Lysosomi

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 24. maaliskuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Lysosomi ( kreikan sanoista λύσις  - hajoaminen ja σώμα  - body) on kalvon ympäröimä soluorganelli , jonka ontelossa säilyy hapan ympäristö ja on monia liukoisia hydrolyyttisiä entsyymejä [1] . Lysosomi on vastuussa makromolekyylien solunsisäisestä pilkkoutumisesta, mukaan lukien autofagiassa ; lysosomi pystyy erittämään sisältönsä eksosytoosiin ; lysosomi osallistuu myös joihinkin solunsisäisiin signalointireitteihin, jotka liittyvät solujen aineenvaihduntaan ja kasvuun [2] .

Lysosomi on yksi rakkulatyypeistä ja kuuluu solun endomembraanijärjestelmään [3] . Eri tyyppisiä lysosomeja voidaan pitää erillisinä soluosastoina .

Lysosomit löysi vuonna 1955 belgialainen biokemisti Christian de Duve [4] . Lysosomeja löytyy kaikista nisäkässoluista erytrosyyttejä lukuun ottamatta [5] . Kasveissa vakuolit ovat lähellä lysosomeja muodostumistavan ja osittain toiminnan suhteen . Lysosomeja on myös useimmissa protisteissa (sekä fagotrofisissa että osmotrofisissa ravintotyypeissä) ja sienissä. Siten lysosomien läsnäolo on ominaista kaikkien eukaryoottien soluille . Prokaryooteissa lysosomit puuttuvat, koska niiltä puuttuu fagosytoosi eikä solunsisäistä sulatusta.

Useat ihmisten perinnölliset sairaudet , joita kutsutaan lysosomaalisiksi varastoinnin sairauksiksi , liittyvät lysosomien toimintahäiriöön [6] .

Löytöhistoria

Vuosina 1949-1952 biokemisti Christian de Duve ja hänen oppilaansa tutkiessaan insuliinin toimintaa rotan maksasoluissa havaitsivat vahingossa odottamattoman eron happaman fosfataasin aktiivisuudessa eristysmenetelmästä riippuen. He käyttivät hapanta fosfataasia standardina, heidän tutkimuksensa pääkohteena oli glukoosi-6-fosfataasientsyymi , joka osallistuu insuliinin aineenvaihduntaan. Kokeiden aikana kävi ilmi, että kun solusisältö fraktioitiin sentrifugissa, hapan fosfataasi liittyi mikrosomaaliseen fraktioon, mutta osoitti vain kymmenesosan aktiivisuudesta yksinkertaiseen soluuutteeseen verrattuna , ja useiden päivien varastoinnin jälkeen mikrosomaalinen fraktio jääkaapissa, happaman fosfataasin aktiivisuus lisääntyi. Kun tämä ilmiö havaittiin, ensimmäinen selitys oli, että jokin tekninen virhe oli tapahtunut. Kokeen toistaminen toisti kuitenkin poikkeuksetta alkuperäisen kuvan. Tämä antoi meille mahdollisuuden olettaa joidenkin kalvon ympäröimien soluhiukkasten olemassaolon, jotka sisältävät entsyymin sisällä. Vuodesta 1952 vuoteen 1955 löydettiin useita mikrosomaaliseen fraktioon liittyviä happamia hydrolaaseja. Vuonna 1955, jota pidetään lysosomien löytämisen vuotena, K. de Duve ehdotti nimeä "lysosomi" soluorganellille, jota ympäröi kalvo, joka ylläpitää matalaa pH:ta ja jonka sisällä on useita toimivia entsyymejä. optimaalisesti happamassa ympäristössä [7] [8] . Samana vuonna 1955 amerikkalainen sytologi Alex NovikovVermontin yliopistosta, USA:sta, joka hallitsi loistavasti mikroskopiatekniikan, vieraili C. de Duven laboratoriossa ja pystyi hankkimaan ensimmäiset elektroniset valokuvat näistä organelleista käyttämällä osittain puhdistettujen lysosomien valmistetta. Myöhemmin, vuonna 1961, Alex Novikov vahvisti happaman fosfataasin histokemiallisen havaitsemisen ja elektronimikroskopian avulla tämän entsyymin lokalisoinnin lysosomeihin [9] [10] . Vuonna 1963 belgialainen biokemisti Henry Hares , joka työskenteli aiemmin K. de Duven ryhmässä, havaitsi lysosomaalisen α-glukosidaasientsyymin puutteen potilailla, joilla oli Pompen tauti, ja ehdotti, että muut geneettiset sairaudet liittyivät lysosomien hajoamiseen [11] . ] . Tällä hetkellä yli 50 perinnöllistä sairautta liittyy lysosomaaliseen vajaukseen [12] .

Vuonna 1974 K. de Duvelle myönnettiin lääketieteen Nobelin palkinto hänen panoksestaan ​​solun rakenteellisen ja toiminnallisen organisaation paljastamisessa [13] .

Lysosomien merkit

Lysosomit ovat heterogeenisiä muodoltaan, kooltaan, ultrarakenteeltaan ja sytokemiallisilta ominaisuuksiltaan. Eläinsoluissa lysosomit ovat tyypillisesti kooltaan alle 1 µm, vaikka joissakin solutyypeissä, kuten makrofageissa , lysosomit voivat olla suurempia kuin muutama mikronia . Lysosomeilla on pääsääntöisesti pallomainen, soikea, joskus putkimainen muoto [14] . Lysosomien lukumäärä vaihtelee yhdestä (suuri vakuoli monissa kasvi- ja sienisoluissa) useisiin satoihin tai tuhansiin (eläinsoluissa). Lysosomit eläimissä muodostavat yleensä enintään 5 % solunsisäisestä tilavuudesta [15] .

Yksi lysosomien merkkejä on se, että niissä on useita entsyymejä ( happohydrolaaseja ), jotka voivat hajottaa proteiineja , hiilihydraatteja , lipidejä ja nukleiinihappoja . Lysosomientsyymeihin kuuluvat katepsiinit (kudosproteaasit ), hapan ribonukleaasi , fosfolipaasi jne. Lisäksi lysosomit sisältävät entsyymejä, jotka voivat pilkkoa sulfaatti- (sulfataaseja) tai fosfaattiryhmiä ( hapan fosfataasi ) orgaanisista molekyyleistä. Lysosomiontelo sisältää yhteensä noin 60 liukoista hapanta hydrolyyttistä entsyymiä [2] .

Lysosomeille on ominaista sisäisen ympäristön hapan reaktio , joka varmistaa lysosomaalisten hydrolaasien optimaalisen toiminnan [14] . Tyypillisesti lysosomien pH on noin 4,5-5, eli protonien pitoisuus niissä on kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin sytoplasmassa. Tämä varmistetaan aktiivisella protonien kuljetuksella, jonka suorittaa lysosomien kalvoihin sisäänrakennettu proteiinipumppuprotoni ATPaasi [15] . Protonipumpun lisäksi lysosomikalvoon rakennetaan kantajaproteiineja makromolekyylien hydrolyysituotteiden: aminohappojen , sokereiden, nukleotidien , lipidien kuljettamiseksi sytoplasmaan [16] .

Happaman fosfataasin korkeaa aktiivisuutta käytettiin aiemmin yhtenä lysosomien markkereista. Tällä hetkellä spesifisten kalvoglykoproteiinien LAMP1 ja LAMP2 läsnäoloa pidetään luotettavampana markkerina . Niitä on lysosomien ja myöhäisten endosomien kalvolla, mutta niitä ei ole muiden tyhjiöosastojen kalvoissa .

Lysosomien muodostuminen ja niiden tyypit

Lysosomit muodostuvat Golgin laitteesta erotetuista vesikkeleistä (vesikkeleistä) ja vesikkeleistä ( endosomeista ), joihin aineet pääsevät endosytoosin aikana [17] . Endoplasmisen retikulumin kalvot osallistuvat autolysosomien ( autofagosomien ) muodostumiseen . Kaikki lysosomien proteiinit syntetisoidaan "istumattomissa" ribosomeissa endoplasmisen retikulumin kalvojen ulkopinnalla ja kulkevat sitten sen ontelon ja Golgin laitteen läpi .

Ei ole olemassa yleisesti hyväksyttyä luokitusta ja nimikkeistöä eri kypsytysvaiheille ja lysosomien tyypeille . On olemassa primaarisia ja sekundaarisia lysosomeja . Ensimmäiset muodostuvat Golgi-laitteen alueella , ne sisältävät entsyymejä inaktiivisessa tilassa, kun taas jälkimmäiset sisältävät aktiivisia entsyymejä. Normaalisti lysosomientsyymit aktivoituvat, kun pH laskee. Lysosomeista voidaan erottaa myös heterolysosomit (ulkopuolelta soluun tulevan materiaalin sulattaminen - fago- tai pinosytoosilla) ja autolysosomit (tuhoavat solun omia proteiineja tai organelleja). Yleisimmin käytetty lysosomien ja niihin liittyvien osastojen luokitus on seuraava:

  1. Varhaiset endosomi  - endosyyttiset (pinosyyttiset) vesikkelit tulevat siihen. Varhaisesta endosomista alkaen kuormituksensa (alhaisen pH:n vuoksi) luovuttaneet reseptorit palaavat ulkokalvolle.
  2. Myöhäinen endosomi  - vesikkelit, joiden materiaali on imeytynyt pinosytoosin aikana, ja vesikkelit Golgin laitteesta, joissa on hydrolaaseja, tulevat siihen varhaisesta endosomista. Mannoosi-6-fosfaattireseptorit palaavat myöhäisestä endosomista Golgin laitteeseen.
  3. Lysosomi - vesikkelit, joissa on seos hydrolaaseja ja pilkottua materiaalia, tulevat  siihen myöhäisestä endosomista .
  4. Fagosomi  - suuremmat hiukkaset (bakteerit jne.), jotka imeytyvät fagosytoosin kautta, tulevat siihen. Fagosomit fuusioituvat yleensä lysosomien kanssa.
  5. Autofagosomi  on osa sytoplasmaa, jota ympäröi kaksi kalvoa, jotka sisältävät yleensä joitain organelleja ja jotka muodostuvat makroautofagian aikana. Sulautuu lysosomiin.
  6. Multivesikulaariset kappaleet  - joita yleensä ympäröi yksi kalvo, ne sisältävät pienempiä rakkuloita, joita ympäröi yksi kalvo. Muodostuu mikroautofagiaa muistuttavalla prosessilla (katso alla), mutta sisältävät ulkopuolelta saatua materiaalia. Pienissä vesikkeleissä ulkokalvon reseptorit (esim. epidermaaliset kasvutekijäreseptorit) yleensä jäävät jäljelle ja sitten hajoavat. Muodostumisvaiheen mukaan ne vastaavat varhaista endosomia. On kuvattu kahden kalvon ympäröimien multivesikulaaristen kappaleiden muodostumista ytimen vaipan silmujen seurauksena.
  7. Jäännöskappaleet (telolisosomit)  - vesikkelit, jotka sisältävät sulamatonta materiaalia (erityisesti lipofuskiinia ). Normaaleissa soluissa ne fuusioituvat ulkokalvon kanssa ja poistuvat solusta eksosytoosin kautta . Ikääntymisen tai patologian kertyminen.

Lysosomien toiminnot

Lysosomien tehtävät ovat:

Solunsisäinen ruoansulatus ja osallistuminen aineenvaihduntaan

Monilla protisteilla ja eläimillä, joilla on solunsisäinen ruoansulatus , lysosomit osallistuvat endosytoosin vangitseman ruoan sulatukseen. Tässä tapauksessa lysosomit sulautuvat ruoansulatuskanavan tyhjiöihin. Protisteilla sulamattomat ruokajätteet poistuvat yleensä solusta, kun ruokavakuoli sulautuu ulkokalvon kanssa.

Monet eläinsolut, joissa ontelonsulatus on vallitsevassa asemassa (esimerkiksi chordaatit), saavat ravinteita solujen välisestä nesteestä tai veriplasmasta pinosytoosin avulla. Nämä aineet osallistuvat myös solujen aineenvaihduntaan lysosomeissa tapahtuvan pilkkomisen jälkeen. Hyvin tutkittu esimerkki tällaisesta lysosomien osallistumisesta aineenvaihduntaan on solujen kolesterolin tuotanto. Kolesteroli, joka kulkeutuu veressä LDL :nä, pääsee pinosyyttirakkuloihin sen jälkeen, kun LDL sitoutuu kalvon LDL-reseptoreihin. Reseptorit palaavat kalvolle varhaisesta endosomista, ja LDL tulee lysosomiin. Sen jälkeen LDL pilkkoutuu ja vapautunut kolesteroli pääsee sytoplasmaan lysosomikalvon kautta.

Lysosomit osallistuvat epäsuorasti aineenvaihduntaan, mikä tekee soluista herkistymättömäksi hormonien vaikutuksille. Kun hormoni vaikuttaa pitkään soluun, osa hormonia sitovista reseptoreista joutuu endosomeihin ja hajoaa sitten lysosomien sisällä. Reseptorien määrän vähentäminen vähentää solun herkkyyttä hormonille.

Autofagia

Yleensä erotetaan kaksi autofagiatyyppiä: mikroautofagia ja makroautofagia. Mikroautofagiassa, kuten multivesikulaaristen kappaleiden muodostuksessa, muodostuu endosomin tai lysosomikalvon invaginaatioita, jotka sitten erotetaan sisäisiksi rakkuloiksi, joihin pääsevät vain itse solussa syntetisoidut aineet. Tällä tavalla solu pystyy sulattamaan proteiineja energian tai rakennusmateriaalin puutteessa (esimerkiksi nälänhädän aikana). Mutta mikroautofagian prosessit tapahtuvat myös normaaleissa olosuhteissa ja ovat yleensä mielivaltaisia. Joskus myös organellit pilkkoutuvat mikroautofagian aikana; Siten peroksisomien mikroautofagiaa ja tumien osittaista mikroautofagiaa, jossa solu säilyy elinkelpoisena, on kuvattu hiivassa .

Makroautofagiassa sytoplasman aluetta (joka sisältää usein joitain organelleja) ympäröi kalvoosasto, joka on samanlainen kuin endoplasmisen retikulumin säiliö. Tämän seurauksena tämä alue on aidattu muusta sytoplasmasta kahdella kalvolla. Tämä autofagosomi sulautuu sitten lysosomiin, ja sen sisältö pilkkoutuu. Ilmeisesti makroautofagia on myös epäselektiivinen, vaikka usein korostetaankin, että sen avulla solu pääsee eroon "vanhentuneista" organelleista (mitokondrioista, ribosomeista jne.).

Kolmas autofagian tyyppi on chaperonista riippuvainen. Tällä menetelmällä tapahtuu osittain denaturoituneiden proteiinien suunnattu kuljetus sytoplasmasta lysosomikalvon läpi sen onteloon.

Autolysis

Lysosomientsyymejä vapautuu usein, kun lysosomikalvo tuhoutuu . Yleensä ne inaktivoituvat sytoplasman neutraalissa ympäristössä. Kuitenkin, kun kaikki solun lysosomit tuhoutuvat samanaikaisesti, voi tapahtua sen itsensä tuhoaminen - autolyysi. On patologinen ja normaali autolyysi. Patologisen autolyysin yleinen muunnelma on post mortem -kudosautolyysi.

Normaalisti autolyysiprosessit liittyvät moniin kehon kehitykseen ja solujen erilaistumiseen liittyviin ilmiöihin. Siten solujen autolyysiä kuvataan kudosten tuhoutumismekanismina hyönteisten toukissa täydellisen metamorfoosin aikana sekä nuijapäiden hännän resorption aikana. Totta, nämä kuvaukset viittaavat ajanjaksoon, jolloin apoptoosin ja nekroosin välisiä eroja ei ole vielä selvitetty, ja jokaisessa tapauksessa on selvitettävä, onko elimen tai kudoksen hajoamisen taustalla apoptoosi, joka ei liity autolyysiin.

Kasveissa autolyysiin liittyy kuoleman jälkeen toimivien solujen (esimerkiksi henkitorven tai verisuonisegmenttien) erilaistuminen. Osittainen autolyysi tapahtuu myös floemisolujen - seulaputkien segmenttien - kypsymisen aikana .

Kliininen merkitys

Joskus lysosomien virheellisestä toiminnasta johtuen kehittyy varastoinnin sairauksia , joissa entsyymit eivät toimi tai toimivat huonosti mutaatioiden vuoksi. Esimerkkejä lysosomaalisista varastoinnin sairauksista ovat Gaucherin tauti , Pompen tauti ja Tay-Sachsin tauti . Kaikkiaan tunnetaan yli 50 perinnöllistä sairautta, jotka liittyvät lysosomin toimintahäiriöihin [12] .

Nekroottisten solujen, mukaan lukien granulosyyttien , lysosomien vaurioituminen aiheuttaa tulehdusprosessin [18] .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Alberts et ai., 2013 , s. 1196.
  2. ↑ 1 2 Settembre C. et al. Lysosomin signaalit: solujen puhdistuman ja energia-aineenvaihdunnan ohjauskeskus. (englanniksi)  // Nat. Rev. Mol. Cell biol. - 2013. - Vol. 14. - s. 283-296. - doi : 10.1038/nrm3565 .
  3. ↑ Brighouse A., Dacks JB, Field MC Rab-proteiinin evoluutio ja eukaryoottisen endomembraanijärjestelmän historia  //  Solu- ja molekyylibiotieteet. - 2010. - Vol. 67, nro. 20 . - P. 3449-3465. - doi : 10.1007/s00018-010-0436-1 . Arkistoitu alkuperäisestä 6. tammikuuta 2015.
  4. ↑ De Duve C. Lysosomi täyttää viisikymmentä  //  Luontosolubiologia. - 2005. - Voi. 7, ei. 9 . - s. 847-849.
  5. ↑ Lüllmann-Rauch R. Lysosomin historia ja morfologia // Lysosomit / P. Saftig. - Springer USA, 2005. - P. 1-16. - ISBN 978-0-387-25562-0 .
  6. ↑ Platt FM, Boland B., van der Spoel AC Lysosomaaliset varastointihäiriöt: Lysosomaalisen toimintahäiriön soluvaikutus  //  The Journal of cell biology. - 2012. - Vol. 199 , no. 5 . — s. 723-734 . - doi : 10.1083/jcb.201208152 .
  7. ↑ De Duve C. et ai. kudosten fraktiointitutkimukset. 6. Entsyymien solunsisäiset jakautumismallit rotan maksakudoksessa  (englanniksi)  // Biochemical Journal. - 1955. - Voi. 60, ei. 4 . - s. 604-617.
  8. ↑ Bainton D.F. Lysosomien löytö  . - 1981. - Voi. 91. - s. 66-76.
  9. ↑ Essner E., Novikoff AB Happaman fosfataasiaktiivisuuden lokalisointi maksan lysosomeissa elektronimikroskopian avulla  //  The Journal of biophysical and biochemical cytology. - 1961. - Voi. 9, ei. 4 . — s. 773-784 .
  10. ↑ Castro-Obregon S. Lysosomien ja autofagian löytäminen  // Luontokasvatus  . - 2010. - Vol. 3, ei. 9 . - s. 49.
  11. ↑ Hers HG α-glukosidaasin puutos yleistyneessä glykogeenin varastointisairaudessa (Pompen tauti  )  // Biochemical Journal. - 1963. - Voi. 86 , no. 1 . — s. 11-16 . — PMID 13954110 .
  12. ↑ 1 2 la Marca G. Lysosomals // Lääkärin opas perinnöllisten metabolisten sairauksien diagnosointiin, hoitoon ja seurantaan / N. Blau, M. Duran, KM Gibson, CD Vici. - Springer Berlin Heidelberg, 2014. - P. 785-793. - ISBN 978-3-642-40336-1 .
  13. ↑ Fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinto  1974 . nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Haettu 3. tammikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 15. lokakuuta 2012.
  14. ↑ 1 2 Appelqvist H. et al. Lysosomi: jätepussista mahdolliseen terapeuttiseen kohteeseen  (englanniksi)  // Journal of Molecular Cell Biology. - 2013. - Vol. 5, ei. 4 . — s. 214-226 . - doi : 10.1093/jmcb/mjt022 .
  15. ↑ 1 2 Luzio JP, Pryor PR, Bright NA Lysosomit: fuusio ja toiminta   // Nat . Rev. Mol. Cell biol. - 2007. - Voi. 8. - P. 622-632. - doi : 10.1038/nrm2217 .
  16. ↑ Chentsov Yu. S. Johdatus solubiologiaan. Oppikirja yliopistoille / Yu. S. Chentsov. - 4. - M . : ICC "Akademkniga", 2004. - 495 s.
  17. ↑ Saftig P., Klumperman J. Lysosomien biogeneesi ja lysosomaaliset kalvoproteiinit: liikennöinti kohtaa toiminnon  // Nat. Rev. Mol. Cell biol. - 2009. - Vol. 10. - P. 623-635. doi : 10.1038 / nrm2745 . Arkistoitu alkuperäisestä 24. joulukuuta 2012.
  18. ↑ Puh L.Z., Lysenkov S.P., Sharipova N.G., Shastun S.A. Patofysiologia ja fysiologia kysymyksissä ja vastauksissa. - 2 vol. - M . : Medical Information Agency, 2007. - S. 67. - 512 s.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Temaattiset sivustot
Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa
  eukaryoottisten solujen organellit
endomembraanijärjestelmä
sytoskeleton
Endosymbiontit
Muut sisäiset organellit
Ulkoiset organellit