Funkcije, vrste in bolezni lizosomov

The lizosomi so membranski delci, ki se nahajajo med mitohondriji in mikrosomi, ki vsebujejo širok spekter prebavnih encimov (približno 50), ki se uporabljajo predvsem za prebavo in odstranjevanje prekomernih ali izrabljenih organelov, delcev hrane in virusov ali bakterij.

Z uporabo bolj pogovornega izraza lahko rečemo, da so lizosomi kot želodec celice.

Lizosomi so obdani z membrano, sestavljeno iz fosfolipidov, ki ločujejo notranjost lizosomov od zunanjega okolja membrane. Fosfolipidi so iste celične molekule, ki tvorijo celično membrano, ki obdaja celotno celico. Lizosomi se razlikujejo po velikosti od 0,1 do 1,2 mikrometra.

Njegove posebne funkcije vključujejo:

• prebavo makromolekul iz fagocitoze, endocitoze in autofagije.
• prebavo bakterij in drugih odpadnih materialov.
• popravilo poškodbe plazemske membrane, ki deluje kot membranski obliž. 
• in apoptoza.

Pogosto jih imenujejo "samomorilne vrečke" zaradi njihove vloge pri avtolizi.

Odkritje lizosomov

Lizosome je odkril belgijski citolog in biokemik Christian René de Duve v petdesetih letih prejšnjega stoletja. De Duve je leta 1974 prejel del Nobelove nagrade za medicino za odkritje lizosomov in drugih organelov, znanih kot peroksisomi..

De Duve je z biokemičnimi metodami in elektronsko mikroskopijo odkril lizosome. To osnovno odkritje je pripeljalo do sedanjega razumevanja več dednih motenj, ki jih povzročajo defektni lizosomski proteini, vključno s Tay-Sachovo boleznijo in Gaucherjevo boleznijo..

Vrste

Nedavne raziskave kažejo, da obstajata dve vrsti lizosomov: sekretorni in konvencionalni lizosomi.

Lizosomi sekretorji

Sekretarne lizosome najdemo, vendar ne izključno, v različnih celicah imunskega sistema, kot so T limfociti, ki izhajajo iz hematopoetske celične linije..

Izločevalni lizosomi so kombinacija običajnih lizosomov in sekrecijskih granul. Od konvencionalnih lizosomov se razlikujejo po tem, da vsebujejo določen sekrecijski produkt celice, v kateri prebivajo.

T-limfociti, na primer, vsebujejo izločalne produkte (perforin in granzime), ki lahko napadajo tako okužene kot tumorske celice.

"Kombinirane celice" sekrecijskega lizosoma vsebujejo tudi hidrolaze, membranske beljakovine in imajo uravnavanje lažjega pH pri običajnih lizosomih. Ta regulacijska funkcija ohranja kislo okolje, v katerem se izločevalni produkti vzdržujejo v neaktivni obliki.

Zreli sekretorni lizosomi se premikajo znotraj citoplazme do plazemske membrane. Tukaj so v stanju pripravljenosti z močnimi izločki "bojnih glav", ki so neaktivni, vendar pripravljeni.

Ko je celica T limfocitov popolnoma osredotočena na ciljno celico, se izločanje sproži, okoljske in kemijske spremembe, vključno s pH, aktivirajo izločke pred blokiranjem ciljne celice..

Vse to se opravi z natančnim nadzorom lokacije in časovnega okvira, ne samo za čim večji učinek na cilj, ampak tudi za zmanjšanje stranske škode na sosednjih prijaznih celicah..

Genetsko nadzorovane motnje sekrecijskih lizosomov lahko povzročijo okvaro sinteze trombocitov, vrsto imunske pomanjkljivosti in hipopigmentacije..

Konvencionalni lizosomi

Lizosomi se nahajajo v celici kot organele, ki jih je mogoče večkrat uporabiti, in ko pride do delitve celic, vsaka hčerinska celica prejme serijo lizosomov. Domneva se, da se lahko deponiranje kemikalij v lizosomu "ponovno napolni" z zalogami Golgijev aparatov.

Kemikalije so proizvedene v endoplazmatskem retikulumu, modificirane v Golgijevem aparatu in prenesene v lizosome v mehurčkih. Modifikacija v Golgijevem aparatu vključuje "ciljno označevanje" na molekularni ravni, ki zagotavlja, da se mehurček dostavi lizosomu in ne plazemski membrani ali drugje.

"Oznaka" se vrne v Golgijev aparat za ponovno uporabo. Material iz 3 različnih virov zahteva demontažo in recikliranje. Podlage dveh od teh virov vstopata v celico od zunaj, tretji pa izvira iz znotraj.

Izven celice proces endocitoze, vključno s pinocitozo, dopušča tekočine in majhne delce skozi tvorbo majhnih votlin, prekritih z beljakovinami, v plazemski membrani. Ti zapečatijo, dokler ne tvorijo veziklov, prevlečenih z beljaki.

Vsaka vezikula postane "zgodnji endosom" in nato "pozni endosom". Fagocitoza (hranjenje celic) prinaša tudi izven celice relativno velike delce (običajno 250 nm), vključno z bakterijami in celičnimi ostanki..

Fagocitozo lahko izvajajo "navadne celice", večinoma pa jih izvajajo makrofagi, ki lahko vsebujejo do 1000 lizosomov na celico. Struktura fagocitoze se imenuje fagosom. Iz notranje celice so avtofagosomi odgovorni za izločanje organelov, kot so mitohondriji in ribosomi..

Funkcije lizosomov

Glavne funkcije lizosomov so:

Intracelularna prebava

Beseda lizosom izhaja iz "gladkega" (litičnega ali prebavnega) in "soma" (telesa). Pinocitske vakuole, ki so nastale kot posledica absorpcije tekočine v celičnih vakuolah ali fagocitih (nastalih z absorpcijo trdnih delcev v celici), transportirajo beljakovinski material v lizosomsko regijo.

Te beljakovine lahko prebavijo v celici zaradi endocitoze. Endocitoza vključuje procese fagocitoze, pinocitoze in mikropinocitoze.

Fagocitoza in pinocitoza sta aktivna mehanizma, pri katerem celica potrebuje energijo za delovanje. Med fagocitozo zaradi levkocitov se poraba kisika, privzem glukoze in razgradnja glikogena znatno povečajo.

Pri endocitozi pride do kontrakcije mikrofilamentov aktina in miozina v periferni citoplazmi. To povzroči, da plazemska membrana invaginira in oblikuje endocitno vakuolo. Delci, zajeti v membranah, ki izhajajo iz plazemske membrane in tvorijo vakuole, so včasih celični fagosomi.

Po vstopu velikega delca ali telesa v celico z endocitozo in nastankom fagosoma se lahko membrane fagosoma in lizosoma združijo v eno samo veliko vakuolo.

V tej vakuoli začnejo lizosomski encimi proces razgradnje tujega materiala. Najprej lizosom, znan kot primarni lizosom, vsebuje encimski kompleks v neaktivnem stanju, vendar po fuziji s fagosomom tvori sekundarni lizosom z drugačno morfologijo in aktivnimi encimi..

Po encimski razgradnji se prebavi material razprši v celično hialoplazmo. Nekateri materiali lahko ostanejo v vakuoli povečanega lizosoma. Ta ostanek vakuole je ostanek telesa, saj vsebuje ostanke prebavnega procesa.

Tudi lizosomi med lakoto prebavijo shranjena živila, tj. Beljakovine, lipide in glikogen iz citoplazme in zagotavljajo energijo, ki jo zahteva celica. Razgradnja beljakovin se običajno konča na ravni dipeptida, ki lahko preide skozi membrano in se nato razgradi v aminokisline..

Prebava znotrajceličnih snovi ali autofagije

Številne celične komponente, kot so mitohondriji, se z lizosomskim sistemom nenehno odstranjujejo iz celice. Citoplazmatske organele obkrožajo membrane gladkega endoplazmatskega retikuluma, ki tvorijo vakuole, nato se lizosomski encimi izpraznijo v autofagnih vakuolah, organele pa prebavijo.

Autofagija je splošna lastnost evkariontskih celic. Ti so povezani s prenovo celičnih komponent.

Prebava mitohondrijev ali drugih celičnih struktur zagotavlja vir energije za te celice. Po prebavi celične strukture lahko avtofagne vakuole postanejo zaostala telesa. 

Imajo vlogo pri metamorfozi

Nedavno je bila v metamorfozi žabe odkrita vloga lizosoma. Izginotje repa ličink žabjega paglavca je posledica lizosomske aktivnosti (delovanje katepsinov, prisotnih v lizosomih)..

Pomagajo pri sintezi beljakovin

Znanstveniki Novikoff in Essner (1960) sta predlagali možno vlogo lizosomov pri sintezi beljakovin. V jetrih in trebušni slinavki nekaterih ptic se zdi, da so lizosomi bolj aktivni in razviti, kar kaže na to, da je možna povezava s celično presnovo..

Pomagajo pri oploditvi

Med oploditvijo glava sperme izloča nekaj lizosomskih encimov, ki pomagajo pri prodiranju spermatozoidov v vitelitno plast ovule..

Akrozom vsebuje proteazo in hialuronidazo ter bogato kislinsko fosfatazo. Hialuronidaza, razpršena v celicah okrog jajčne celice in proteaza, prebavi zono pellucida, ki tvori kanal, skozi katerega prodre spermaturno jedro.

Ima vlogo pri osteogenezi

Ugotovljeno je bilo, da je tvorba kostnih celic in tudi njihovo uničenje odvisna od lizosomske aktivnosti. Podobno sta staranje celic in partenogenetski razvoj povezani z aktivnostjo lizosomov.

Osteoklasti (multinuklearne celice), ki odstranjujejo kosti, to počnejo z sproščanjem lizosomskih encimov, ki razgrajujejo organsko matrico. Ta proces aktivira paratiroidni hormon.

Malformacija lizosomov

Okvara lizosomov lahko vodi do bolezni. Na primer, kadar glikogen, ki ga absorbirajo lizosomi, ni prebavljen, pride do Pompejeve bolezni.

Zlomi lizosomov v kožnih celicah, izpostavljeni neposredni sončni svetlobi, povzročijo patološke spremembe po sončnih opeklinah. Encimi, ki jih sproščajo ti lizosomi, uničijo celice povrhnjice, povzročajo mehurje in nato odstranitev plasti povrhnjice..

Avtoliza hrustančnega in kostnega tkiva

Presežek vitamina A povzroča zastrupitev celic. Prekine lizosomsko membrano, povzroči sproščanje encimov v celici in povzroči avtolizo v hrustančnem in kostnem tkivu..

Lizosomske bolezni

Bolezni Gaucherjevih tipov I, II in III

Gaucherjeva bolezen je najpogostejša vrsta lizosomske motnje shranjevanja. Raziskovalci so identificirali tri različne vrste Gaucherjeve bolezni, ki temeljijo na odsotnosti (tip I) ali prisotnosti in obsegu nevroloških zapletov tipa II in III..

Večina prizadetih posameznikov ima tip I, lahko se pojavi modrica, kronična utrujenost in nenormalno povečana jetra in / ali vranica (hepatosplenomegalija)..

Gaucherjeva bolezen tipa II se pojavi pri novorojenčkih in dojenčkih, za katere so značilni nevrološki zapleti, ki lahko vključujejo nehotene mišične krče, težave pri požiranju in izgubo predhodno pridobljenih motoričnih sposobnosti..

Gaucherjeva bolezen tipa III se pojavi v prvem desetletju življenja. Nevrološki zapleti lahko vključujejo poslabšanje duševnega zdravja, nezmožnost usklajevanja prostovoljnih gibov in mišičnih spazmov rok, nog ali celotnega telesa..

Vrste Niemann-Pick-ove bolezni A / B, C1 in C2

Niemann-Pickova bolezen je sestavljena iz skupine podedovanih motenj, povezanih s presnovo maščob. Nekatere značilnosti, ki so skupne vsem vrstam, so povečanje jeter in vranice. Otroci z boleznijo Niemann-Pick, vrste A ali C, imajo tudi progresivno izgubo motoričnih sposobnosti, težav s hranjenjem, progresivnimi učnimi težavami in napadi..

Fabryjeva bolezen

Simptomi Fabryjeve bolezni se običajno začnejo v zgodnjem otroštvu ali adolescenci, vendar ne smejo postati očitni do drugega ali tretjega desetletja življenja..

Prvi simptomi vključujejo epizode hude pekoče bolečine v rokah in stopalih. Drugi zgodnji znaki lahko vključujejo zmanjšanje nastajanja znoja, nelagodje pri toplih temperaturah in pojav rdečkasto do temno modrega kožnega izpuščaja, zlasti v območju med kolki in kolki..

Bolezen za shranjevanje glikogena II (Pompejeva bolezen) \ t

Pompejeva bolezen ima pozno obliko. Bolniki z obliko dojenčkov so najbolj prizadeti. Čeprav se ti otroci ob rojstvu običajno zdijo normalni, se bolezen pojavi v prvih dveh do treh mesecih s hitro progresivno mišično oslabelostjo, zmanjšanim mišičnim tonusom (hipotonijo) in vrsto bolezni srca, znano kot hipertrofična kardiomiopatija..

Težave s hranjenjem in težave z dihanjem so pogoste. Mladična / odrasla oblika se pojavi med prvim in sedmim desetletjem kot postopno upočasnjena šibkost mišic ali s simptomi odpovedi dihanja. 

Gangliosidoza tipa I (bolezen Tay Sachs)

Obstajata dve glavni obliki Tay Sachsove bolezni: klasična ali dojenčka in pozna oblika.

Pri osebah z otroško boleznijo Tay Sachs se simptomi prvič pojavijo med tremi in petimi meseci starosti. Te lahko vključujejo težave s hranjenjem, splošno slabost (letargijo) in pretiran refleks v odzivu na glasne in nenadne zvoke. Motnje v motorju in duševno poslabšanje sta progresivni.

Pri posameznikih s poznim nastopom se simptomi lahko pojavijo kadarkoli od adolescence do 30 let. Infantilna oblika pogosto napreduje hitro, kar povzroča znatno duševno in fizično poslabšanje.

Značilen simptom bolezni Tay Sachs, ki se pojavi v 90 odstotkih primerov, je razvoj rdečih madežev na zadnji strani oči. Simptomi bolezni Tay Sachs s poznim nastopom se zelo razlikujejo od primera do primera. Ta motnja napreduje veliko počasneje kot infantilna oblika.

Gangliozidoza tipa II (Sandhoffova bolezen)

Prvi simptomi Sandhoffove bolezni se običajno začnejo med tremi in šestimi meseci starosti. Bolezen se klinično ne razlikuje od gangliozidoze tipa I. \ t.

Metakromatična levkodistrofija

Prvi znaki in simptomi so lahko nejasni in postopni, zato je težko diagnosticirati to motnjo. Nezanesljivost pri hoji je pogosto prvi opazovani simptom.

Včasih je prvi simptom zamuda pri razvoju ali poslabšanje uspešnosti šole. Sčasoma lahko simptomi vključujejo izrazito spastičnost, epileptične napade in globoko duševno zaostalost.

Bolezni skladiščenja mukopolisaharidov (Hurlerova bolezen in variante, vrste A, B, C, D, vrste Morquio A in B, bolezni Maroteaux-Lamy in Sly)

Te bolezni povzročajo spremembe v normalni razgradnji kompleksnih ogljikovih hidratov, znanih kot mukopolisaharidi. Te bolezni imajo nekatere skupne značilnosti, ki vključujejo deformacije kosti in sklepov, ki ovirajo gibljivost in pogosto povzročajo osteoartritis, zlasti velike sklepe, ki podpirajo telesno težo..

Vse te bolezni, razen bolezni Sanfilippo, vplivajo na rast in povzročajo nizko rast.

Schindlerjeve vrste bolezni I in II

Schindlerjeva bolezen tipa I je klasična oblika, ki se prvič pojavi v otroštvu. Zdi se, da se prizadeti posamezniki normalno razvijajo, dokler niso stari eno leto, ko začnejo izgubljati predhodno pridobljene veščine, ki zahtevajo usklajevanje telesnih in duševnih dejavnosti..

Schindler tipa II je oblika videza pri odraslih. Simptomi lahko vključujejo nastanek obarvanih grozdov, podobnih bradavicam na koži, stalno širjenje skupin krvnih žil, ki povzročajo rdečico kože na prizadetih območjih, relativno odebelitev obraznih značilnosti in blago poslabšanje intelektualnega delovanja..

Battenova bolezen

Battenova bolezen je mladinska oblika skupine progresivnih nevroloških motenj, znanih kot nevronska ceroidna lipofuscinoza. Zanj je značilno kopičenje maščobne snovi v možganih, pa tudi tkiva, ki ne vsebujejo živčnih celic.

Battenovo bolezen zaznamujejo hitro progresivna okvara vida (optična atrofija) in nevrološke motnje, ki se lahko začnejo pred osmimi leti. Pojavlja se predvsem v družinah skandinavskega spusta iz severne Evrope in motnja vpliva na možgane in lahko povzroči poslabšanje intelekta in nevroloških funkcij.

Prizadeta populacija

Kot skupina se verjame, da imajo lizosomske bolezni shranjevanja približno eno od 5000 živorojenih otrok. Čeprav so posamezne bolezni redke, skupina kot celota prizadene veliko ljudi po svetu.

Nekatere bolezni imajo v nekaterih populacijah večjo incidenco. Na primer, bolezni Gaucherja in Tay-Sachsa so pogostejše med judovsko populacijo Ashkenazija. Znano je, da se mutacija, povezana s Hurlerovim sindromom, pogosteje pojavlja med skandinavskimi in ruskimi narodi.

Diagnoza

Prenatalna diagnostika je mogoča pri vseh lizosomskih motnjah shranjevanja. Zgodnje odkrivanje lizosomskih bolezni shranjevanja, bodisi pred rojstvom ali čim prej, je pomembno, ker so na voljo terapije, bodisi same bolezni ali povezanih simptomov, lahko pa znatno omejijo dolgotrajno zdravljenje. in vpliv bolezni.

Reference

1. Biologija-Online. (2008). Lizosom 6-2-2017, od Biology-Online.org Spletna stran: biology-online.org.
2. Univerzitetna bolnišnica Rockefeller. (2004). "Raziskovanje celic s centrifugo": odkritje lizosoma. 6-2-2017, na Univerzi Rockefeller. Spletna stran: centennial.rucares.org.
3. Britansko društvo za celično biologijo. (2016). Lizosom 6-2-2017, od BSCB Spletna stran: bscb.org.
4. Jain, K. (2016). 8 Glavne funkcije lizosomov. 6-2-2017, od BiologyDiscussion.com Spletna stran: biologydiscussion.com.
5. Clark, J. (2003). Lizosomske motnje hranjenja. 6-2-2017, od NORD - Nacionalna organizacija za redke motnje Spletna stran: rarediseases.org.
6. Fawcett, W. (1981). Celice. 6-2-2017, z ascb.org Spletna stran: ascb.org.
7. Susuki, K. (2016). Lizosomska bolezen. 7-2-2017, Nacionalni center za biotehnološke informacije Spletna stran: ncbi.nlm.nih.gov.
8. TutorVista (2017). Funkcija lizosomov. 7-2-2017, od TutorVista.com Spletna stran: ncbi.nlm.nih.gov.
9. Naravoslovno izobraževanje. (2014). Endoplazmatski retikulum, Golgijev aparat in lizosomi. 7-2-2017, od nature.com Spletna stran: nature.com.