Лизозоми: характеристики, структура, функции и видове

Лизозомите са клетъчни органели, заобиколени от мембрани, които са разположени вътре в животински клетки. Те са отделения, които представляват киселинно рН и са богати на храносмилателни ензими, способни да разграждат всякакъв вид биологична молекула: протеини, въглехидрати и нуклеинови киселини.

Освен това те могат да разграждат материала от външната страна на клетката. Ето защо, лизозомите имат множество функции в клетъчния метаболизъм и благодарение на състава си, богат на хидролитични ензими, често се наричат ​​"стомаха" на клетката.

Лизозомите се образуват чрез сливане на везикули, които се появяват от апарата на Голджи. Клетката разпознава определени последователности, които функционират като "етикети" на хидролитичните ензими и ги изпраща до образуването на лизозомите.

Тези вакуоли са със сферична форма и размерът им варира значително, като клетъчна структура е доста динамична.

Откритие и историческа перспектива

Лизозомите са открити преди повече от 50 години от изследователя Кристиан дьо Дуве. Екипът на De Duve провежда експерименти, включващи техника за субклетъчно фракциониране, за да проучи местоположението на някои ензими.

Този експериментален протокол позволява откриването на органелите, тъй като изследователите забелязват, че освобождаването на хидролитични ензими се увеличава, тъй като те добавят съединения, които увреждат мембраните.

Впоследствие подобряването на техниките в молекулярната биология и наличието на по-добро оборудване - като електронните микроскопи - успяха да потвърдят тяхното присъствие. Всъщност може да се заключи, че лизозомите заемат 5% от вътреклетъчния обем.

След откриването му е възможно да се демонстрира наличието на хидролитични ензими вътре, превръщайки лизозомата в един вид деградационен център. В допълнение, лизозомите са свързани с ендоцитен живот.

Исторически, лизозомите се разглеждат като крайна точка на ендоцитозата, използвана само за разграждане на молекули. Днес е известно, че лизозомите са динамични клетъчни компартменти, способни да се сливат с различни допълнителни органели.

функции

Морфология на лизозомите

Лизозомите са уникални отделения на животински клетки, които съдържат различни ензими, които са способни да хидролизират протеини и да усвояват определени молекули.

Те са вакуоли от сферични и плътни форми. Размерът на конструкцията е много разнообразен и зависи от материала, който е бил предварително заловен.

Лизозомите, заедно с ендоплазмения ретикулум и апарата на Голджи, са част от ендомембранната система на клетката. Въпреки че тези три структури са мембранни мрежи, те не са непрекъснати един с друг.

Лизозомите съдържат множество ензими

Основната характеристика на лизозомите е батерията от хидролитични ензими вътре. Има около 50 ензима, които са способни да разграждат широка гама от биомолекули.

Сред тях са нуклеазите, протеазите и фосфатазите (които отстраняват фосфатни групи от мононуклеотиди, фосфолипиди и други съединения). Освен това те съдържат други ензими, отговорни за разграждането на полизахариди и липиди.

Логично, тези храносмилателни ензими трябва да бъдат пространствено отделени от останалите клетъчни компоненти, за да се избегне неконтролираното им разграждане. По този начин клетката може да "избере" съединенията, които трябва да бъдат елиминирани, тъй като тя може да регулира елементите, които влизат в лизозомата.

Средата на лизозомите е киселина

Вътрешността на лизозомите е кисела (близка до 4, 8), а ензимите, които съдържат, работят добре при това състояние на рН. Следователно те са известни като киселинни хидролази.

Киселинната характеристика на рН на това клетъчно отделение се поддържа благодарение на наличието на протонна помпа и хлориден канал в мембраната. Заедно те пренасят солна киселина (HCl) в лизозома. Помпата е разположена в мембраната на органелата.

Функцията на това киселинно рН е активирането на различните хидролитични ензими, присъстващи в лизозомата и за да се избегне - доколкото е възможно - неговата ензимна активност при неутралното рН на цитозола.

По този начин вече имаме две бариери, които работят като защита от неконтролирана хидролиза: запазват се ензимите в изолирано отделение и че тези ензими работят добре при киселото рН на това отделение.

Въпреки че лизозомната мембрана се разгражда, освобождаването на ензимите няма да има голям ефект - поради неутралното рН на цитозола.

функции

Вътрешният състав на лизозома е доминиран от хидролитични ензими, поради което те са важна област на клетъчния метаболизъм, където усвояването на извънклетъчните протеини, които влизат в клетката, се осъществява чрез ендоцитоза, рециклиране на органели и цитозолни протеини.

След това ще изследваме в дълбочина най-важните функции на лизозомите: разграждането на молекулите чрез автофагия и разграждането чрез фагоцитоза.

автофагия

Какво е аутофагия?

Механизъм, който успява да улови клетъчни протеини, се нарича автофагия "ям себе си". Това събитие помага за поддържане на клетъчната хомеостаза, разрушавайки клетъчните структури, които вече не са необходими, и допринася за рециклирането на органелите.

Чрез този феномен настъпва образуването на везикули, наречени аутофагозоми. Това са малки области на цитоплазмата или други клетъчни отделения, от ендоплазмения ретикулум, който се слива с лизозомите.

Двете органели имат способността да се сливат, тъй като са ограничени от плазмена мембрана с липидна природа. Аналогично е на опитите за свързване на два сапунени мехура - вие образувате по-голям.

След сливането, ензимното съдържание на лизозомата е отговорно за разграждане на компонентите, които са вътре в другата образувана везикула. Захващането на тези молекули изглежда, че е процес, при който липсва селективност, причинявайки разграждането на протеините, разположени в дългоживеещия цитозол.

Периоди на аутофагия и на гладно

В клетката, случаят на аутофагия изглежда регулиран от количеството на наличните хранителни вещества.

Когато организмът изпитва някакъв недостиг на хранителни вещества или преживява продължителни периоди на гладуване, се активират пътищата на разграждане. По този начин, клетката разгражда протеини, които не са съществени и постига повторното използване на някои органели.

Знанието, че лизозомите играят важна роля по време на периодите на гладуване, повиши интереса на изследователите в споменатата органела.

Автофагия и развитие на организми

Освен активното им участие в периоди с ниско хранително съдържание, лизозомите играят важна роля по време на развитието на определени линии на органични същества.

В някои случаи развитието предполага пълно ремоделиране на организма, което означава, че някои органи или структури трябва да бъдат отстранени по време на процеса. В метаморфозата на насекомите, например, хидролитичното съдържание на лизозомите допринася за ремоделирането на тъканите.

Ендоцитоза и фагоцитоза

Ендоцитозата и фагоцитозата играят роля при вземането на външни за клетките елементи и последващото им разграждане.

По време на фагоцитозата някои клетки - като макрофагите - са отговорни за поглъщането или разграждането на частици със значителен размер, като бактерии или клетъчни остатъци.

Тези молекули се поглъщат от фагоцитна вакуола, наречена фагозома, която, както и в предишния случай, ще се слее с лизозоми. Сливането води до освобождаване на храносмилателни ензими вътре в фагозома и разграждането на частиците продължава.

Видове лизозоми

Някои автори разграничават това отделение в два основни типа: тип I и тип II. Тип I или първични лизозоми са включени в съхранението на хидролитични ензими, докато вторичните лизозоми са свързани с катализни процеси.

Образуване на лизозоми

Образуването на лизозоми започва с навлизането на молекули отвън от ендоцитни везикули. Последните се сливат с други структури, наречени ранни ендозоми.

По-късно ранните ендозоми претърпяват процес на съзряване и водят до късни ендозоми.

Третият компонент се появява в процеса на формиране: транспортните везикули. Те съдържат киселинни хидролази от транс-мрежата на апарата на Голджи. И двете структури - транспортните везикули и късните ендозоми - се сливат и трансформират в лизозома, след като придобият набор от лизозомни ензими.

По време на процеса рециклирането на мембранните рецептори става чрез рециклиране на ендозоми.

Киселинните хидролази се отделят от рецептора за маноза-6 фосфат по време на процеса на топене на органелите, които предизвикват лизозомите. Тези рецептори отново влизат в транс-мрежата на Голджи.

Разлики между ендозоми и лизозоми

Общото между термините ендозоми и лизозоми е често срещано объркване. Първите са клетъчни отделения, заобиколени от мембранно-подобни лизозоми. Обаче, съществената разлика между двете органели е, че лизозомите нямат маноза-6-фосфатни рецептори.

В допълнение към тези две биологични единици, има и други видове везикули. Една от тях е вакуолите, чието съдържание е предимно вода.

Транспортните везикули, както подсказва името, участват в изместването на веществата на други места в клетката. Секреторните везикули, от друга страна, елиминират отпадъчния материал или химикалите (като тези, които участват в синапсите на невроните).

Свързани заболявания

При хората мутациите в гените, които кодират лизозомни ензими, са свързани с повече от 30 вродени заболявания. Тези патологии са включени в термина "болести на лизозомните депозити".

Изненадващо, много от тези състояния възникват от увреждане на един лизозомен ензим.

В засегнатите индивиди, последствието от наличието на нефункционален ензим вътре в лизозомите е натрупването на отпадъчни продукти.

Най-честата промяна на лизозомния депозит е известна като болест на Гоше и е свързана с мутация в гена, която кодира ензима, отговорен за гликолипидите. Като любопитен факт, болестта показва сравнително висока честота сред еврейското население, засегнато до 1 на 2500 души.