КЛЕТЪЧЕН ЛИЗИС: ПРОЦЕС, ПРИЧИНИ И ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На лизис на клетките е процес, чрез която клетъчни разпада или е разрушен от разчупването на тяхната плазмена мембрана и / или клетъчна стена. Етимологично казано, думата "лизис" идва от гръцкото λύσις (чете се "Lúsis"), което означава "разхлабване", "отслабване", "прекъсване" или "намаляване" (от английски разхлабване).

Резултатът от лизиса на една или повече клетки е известен като "лизат", термин, широко използван в експерименталната биология за обозначаване на сместа от "счупената" плазмена мембрана и всички цитозолни компоненти, които се освобождават след споменатото разкъсване.

Жизнен цикъл на бактериофагичен вирус (Източник: Phage2.JPG: Сули12производна работа: DZadventiste чрез Wikimedia Commons)

Клетъчният лизис е нормален процес, който може да протича в различен контекст и е подробно проучен във връзка с бактериални инвазии и ензимна "атака" от протеини като лизозим, например.

Експериментално това е една от първите стъпки за изучаване на всеки вътреклетъчен или мембранен елемент, за който има много различни техники, основата на които варира в зависимост от целта на изследването.

процес

Процесът на лизис зависи главно от вида на разглежданата клетка. За растителни, гъбични и бактериални клетки, например, това започва с разпадането на клетъчната стена.

За животински клетки и / или протопласти на растителни или бактериални клетки (клетка без клетъчна стена, само плазмена мембрана и цитозол) литичният процес обикновено се случва, когато е засегната целостта на плазмената мембрана, като по този начин се освобождава клетъчно съдържание към извънклетъчната среда.

Разрушаването на клетъчната мембрана може да бъде причинено от ензими, детергенти, токсини, от високочестотни ултразвукови вълни или от механични или физически процеси.

Причини

Клетъчният лизис може да възникне в отговор на различни условия на околната среда, както и на ендогенни фактори или специфични сигнали.

При много бактерии, например, клетъчен лизис може да възникне след заразяване с някои видове вируси, известни като "фаги" или "бактериофаги", в чийто жизнен цикъл те могат да използват механизма за репликация на бактерии за размножаване и производство на литични ензими които насърчават "унищожаването" на клетката.

Други клетки могат да бъдат подложени на лизис поради наличието на токсини, секретирани от някакъв патоген и например в тъкан на животно или растение, някои клетки могат да бъдат лизирани благодарение на различни сигнални процеси, които завършват с отделяне на клетъчно съдържание в околната среда (некроза).

Видове лизис

В литературата се прави справка за различни видове лизис. Някои автори ги класифицират според „стимула“ или задействащия фактор, докато други ги класифицират според типа клетка, която е гладка.

Според механизма, който работи за постигане на разпадане на клетката, са дефинирани осмотичен лизис, химичен лизис, механичен лизис и ензимен лизис. Тези видове обаче са специално определени от експерименталната гледна точка, така че тяхното описание се подчинява на различни техники, а не на естествено протичащи процеси.

По отношение на типа клетка, която е лизирана, обаче много автори са въвели термини като "онколиза", "плазмолиза", "цитолиза", "хемолиза" и т.н.

Онколизата се отнася до лизис на туморни или ракови клетки, или чрез химични или физични методи (медицински лечения), или чрез инфекция с някакъв щам на вируса, който може да разгради клетките. Плазмолизата, от друга страна, се отнася до явление, което се случва в растителните клетки, когато те са подложени на хипертонични разтвори, с които водата вътре в тях напуска клетката.

Плазмолиза на растителни клетки (Източник: CNX OpenStax чрез Wikimedia Commons)

И накрая, хемолизата е процесът, при който клетките или червените кръвни клетки се лизират, или чрез специфични ензими (хемолизини), чрез наличие на токсини, произведени от патогени, или чрез физическо натоварване с висока интензивност, наред с други.

Осмотичен лизис

Осмотичен лизис или "цитолиза" е разкъсването на плазмената мембрана поради прекомерно изтичане на вода от извънклетъчната среда към цитозола.

Този вид лизис е доста често срещан в животинските клетки. Причината е, че им липсва клетъчна стена като тази на растителните клетки, гъбички или бактерии, което им помага да контролират обема на клетките след навлизането на течност поради осмотични разлики между цитозола и заобикалящата ги среда.

Когато животинската клетка е изправена пред хипотоничен разтвор (или поради колебания на околната среда, или при експериментални условия), те набъбват, което може да завърши с лизиса им. Хипотоничен разтвор е този, който има по отношение на клетъчната вътрешност по-ниска концентрация на разтворени вещества, така че водата има тенденция да "влиза" в клетката, търсейки нейния воден баланс.

В експерименталната биология редовно се използва осмотичен лизис или "шок", за да се разрушат клетките, за да се анализират вътрешните им компоненти, особено цитозолните протеини, нуклеиновите киселини и др.

Химичен лизис

Химичният лизис е този, при който клетъчната мембрана се разрушава или разпада под действието на някакво специфично химично вещество. Тя може да възникне в естествена среда, ако вземем предвид клетките на тъкан или някакъв едноклетъчен организъм, който случайно е изложен на някакво химично съединение, което може да повлияе на целостта на плазмената мембрана.

Обикновено се използва и в експерименталния контекст, където се използват детергенти с различни свойства, за да повлияят на основната структура на мембраната, причинявайки лизис. Прилага се директно или косвено, в зависимост от вида на въпросната клетка и с каква цел е подложена на споменатия процес.

Механичен или физически лизис

Плазмената мембрана на клетката може да бъде разрушена експериментално чрез механични или физически методи. Този тип лизис може да възникне при определени условия и в естествена среда, но експериментално се постига чрез използването на:

- Хомогенизатори на лопатките за обработка на тъкани или клетъчни култури

- Соникатори, които разбиват клетките с помощта на високочестотни ултразвукови вълни

- Преси, които причиняват лизис на клетките благодарение на прогресивно повишаване на налягането, на което е подложена тъкан или група клетки

- абразивни материали, които причиняват триене, наред с други

Ензимен лизис

Ензиматичният лизис е биологичен "метод" на лизиса, който може да бъде изкуствен или естествен. В естествен контекст това може да се случи поради различни фактори, но тя беше специално разгледана по отношение на някои протеини с ензимна активност, секретирани от бактерии, гъби и други организми или техните клетки, за да се борят с инфекции, например.

В този смисъл лизозимът е бил един от най-изследваните ензими. Той се намира в някои растителни тъкани, в бялото на яйцата, а също и в черния дроб, хрущялите, слюнката, слузта, сълзите и много клетки от хематопоетичната линия на хора и други животни.

Литичният капацитет на този ензим се състои в неговата хидролитична активност върху гликозидните връзки на пептидогликана, който е един от най-разпространените полизахариди в клетъчната стена на бактериите.

Други често срещани ензими в природата и в промишлеността или в експерименталните условия са манази, хитинази, ананази, глюканази и други подобни, които функционират при разпадането на клетъчната стена на гъбички и дрожди.

Лизисът, причинен от вирусни ензими, също е вид ензимен лизис, тъй като бактериофагите, които заразяват бактериите, произвеждат „лизини“, които нарушават мембраната и бактериалната клетъчна стена.

Експериментално някои автори считат, че вътрешните протеази и други хидролитични ензими, характерни за цитозола, могат да бъдат използвани за ензимния лизис на други клетки, който също се случва, когато в тъкан, набор от клетки умира поради некроза и освобождава вътрешното си съдържание в заобикаляща среда, причинявайки лизис на съседни клетки.

Препратки

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Съществена клетъчна биология. Garland Science.
2. Brown, RB, & Audet, J. (2008). Съвременни техники за едноклетъчен лизис. Journal of the Royal Society Interface, 5 (suppl_2), S131-S138.
3. Флот, GH (2011). Разваляне на дрожди от храни и напитки. В дрождите (стр. 53-63). Elsevier.
4. Luckey, M. (2014). Мембранна структурна биология: с биохимични и биофизични основи. Cambridge University Press.
5. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Биология (9-ти изд.). Брукс / Коул, Cengage Learning: САЩ.