Lizoszóma

A lizoszóma (a görög λύσις  - dekompozíció és σώμα  - test szóból) egy membránnal körülvett sejtszervecskék , amelynek üregében savas környezetet tartanak fenn , és számos oldható hidrolitikus enzim található [1] . A lizoszóma felelős a makromolekulák intracelluláris emésztéséért, beleértve az autofágiát is ; a lizoszóma képes exocitózisba szekretálni a tartalmát ; a lizoszóma részt vesz néhány intracelluláris jelátviteli útvonalban is , amelyek a sejtmetabolizmushoz és növekedéshez kapcsolódnak [2] .

A lizoszóma a vezikulák egyik fajtája, és a sejt endomembrán rendszeréhez tartozik [3] . A lizoszómák különböző típusai külön sejtkompartmenteknek tekinthetők .

A lizoszómákat Christian de Duve belga biokémikus fedezte fel 1955-ben [4] . A lizoszómák minden emlős sejtben megtalálhatók, az eritrociták kivételével [5] . A növényekben a vakuolák képződési módjukban, részben funkciójukban közel állnak a lizoszómákhoz . A lizoszómák a legtöbb protistákban is jelen vannak (fagotróf és ozmotróf táplálkozás esetén egyaránt) és a gombákban. Így a lizoszómák jelenléte minden eukarióta sejtjére jellemző . A prokariótákban hiányoznak a lizoszómák, mivel nincs fagocitózisuk , és nincs intracelluláris emésztés.

Számos emberben előforduló örökletes betegség , az úgynevezett lizoszómális raktározási betegség , a lizoszómák diszfunkciójával jár [6] .

Felfedezési előzmények

1949-1952-ben Christian de Duve biokémikus és tanítványai az inzulin hatását tanulmányozva patkánymájsejtekben véletlenül váratlan eltérést fedeztek fel a savas foszfatáz aktivitásában az izolálás módjától függően. A savas foszfatázt standardként használták, vizsgálatuk fő témája a glükóz-6-foszfatáz enzim volt , amely az inzulin metabolizmusában vesz részt. A kísérletek során kiderült, hogy a sejttartalom centrifugában történő frakcionálásakor a savas foszfatáz a mikroszomális frakcióhoz társult, de az aktivitásnak csak a tizedét mutatta az egyszerű sejtkivonathoz képest , és több napos tárolás után a mikroszomális frakció a hűtőszekrényben, a savas foszfatáz aktivitása megnőtt. Amikor ezt a jelenséget felfedezték, az első magyarázat az volt, hogy valamilyen technikai hiba történt. A kísérlet megismétlése azonban mindig az eredeti képet reprodukálta. Ez lehetővé tette számunkra, hogy feltételezzük néhány membránnal körülvett sejtrészecske létezését, amelyek belsejében az enzimet tartalmazzák. 1952 és 1955 között számos, a mikroszomális frakcióhoz kapcsolódó savas hidrolázt fedeztek fel. 1955-ben, amelyet a lizoszómák felfedezésének évének tartanak, K. de Duve javasolta a "lizoszóma" elnevezést egy olyan sejtszervnek, amelyet egy membrán vesz körül, amely alacsony pH-értéket tart fenn, és amelyen belül számos működő enzim található. optimálisan savas környezetben [7] [8] . Ugyanebben 1955-ben Alex Novikov amerikai citológusa Vermont -i Egyetemről (USA), aki kiválóan elsajátította a mikroszkópos technikát, ellátogatott C. de Duve laboratóriumába, és részlegesen tisztított lizoszómákból készült preparátum segítségével megszerezte az első elektronikus fényképeket ezekről az organellumokról. Később, 1961-ben Alex Novikov a savas foszfatáz hisztokémiai kimutatásával és elektronmikroszkóppal megerősítette ennek az enzimnek a lokalizációját a lizoszómákban [9] [10] . 1963-ban Henry Hares belga biokémikus , aki korábban K. de Duve csoportjában dolgozott, felfedezte az α-glükozidáz lizoszómális enzim hiányát Pompe-kórban szenvedő betegeknél, és azt javasolta, hogy más genetikai betegségek is összefüggésbe hozhatók a lizoszómák károsodásával [11]. ] . Jelenleg több mint 50 örökletes betegség kapcsolódik lizoszómahiányhoz [12] .

1974-ben K. de Duve a sejt szerkezeti és funkcionális felépítésének nyilvánosságra hozatalához való hozzájárulásáért orvosi Nobel-díjat kapott [13] .

A lizoszómák jelei

A lizoszómák alakja, mérete, ultrastrukturális és citokémiai jellemzői heterogének. Állati sejtekben a lizoszómák általában 1 µm-nél kisebbek, bár egyes sejttípusokban, például a makrofágokban , a lizoszómák mérete néhány mikronnál nagyobb is lehet . A lizoszómák általában gömb alakúak, oválisak, néha cső alakúak [14] . A lizoszómák száma egytől (nagy vakuólum sok növényi és gombasejtben) több száz vagy ezerig (állati sejtekben) változik. Az állatok lizoszómái általában az intracelluláris térfogat legfeljebb 5%-át teszik ki [15] .

A lizoszómák egyik jele, hogy számos enzim (savas hidroláz ) jelen van bennük, amelyek képesek lebontani a fehérjéket , szénhidrátokat , lipideket és nukleinsavakat . A lizoszóma enzimek közé tartoznak a katepszinek (szöveti proteázok ), a savas ribonukleáz , a foszfolipáz stb. Ezen túlmenően a lizoszómák olyan enzimeket tartalmaznak, amelyek szulfát (szulfatáz) vagy foszfát ( savas foszfatáz ) csoportokat hasítanak le a szerves molekulákból. A lizoszómaüreg összesen mintegy 60 oldható savas hidrolitikus enzimet tartalmaz [2] .

A lizoszómákat a belső környezet savas reakciója jellemzi , amely biztosítja a lizoszómális hidrolázok optimális működését [14] . A lizoszómák pH -ja jellemzően körülbelül 4,5-5, vagyis a protonok koncentrációja bennük két nagyságrenddel magasabb, mint a citoplazmában. Ezt a protonok aktív transzportja biztosítja, amelyet a lizoszómák membránjaiba épített proteinpumpa proton-ATPáz valósít meg [15] . A lizoszóma membránba a protonpumpa mellett hordozófehérjék épülnek be, amelyek a makromolekulák hidrolízisének termékeit: aminosavakat , cukrokat, nukleotidokat , lipideket a citoplazmába szállítják [16] .

A savas foszfatáz magas aktivitását korábban a lizoszómák egyik markereként használták. Jelenleg a specifikus membránglikoproteinek, a LAMP1 és LAMP2 jelenléte megbízhatóbb markernek tekinthető . Jelen vannak a lizoszómák és a késői endoszómák membránján , de hiányoznak a többi vákuumrekesz membránján .

A lizoszómák kialakulása és típusai

A lizoszómák a Golgi-apparátustól elválasztott vezikulákból (vezikulákból) és hólyagokból ( endoszómák ) képződnek, amelyekbe az endocitózis során anyagok jutnak be [17] . Az endoplazmatikus retikulum membránjai részt vesznek az autolizoszómák ( autofagoszómák ) képződésében . A lizoszómák összes fehérjéje az endoplazmatikus retikulum membránjainak külső oldalán található "ülő" riboszómákon szintetizálódik, majd áthalad az üregén és a Golgi-készüléken .

Nincs általánosan elfogadott osztályozás és nómenklatúra az érés különböző szakaszaira és a lizoszómák típusaira . Vannak primer és másodlagos lizoszómák . Az előbbiek a Golgi-apparátus területén képződnek, inaktív állapotban, míg utóbbiak aktív enzimeket tartalmaznak. Normális esetben a lizoszóma enzimek akkor aktiválódnak, amikor a pH-érték csökken. A lizoszómák között megkülönböztethetőek a heterolizoszómák (a sejtbe kívülről fago- vagy pinocitózissal bejutó emésztőanyag) és az autolizoszómák (a sejt saját fehérjéit vagy sejtszerveit elpusztító) is. A lizoszómák és a hozzájuk kapcsolódó kompartmentek legszélesebb körben használt osztályozása a következő:

1. Korai endoszóma  - endocitikus (pinocita) vezikulák lépnek be. A korai endoszómától azok a receptorok, amelyek feladták (az alacsony pH miatt) terhelésüket, visszatérnek a külső membránba.
2. Késői endoszóma  - a korai endoszómából a pinocitózis során felszívódó anyaggal rendelkező vezikulák és a hidrolázokkal rendelkező Golgi-készülékből származó vezikulák lépnek be. A mannóz-6-foszfát receptorok a késői endoszómából visszatérnek a Golgi-készülékbe.
3.  A késői endoszómából lizoszóma - vezikulák lépnek be a hidrolázok és az emésztett anyag keverékével .
4. Fagoszóma  - a fagocitózissal felszívódott nagyobb részecskék (baktériumok stb.) bejutnak. A fagoszómák általában összeolvadnak lizoszómákkal.
5. Az  autofagoszóma a citoplazma két membránnal körülvett része, általában néhány organellával, és a makroautofágia során képződik. Összeolvad a lizoszómával.
6. A multivezikuláris testek  - általában egyetlen membránnal körülvéve - kisebb hólyagokat tartalmaznak, amelyeket egyetlen membrán vesz körül. A mikroautofágiához hasonló eljárással képződik (lásd alább), de kívülről származó anyagot tartalmaz. A kis vezikulákban a külső membrán receptorok (pl. az epidermális növekedési faktor receptorok) általában megmaradnak, majd lebomlanak. A kialakulás stádiuma szerint a korai endoszómának felelnek meg. Leírták a nukleáris burokból bimbózó, két membránnal körülvett multivezikuláris testek kialakulását.
7. Maradéktestek (telolisoszómák)  - emésztetlen anyagot (különösen lipofuscint ) tartalmazó vezikulák. Normál sejtekben egyesülnek a külső membránnal, és exocitózissal távoznak a sejtből . Az öregedéssel vagy patológiával felhalmozódnak.

A lizoszómák funkciói

A lizoszómák funkciói a következők:

• a sejt által az endocitózis során felfogott anyagok vagy részecskék (baktériumok, egyéb sejtek) emésztése.
• Az autofágia  a sejt számára szükségtelen struktúrák elpusztulása, például a régi organellumok újakkal való cseréje során, vagy magában a sejtben termelődő fehérjék és egyéb anyagok emésztése során.
• autolízis  - a sejt önemésztése, ami annak halálához vezet (ez a folyamat néha nem patológiás, hanem a szervezet fejlődését vagy egyes speciális sejtek differenciálódását kíséri). Példa: Amikor egy ebihal békává változik, a farok sejtjeiben lévő lizoszómák megemésztik: a farok eltűnik, és a folyamat során keletkező anyagokat a szervezet más sejtjei felszívják és felhasználják.
• külső struktúrák feloldódása (lásd például az oszteoklasztokat )

Az intracelluláris emésztés és az anyagcserében való részvétel

Sok protistákban és intracelluláris emésztéssel rendelkező állatokban a lizoszómák részt vesznek az endocitózis által megfogott táplálék emésztésében. Ebben az esetben a lizoszómák egyesülnek az emésztőüregekkel. A protistákban az emésztetlen ételmaradékot általában akkor távolítják el a sejtből, amikor a táplálékvakuólum összeolvad a külső membránnal.

Az üreges emésztésben túlsúlyban lévő állatok sok sejtje (például chordátumok) pinocitózissal kap tápanyagokat az intercelluláris folyadékból vagy a vérplazmából. Ezek az anyagok a lizoszómákban történő emésztésük után a sejtanyagcserében is részt vesznek. A lizoszómák anyagcserében való ilyen részvételének jól tanulmányozott példája a sejtek koleszterintermelése. A vérben LDL -ként szállított koleszterin bejut a pinocita vezikulákba, miután az LDL a membrán LDL receptoraihoz kötődik. A receptorok a korai endoszómából visszatérnek a membránba, az LDL pedig a lizoszómába kerül. Ezt követően az LDL megemésztődik, és a felszabaduló koleszterin a lizoszóma membránon keresztül bejut a citoplazmába.

Közvetve a lizoszómák részt vesznek az anyagcserében, biztosítva a sejtek deszenzitizálását a hormonok hatásaival szemben. A hormonnak a sejtre gyakorolt ​​elhúzódó hatása esetén a hormont megkötő receptorok egy része bejut az endoszómákba, majd a lizoszómák belsejében lebomlik. A receptorok számának csökkentése csökkenti a sejt érzékenységét a hormonra.

Autofágia

Az autofágiának általában két típusát különböztetik meg: a mikroautofágiát és a makroautofágiát. A mikroautofágiában, akárcsak a multivezikuláris testek kialakulásakor, az endoszóma vagy lizoszóma membrán invaginációi képződnek, amelyek aztán belső vezikulák formájában különülnek el, csak magában a sejtben szintetizált anyagok jutnak be. Ily módon a sejt meg tudja emészteni a fehérjéket energia- vagy építőanyaghiány esetén (például éhezéskor). De a mikroautofágia folyamatai normál körülmények között is előfordulnak, és általában válogatás nélküliek. Néha az organellumokat is megemésztik a mikroautofágia során; Így élesztőben leírták a peroxiszómák mikroautofágiáját és a sejtmagok részleges mikroautofágiáját, amelyben a sejt életképes marad .

Makroautofágiában a citoplazma egy régióját (amely gyakran tartalmaz néhány organellumát) az endoplazmatikus retikulum ciszternájához hasonló membránrekesz veszi körül. Ennek eredményeként ezt a területet két membrán választja el a citoplazma többi részétől. Ez az autofagoszóma ezután egyesül egy lizoszómával, és a tartalma megemésztődik. Nyilván a makroautofágia sem szelektív, bár gyakran hangsúlyozzák, hogy segítségével a sejt megszabadulhat a „lejárt” organellumoktól (mitokondriumok, riboszómák stb.).

Az autofágia harmadik típusa chaperone-függő. Ezzel a módszerrel a részben denaturált fehérjék irányított transzportja a citoplazmából a lizoszóma membránon keresztül annak üregébe történik.

Autolízis

A lizoszóma enzimek gyakran felszabadulnak, amikor a lizoszóma membrán megsemmisül . Általában a citoplazma semleges környezetében inaktiválódnak. A sejt összes lizoszómájának egyidejű pusztulásával azonban bekövetkezhet önpusztulása - autolízis. Vannak kóros és normál autolízis. A patológiás autolízis gyakori változata a post mortem szöveti autolízis.

Normális esetben az autolízis folyamatai számos, a test fejlődésével és a sejtek differenciálódásával kapcsolatos jelenséget kísérnek. Így a sejtautolízist a rovarlárvák szövetpusztításának mechanizmusaként írják le a teljes metamorfózis során , valamint az ebihal farkának reszorpciója során. Igaz, ezek a leírások arra az időszakra vonatkoznak, amikor az apoptózis és a nekrózis közötti különbséget még nem állapították meg, és minden esetben meg kell találni, hogy valóban az autolízissel nem összefüggő apoptózis áll-e a szerv vagy szövet degradációjának hátterében.

A növényekben az autolízist a halál után működő sejtek differenciálódása kíséri (például tracheidák vagy vaszkuláris szegmensek). Részleges autolízis is előfordul a floemsejtek érése során - a szitacsövek szegmensei.

Klinikai jelentősége

Néha a lizoszómák nem megfelelő működése miatt raktározási betegségek alakulnak ki , amelyekben az enzimek nem, vagy a mutációk miatt rosszul működnek. A lizoszómális tárolási betegségek példái a Gaucher -kór , a Pompe-kór és a Tay-Sachs-kór . Összességében több mint 50 olyan örökletes betegség ismert, amelyek a lizoszóma diszfunkciójához kapcsolódnak [12] .

A nekrotikus sejtek, köztük a granulociták lizoszómáinak károsodása gyulladásos folyamatot idéz elő [ 18] .

Lásd még

• Vacuole
• Fagocitózis
• pinocytosis
• Endocitózis
• Lizoszómális raktározási betegségek
• Az idegsejtek viaszos lipofuscinosisa

Jegyzetek

1. ↑ Alberts et al., 2013 , p. 1196.
2. ↑ 1 2 Settembre C. et al. A lizoszómából érkező jelek: a sejttisztulás és az energia-anyagcsere vezérlőközpontja. (angol)  // Nat. Fordulat. Mol. Cell biol. - 2013. - Kt. 14. - P. 283-296. - doi : 10.1038/nrm3565 .
3. ↑ Brighouse A., Dacks JB, Field MC A Rab fehérje evolúciója és az eukarióta endomembránrendszer története  //  Cellular and molecular life sciences. - 2010. - 20. évf. 67. sz. 20 . - P. 3449-3465. - doi : 10.1007/s00018-010-0436-1 . Archiválva az eredetiből 2015. január 6-án.
4. ↑ De Duve C. A lizoszóma ötvenéves lesz  //  Nature cell biology. - 2005. - 20. évf. 7, sz. 9 . - P. 847-849.
5. ↑ Lüllmann-Rauch R. A lizoszóma története és morfológiája // Lysosomes / P. Saftig. - Springer USA, 2005. - P. 1-16. - ISBN 978-0-387-25562-0 .
6. ↑ Platt FM, Boland B., van der Spoel AC Lizoszóma tárolási zavarok: A lizoszómális diszfunkció celluláris hatása  //  The Journal of cell biology. - 2012. - Kt. 199 , sz. 5 . — P. 723-734 . - doi : 10.1083/jcb.201208152 .
7. ↑ De Duve C. et al. szövetfrakcionálási vizsgálatok. 6. Az enzimek intracelluláris eloszlási mintái patkány-májszövetben  (angol)  // Biochemical Journal. - 1955. - 1. évf. 60, sz. 4 . - P. 604-617.
8. ↑ Bainton D.F. A  lizoszómák felfedezése . - 1981. - 1. évf. 91. - P. 66-76.
9. ↑ Essner E., Novikoff AB A savas foszfatáz aktivitás lokalizálása májlizoszómákban elektronmikroszkóppal  //  The Journal of biophysical and biochemical cytology. - 1961. - 1. évf. 9, sz. 4 . — P. 773-784 .
10. ↑ Castro-Obregon S. A lizoszómák és az autofágia felfedezése  //  Természetnevelés. - 2010. - 20. évf. 3, sz. 9 . — 49. o.
11. ↑ Hers HG α-glükozidáz hiánya generalizált glikogén-raktározási betegségben (Pompe-kór  )  // Biochemical Journal. - 1963. - 1. évf. 86 , sz. 1 . — P. 11-16 . — PMID 13954110 .
12. ↑ 1 2 la Marca G. Lysosomals // Orvosi útmutató az öröklött anyagcsere-betegségek diagnosztizálásához, kezeléséhez és nyomon követéséhez / N. Blau, M. Duran, KM Gibson, CD Vici. - Springer Berlin Heidelberg, 2014. - P. 785-793. - ISBN 978-3-642-40336-1 .
13. ↑ Az élettani és orvosi Nobel-díj 1974  . nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Letöltve: 2015. január 3. Az eredetiből archiválva : 2012. október 15..
14. ↑ 1 2 Appelqvist H. et al. A lizoszóma: a hulladékzsáktól a potenciális terápiás célpontig  (angol)  // Journal of Molecular Cell Biology. - 2013. - Kt. 5, sz. 4 . — P. 214-226 . - doi : 10.1093/jmcb/mjt022 .
15. ↑ 1 2 Luzio JP, Pryor PR, Bright NA Lizoszómák: fúzió és működés   // Nat . Fordulat. Mol. Cell biol. - 2007. - Vol. 8. - P. 622-632. - doi : 10.1038/nrm2217 .
16. ↑ Chencov Yu. S. Bevezetés a sejtbiológiába. Tankönyv egyetemek számára / Yu. S. Chencov. - 4. - M . : ICC "Akademkniga", 2004. - 495 p.
17. ↑ Saftig P., Klumperman J. Lizoszóma biogenezis és lizoszóma membránfehérjék: a forgalom találkozik a funkcióval  // Nat. Fordulat. Mol. Cell biol. - 2009. - 1. évf. 10. - P. 623-635. doi : 10.1038 / nrm2745 . Az eredetiből archiválva : 2012. december 24.
18. ↑ Tel L.Z., Lysenkov S.P., Sharipova N.G., Shastun S.A. Kórélettan és élettan kérdésekben és válaszokban. — 2 köt. - M . : Orvosi Információs Ügynökség, 2007. - S. 67. - 512 p.

Irodalom

• Chencov Yu. S. Citológia a sejtpatológia elemeivel: Tankönyv egyetemek és orvosi egyetemek számára. - M. : MIA, 2010. - 361 p. - 4000 példány.  - ISBN 978-5-9986-0013-5 .
• A sejt molekuláris biológiája: 3 kötetben / B. Alberts, A. Johnson, D. Lewis et al. - M.-Izhevsk: Research Center "Regular and Chaotic Dynamics", Institute for Computer Research, 2013. - T. II . - S. 1196-1208. — 992 p. - ISBN 978-5-4344-0112-8 .
• Cells / B. Lewin és munkatársai - M .: BINOM. Tudáslaboratórium , 2011. - S.  179 -235. — 951 p. — (A legjobb külföldi tankönyv). — ISBN 978-5-94774-794-2 .

Tematikus oldalak	FMA
Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán nagy kínai Nagy norvég Nagy Szovjet (1 kiadás) horvát Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	BNF : 12124912g J9U : 987007541170805171 LCCN : sh85079197 NDL : 00569577