Lysosomer: egenskaper, struktur, funktioner och typer

Lysosomer är cellulära organeller omgivna av membraner som finns i djurceller. De är fack som uppvisar ett surt pH-värde och är rika på matsmältningsenzymer, som kan nedbryta någon form av biologisk molekyl: proteiner, kolhydrater och nukleinsyror.

Dessutom kan de bryta ned material från utsidan av cellen. Lysosomer har därför flera funktioner i cellmetabolism och tack vare dess sammansättning rik på hydrolytiska enzymer kallas ofta "magen" hos cellen.

Lysosomer bildas genom fusion av blåsor som kommer från Golgi-apparaten. Cellen känner igen vissa sekvenser som fungerar som "märken" på hydrolytiska enzymer och skickar dem till lysosomerna i formationen.

Dessa vakuoler är sfäriska i form och deras storlek varierar väsentligt, vilket är en cellulär struktur ganska dynamisk.

Discovery och historiskt perspektiv

Lysosomer upptäcktes för mer än 50 år sedan av forskare Christian de Duve. De Duves team genomförde experiment med subcellulär fraktioneringsteknik för att undersöka placeringen av vissa enzymer.

Detta försöksprotokoll möjliggjorde uppkomsten av organellerna, eftersom forskarna märkte att frisättningen av hydrolytiska enzymer ökade då de tillsatte föreningar som skadade membranerna.

Därefter lyckades förbättringen av tekniker inom molekylärbiologi och förekomsten av bättre utrustning, såsom elektroniska mikroskop, bekräfta deras närvaro. Faktum är att man kan dra slutsatsen att lysosomer upptar 5% av den intracellulära volymen.

Tid efter upptäckten var det möjligt att visa närvaron av hydrolytiska enzymer inuti, förvandla lysosomen till ett slags nedbrytningscentrum. Dessutom var lysosomer relaterade till endocytisk livslängd.

Historiskt betraktades lysosomer som slutpunkten för endocytos, som endast användes för nedbrytning av molekyler. Nuförtiden är det känt att lysosomer är dynamiska cellulära fack som kan smälta med en mängd ytterligare organeller.

särdrag

Lysosomernas morfologi

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

De är vakuoler av sfäriska och täta former. Strukturen är mycket varierad och beror på det material som tidigare har tagits.

Lysosomerna, tillsammans med endoplasmatisk retikulum och Golgi-apparaten, utgör en del av cellens endomembran-system. Även om dessa tre strukturer är membran nätverk, är de inte kontinuerliga med varandra.

Lysosomer innehåller flera enzymer

De viktigaste egenskaperna hos lysosomer är batteriet av hydrolytiska enzymer inuti. Det finns cirka 50 enzymer som kan försämra ett brett spektrum av biomolekyler.

Bland dessa är nukleaser, proteaser och fosfataser (som avlägsnar fosfatgrupper av mononukleotider, fosfolipider och andra föreningar). Dessutom innehåller de andra enzymer som är ansvariga för nedbrytningen av polysackarider och lipider.

Logiskt måste dessa matsmältningsenzymer separeras spatiellt från resten av de cellulära komponenterna för att undvika okontrollerad nedbrytning av dem. Således kan cellen "välja" de föreningar som måste elimineras, eftersom det kan reglera elementen som kommer in i lysosomen.

Miljön för lysosomer är sura

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

Den sura pH-egenskapen hos detta cellfack upprätthålls tack vare närvaron av en protonpump och en kloridkanal i membranet. Tillsammans transporterar de saltsyra (HCl) i lysosomen. Pumpen är förankrad i membranet av organellen.

Funktionen för detta sura pH är aktiveringen av de olika hydrolytiska enzymerna närvarande i lysosomen och för att så mycket som möjligt undvika dess enzymatiska aktivitet vid cytosolens neutrala pH.

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

Även om lysosommembranet bryts ner, skulle frisättningen av enzymerna inte ha någon stor effekt - på grund av cytosolens neutrala pH.

funktioner

Den inre sammansättningen av en lysosom domineras av hydrolytiska enzymer, varför de är en viktig region av cellulär metabolism där matsmältningen av extracellulära proteiner som kommer in i cellen utförs genom endocytos, återvinning av organeller och cytosoliska proteiner.

Därefter kommer vi att utforska djupet de viktigaste funktionerna hos lysosomer: nedbrytningen av molekyler genom autofag och nedbrytningen av fagocytos.

autophagy

Vad är autofagi?

En mekanism som klarar av att fånga cellulära proteiner kallas autophagy "ät dig själv". Denna händelse hjälper till att upprätthålla cellulär homeostas, nedbrytande cellulära strukturer som inte längre är nödvändiga och bidrar till återvinning av organeller.

Genom detta fenomen uppstår bildandet av vesiklar som kallas autophagosomer. Dessa är små regioner i cytoplasman eller andra cellulära fack, från endoplasmatisk retikulum som smälter med lysosomer.

Båda organellerna har förmåga att smälta, eftersom de avgränsas av ett plasmamembran av lipid natur. Det är analogt med att försöka gå med två tvålbubblor - du bildar en större.

Efter fusionen är det enzymatiska innehållet i lysosomen ansvarig för nedbrytning av komponenterna som fanns inne i den andra vesikelen som bildades. Införandet av dessa molekyler verkar vara en process som saknar selektivitet, vilket orsakar nedbrytning av proteiner som finns i den långlivade cytosolen.

Autophagy och fasta perioder

I cellen verkar händelsen av autofag reglera av mängden tillgängliga näringsämnen.

När organismen upplever någon näringsbrist eller upplever förlängda fasta perioder aktiveras nedbrytningsvägarna. På så sätt bryts cellen ned proteiner som inte är nödvändiga och uppnår återanvändningen av vissa organeller.

Att veta att lysosomer spelar en viktig roll under fasta perioder, har ökat intresse för forskare i nämnda organella.

Autophagy 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 utvecklingen att den totala ombyggnaden av organismen, vilket innebär att vissa organ eller strukturer måste elimineras under processen. I metamorfos av insekter bidrar till exempel den hydrolytiska halten av lysosomer till remodelleringen av vävnader.

Endocytos och fagocytos

Endocytos och fagocytos har en roll i att ta element som är externa mot cellerna och deras efterföljande nedbrytning.

Under fagocytos är vissa celler - som makrofager - ansvariga för intagande eller nedbrytande partiklar av avsevärd storlek, såsom bakterier eller cellrester.

Dessa molekyler intas av en fagocytisk vakuol, kallad fagosom, som, som i föregående fall, kommer att smälta med lysosomer. Fusionen ger upphov till frisättningen av matsmältningsenzymer inuti fagosomen och nedbrytningen av partiklarna fortskrider.

Typer av lysosomer

Vissa författare skiljer detta fack i två huvudtyper: typ I och typ II. Typ I eller primära lysosomer är involverade i lagringen av hydrolytiska enzymer, medan de sekundära lysosomerna är relaterade till katalysprocesserna.

Bildning av lysosomer

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

Senare genomgår tidiga endosomer en mognadsprocess och ger upphov till sena endosomer.

En tredje komponent visas i formationsprocessen: transportblåsorna. Dessa innehåller syrahydrolaser från Golgi-apparatens transnät. Båda strukturerna - transportblåsorna och de sena endosomena - sammanfogar och omvandlas till en lysosom efter att ha fått uppsättningen lysosomala enzymer.

Under processen sker återvinning av membranreceptorer genom återvinning av endosomer.

Syrahydrolaser separeras från mannos-6-fosfatreceptorn under smältningen av organellerna som ger upphov till lysosomerna. Dessa receptorer går in i Golgi-nätverket igen.

Skillnader mellan endosomer och lysosomer

Förvirring är vanlig mellan termerna endosomer och lysosom. Den första är cellulära fack omgiven av membranliknande lysosomer. Den avgörande distinktionen mellan de två organellerna är emellertid att lysosomer saknar mannos-6-fosfatreceptorer.

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

Transportblåsorna, som namnet antyder, deltar i förskjutningen av ämnen till andra platser i cellen. Sekretoriska vesiklar eliminerar däremot avfallsmaterialet eller kemikalierna (som de som deltar i neuronernas synapser).

Associerade sjukdomar

Hos människor är mutationer i generna som kodar för lysosomenzymer associerade med mer än 30 medfödda sjukdomar. Dessa patologier ingår i termen "lysosomala deponeringssjukdomar."

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

I drabbade individer är följden av att ha ett icke-funktionellt enzym inuti lysosomer ackumulering av avfallsprodukter.

Den vanligaste lysosomala deponeringsändringen är känd som Gaucher-sjukdom och är associerad med en mutation i genen som kodar för enzymet som är ansvarigt för glykolipider. Som ett nyfiken faktum visar sjukdomen en ganska hög frekvens bland den judiska befolkningen, drabbad av 1 per 2500 individer.