LYSOZOMY: VLASTNOSTI, STRUKTURA, FUNKCE A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto lysozomy jsou organely buněčné membrány, které se nacházejí v živočišných buňkách. Jsou to kompartmenty, které mají kyselé pH a jsou bohaté na trávicí enzymy, schopné degradovat jakýkoli druh biologické molekuly: proteiny, uhlohydráty a nukleové kyseliny.

Kromě toho mohou degradovat materiál z vnějšku buňky. Z tohoto důvodu mají lysozomy více funkcí v buněčném metabolismu a díky svému složení bohatému na hydrolytické enzymy se často nazývají „žaludkem“ buňky.

Lysozomy jsou tvořeny fúzí vesikul, které se vynoří z Golgiho aparátu. Buňka rozpoznává určité sekvence, které fungují jako "značky" na hydrolytických enzymech, a posílá je do formujících lysozomů.

Tyto vakuoly jsou kulovitého tvaru a jejich velikost se značně liší, protože jsou poměrně dynamickou buněčnou strukturou.

Objev a historická perspektiva

Lysosomy byly objeveny před více než 50 lety vědcem Christianem de Duve. Tým De Duve prováděl experimenty zahrnující techniku ​​subcelulární frakcionace, aby prozkoumal umístění určitých enzymů.

Tento experimentální protokol umožnil objev organel, jak vědci zaznamenali, že se uvolňování hydrolytických enzymů zvyšuje, když přidávají sloučeniny, které poškozují membrány.

Následně se zlepšením technik molekulární biologie a existence lepších zařízení - jako jsou elektronové mikroskopy - podařilo potvrdit její přítomnost. Ve skutečnosti lze dojít k závěru, že lysozomy zaujímají 5% intracelulárního objemu.

Nějaký čas po svém objevu byla v jejím vnitřku prokázána přítomnost hydrolytických enzymů, čímž se lyzozom změnil na jakési degradační centrum. Kromě toho byly lyzozomy spojeny s endocytárním životem.

Historicky byly lysozomy považovány za koncový bod endocytózy, používané pouze pro degradaci molekul. Dnes jsou lysozomy známé jako dynamické buněčné kompartmenty, schopné fúzovat s řadou dalších organel.

vlastnosti

Proton čerpání přes lysozomální membránu. Zdroj: Alejandro Porto

Morfologie lysozomů

Lysozomy jsou jedinečné kompartmenty živočišných buněk, které obsahují celou řadu enzymů, které jsou schopné hydrolyzovat proteiny a trávit určité molekuly.

Jsou to husté, kulové vakuoly. Velikost struktury je velmi různorodá a závisí na materiálu, který byl dříve zachycen.

Lysozomy jsou spolu s endoplazmatickým retikulem a Golgiho aparátem součástí endomembránového systému buňky. Ačkoli tyto tři struktury jsou sítě membrán, nejsou vzájemně spojité.

Lysozomy obsahují více enzymů

Hlavní charakteristikou lysozomů je baterie hydrolytických enzymů uvnitř nich. Existuje asi 50 enzymů, které jsou schopné degradovat širokou škálu biomolekul.

Mezi ně patří nukleázy, proteázy a fosfatázy (které odstraňují fosfátové skupiny z fosfolipidových mononukleotidů a dalších sloučenin). Kromě toho obsahují další enzymy odpovědné za degradaci polysacharidů a lipidů.

Logicky musí být tyto trávicí enzymy prostorově odděleny od zbytku buněčných složek, aby nedošlo k jejich nekontrolované degradaci. Buňka tedy může „vybrat“ sloučeniny, které mají být eliminovány, protože může regulovat prvky, které vstupují do lysozomu.

Prostředí lysosomů je kyselé

Interiér lysozomů je kyselý (téměř 4,8) a enzymy, které obsahuje, fungují při tomto pH dobře. Proto jsou známé jako kyselé hydrolázy.

Charakteristické kyselé pH tohoto buněčného prostoru je udržováno díky přítomnosti protonové pumpy a chloridového kanálu v membráně. Společně transportují kyselinu chlorovodíkovou (HCI) do lysozomu. Čerpadlo je umístěno ukotvené v membráně organely.

Funkcí tohoto kyselého pH je aktivace různých hydrolytických enzymů přítomných v lysozomu a pokud možno vyloučení jejich enzymatické aktivity při neutrálním pH cytosolu.

Tímto způsobem již máme dvě bariéry, které fungují jako ochrana před nekontrolovanou hydrolýzou: udržování enzymů v izolovaném kompartmentu a že tyto enzymy dobře fungují při kyselém pH tohoto kompartmentu.

I kdyby byla lyzozomová membrána prasklá, uvolnění enzymů by nemělo příliš velký účinek - kvůli neutrálnímu pH cytosolu.

Funkce

Vnitřnímu složení lysosomu dominují hydrolytické enzymy, a proto jsou důležitou oblastí buněčného metabolismu, kde probíhá trávení extracelulárních proteinů, které do buňky vstupují endocytózou, recyklací organel a cytosolických proteinů.

Níže podrobně prozkoumáme nejdůležitější funkce lysozomů: degradaci molekul autofagií a degradaci fagocytózou.

Autofagie

Co je autofagie?

Jeden mechanismus, který zachycuje buněčné proteiny, se nazývá autofagie „sežrání“. Tato událost pomáhá udržovat homeostázi buněk, degraduje buněčné struktury, které již nejsou potřeba, a přispívá k recyklaci organel.

Prostřednictvím tohoto jevu dochází k tvorbě vezikul zvaných autofagosomy. Jedná se o malé regiony cytoplazmy nebo jiných buněčných kompartmentů, které pocházejí z endoplazmatického retikula, které se spojují s lysosomy.

Obě organely mají schopnost fúzovat, protože jsou ohraničeny plazmatickou membránou lipidové povahy. Je to analogické, když se snažíte spojit dvě mýdlové bubliny dohromady - děláte větší.

Po fúzi je enzymatický obsah lysozomu zodpovědný za degradaci složek, které byly uvnitř jiného vytvořeného váčku. Zachycení těchto molekul se zdá být procesem, který postrádá selektivitu, což způsobuje degradaci proteinů lokalizovaných v cytosolu s dlouhou životností.

Autofagie a období půstu

Zdá se, že v buňce je autofagický případ regulován množstvím dostupných živin.

Když tělo zažije nedostatek živin nebo prodloužené období půstu, aktivují se degradační dráhy. Tímto způsobem se buňce podaří degradovat proteiny, které nejsou nezbytné, a dosáhne opětovného použití určitých organel.

Vědomí, že lysozomy hrají důležitou roli během období půstu, zvýšilo zájem vědců o tuto organelu.

Autofagie a vývoj organismů

Kromě aktivní účasti v obdobích s nízkým obsahem výživy hrají lysozomy důležitou roli při vývoji určitých linií organických organismů.

V některých případech zahrnuje vývoj celkovou přestavbu těla, což znamená, že určité orgány nebo struktury musí být během procesu odstraněny. Například v metamorfóze hmyzu přispívá k remodelaci tkání hydrolytický obsah lysosomů.

Endocytóza a fagocytóza

Endocytóza a fagocytóza mají roli v příjmu prvků vně buněk a jejich následné degradaci.

Během fagocytózy jsou určité buňky - jako jsou makrofágy - zodpovědné za požití nebo degradaci velkých částic, jako jsou bakterie nebo buněčný odpad.

Tyto molekuly jsou přijímány fagocytárním vakuolem, nazývaným fagosom, který se stejně jako v předchozím případě fúzuje s lysozomy. Fúze vede k uvolňování trávicích enzymů uvnitř fagozomu a částice jsou degradovány.

Druhy lysozomů

Někteří autoři rozlišují tento oddíl na dva hlavní typy: typ I a typ II. Ty typu I nebo primární lysozomy se podílejí na skladování hydrolytických enzymů, zatímco sekundární lysozomy se vztahují k katalýze.

Tvorba lysozomů

Tvorba lysozomů začíná absorpcí molekul z vnějšku endocytickými vezikuly. Ten se spojil s jinými strukturami nazývanými časné endosomy.

Později endosomy procházejí procesem zrání, což vede k pozdním endozomům.

Třetí složka se objeví v procesu formování: transportní váčky. Obsahují kyselé hydrolázy z trans sítě Golgiho aparátu. Obě struktury - transportní vezikuly a pozdní endozomy - se po získání sady lysozomálních enzymů spojí a stanou se lysozomem.

Během procesu dochází k recyklaci membránových receptorů pomocí recyklačních endozomů.

Kyselé hydrolázy se oddělují od fosfátového receptoru manosy-6 během fúzního procesu organel, které vedou k lysozomům. Tyto receptory vstupují znovu do sítě Golgi trans.

Rozdíly mezi endosomy a lysosomy

Zmatek mezi pojmy endosomy a lysozom je běžný. První z nich jsou membránově uzavřené buněčné kompartmenty - jako lysozomy. Zásadní rozdíl mezi těmito dvěma organelami je v tom, že lysozomy postrádají receptory manosy-6-fosfáty.

Kromě těchto dvou biologických entit existují i ​​jiné typy vezikul. Jednou z nich jsou vakuoly, jejichž obsahem je hlavně voda.

Transportní vezikuly, jak napovídá jejich název, se podílejí na pohybu látek na jiná místa v buňce. Sekreční váčky odstraňují odpadní materiál nebo chemikálie (například ty, které se podílejí na synapse neuronů).

Související nemoci

U lidí jsou mutace v genech, které kódují enzymy lysozomu, spojeny s více než 30 vrozenými chorobami. Tyto patologie jsou zahrnuty pod termínem "lysozomální choroby z ukládání".

Překvapivě mnoho z těchto stavů vyplývá z poškození jednoho lysozomálního enzymu.

U postižených jedinců je důsledkem nefunkčního enzymu uvnitř lysozomů akumulace odpadních produktů.

Nejběžnější změna lysozomální depozice je známá jako Gaucherova choroba a je spojena s mutací v genu, který kóduje enzym zodpovědný za glykolipidy. Je zvláštní, že nemoc vykazuje poměrně vysokou frekvenci mezi židovskou populací a postihuje 1 z každých 2 500 jedinců.

Reference

1. Cooper, GM, Hausman, RE a Hausman, RE (2000). Buňka: molekulární přístup. Stiskněte ASM.
2. Holtzman, E. (2013). Lysozomy. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY a Yang, JS (2009). Rozvíjející se chápání tvorby vezikul COPI. Recenze přírody Molekulární buněčná biologie, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologie a buněčná biologie: úvod do patologie E-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM a Griffiths, GM (2014). Biogeneze lysozomů a organel souvisejících s lysosomem. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR a Bright, NA (2007). Lysozomy: fúze a funkce. Přehledy přírody Molekulární buněčná biologie, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM a Piper, RC (2000). Fúze lysosom-endozom a biogeneze lysozomu. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.