Функции, типове и болести на лизозомите

на лизозоми те са мембранни частици, разположени между митохондриите и микрозомите, които съдържат широк спектър от храносмилателни ензими (приблизително 50), използвани главно за смилане и елиминиране на прекомерни или износени органели, хранителни частици и вируси или бактерии..

Използвайки по-разговорен термин, може да се каже, че лизозомите са като стомаха на клетката.

Лизозомите са заобиколени от мембрана, съставена от фосфолипиди, които отделят вътрешността на лизозомите от външната среда на мембраната. Фосфолипидите са същите клетъчни молекули, които образуват клетъчната мембрана, която обгражда цялата клетка. Лизозомите варират по размер от 0.1 до 1.2 микрометра.

Неговите специфични функции включват:

• усвояването на макромолекули от фагоцитоза, ендоцитоза и аутофагия.
• разграждането на бактерии и други отпадъчни материали.
• възстановяване на увреждането на плазмената мембрана, действащо като мембранен пластир. 
• и апоптоза.

Често те се наричат ​​„самоубийствени чанти“ поради тяхната роля в автолизата.

Откриване на лизозоми

Лизозомите са открити от белгийския цитолог и биохимик Кристиан Рене де Дюве през 50-те години. De Duve получава част от Нобеловата награда за медицина през 1974 г. за откриването на лизозоми и други органели, известни като пероксизоми..

De Duve открива лизозоми по биохимични методи и използва електронна микроскопия. Това основно откритие доведе до сегашното разбиране за няколко наследствени заболявания, причинени от дефектни лизозомни протеини, включително болест на Тей-Сах и болестта на Гоше..

тип

Последните изследвания показват, че съществуват два вида лизозоми: секреторни и конвенционални лизозоми.

Секретори на лизозомите

Намерени са секреторни лизозоми, но не изключително, в различни клетки на имунната система, такива като Т лимфоцити, получени от хематопоетичната клетъчна линия..

Секреторните лизозоми са комбинация от конвенционални лизозоми и секреторни гранули. Те се различават от конвенционалните лизозоми по това, че съдържат специфичния секреторен продукт на клетката, в която се намират.

Т-лимфоцитите, например, съдържат секреторни продукти (перфорин и гранзими), които могат да атакуват както инфектирани, така и туморни клетки.

"Комбинираните клетки" на секреторната лизозома също съдържат хидролазите, мембранните протеини и имат регулираща лекота на рН на конвенционалните лизозоми. Тази регулаторна функция поддържа кисела среда, в която секреторните продукти се поддържат в неактивна форма.

Зрелите секреторни лизозоми се движат в цитоплазмата до плазмената мембрана. Тук те се държат в режим на готовност с мощни секрети на "бойни глави", които са неактивни, но готови.

Когато клетката Т-лимфоцити е перфектно фокусирана върху целевата клетка, секрецията се „задейства” и промените в околната среда и химикалите, включително рН, активират секрециите преди да блокират целта.

Всичко това се прави с прецизен контрол на местоположението и времето не само за да се постигне максимален ефект върху целта, но и да се минимизират страничните щети на съседни приятелски клетки..

Генетично контролираните нарушения на секреторните лизозоми могат да доведат до нарушен синтез на тромбоцити, тип имунодефицит и хипопигментация..

Конвенционални лизозоми

Лизозомите се намират в клетката като повторно използваеми органели и когато се извършва клетъчно делене, всяка дъщерна клетка получава серия от лизозоми. Смята се, че депозирането на химикали в лизозома може да бъде "презаредено" от консумативите на апарата на Голджи.

Химикалите се произвеждат в ендоплазмения ретикулум, модифицирани в апарата на Голджи и транспортирани до лизозомите във везикулите. Модификацията в апарата на Голджи включва "целево маркиране" на молекулярно ниво, което гарантира, че везикулата се доставя до лизозома, а не до плазмената мембрана или другаде.

"Етикетът" се връща в апарата на Голджи за повторна употреба. Материал от 3 различни източника изисква разглобяване и рециклиране. Субстратите на два от тези източници навлизат в клетката отвън, а третият - отвътре.

Извън клетката, процесът на ендоцитоза, включително пиноцитоза, допуска течности и малки частици чрез образуването в плазмената мембрана на малки кухини, покрити с протеини. Те се запечатват, докато образуват везикули, покрити с протеини.

Всяка везикула става "ранна ендозома" и след това "късна ендозома". Също така извън клетката фагоцитозата (клетъчното хранене) носи относително големи частици (обикновено с размери 250 nm), включително бактерии и клетъчни остатъци..

Фагоцитозата може да се извърши от "обикновени клетки", но основно се извършва от макрофаги, които могат да съдържат до 1000 лизозоми на клетка. Получената структура на фагоцитоза се нарича фагозом. От вътрешната страна на клетката, автофагозомите са отговорни за елиминирането на органелите, като митохондриите и рибозомите..

Функции на лизозомите

Основните функции на лизозомите са:

Вътреклетъчно храносмилане

Думата lysosome произлиза от "гладка" (литична или храносмилателна) и "soma" (тяло). Пиноцитните вакуоли, образувани в резултат на абсорбцията на течното вещество в клетъчните вакуоли или фагоцити (образувани от абсорбцията на твърди частици в клетката), транспортират протеиновия материал до лизозомната област.

Тези протеини могат да претърпят храносмилане в клетката в резултат на ендоцитоза. Ендоцитозата включва процесите на фагоцитоза, пиноцитоза и микропиноцитоза.

Фагоцитозата и пиноцитозата са активни механизми, при които клетката се нуждае от енергия, за да функционира. По време на фагоцитоза, дължаща се на левкоцити, консумацията на кислород, усвояването на глюкозата и разграждането на гликогена се повишават значително.

При ендоцитозата настъпва свиване на актини и миозинови микрофиламенти в периферната цитоплазма. Това кара плазмената мембрана да инвагинира и да образува ендоцитна вакуола. Поглъщаните частици, затворени в мембрани, получени от плазмената мембрана и образуващи вакуоли, понякога са клетъчни фагозоми.

След влизането на голяма частица или тяло в клетката чрез ендоцитоза и образуването на фагозома, мембраните на фагозома и лизозома могат да се слеят, за да образуват една голяма вакуола..

В рамките на тази вакуола, лизозомните ензими започват процеса на смилане на чуждия материал. Първоначално лизозома, известен като основен лизозом, съдържа комплекс ензим в неактивно състояние, но след сливане с Фагозомът произвежда средно лизозом с различна морфология и активни ензими.

След ензимното разграждане, разградения материал се дифундира в хиалоплазмата на клетката. Някои материали могат да останат във вакуола на уголемената лизозома. Този остатъчен вакуол е остатъчното тяло, тъй като съдържа остатъците от храносмилателния процес.

По време на гладуване и лизозомите смилане съхранявани хранителни материали, т.е., протеини, липиди и гликоген цитоплазма и осигури необходимата от клетката енергия. Усвояването на протеините обикновено завършва на нивото на дипептида, който може да премине през мембраната и след това да се усвои в аминокиселини..

Разлагане на вътреклетъчни вещества или аутофагия

Много клетъчни компоненти, като митохондриите, постоянно се отстраняват от клетката чрез лизозомната система. Цитоплазмените органели са заобиколени от мембрани на гладка ендоплазмена ретикулум, образувайки вакуоли, след което лизозомните ензими се изхвърлят в автофагични вакуоли и органелите се усвояват.

Автофагията е общо свойство на еукариотните клетки. Те са свързани с обновяването на клетъчните компоненти.

Смилането на митохондриите или други клетъчни структури осигурява източник на енергия за тези клетки. След смилане на клетъчната структура, автофагичните вакуоли могат да станат остатъчни тела. 

Те играят роля в метаморфозата

Неотдавна ролята на лизозомата е открита в метаморфозата на жабата. Изчезването на опашката на ларвите на поповата лъжичка на жабата се дължи на лизозомната активност (действие на катепсините, присъстващи в лизозомите)..

Те помагат в синтеза на протеини

Учените Новиков и Еснер (1960) са предположили възможната роля на лизозомите в синтеза на протеини. В черния дроб и панкреаса на някои птици лизозомите изглеждат по-активни и се развиват, показвайки това възможно взаимодействие с клетъчния метаболизъм.

Те помагат в оплождането

По време на оплождането, главата на сперматозоида отделя някои лизозомни ензими, които помагат за проникването на сперматозоидите в виолетовия слой на яйцеклетката..

Акрозомата съдържа протеаза и хиалуронидаза и обилна кисела фосфатаза. Хиалуронидазата, диспергирана в клетките около ооцита и протеазата, разгражда зоната pellucida, като прави канал, през който прониква сперматозоидното ядро.

Той има роля в остеогенезата

Твърди се, че образуването на костни клетки и също тяхното унищожаване зависи от лизозомната активност. По същия начин, стареенето на клетките и партеногенетичното развитие са свързани с активността на лизозомите.

Остеокластите (многоядрени клетки), които премахват костите, правят това чрез освобождаване на лизозомни ензими, които разграждат органичната матрица. Този процес се активира от паратиреоиден хормон.

Малформация на лизозомите

Неправилното функциониране на лизозомите може да доведе до заболявания. Например, когато гликогенът, абсорбиран от лизозомите, не се усвоява, настъпва болестта на Pompe.

Разкъсвания на лизозоми в кожни клетки, изложени на пряка слънчева светлина, водят до патологични промени след слънчево изгаряне. Ензимите, освободени от тези лизозоми, унищожават клетките на епидермиса, като причиняват мехури и след това отделяне на слой от епидермиса..

Автолиза на хрущялната и костната тъкан

Излишният витамин А причинява отравяне на клетките. Той прекъсва лизозомната мембрана, като причинява освобождаване на ензими в клетката и причинява автолиза в хрущялната и костната тъкан..

Лизозомни заболявания

Заболявания на типове I, II и III на Гоше

Болестта на Гоше е най-често срещаният тип нарушение на лизозомното съхранение. Изследователите са идентифицирали три различни вида болест на Gaucher въз основа на отсъствието (тип I) или наличието и степента на (неврологични усложнения от тип II и III)..

Повечето засегнати индивиди имат тип I, могат да имат синини, хронична умора и анормално уголемен черен дроб и / или далак (хепатоспленомегалия).

Болестта тип II на Гоше се появява при новородени и кърмачета и се характеризира с неврологични усложнения, които могат да включват неволеви мускулни спазми, затруднено преглъщане и загуба на придобити двигателни умения..

Болестта тип III на Гоше се появява през първото десетилетие от живота. Неврологичните усложнения могат да включват увреждане на психиката, невъзможност за координиране на доброволни движения и мускулни спазми на ръцете, краката или цялото тяло..

Видове болест на Ниман-Пик А / В, С1 и С2

Болестта на Ниман-Пик се състои от група наследствени заболявания, свързани с метаболизма на мазнините. Някои характеристики, общи за всички видове, включват уголемяване на черния дроб и далака. Деца с болест на Niemann-Pick, тип А или С, също имат прогресивна загуба на двигателни умения, затруднения в храненето, прогресивни затруднения в ученето и припадъци.

Болест на Фабри

Симптомите на болестта на Фабри обикновено започват в ранна детска възраст или юношество, но може да не станат очевидни до второто или третото десетилетие от живота..

Първите симптоми включват епизоди на тежка пареща болка в ръцете и краката. Други ранни признаци могат да включват намаляване на производството на пот, дискомфорт при топли температури и поява на червеникав до тъмносин кожен обрив, особено в областта между бедрата и коленете..

Гликогенова болест II (болест на Pompe)

Болестта на Помпе има форма на закъснение. Пациентите с детска форма са най-силно засегнати. Въпреки че тези бебета обикновено изглеждат нормални при раждането, болестта се появява в рамките на първите два до три месеца с бързо прогресираща мускулна слабост, намален мускулен тонус (хипотония) и тип сърдечно заболяване, известно като хипертрофична кардиомиопатия..

Често се срещат проблеми с храненето и затруднения с дишането. Формата на младите / възрастни възниква между първата и седмата десетилетия като прогресивно забавяща се мускулна слабост или със симптоми на дихателна недостатъчност.. 

Ганглиозидоза тип I (болест на Tay Sachs)

Съществуват две основни форми на болестта на Тей Сакс: класическата или детска форма и късната форма.

При индивиди с детска болест на Tay Sachs симптомите обикновено се появяват за първи път между три и пет месеца. Те могат да включват проблеми с храненето, обща слабост (летаргия) и преувеличен рефлекс в отговор на силен и внезапен шум. Моторните забавяния и психичното влошаване са прогресивни.

При индивиди с късна форма, симптомите могат да се появят по всяко време от юношеството до 30 години. Детската форма често напредва бързо, което води до значително умствено и физическо влошаване.

Характерен симптом на болестта на Тей Сакс, която се среща в 90% от случаите, е развитието на червени петна по задната част на очите. Симптомите на късното начало на болестта на Tay Sachs се различават значително в различните случаи. Това разстройство прогресира много по-бавно от инфантилната форма.

Ганглиозидоза тип II (болест на Sandhoff)

Първите симптоми на болестта на Sandhoff обикновено започват на възраст между три и шест месеца. Заболяването е клинично неразличимо от тип I ганглиозидоза.

Метахромна левкодистрофия

Първите признаци и симптоми могат да бъдат неясни и постепенни, така че това заболяване е трудно за диагностициране. Нестабилността при ходене често е първият наблюдаван симптом.

Понякога най-ранният симптом е забавянето на развитието или влошаването на училищната работа. С течение на времето симптомите могат да включват изразена спастичност, гърчове и дълбока умствена изостаналост.

Заболявания при съхранение на мукополизахариди (болест на Хърлер и варианти, типове А, В, С, D, типове A и B от Morquio, болести на Maroteaux-Lamy и Sly)

Тези заболявания са причинени от промени в нормалното разграждане на сложни въглехидрати, известни като мукополизахариди. Тези заболявания имат някои общи характеристики, които включват деформации на костите и ставите, които пречат на подвижността и често причиняват остеоартрит, особено големи стави, които поддържат теглото..

Всички тези заболявания, с изключение на болестта на Санфилипо, пречат на растежа, причинявайки нисък ръст.

Видове болести на Шиндлер I и II

Болестта на Шиндлер тип I е класическата форма, която се появява за първи път през детството. Засегнатите лица изглежда се развиват нормално до навършване на една година, когато започват да губят придобити умения, които изискват координация на физическите и умствените дейности..

Тип II Шиндлер е видът на външния вид при възрастните. Симптомите могат да включват развитието на клъстери на обезцветяване, подобни на брадавици по кожата, постоянно разширяване на групи от кръвоносни съдове, които причиняват зачервяване на кожата в засегнатите области, относително удебеляване на чертите на лицето и слабо увреждане на интелекта..

Болест на лигавицата

Болестта на Батън е юношеската форма на група прогресивни неврологични нарушения, известни като невронална цероидна липофусциноза. Характеризира се с натрупване на мастно вещество в мозъка, както и в тъкан, която не съдържа нервни клетки.

Болестта на Батън се характеризира с бързо прогресираща зрителна недостатъчност (оптична атрофия) и неврологични нарушения, които могат да започнат преди осемгодишна възраст. Той се среща главно в семейства със скандинавски произход от Северна Европа и разстройството засяга мозъка и може да причини влошаване на интелекта и неврологичните функции.

Засегнато население

Като група се смята, че лизозомните болести на съхранение имат приблизителна честота от приблизително един на 5000 живородени. Въпреки че отделните болести са редки, групата като цяло засяга много хора по света.

Някои от болестите имат по-висока честота в някои популации. Например, болестите на Гоше и Тей-Сакс са по-чести сред еврейското население на Ашкенази. Известно е, че мутация, свързана със синдрома на Hurler, се среща по-често между скандинавските и руските народи.

диагноза

Пренатална диагностика е възможна при всички нарушения на лизозомното съхранение. Ранното откриване на лизозомни заболявания на съхранение, било преди раждането или възможно най-скоро, е важно, защото когато са налични терапии, или за самата болест, или за свързаните с тях симптоми, те могат значително да ограничат дългосрочния курс. и въздействието на болестта.

препратки

1. Биология-Online. (2008 г.). Лизозомата. 6-2-2017, от Biology-Online.org Уебсайт: biology-online.org.
2. Университетската болница в Рокфелер. (2004 г.). "Изследване на клетки с центрофуга": откриването на лизозома. 6-2-2017, от Университета Рокфелер. Уебсайт: centennial.rucares.org.
3. Британско общество за клетъчна биология. (2016 г.). Лизозомата. 6-2-2017, от BSCB Уебсайт: bscb.org.
4. Jain, K. (2016). 8 основни функции на лизозомите. 6-2-2017, от BiologyDiscussion.com Уебсайт: biologydiscussion.com.
5. Clark, J. (2003). Нарушения на лизозомното съхранение. 6-2-2017, от NORD - Национална организация за редки нарушения Уебсайт: rarediseases.org.
6. Fawcett, W. (1981). Клетките. 6-2-2017, от ascb.org Уебсайт: ascb.org.
7. Susuki, К. (2016). Лизозомна болест. 7-2-2017, от Националния център за биотехнологична информация: ncbi.nlm.nih.gov.
8. TutorVista (2017). Функция на лизозомите. 7-2-2017, от TutorVista.com Уебсайт: ncbi.nlm.nih.gov.
9. Образование за природата. (2014). Ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи и лизозоми. 7-2-2017, от nature.com Уебсайт: nature.com.