Lizozomlar: özellikleri, yapısı, fonksiyonları ve çeşitleri

Lizozomlar, hayvan hücrelerinin içinde bulunan zarlarla çevrili hücresel organellerdir. Proteinler, karbonhidratlar ve nükleik asitler: asit pH'ı sunan ve her türlü biyolojik molekülü parçalayabilen sindirim enzimleri bakımından zengin olan bölümlerdir.

Ek olarak, materyali hücrenin dışından degrade edebilirler. Bu nedenle, lizozomların hücre metabolizmasında birçok işlevi vardır ve hidrolitik enzimler bakımından zengin bileşimi sayesinde, genellikle hücrenin "midesi" olarak adlandırılır.

Lizozomlar, Golgi cihazından çıkan veziküllerin füzyonu ile oluşturulur. Hücre, hidrolitik enzimlerde "etiketler" olarak işlev gören bazı dizileri tanır ve bunları oluşumdaki lizozomlara gönderir.

Bu boşluklar küresel biçimdedir ve boyutları oldukça değişkendir, hücresel bir yapı oldukça dinamiktir.

Keşif ve tarihsel bakış açısı

Lizozomlar 50 yıldan uzun bir süre önce araştırmacı Christian de Duve tarafından keşfedildi. De Duve ekibi, bazı enzimlerin yerini araştırmak için subselüler fraksiyonasyon tekniğini içeren deneyler yapıyordu.

Bu deney protokolü organellerin keşfedilmesine izin vermiştir, çünkü araştırmacılar hidrolitik enzimlerin salgılanmasının membranlara zarar veren bileşikler eklediklerinde arttığını fark etmişlerdir.

Daha sonra, moleküler biyolojideki tekniklerin geliştirilmesi ve elektronik mikroskoplar gibi daha iyi ekipmanların varlığı, varlıklarını desteklemeyi başardı. Aslında, lizozomların hücre içi hacmin% 5'ini kapladığı sonucuna varılabilir.

Keşfedilmesinden bir süre sonra, lizozomu bir tür bozulma merkezine çevirerek içindeki hidrolitik enzimlerin varlığını ortaya koymak mümkündü. Ek olarak, lizozomlar endositik yaşamla da ilgilidir.

Tarihsel olarak lizozomlar, yalnızca moleküllerin parçalanması için kullanılan endositozun son noktası olarak kabul edildi. Günümüzde, lizozomların, çeşitli ilave organellerle kaynaşabilen dinamik hücresel bölmeler olduğu bilinmektedir.

özellikleri

Lizozomların morfolojisi

Lizozomlar, proteinleri hidrolize edebilen ve bazı molekülleri sindirebilen çeşitli enzimleri barındıran hayvan hücrelerinin eşsiz bölümleridir.

Onlar küresel ve yoğun formların boşluklarıdır. Yapının boyutu geniş ölçüde çeşitlilik gösterir ve önceden yakalanmış olan malzemeye bağlıdır.

Lizozomlar, endoplazmik retikulum ve Golgi aparatı ile birlikte hücrenin endomembran sisteminin bir parçasıdır. Bu üç yapı membran ağları olmasına rağmen, birbirleri ile sürekli değildirler.

Lizozomlar birden fazla enzim içerir

Lizozomların temel özelliği, içindeki hidrolitik enzimlerin bataryasıdır. Çok çeşitli biyomolekülleri parçalayabilen yaklaşık 50 enzim vardır.

Bunlar arasında nükleazlar, proteazlar ve fosfatazlar (mononükleotitlerin fosfat gruplarını, fosfolipitleri ve diğer bileşikleri kaldıranlar) bulunur. Ek olarak, polisakkaritlerin ve lipitlerin bozulmasından sorumlu başka enzimler içerirler.

Mantıksal olarak, bu sindirim enzimlerinin, kontrolsüz bir şekilde bozulmasını önlemek için hücresel bileşenlerin geri kalanından uzamsal olarak ayrılması gerekir. Böylece hücre, lizozomun içine giren elemanları düzenleyebildiği için yok edilmesi gereken bileşikleri "seçebilir".

Lizozomların çevresi asittir

Lizozomların içi asidiktir (4.8'e yakın) ve içerdiği enzimler bu pH koşulunda iyi çalışır. Bu nedenle, asit hidrolazlar olarak bilinir.

Bu hücre bölmesinin asidik pH özelliği, bir proton pompası ve zardaki bir klorür kanalı sayesinde korunur. Birlikte, hidroklorik asidi (HCl) lizozoma taşırlar. Pompa organel zarına ankrajlı olarak yerleştirilmiştir.

Bu asidik pH'nin işlevi, lizozomda bulunan çeşitli hidrolitik enzimlerin aktivasyonu ve sitozolün nötr pH'ındaki enzimatik aktivitesini - mümkün olduğunca - önlemek.

Bu şekilde, kontrolsüz hidrolizden koruma olarak çalışan iki engelimiz var: enzimleri izole edilmiş bir bölmede tutun ve bu enzimlerin bu bölmenin asidik pH'ında iyi çalıştığını.

Lizozom membranı bozulsa da, enzimlerin salınımı, sitozolün nötr pH'sı nedeniyle fazla bir etkiye sahip olmaz.

fonksiyonlar

Bir lizozomun iç bileşimine hidrolitik enzimler hakimdir, bu nedenle hücreye giren hücre dışı proteinlerin sindiriminin endositoz, organellerin ve sitozolik proteinlerin geri dönüşümü ile gerçekleştirildiği önemli bir hücresel metabolizma bölgesidir.

Daha sonra, lizozomların en önemli fonksiyonlarını derinlemesine inceleyeceğiz: moleküllerin otofajiyle ve fagositozla bozunması.

otofaji

Otofaji nedir?

Hücresel proteinleri yakalamayı başarabilen bir mekanizmaya otofaji “kendinizi yiyin” denir. Bu olay, artık gerekli olmayan ve organellerin geri dönüşümüne katkıda bulunan hücresel yapıları parçalayan hücresel homeostazın korunmasına yardımcı olur.

Bu fenomen sayesinde, otofagosom adı verilen veziküllerin oluşumu meydana gelir. Bunlar, lizozomlarla kaynaşan endoplazmik retikulumdan sitoplazmanın veya diğer hücresel bölmelerin küçük bölgeleridir.

Her iki organel de kaynaşma yeteneğine sahiptir, çünkü bunlar lipit yapılı bir plazma zarı ile sınırlandırılmıştır. İki sabun köpüğü birleştirmeye çalışmakla benzer - daha büyük bir tane oluşturuyorsunuz.

Füzyondan sonra, lizozomun enzimatik içeriği, oluşturulan vezikülün içinde bulunan bileşenlerin parçalanmasından sorumludur. Bu moleküllerin yakalanması, seçiciliği olmayan, uzun ömürlü sitosolde bulunan proteinlerin bozulmasına neden olan bir işlem gibi görünmektedir.

Otofaji ve oruç süreleri

Hücrede, otofaji olayı mevcut besinlerin miktarı tarafından düzenlenmiş gibi görünmektedir.

Organizma bazı besin eksikliği yaşadığında veya uzun süre aç kalma süreleri yaşadığında, bozulma yolları aktive olur. Bu şekilde hücre, elzem olmayan proteinleri bozar ve bazı organellerin yeniden kullanılmasını sağlar.

Açlık dönemlerinde lizozomların önemli bir rol oynadığını bilmek, araştırmacıların söz konusu organellere olan ilgisini arttırdı.

Otofaji ve organizmaların gelişimi

Düşük besin içeriği içeren dönemlere aktif katılımlarına ek olarak, lizozomlar, belirli organik soy soylarının gelişimi sırasında önemli bir rol oynar.

Bazı durumlarda gelişme, organizmanın toplam yeniden yapılandırılmasını, işlem sırasında belirli organların veya yapıların ortadan kaldırılması gerektiğini ima eder. Böceklerin metamorfozunda, örneğin, lizozomların hidrolitik içeriği, dokuların yeniden şekillenmesine katkıda bulunur.

Endositoz ve fagositoz

Endositoz ve fagositoz hücrelerin dışından elementlerin alınmasında ve sonraki bozulmalarında rol oynamaktadır.

Fagositoz sırasında, bazı hücreler - makrofajlar gibi - bakteri veya hücre döküntüleri gibi önemli büyüklükteki partiküllerin yutulmasından veya parçalanmasından sorumludur.

Bu moleküller, önceki durumda olduğu gibi lizozomlarla birleşecek olan fagogom adı verilen bir fagositik vakuol tarafından yutulur. Füzyon, fagozom içindeki sindirim enzimlerinin salınımına yol açar ve parçacıkların bozunması devam eder.

Lizozom Türleri

Bazı yazarlar bu bölmeyi iki ana tipte ayırt eder: tip I ve tip II. Tip I veya primer lizozomlar hidrolitik enzimlerin depolanmasında rol alırken, sekonder lizozomlar kataliz işlemleriyle ilgilidir.

Lizozom oluşumu

Lizozom oluşumu, moleküllerin dıştan endositik veziküller tarafından alınması ile başlar. İkincisi, erken endozom adı verilen diğer yapılarla kaynaşır.

Daha sonra, erken endozomlar bir olgunlaşma sürecine girerler ve geç endozomlara yol açarlar.

Üçüncü bir bileşen oluşum sürecinde ortaya çıkar: taşıma vezikülleri. Bunlar, Golgi aparatının trans ağındaki asit hidrolazlarını içerir. Her iki yapı - nakil kesecikleri ve geç endozomlar - lizozomal enzimler setini aldıktan sonra birleşip lizozoma dönüşürler.

İşlem sırasında, membran reseptörlerinin geri dönüşümü geri dönüşüm endozomları yoluyla gerçekleşir.

Asit hidrolazlar, lizozomlara yol açan organların erime işlemi sırasında mannoz-6 fosfat reseptöründen ayrılır. Bu alıcılar tekrar Golgi'nin trans ağına girerler.

Endozomlar ve lizozomlar arasındaki farklar

Karışıklık endozom ve lizozom terimleri arasında yaygındır. İlki, membran benzeri lizozomlarla çevrili hücresel bölmelerdir. Bununla birlikte, iki organel arasındaki kritik ayrım, lizozomların mannoz-6-fosfat reseptörlerinin bulunmamasıdır.

Bu iki biyolojik varlığa ek olarak, başka vezik tipleri de vardır. Bunlardan biri, içeriği esas olarak su olan boşluklardır.

Aktarma vezikülleri, adından da anlaşılacağı gibi, maddelerin hücre içindeki diğer yerlere yer değiştirmesine katılır. Diğer yandan salgı vezikülleri atık maddeyi veya kimyasalları (nöronların sinapslarına katılanlar gibi) ortadan kaldırır.

İlişkili hastalıklar

İnsanlarda, lizozom enzimlerini kodlayan genlerdeki mutasyonlar 30'dan fazla konjenital hastalık ile ilişkilidir. Bu patolojiler "lizozomal depozito hastalıkları" terimine dahil edilir.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu koşulların çoğu, tek bir lizozomal enzime verilen hasardan kaynaklanmaktadır.

Etkilenen bireylerde, lizozomların içinde işlevsel olmayan bir enzime sahip olmanın sonucu, atık ürünlerin birikimidir.

En yaygın lizozomal birikim değişikliği, Gaucher hastalığı olarak bilinir ve glikolipidlerden sorumlu enzimi kodlayan gendeki bir mutasyonla ilişkilidir. İlginç bir gerçek olarak, hastalık Yahudi nüfusu arasında 2500 kişiden 1'inden etkilenen oldukça yüksek bir sıklık göstermektedir.