LYZOZÓMY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE A TYPY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto lysozomy sú organely bunkové membrány, ktoré sa nachádzajú v živočíšnych bunkách. Sú to kompartmenty, ktoré majú kyslé pH a sú bohaté na tráviace enzýmy, schopné degradovať akýkoľvek druh biologickej molekuly: proteíny, uhľohydráty a nukleové kyseliny.

Okrem toho môžu degradovať materiál zvonku bunky. Z tohto dôvodu majú lyzozómy viacnásobné funkcie v bunkovom metabolizme a vďaka svojmu zloženiu bohatému na hydrolytické enzýmy sa často nazývajú „žalúdkom“ bunky.

Lyzozómy sú tvorené fúziou vezikúl, ktoré vychádzajú z Golgiho aparátu. Bunka rozpoznáva určité sekvencie, ktoré fungujú ako "prívesky" na hydrolytických enzýmoch a posiela ich do formujúcich lyzozómov.

Tieto vakuoly majú guľovitý tvar a ich veľkosť sa značne líši, pretože ide o pomerne dynamickú štruktúru buniek.

Objav a historická perspektíva

Lyzozómy objavil pred viac ako 50 rokmi vedec Christian de Duve. Tím De Duve uskutočňoval experimenty zahŕňajúce techniku ​​subcelulárnej frakcionácie s cieľom preskúmať umiestnenie určitých enzýmov.

Tento experimentálny protokol umožnil objav organel, pretože vedci zistili, že uvoľňovanie hydrolytických enzýmov sa zvyšuje, keď pridávajú zlúčeniny, ktoré zhoršujú membrány.

Následne sa zlepšeniu techník molekulárnej biológie a existencie lepšieho vybavenia - napríklad elektrónových mikroskopov - podarilo potvrdiť jeho prítomnosť. V skutočnosti je možné dospieť k záveru, že lyzozómy zaberajú 5% vnútrobunkového objemu.

O nejaký čas po jeho objavení bola vo vnútri dokázaná prítomnosť hydrolytických enzýmov, čím sa lyzozóm zmenil na druh degradačného centra. Okrem toho boli lyzozómy spojené s endocytárnym životom.

Historicky sa lyzozómy považovali za koncový bod endocytózy, ktorý sa používal iba na degradáciu molekúl. Dnes sú lyzozómy známe ako dynamické bunkové kompartmenty schopné fúzovať s celým radom ďalších organel.

vlastnosti

Čerpanie protónov lyzozómovou membránou. Zdroj: Alejandro Porto

Morfológia lyzozómov

Lyzozómy sú jedinečné kompartmenty živočíšnych buniek, v ktorých sú umiestnené rôzne enzýmy, ktoré sú schopné hydrolyzovať proteíny a tráviť určité molekuly.

Sú to husté, sférické vakuoly. Veľkosť štruktúry sa veľmi líši a závisí od materiálu, ktorý bol predtým zachytený.

Lyzozómy sú spolu s endoplazmatickým retikulom a Golgiho aparátom súčasťou endomembránového systému bunky. Aj keď tieto tri štruktúry sú sieťami membrán, nie sú navzájom spojené.

Lyzozómy obsahujú viac enzýmov

Hlavnou charakteristikou lyzozómov je batéria hydrolytických enzýmov vo vnútri nich. Existuje okolo 50 enzýmov, ktoré sú schopné degradovať širokú škálu biomolekúl.

Medzi ne patria nukleázy, proteázy a fosfatázy (ktoré odstraňujú fosfátové skupiny z fosfolipidových mononukleotidov a ďalších zlúčenín). Okrem toho obsahujú ďalšie enzýmy zodpovedné za degradáciu polysacharidov a lipidov.

Logicky musia byť tieto tráviace enzýmy priestorovo oddelené od zvyšku bunkových zložiek, aby sa zabránilo ich nekontrolovateľnej degradácii. Bunka teda môže „vybrať“ zlúčeniny, ktoré sa musia eliminovať, pretože môže regulovať prvky vstupujúce do lyzozómu.

Prostredie lyzozómov je kyslé

Interiér lyzozómov je kyslý (takmer 4,8) a enzýmy, ktoré obsahuje, fungujú pri tomto pH dobre. Preto sú známe ako kyslé hydrolázy.

Charakteristické kyslé pH tohto bunkového priestoru sa udržuje vďaka prítomnosti protónovej pumpy a chloridového kanála v membráne. Spoločne transportujú kyselinu chlorovodíkovú (HCl) do lyzozómu. Pumpa je umiestnená ukotvená v membráne organely.

Účelom tohto kyslého pH je aktivovať rôzne hydrolytické enzýmy prítomné v lyzozóme a pokiaľ je to možné, vyhnúť sa ich enzymatickej aktivite pri neutrálnom pH cytosolu.

Týmto spôsobom už máme dve bariéry, ktoré fungujú ako ochrana pred nekontrolovanou hydrolýzou: udržiavanie enzýmov v izolovanom kompartmente a že tieto enzýmy dobre fungujú pri kyslom pH tohto kompartmentu.

Aj keby sa lyzozómová membrána praskla, uvoľnenie enzýmov by nemalo veľký účinok - v dôsledku neutrálneho pH cytosolu.

Vlastnosti

Vo vnútornom zložení lyzozómu dominujú hydrolytické enzýmy, a preto sú dôležitou oblasťou bunkového metabolizmu, kde dochádza k tráveniu extracelulárnych proteínov, ktoré vstupujú do bunky endocytózou, recyklácii organel a cytosolických proteínov.

Ďalej budeme podrobne skúmať najdôležitejšie funkcie lyzozómov: degradáciu molekúl autofágiou a degradáciu fagocytózou.

autofagie

Čo je to autofágia?

Jeden mechanizmus, ktorý zachytáva bunkové proteíny, sa nazýva autofágia „jesť seba“. Táto udalosť pomáha udržiavať homeostázu buniek, degraduje bunkové štruktúry, ktoré už nie sú potrebné, a prispieva k recyklácii organel.

Týmto javom dochádza k tvorbe vezikúl nazývaných autofagozómy. Toto sú malé oblasti cytoplazmy alebo iných bunkových kompartmentov pochádzajúcich z endoplazmatického retikula, ktoré sa fúzujú s lyzozómami.

Obe organely majú schopnosť sa poistiť, pretože sú ohraničené plazmatickou membránou lipidovej povahy. Je to analogické pokúsiť sa spojiť dve mydlové bubliny dohromady - vytvárate väčšiu.

Po fúzii je enzymatický obsah lyzozómu zodpovedný za degradáciu zložiek, ktoré boli vo vnútri iného vytvoreného vezikula. Zachytávanie týchto molekúl sa javí ako proces, ktorý nemá selektivitu, čo spôsobuje degradáciu proteínov nachádzajúcich sa v cytozole s dlhou životnosťou.

Autofágia a obdobia pôstu

Zdá sa, že v bunke je autofágia regulovaná množstvom dostupných živín.

Keď telo pociťuje nedostatok živín alebo dlhé obdobia pôstu, aktivujú sa degradačné dráhy. Týmto spôsobom sa bunke darí degradovať proteíny, ktoré nie sú nevyhnutné, a dosahuje opätovné použitie určitých organel.

Vedieť, že lyzozómy zohrávajú dôležitú úlohu počas pôstu, zvyšuje záujem výskumníkov o túto organelu.

Autofágia a vývoj organizmov

Okrem aktívnej účasti v obdobiach s nízkym obsahom výživy zohrávajú lyzozómy dôležitú úlohu aj pri vývoji určitých línií organických bytostí.

V niektorých prípadoch vývoj zahŕňa celkové pretvorenie tela, čo znamená, že určité orgány alebo štruktúry musia byť počas procesu odstránené. Napríklad pri metamorfóze hmyzu prispieva hydrolytický obsah lyzozómov k prestavbe tkanív.

Endocytóza a fagocytóza

Endocytóza a fagocytóza majú úlohu pri prijímaní prvkov, ktoré sú mimo buniek, a pri ich následnej degradácii.

Počas fagocytózy sú niektoré bunky - napríklad makrofágy - zodpovedné za požitie alebo degradáciu veľkých častíc, ako sú baktérie alebo bunkový odpad.

Tieto molekuly sú prijímané fagocytárnou vakuolou, ktorá sa nazýva fagozóm, ktorý sa rovnako ako v predchádzajúcom prípade fúzuje s lyzozómami. Fúzia vedie k uvoľňovaniu tráviacich enzýmov vo fagozóme a častice sú degradované.

Druhy lyzozómov

Niektorí autori rozlišujú tento oddiel na dva hlavné typy: typ I a typ II. Tie typu I alebo primárne lyzozómy sa podieľajú na skladovaní hydrolytických enzýmov, zatiaľ čo sekundárne lyzozómy súvisia s procesmi katalýzy.

Tvorba lyzozómov

Tvorba lyzozómov začína absorpciou molekúl zvonka endocytickými vezikulami. Ten sa spája s inými štruktúrami nazývanými skoré endozómy.

Neskoršie endozómy prechádzajú procesom dozrievania, čo vedie k neskorým endozómom.

V procese formovania sa objaví tretia zložka: transportné vezikuly. Obsahujú kyslé hydrolázy z trans siete Golgiho prístroja. Obe štruktúry - transportné vezikuly a neskoré endozómy - sa po získaní súboru lyzozomálnych enzýmov fúzujú a stávajú sa lyzozómami.

V priebehu procesu dochádza k recyklácii membránových receptorov pomocou recyklácie endozómov.

Kyslé hydrolázy sa oddelia od fosfátového receptora manózy 6 v priebehu procesu fúzie organel, ktoré vedú k lyzozómom. Tieto receptory znovu vstupujú do Golgiho trans siete.

Rozdiely medzi endozómami a lyzozómami

Zmätok pojmov endozómy a lyzozómy je bežné. Prvý z nich sú membránou uzavreté bunkové kompartmenty - ako lyzozómy. Rozhodujúcim rozdielom medzi týmito dvoma organelami je však to, že lyzozómy nemajú receptory manózy-6-fosfátu.

Okrem týchto dvoch biologických entít existujú aj ďalšie typy vezikúl. Jednou z nich sú vakuoly, ktorých obsahom je hlavne voda.

Transportné vezikuly, ako naznačuje ich názov, sa podieľajú na pohybe látok na iné miesta v bunke. Sekrečné vezikuly odstránia odpadový materiál alebo chemikálie (ako napríklad tie, ktoré sa podieľajú na synapsii neurónov).

Súvisiace choroby

U ľudí sú mutácie v génoch kódujúcich lyzozómové enzýmy spojené s viac ako 30 vrodenými chorobami. Tieto patológie sú zahrnuté pod pojmom "choroby lyzozomálneho ukladania".

Prekvapivo mnoho z týchto stavov vzniká poškodením jedného lyzozomálneho enzýmu.

U postihnutých jedincov je dôsledkom nefunkčného enzýmu vo vnútri lyzozómov hromadenie odpadových produktov.

Najbežnejšia zmena ukladania lyzozómov je známa ako Gaucherova choroba a je spojená s mutáciou v géne, ktorý kóduje enzým zodpovedný za glykolipidy. Je zvláštne, že choroba vykazuje pomerne vysokú frekvenciu medzi židovskou populáciou a postihuje 1 z každých 2 500 jedincov.

Referencie

1. Cooper, GM, Hausman, RE a Hausman, RE (2000). Bunka: molekulárny prístup. ASM stlačte.
2. Holtzman, E. (2013). Lyzozómy. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY a Yang, JS (2009). Rozvíjajúce sa chápanie tvorby vezikúl COPI. Prehľady prírody Molekulárna bunková biológia, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histológia a bunková biológia: úvod do patológie E-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM a Griffiths, GM (2014). Biogenéza lyzozómov a organel súvisiacich s lyzozómami. Perspektívy Cold Spring Harbor v biológii, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR a Bright, NA (2007). Lyzozómy: fúzia a funkcia. Prehľady o prírode Molekulárna bunková biológia, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, a Piper, RC (2000). Fúzia lyzozómov a endozómov a biogenéza lyzozómov. J Celí Sci, 113 (9), 1515-1524.