ЛИЗОЗОМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ И ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На лизозомите са органели клетъчни мембрани, които се намират в животински клетки. Те са отделения, които имат киселинно pH и са богати на храносмилателни ензими, способни да разграждат всякакъв вид биологична молекула: протеини, въглехидрати и нуклеинови киселини.

В допълнение, те могат да деградират материал извън клетката. Поради тази причина лизозомите имат множество функции в клетъчния метаболизъм и благодарение на състава си, богат на хидролитични ензими, те често се наричат ​​"стомахът" на клетката.

Лизозомите се образуват при сливането на везикули, които излизат от апарата на Голджи. Клетката разпознава определени последователности, които функционират като "етикети" на хидролитичните ензими и ги изпраща към образуващите се лизозоми.

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

Откритие и историческа перспектива

Лизозомите са открити преди повече от 50 години от изследователя Кристиан де Дюве. Екипът на De Duve провежда експерименти, включващи техниката на субклетъчното фракциониране, за да проучи местоположението на някои ензими.

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

Впоследствие усъвършенстването на техниките на молекулярната биология и наличието на по-добро оборудване - като електронни микроскопи, успя да потвърди присъствието си. Всъщност може да се заключи, че лизозомите заемат 5% от вътреклетъчния обем.

Известно време след откриването му, във вътрешността му е доказано наличието на хидролитични ензими, превръщащи лизозома във вид разграждащ център. Освен това лизозомите се свързват с ендоцитния живот.

В исторически план лизозомите се считат за крайна точка на ендоцитозата, използвана само за разграждането на молекулите. Днес е известно, че лизозомите са динамични клетъчни отделения, способни да се слеят с различни допълнителни органели.

характеристики

Протонно изпомпване през мембраната на лизозомите. Източник: Алехандро Порто

Морфология на лизозомите

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

Те са плътни сферични вакуоли. Размерът на структурата е много разнообразен и зависи от материала, който е бил заснеман преди това.

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

Лизозомите съдържат множество ензими

Основната характеристика на лизозомите е батерията от хидролитични ензими вътре в тях. Има около 50 ензими, които са способни да разграждат широк спектър от биомолекули.

Те включват нуклеази, протеази и фосфатази (които премахват фосфатните групи от фосфолипидните мононуклеотиди и други съединения). Освен това те съдържат други ензими, отговорни за разграждането на полизахаридите и липидите.

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

Средата на лизозомите е кисела

Вътрешността на лизозомите е кисела (близо до 4,8), а ензимите, които съдържа, действат добре при това състояние на pH. Следователно, те са известни като кисели хидролази.

Характерното киселинно pH на това клетъчно отделение се поддържа благодарение на наличието на протонна помпа и хлориден канал в мембраната. Заедно те транспортират солна киселина (HCl) в лизозомата. Помпата е разположена закотвена в мембраната на органелата.

Функцията на това кисело pH е да активира различните хидролитични ензими, присъстващи в лизозома, и да избягва - доколкото е възможно - тяхната ензимна активност при неутрално pH на цитозола.

По този начин вече имаме две бариери, които действат като защита срещу неконтролирана хидролиза: поддържане на ензимите в изолирано отделение и че тези ензими работят добре при киселинното рН на това отделение.

Дори ако мембраната на лизозома се разкъса, освобождаването на ензимите няма да има голям ефект - поради неутралното рН на цитозола.

Характеристика

Вътрешният състав на лизозома е доминиран от хидролитични ензими, поради което те са важен регион на клетъчния метаболизъм, където се извършва храносмилането на извънклетъчните протеини, които влизат в клетката чрез ендоцитоза, рециклиране на органели и цитозолни протеини.

По-долу ще разгледаме в дълбочина най-изявените функции на лизозомите: разграждане на молекулите чрез автофагия и разграждане чрез фагоцитоза.

автофагия

Какво е автофагия?

Един механизъм, който успява да улавя клетъчните протеини, се нарича автофагия „самостоятелно хранене“. Това събитие спомага за поддържане на клетъчната хомеостаза, разграждайки клетъчните структури, които вече не са необходими и допринася за рециклирането на органели.

Чрез това явление се случва образуването на везикули, наречени автофагозоми. Това са малки участъци на цитоплазмата или други клетъчни отделения, идващи от ендоплазмения ретикулум, които се сливат с лизозомите.

И двете органели имат способността да се слеят, тъй като са ограничени от плазмена мембрана с липиден характер. Аналогично е да се опитате да съчетаете два сапунени мехурчета заедно - правите по-голям.

След сливането ензимното съдържание на лизозома е отговорно за разграждането на компонентите, които са били вътре в другия образуван везикул. Улавянето на тези молекули изглежда е процес, при който липсва селективност, причинявайки разграждането на протеините, разположени в дълговечния цитозол.

Автофагия и периоди на гладуване

В клетката събитието на автофагията изглежда се регулира от количеството на наличните хранителни вещества.

Когато тялото изпитва дефицит на хранителни вещества или изпитва продължителни периоди на гладуване, пътищата на разграждане се активират. По този начин клетката успява да разгради протеини, които не са от съществено значение и постига повторната употреба на определени органели.

Знанието, че лизозомите играят важна роля в периоди на гладуване, увеличи интереса на изследователите към тази органела.

Автофагия и развитието на организмите

В допълнение към активното си участие в периоди с ниско хранително съдържание, лизозомите играят важна роля по време на развитието на определени родове от органични същества.

В някои случаи развитието включва цялостното прекрояване на тялото, което означава, че определени органи или структури трябва да бъдат елиминирани по време на процеса. При метаморфозата на насекомите например, хидролитичното съдържание на лизозоми допринася за ремоделирането на тъканите.

Ендоцитоза и фагоцитоза

Ендоцитозата и фагоцитозата имат роля за усвояването на елементи извън клетките и тяхното последващо разграждане.

По време на фагоцитоза определени клетки - като макрофаги - са отговорни за поглъщането или разграждането на големи частици, като бактерии или клетъчни остатъци.

Тези молекули се поглъщат от фагоцитна вакуола, наречена фагосома, която, както в предишния случай, ще се слее с лизозомите. Сливането води до отделяне на храносмилателни ензими във фагосомата и частиците се разграждат.

Видове лизозоми

Някои автори разграничават това отделение на два основни типа: тип I и тип II. Тези от тип I или първични лизозоми участват в съхранението на хидролитични ензими, докато вторичните лизозоми са свързани с процесите на катализа.

Образуване на лизозоми

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

По-късно ранните ендозоми преминават през процес на зреене, което поражда късни ендозоми.

В процеса на формиране се появява трети компонент: транспортните везикули. Те съдържат киселинните хидролази от транс мрежата на апарата Голджи. И двете структури - транспортни везикули и късни ендозоми - се сливат и стават лизозома, след като придобиват набора от лизозомни ензими.

По време на процеса се извършва рециклиране на мембранни рецептори с помощта на рециклиране на ендозоми.

Киселинните хидролази се отделят от фосфатния рецептор на маноза-6 по време на процеса на сливане на органелите, които пораждат лизозоми. Тези рецептори влизат отново в Golgi trans мрежата.

Разлики между ендозоми и лизозоми

Объркването между термините ендозоми и лизозоми е често срещано. Първите са затворени с мембрана клетъчни отделения - като лизозоми. Въпреки това, същественото разграничение между двете органели е, че лизозомите нямат манозно-6-фосфатни рецептори.

В допълнение към тези две биологични образувания има и други видове везикули. Една от тях са вакуоли, чието съдържание е главно вода.

Транспортните везикули, както подсказва името им, участват в движението на веществата до други места в клетката. Секреторните везикули от своя страна премахват отпадъчните материали или химикалите (като тези, участващи в синапса на невроните.)

Свързани заболявания

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

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

При засегнатите индивиди последствието от наличието на нефункционален ензим вътре в лизозомите е натрупването на отпадни продукти.

Най-честото изменение на лизозомното отлагане е известно като болест на Гоше и е свързано с мутация в гена, който кодира ензима, отговорен за гликолипидите. Като любопитен факт, болестта показва доста висока честота сред еврейското население, като засяга 1 на всеки 2500 индивида.

Препратки

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Клетката: молекулен подход. ASM преса.
2. Holtzman, E. (2013). Лизозомите. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Развиващото се разбиране за образуването на COPI везикули. Природни прегледи Молекулярна клетъчна биология, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, Tres, L. (2015). Хистология и клетъчна биология: въведение в патологията E-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Биогенезата на лизозомите и свързаните с лизозомите органели. Перспективи на студеното пролетно пристанище в биологията, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Лизозоми: сливане и функция. Nature reviews Molecular cell biology, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mlock, BM, & Piper, RC (2000). Лизозом-ендозомно сливане и лизозомна биогенеза. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.