Поделиться:
Функции, типы и заболевания лизосом
лизосомы это мембранные частицы, расположенные между митохондриями и микросомами, которые содержат широкий спектр пищеварительных ферментов (приблизительно 50), используемых в основном для пищеварения и устранения избыточных или изношенных органелл, пищевых частиц и вирусов или бактерий.
Используя более разговорный термин, можно сказать, что лизосомы похожи на желудок клетки..
Лизосомы окружены мембраной, состоящей из фосфолипидов, которые отделяют внутреннюю часть лизосом от внешней среды мембраны. Фосфолипиды - это те же самые клеточные молекулы, которые образуют клеточную мембрану, которая окружает всю клетку. Размер лизосом варьируется от 0,1 до 1,2 мкм..
Его конкретные функции включают в себя:
- переваривание макромолекул от фагоцитоза, эндоцитоза и аутофагии.
- переваривание бактерий и других отходов.
- восстановление повреждения плазматической мембраны, действующей как мембранная пластырь.
- и апоптоз.
Их часто называют «пакетами самоубийц» из-за их роли в автолизе.
Открытие лизосом
Лизосомы были обнаружены бельгийским цитологом и биохимиком Кристианом Рене де Дюве в 1950-х годах. Де Дюв получил Нобелевскую премию по медицине в 1974 году за открытие лизосом и других органелл, известных как пероксисомы..
Де Дюв обнаружил лизосомы биохимическими методами и с помощью электронной микроскопии. Это основное открытие привело к современному пониманию нескольких наследственных нарушений, вызванных дефектными лизосомальными белками, включая болезнь Тея-Саха и болезнь Гоше..
тип
Недавние исследования показывают, что существует два типа лизосом: секреторные и обычные лизосомы..
Секреторы лизосом
Секреторные лизосомы обнаруживаются, но не исключительно, в различных клетках иммунной системы, таких как Т-лимфоциты, полученные из линии кроветворных клеток..
Секреторные лизосомы представляют собой комбинацию обычных лизосом и секреторных гранул. Они отличаются от обычных лизосом тем, что содержат определенный секреторный продукт клетки, в которой они находятся..
Например, Т-лимфоциты содержат секреторные продукты (перфорин и гранзимы), которые могут атаковать как инфицированные, так и опухолевые клетки..
«Комбинированные клетки» секреторной лизосомы также содержат гидролазы, мембранные белки и имеют регулирующую легкость рН обычных лизосом. Эта регулирующая функция поддерживает кислую среду, в которой секреторные продукты содержатся в неактивной форме..
Зрелые секреторные лизосомы движутся в цитоплазме к плазматической мембране. Здесь они находятся в режиме ожидания с мощными выделениями «боеголовок», неактивными, но готовыми.
Когда Т-лимфоцитная клетка идеально сфокусирована на клетке-мишени, секреция «запускается», и изменения окружающей среды и химические процессы, включая рН, активируют секрецию перед блокированием мишени..
Все это делается с точным контролем местоположения и времени не только для максимизации воздействия на цель, но и для минимизации сопутствующего урона соседним дружественным клеткам..
Генетически контролируемые нарушения секреторных лизосом могут привести к нарушению синтеза тромбоцитов, типу иммунодефицита и гипопигментации..
Обычные лизосомы
Лизосомы находятся в клетке как многократно используемые органеллы, и когда происходит деление клетки, каждая дочерняя клетка получает серию лизосом. Считается, что отложение химикатов в лизосоме может быть «пополнено» с помощью аппарата Гольджи..
Химические вещества производятся в эндоплазматической сети, модифицируются в аппарате Гольджи и транспортируются к лизосомам в пузырьках. Модификация в аппарате Гольджи включает «маркировку мишени» на молекулярном уровне, которая обеспечивает доставку пузырька в лизосому, а не в плазматическую мембрану или в другое место..
«Этикетка» возвращается в аппарат Гольджи для повторного использования. Материал из 3 разных источников требует разборки и переработки. Субстраты двух из этих источников поступают в клетку снаружи, а третий происходит изнутри..
Из-за пределов клетки процесс эндоцитоза, включая пиноцитоз, пропускает жидкости и мелкие частицы через образование в плазматической мембране небольших полостей, покрытых белками. Они запечатывают, пока не образуют пузырьки, покрытые белками.
Каждый пузырек становится «ранней эндосомой», а затем «поздней эндосомой». Также извне клетки фагоцитоз (клеточное питание) приносит относительно крупные частицы (обычно размером 250 нм), включая бактерии и клеточный дебрис..
Фагоцитоз может осуществляться "обычными клетками", но в основном это макрофаги, которые могут содержать до 1000 лизосом на клетку. Полученная структура фагоцитоза называется фагосомой. Изнутри клетки аутофагосомы ответственны за элиминацию органелл, таких как митохондрии и рибосомы.
Функции лизосом
Основными функциями лизосом являются:
Внутриклеточное пищеварение
Слово лизосома происходит от «гладкого» (литического или пищеварительного) и «сома» (тела). Пиноцитарные вакуоли, образующиеся в результате поглощения жидкого вещества клеточными вакуолями или фагоцитами (образованные в результате поглощения твердых частиц в клетке), транспортируют белковый материал в лизосомную область..
Эти белки могут подвергаться пищеварению в клетке в результате эндоцитоза. Эндоцитоз включает процессы фагоцитоза, пиноцитоза и микропиноцитоза.
Фагоцитоз и пиноцитоз являются активными механизмами, в которых клетка нуждается в энергии для функционирования. Во время фагоцитоза, вызванного лейкоцитами, потребление кислорода, поглощение глюкозы и разложение гликогена значительно возрастают.
При эндоцитозе происходит сокращение актиновых и миозиновых микрофиламентов, присутствующих в периферической цитоплазме. Это приводит к инвагинации плазматической мембраны и образованию эндоцитарной вакуоли. Поглощенные частицы, заключенные в мембраны, полученные из плазматической мембраны и образующие вакуоли, иногда являются клеточными фагосомами..
После попадания крупной частицы или тела в клетку путем эндоцитоза и образования фагосомы мембраны фагосомы и лизосомы могут сливаться, образуя одну большую вакуоль.
Внутри этой вакуоли лизосомальные ферменты начинают процесс переваривания чужеродного материала. Первоначально лизосома, известная как первичная лизосома, содержит комплекс ферментов в неактивном состоянии, но после слияния с фагосомой она производит вторичную лизосому с другой морфологией и активными ферментами..
После ферментативного расщепления переваренный материал диффундирует в миоплазму клетки. Некоторые материалы могут оставаться в вакуоли увеличенной лизосомы. Эта остаточная вакуоль является остаточным телом, поскольку содержит остатки пищеварительного процесса..
Во время голодания лизосомы также переваривают запасенные пищевые материалы, то есть белки, липиды и гликоген, из цитоплазмы и обеспечивают энергию, необходимую клетке. Переваривание белков обычно заканчивается на уровне дипептида, который может проходить через мембрану и затем перевариваться в аминокислоты..
Переваривание внутриклеточных веществ или аутофагия
Многие клеточные компоненты, такие как митохондрии, постоянно удаляются из клетки лизосомной системой. Цитоплазматические органеллы окружены мембранами гладкой эндоплазматической сети, образуя вакуоли, затем лизосомальные ферменты выделяются в аутофагические вакуоли и органеллы перевариваются.
Аутофагия является общим свойством эукариотических клеток. Они связаны с обновлением клеточных компонентов.
Переваривание митохондрий или других клеточных структур обеспечивает источник энергии для этих клеток. После переваривания клеточной структуры аутофагические вакуоли могут стать остаточными телами.
Они играют роль в метаморфозе
Недавно была обнаружена роль лизосомы в метаморфозе лягушки. Исчезновение личиночного хвоста головастика лягушки происходит из-за лизосомальной активности (действие катепсинов, присутствующих в лизосомах).
Они помогают в синтезе белков
Ученые Novikoff и Essner (1960) предположили возможную роль лизосом в синтезе белка. В печени и поджелудочной железе некоторых птиц лизосомы более активны и развиты, что свидетельствует о возможной связи с клеточным метаболизмом..
Они помогают в оплодотворении
Во время оплодотворения головка сперматозоида выделяет некоторые лизосомальные ферменты, которые помогают проникновению сперматозоидов в желточный слой яйцеклетки..
Акросома содержит протеазу и гиалуронидазу и обильную кислую фосфатазу. Гиалуронидаза диспергируется в клетках вокруг ооцита, и протеаза переваривает zona pellucida, образуя канал, через который проникает ядро сперматозоидов..
Он играет роль в остеогенезе
Утверждалось, что образование костных клеток, а также их разрушение зависит от лизосомальной активности. Точно так же старение клеток и партеногенетическое развитие связаны с активностью лизосом..
Остеокласты (многоядерные клетки), которые удаляют кости, делают это путем высвобождения лизосомальных ферментов, которые разрушают органический матрикс. Этот процесс активируется гормоном околощитовидной железы.
Пороки развития лизосом
Неисправность лизосом может привести к заболеваниям. Например, когда гликоген, поглощенный лизосомами, не переваривается, возникает болезнь Помпе.
Разрывы лизосом в клетках кожи, подвергающихся воздействию прямых солнечных лучей, приводят к патологическим изменениям после солнечных ожогов. Ферменты, высвобождаемые этими лизосомами, разрушают клетки эпидермиса, вызывая образование пузырей, а затем отслоение слоя эпидермиса..
Аутолиз хряща и костной ткани
Избыток витамина А вызывает отравление клеток. Он прерывает лизосомальную мембрану, вызывая высвобождение ферментов в клетке и вызывая аутолиз в хряще и костной ткани..
Лизосомные заболевания
Болезни Гоше I, II и III типов
Болезнь Гоше является наиболее распространенным типом лизосомального нарушения памяти. Исследователи идентифицировали три различных типа болезни Гоше, основанные на отсутствии (тип I) или наличии и степени (типы II и III) неврологических осложнений.
У большинства пострадавших есть тип I, у них могут быть синяки, хроническая усталость и ненормально увеличенная печень и / или селезенка (гепатоспленомегалия).
Болезнь Гоше II типа встречается у новорожденных и младенцев и характеризуется неврологическими осложнениями, которые могут включать непроизвольные мышечные спазмы, трудности с глотанием и потерю ранее приобретенных двигательных навыков..
Болезнь Гоше III типа появляется в течение первого десятилетия жизни. Неврологические осложнения могут включать умственное ухудшение, неспособность координировать произвольные движения и мышечные спазмы рук, ног или всего тела.
Типы болезни Ниманна-Пика A / B, C1 и C2
Болезнь Ниманна-Пика состоит из группы наследственных нарушений, связанных с метаболизмом жиров. Некоторые характеристики, общие для всех типов, включают увеличение печени и селезенки. Дети с болезнью Ниманна-Пика, типа А или С, также испытывают прогрессирующую потерю двигательных навыков, трудности с питанием, прогрессирующие трудности в обучении и судороги..
Болезнь Фабри
Симптомы болезни Фабри обычно начинаются в раннем детстве или в подростковом возрасте, но могут не проявляться до второго или третьего десятилетия жизни..
Первые симптомы включают эпизоды сильной жгучей боли в руках и ногах. Другими ранними признаками могут быть снижение потливости, дискомфорт при повышенных температурах и появление красноватой или темно-синей кожной сыпи, особенно в области между бедрами и коленями..
Болезнь накопления гликогена II (болезнь Помпе)
Болезнь Помпе имеет форму позднего начала. Пациенты с младенческой формой страдают наиболее сильно. Хотя эти дети обычно кажутся нормальными при рождении, заболевание возникает в течение первых двух-трех месяцев с быстро прогрессирующей мышечной слабостью, снижением мышечного тонуса (гипотония) и типом сердечной болезни, известной как гипертрофическая кардиомиопатия..
Проблемы с кормлением и затрудненное дыхание являются общими. Ювенильная / взрослая форма возникает между первым и седьмым десятилетиями как прогрессивно медленная мышечная слабость или с симптомами дыхательной недостаточности..
Ганглиозидоз I типа (болезнь Тея Сакса)
Существует две основные формы болезни Тея Сакса: классическая или детская форма и форма позднего начала..
У людей с детской болезнью Тея Сакса симптомы обычно появляются впервые в возрасте от трех до пяти месяцев. Они могут включать проблемы с питанием, общую слабость (летаргию) и преувеличенный испуганный рефлекс в ответ на громкие и внезапные шумы. Моторные задержки и умственное ухудшение прогрессируют.
У людей с поздней формой симптомы могут появиться в любое время от подросткового возраста до 30 лет. Инфантильная форма часто быстро прогрессирует, что приводит к значительному психическому и физическому ухудшению.
Характерным симптомом болезни Тея Сакса, которая встречается в 90 процентах случаев, является развитие красных пятен на задней части глаз. Симптомы поздней болезни Тэя Сакса широко варьируются от случая к случаю. Это расстройство прогрессирует гораздо медленнее, чем инфантильная форма.
Ганглиозидоз типа II (болезнь Сандхоффа)
Первые симптомы болезни Сандхоффа обычно начинаются в возрасте от трех до шести месяцев. Заболевание клинически неотличимо от ганглиозидоза I типа.
Метахроматическая лейкодистрофия
Первые признаки и симптомы могут быть расплывчатыми и постепенными, поэтому это расстройство трудно диагностировать. Нестабильность при ходьбе часто является первым наблюдаемым симптомом.
Иногда самым ранним симптомом является задержка в развитии или ухудшение успеваемости в школе. Со временем симптомы могут включать выраженную спастичность, судороги и глубокую умственную отсталость.
Болезни накопления мукополисахаридов (болезнь Гурлера и варианты, типы A, B, C, D, Morquio Types A и B, болезни Maroteaux-Lamy и Sly)
Эти заболевания вызваны изменениями в нормальном распаде сложных углеводов, известных как мукополисахариды. Эти заболевания имеют определенные общие характеристики, которые включают деформации костей и суставов, которые мешают подвижности и часто вызывают остеоартрит, особенно крупные суставы, которые поддерживают вес.
Все эти заболевания, кроме болезни Сан-Филиппо, мешают росту, вызывая низкий рост.
Болезнь Шиндлера I и II типа
Болезнь Шиндлера I типа является классической формой, которая появляется впервые в детстве. Пострадавшие люди, кажется, развиваются нормально, пока им не исполнится один год, когда они начинают терять ранее приобретенные навыки, которые требуют координации физических и умственных действий..
Тип II Шиндлера является формой появления у взрослых. Симптомы могут включать развитие обесцвеченных кластеров, похожих на бородавки на коже, постоянное расширение групп кровеносных сосудов, вызывающих покраснение кожи в пораженных областях, относительное утолщение черт лица и умеренное интеллектуальное ухудшение.
Болезнь Баттена
Болезнь Баттена является ювенильной формой группы прогрессирующих неврологических расстройств, известных как нейрональный цероидный липофусциноз. Характеризуется накоплением жирного вещества в мозге, а также в ткани, не содержащей нервных клеток.
Болезнь Баттена характеризуется быстро прогрессирующим нарушением зрения (атрофия зрительного нерва) и неврологическими расстройствами, которые могут начаться до восьмилетнего возраста. Это происходит главным образом в семьях скандинавского происхождения из Северной Европы, и расстройство влияет на мозг и может вызвать ухудшение интеллекта и неврологических функций.
Пострадавшее население
Как группа, считается, что лизосомные болезни накопления имеют предполагаемую частоту приблизительно одного из 5000 живорождений. Хотя отдельные заболевания редки, группа в целом поражает многих людей во всем мире.
Некоторые заболевания имеют более высокую заболеваемость в определенных группах населения. Например, болезни Гоше и Тай-Сакса чаще встречаются среди ашкеназского еврейского населения. Известно, что мутация, связанная с синдромом Херлера, встречается чаще между скандинавским и русским народами..
диагностика
Пренатальная диагностика возможна при всех нарушениях лизосомального хранения. Важное значение имеет раннее выявление заболеваний, связанных с накоплением лизосом, либо до рождения, либо как можно скорее, потому что, когда доступны методы лечения, как для самого заболевания, так и для связанных с ним симптомов, они могут значительно ограничить длительное течение и влияние болезни.
ссылки
- Биология-Online. (2008). Лизосома. 6-2-2017, от Biology-Online.org Веб-сайт: biology-online.org.
- Университетская больница Рокфеллера. (2004). «Исследование клеток с помощью центрифуги»: открытие лизосомы. 6-2-2017, из Университета Рокфеллера. Сайт: centennial.rucares.org.
- Британское общество клеточной биологии. (2016). Лизосома. 6-2-2017, от BSCB Сайт: bscb.org.
- Джайн, К. (2016). 8 Основные функции лизосом. 6-2-2017, от BiologyDiscussion.com Веб-сайт: biologydiscussion.com.
- Кларк Дж. (2003). Лизосомные нарушения хранения. 6-2-2017, от NORD - веб-сайт Национальной организации по редким заболеваниям: rarediseases.org.
- Фосетт В. (1981). Клетки 6-2-2017, от ascb.org Веб-сайт: ascb.org.
- Сусуки, К. (2016). Лизосомная болезнь. 7-2-2017, из Национального центра биотехнологической информации, веб-сайт: ncbi.nlm.nih.gov.
- TutorVista (2017). Функция лизосом. 7-2-2017, от TutorVista.com Веб-сайт: ncbi.nlm.nih.gov.
- Природное образование. (2014). Эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и лизосомы. 7-2-2017, от nature.com Веб-сайт: nature.com.