LYSOSOMER: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER OCH TYPER - BIOLOGI - 2025

De lysosomer är organeller cellmembran som är belägna inom djurceller. Det är fack som har ett surt pH och är rika på matsmältningsenzymer, som kan bryta ned någon form av biologisk molekyl: proteiner, kolhydrater och nukleinsyror.

Dessutom kan de förstöra material utanför cellen. Av denna anledning har lysosomer flera funktioner i cellulär metabolism och tack vare deras sammansättning rik på hydrolytiska enzymer kallas de ofta cellens "mage".

Lysosomer bildas genom fusionen av vesiklar som kommer ut från Golgi-apparaten. Cellen känner igen vissa sekvenser som fungerar som "taggar" på hydrolytiska enzymer och skickar dem till de bildande lysosomerna.

Dessa vakuoler har sfärisk form och deras storlek varierar avsevärt, eftersom de är en ganska dynamisk cellstruktur.

Upptäckt och historiskt perspektiv

Lysosomer upptäcktes för mer än 50 år sedan av forskaren Christian de Duve. De Duves team genomförde experiment som involverade den subcellulära fraktioneringstekniken för att undersöka lokaliseringen av vissa enzymer.

Detta experimentella protokoll tillät upptäckten av organellerna, eftersom forskarna märkte att frisättningen av hydrolytiska enzymer ökade när de tillsatte föreningar som försämrade membranen.

Därefter lyckades förbättringen av molekylärbiologitekniker och förekomsten av bättre utrustning - såsom elektronmikroskop, bekräfta dess närvaro. I själva verket kan man dra slutsatsen att lysosomer upptar 5% av den intracellulära volymen.

En tid efter upptäckten bevisades närvaron av hydrolytiska enzymer i dess inre, vilket förvandlade lysosomen till ett slags nedbrytningscenter. Dessutom var lysosomer associerade med endocytiskt liv.

Historiskt betraktades lysosomer som slutpunkten för endocytos, som endast användes för nedbrytning av molekyler. Idag är lysosomer kända för att vara dynamiska cellfack, som kan smälta samman med en mängd ytterligare organeller.

egenskaper

Proton pumpar genom lysosommembranet. Källa: Alejandro Porto

Lysosomers morfologi

Lysosomer är unika fack av djurceller som innehåller olika enzymer som kan hydrolysera proteiner och smälta vissa molekyler.

De är täta, sfäriska vakuoler. Strukturen är väldigt varierad och beror på materialet som tidigare har fångats in.

Lysosomer är tillsammans med endoplasmatisk retikulum och Golgi-apparaten en del av cellens endomembransystem. Även om dessa tre strukturer är nätverk av membran är de inte kontinuerliga med varandra.

Lysosomer innehåller flera enzymer

Lysosomernas huvudkarakteristik är batteriet av hydrolytiska enzymer inuti dem. Det finns cirka 50 enzymer som kan försämra ett brett spektrum av biomolekyler.

Dessa inkluderar nukleaser, proteaser och fosfataser (som avlägsnar fosfatgrupper från fosfolipidmononukleotider och andra föreningar). Dessutom innehåller de andra enzymer som är ansvariga för nedbrytningen av polysackarider och lipider.

Logiskt måste dessa matsmältningsenzymer vara rumsligt separerade från resten av de cellulära komponenterna för att undvika deras okontrollerade nedbrytning. Således kan cellen "välja" de föreningar som måste elimineras, eftersom den kan reglera elementen som kommer in i lysosomen.

Miljön hos lysosomer är sur

Det inre av lysosomer är sura (nära 4,8), och enzymerna som den innehåller fungerar bra vid detta pH-tillstånd. Därför är de kända som sura hydrolaser.

Det karakteristiska sura pH-värdet i detta cellfack bibehålls tack vare närvaron av en protonpump och en kloridkanal i membranet. Tillsammans transporterar de saltsyra (HCl) in i lysosomen. Pumpen är förankrad i membranet på organellen.

Funktionen med detta sura pH är att aktivera de olika hydrolytiska enzymerna som finns i lysosomen och att så långt som möjligt undvika deras enzymatiska aktivitet vid det neutrala pH-värdet i cytosolen.

På detta sätt har vi redan två barriärer som fungerar som skydd mot okontrollerad hydrolys: att hålla enzymerna i ett isolerat fack, och att dessa enzymer fungerar bra vid det sura pH-värdet i detta fack.

Även om lysosommembranet skulle gå sönder skulle frisättningen av enzymerna inte ha stor effekt - på grund av cytosolens neutrala pH.

Funktioner

Den inre sammansättningen av en lysosom domineras av hydrolytiska enzymer, varför de är ett viktigt område i cellulär metabolism där matsmältningen av extracellulära proteiner som kommer in i cellen genom endocytos, återvinning av organeller och cytosoliska proteiner äger rum.

Nedan kommer vi att utforska de mest framträdande funktionerna hos lysosomer: nedbrytning av molekyler genom autofagi och nedbrytning med fagocytos.

autophagy

Vad är autofagi?

En mekanism som fångar cellulära proteiner kallas "självätande" autofagi. Denna händelse hjälper till att upprätthålla cellhomeostas, förstörande cellstrukturer som inte längre behövs och bidrar till återvinning av organeller.

Genom detta fenomen uppstår bildningen av vesiklar som kallas autofagosomer. Dessa är små regioner i cytoplasma eller andra cellulära fack, som kommer från endoplasmatisk retikulum, som smälter samman med lysosomerna.

Båda organellerna har förmågan att smälta, eftersom de avgränsas av ett plasmamembran av lipidart. Det är analogt med att försöka matcha två såpbubblor tillsammans - du gör en större.

Efter fusionen är det enzymatiska innehållet i lysosomen ansvarigt för nedbrytning av komponenterna som fanns inuti den andra bildade vesikeln. Upptagning av dessa molekyler verkar vara en process som saknar selektivitet, vilket orsakar nedbrytning av proteiner som finns i den långlivade cytosolen.

Autofagi och perioder med fasta

I cellen verkar autofagihändelsen regleras av mängden tillgängliga näringsämnen.

När kroppen upplever en brist på näringsämnen eller upplever långvariga fasta perioder aktiveras nedbrytningsvägarna. På detta sätt lyckas cellen bryta ned proteiner som inte är nödvändiga och uppnår återanvändning av vissa organeller.

Att veta att lysosomer spelar en viktig roll under fasta perioder har ökat forskarnas intresse för denna organell.

Autofagi och utvecklingen av organismer

Förutom deras aktiva deltagande i perioder med lågt näringsinnehåll spelar lysosomer en viktig roll under utvecklingen av vissa linjer av organiska varelser.

I vissa fall innebär utveckling den totala ombyggnaden av kroppen, vilket innebär att vissa organ eller strukturer måste elimineras under processen. Vid metamorfos av insekter, till exempel, bidrar det hydrolytiska innehållet i lysosomer till ombyggnad av vävnader.

Endocytos och fagocytos

Endocytos och fagocytos har en roll i upptag av element utanför cellerna och deras efterföljande nedbrytning.

Under fagocytos är vissa celler - såsom makrofager - ansvariga för att intagas eller nedbrytas stora partiklar, till exempel bakterier eller cellavfall.

Dessa molekyler intas av en fagocytisk vakuol, kallad en fagosom, som, som i föregående fall, kommer att smälta samman med lysosomerna. Fusion resulterar i frisättning av matsmältningsenzymer i fagosomen och partiklarna bryts ned.

Typer av lysosomer

Vissa författare skiljer detta fack i två huvudtyper: typ I och typ II. De av typ I eller primära lysosomer är involverade i lagring av hydrolytiska enzymer, medan sekundära lysosomer är relaterade till katalysprocesser.

Bildning av lysosomer

Bildningen av lysosomer börjar med upptag av molekyler från utsidan genom endocytiska vesiklar. Den senare smälter samman med andra strukturer som kallas tidiga endosomer.

Senare genomgår de tidiga endosomerna en mognadsprocess, vilket ger upphov till sena endosomer.

En tredje komponent visas i formningsprocessen: transportblåsorna. Dessa innehåller sura hydrolaser från transnätverket i Golgi-apparaten. Båda strukturerna - transporterar vesiklar och sena endosomer - smälter samman och blir en lysosom, efter att ha förvärvat uppsättningen lysosomala enzymer.

Under processen sker återvinning av membranreceptorer genom återvinning av endosomer.

Syrahydrolaser separeras från mannos-6-fosfatreceptorn under fusionsprocessen för de organeller som ger upphov till lysosomer. Dessa receptorer kommer in i Golgi-transnätverket igen.

Skillnader mellan endosomer och lysosomer

Förvirring mellan termerna endosomer och lysosom är vanligt. De förstnämnda är membraninneslutna cellfack - som lysosomer. Den avgörande skillnaden mellan de två organellerna är dock att lysosomerna saknar mannos-6-fosfatreceptorer.

Förutom dessa två biologiska enheter finns det andra typer av vesiklar. En av dem är vakuoler, vars innehåll huvudsakligen är vatten.

Transportblåsor, som deras namn antyder, deltar i förflyttningen av ämnen till andra platser i cellen. Utskiljande vesiklar, för sin del, tar bort avfallsmaterial eller kemikalier (till exempel de som är involverade i synapsen av neuroner.)

Tillhörande sjukdomar

Hos människor är mutationer i generna som kodar för lysosomenzymer förknippade med mer än 30 medfödda sjukdomar. Dessa patologier omfattas av uttrycket "lysosomala lagringssjukdomar."

Överraskande uppstår många av dessa tillstånd från skador på ett enda lysosomalt enzym.

Hos drabbade individer är konsekvensen av att ha ett icke-funktionellt enzym inne i lysosomerna ackumulering av avfallsprodukter.

Den vanligaste lysosomala depositionändringen är känd som Gauchers sjukdom, och den är associerad med en mutation i genen som kodar för det enzym som är ansvarigt för glykolipider. Som ett märkligt faktum visar sjukdomen en ganska hög frekvens bland den judiska befolkningen och drabbar 1 av varje 2500 individer.

referenser

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Cellen: en molekylär strategi. ASM-tryck.
2. Holtzman, E. (2013). Lysosomer. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Den utvecklande förståelsen för COPI-blåsbildning. Naturen granskar molekylär cellbiologi, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologi och cellbiologi: en introduktion till patologi E-bok. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Biogenes av lysosomer och lysosomrelaterade organeller. Cold Spring Harbor-perspektiv i biologi, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lysosomer: fusion och funktion. Naturen granskar molekylär cellbiologi, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Lysosom-endosom-fusion och lysosom-biogenes. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.