kifejezések között. Az előbbiek membránnal zárt sejtkamrák - mint a lizoszómák. A két szerv közötti kritikus különbség azonban az, hogy a lizoszómákban nincsenek mannóz-6-foszfát receptorok.

E két biológiai entitás mellett a vezikulák más típusai is vannak. Az egyik vákuum, amelynek tartalma elsősorban víz.

A szállító vezikulák, amint a neve is sugallja, részt vesznek az anyagok mozgatásában a sejt más helyére. A szekréciós vezikulák a maga részéről eltávolítják a hulladék anyagokat vagy vegyi anyagokat (például azokat, amelyek részt vesznek az idegsejtek szinapszisában).

Kapcsolódó betegségek

Emberekben a lizoszóma enzimeket kódoló gének mutációi több mint 30 veleszületett betegséghez kapcsolódnak. Ezeket a patológiákat a "lizoszomális tároló betegségek" kifejezés foglalja magában.

Meglepő módon ezek közül a körülmények közül sok egyetlen lizoszomális enzim károsodásából származik.

Az érintett egyénekben a nem funkcionális enzimnek a lizoszómákon belül a hulladéktermékek felhalmozódása.

A lizoszomális lerakódás leggyakoribb elnevezését Gaucher-kórnak nevezik, és azzal összefüggésben állnak a glikolipidekért felelős enzimet kódoló gén mutációjával. Furcsa tény, hogy a betegség meglehetősen magas gyakoriságot mutat a zsidó lakosság körében, minden 2500 egyedből 1-nél.

Irodalom

1. Cooper, GM, Hausman, RE, és Hausman, RE (2000). A sejt: molekuláris megközelítés. ASM sajtó.
2. Holtzman, E. (2013). Lizoszómák. Springer Tudományos és Üzleti Média.
3. Hsu, VW, Lee, SY és Yang, JS (2009). A COPI vezikulumok kialakulásának fejlődő megértése. A természet áttekintése a molekuláris sejtbiológiáról, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, és Tres, L. (2015). Szövettan és sejtbiológia: bevezetés a patológia e-könyvébe. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, és Griffiths, GM (2014). A lizoszómák és a lizoszómával kapcsolatos organellák biogenezise. A Cold Spring Harbor biológiai perspektívái, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, és Bright, NA (2007). Lizoszómák: fúzió és funkció. A természet áttekintése: Molekuláris sejtbiológia, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM és Piper, RC (2000). Lizoszóma-endoszóma fúzió és lizoszóma biogenezis. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.