Lysosom (fra græsk λύσις - nedbrydning og σώμα - krop) er en celleorganel omgivet af en membran , i hvis hulrum opretholdes et surt miljø , og der er mange opløselige hydrolytiske enzymer [1] . Lysosomet er ansvarlig for den intracellulære fordøjelse af makromolekyler, herunder i autofagi ; lysosomet er i stand til at udskille sit indhold til exocytose ; lysosomet er også involveret i nogle intracellulære signalveje forbundet med cellemetabolisme og vækst [2] .
Lysosomet er en af typerne af vesikler og hører til cellens endomembransystem [3] . Forskellige typer lysosomer kan betragtes som separate cellulære rum .
Lysosomer blev opdaget i 1955 af den belgiske biokemiker Christian de Duve [4] . Lysosomer findes i alle pattedyrceller, med undtagelse af erytrocytter [5] . I planter er vakuoler tæt på lysosomer med hensyn til dannelsesmetoden, og til dels med hensyn til funktioner . Lysosomer er også til stede i de fleste protister (både med fagotrofisk og osmotrofe ernæringstyper) og i svampe. Tilstedeværelsen af lysosomer er således karakteristisk for cellerne i alle eukaryoter . Hos prokaryoter er lysosomer fraværende, da de mangler fagocytose , og der er ingen intracellulær fordøjelse.
En række arvelige sygdomme hos mennesker, kaldet lysosomale lagringssygdomme , er forbundet med dysfunktion af lysosomer [6] .
I 1949-1952 opdagede biokemikeren Christian de Duve og hans elever, der studerede insulins virkning i rotteleverceller, ved et uheld en uventet forskel i aktiviteten af sur fosfatase afhængigt af isolationsmetoden. Sur phosphatase blev brugt af dem som en standard, hovedemnet for deres undersøgelse var enzymet glucose-6-phosphatase , som er involveret i metabolismen af insulin. Under forsøgene viste det sig, at når celleindholdet blev fraktioneret i en centrifuge, var sur fosfatase forbundet med den mikrosomale fraktion, men viste kun en tiendedel af aktiviteten i sammenligning med et simpelt celleekstrakt , og efter flere dages opbevaring af den mikrosomale fraktion i køleskabet, øgedes aktiviteten af sur fosfatase. Da dette fænomen blev opdaget, var den første forklaring, at der var opstået en form for teknisk fejl. Men gentagelsen af eksperimentet gengav uvægerligt det originale billede. Dette gjorde det muligt for os at antage eksistensen af nogle cellepartikler omgivet af en membran, som indeholder enzymet indeni. Fra 1952 til 1955 blev flere sure hydrolaser forbundet med den mikrosomale fraktion opdaget. I 1955, som anses for at være året for opdagelsen af lysosomer, foreslog K. de Duve navnet "lysosom" for en celleorganel, der er omgivet af en membran, der holder en lav pH-værdi, og inden i hvilken der er en række enzymer, der virker. optimalt i et surt miljø [7] [8] . I samme 1955, den amerikanske cytolog Alex Novikovfra University of Vermont , USA, som på glimrende vis mestrede mikroskopiteknikken, besøgte laboratoriet hos C. de Duve og var i stand til at opnå de første elektroniske fotografier af disse organeller ved hjælp af et præparat af delvist rensede lysosomer. Senere, i 1961, bekræftede Alex Novikov, ved hjælp af histokemisk påvisning af sur phosphatase og elektronmikroskopi , lokaliseringen af dette enzym i lysosomer [9] [10] . I 1963 opdagede den belgiske biokemiker Henry Hares , som tidligere arbejdede i gruppen af K. de Duve, en mangel på det lysosomale enzym α-glucosidase hos patienter med Pompes sygdom og foreslog, at andre genetiske sygdomme var forbundet med forstyrrelse af lysosomer [11 ] . I øjeblikket er mere end 50 arvelige sygdomme forbundet med lysosomal mangel [12] .
I 1974, for sit bidrag til afsløringen af cellens strukturelle og funktionelle organisering, blev K. de Duve tildelt Nobelprisen i medicin [13] .
Lysosomer er heterogene i form, størrelse, ultrastrukturelle og cytokemiske egenskaber. I dyreceller er lysosomer typisk mindre end 1 µm i størrelse, selvom lysosomer i nogle celletyper, såsom makrofager , kan være større end et par mikrometer . Lysosomer har som regel en sfærisk, oval, nogle gange rørformet form [14] . Antallet af lysosomer varierer fra én (stor vakuole i mange plante- og svampeceller) til flere hundrede eller tusinder (i dyreceller). Lysosomer hos dyr udgør normalt ikke mere end 5 % af det intracellulære volumen [15] .
Et af tegnene på lysosomer er tilstedeværelsen i dem af en række enzymer (syrehydrolaser ) , der kan nedbryde proteiner , kulhydrater , lipider og nukleinsyrer . Lysosomenzymer omfatter cathepsiner (vævsproteaser ), sur ribonuklease , phospholipase osv. Derudover indeholder lysosomer enzymer, der kan spalte sulfat- (sulfataser) eller phosphat- ( syrefosfatase ) grupper fra organiske molekyler. I alt indeholder lysosomhulen omkring 60 opløselige sure hydrolytiske enzymer [2] .
Lysosomer er karakteriseret ved en sur reaktion i det indre miljø , som sikrer den optimale funktion af lysosomale hydrolaser [14] . Typisk er pH i lysosomer omkring 4,5-5, det vil sige, at koncentrationen af protoner i dem er to størrelsesordener højere end i cytoplasmaet. Dette sikres ved aktiv transport af protoner, som udføres af proteinpumpeprotonen ATPase indbygget i lysosomers membraner [15] . Ud over protonpumpen er bærerproteiner indbygget i lysosommembranen til transport til cytoplasmaet af produkterne fra hydrolyse af makromolekyler: aminosyrer , sukkerarter, nukleotider , lipider [16] .
Høj aktivitet af sur phosphatase blev tidligere brugt som en af markørerne for lysosomer. I øjeblikket anses tilstedeværelsen af specifikke membranglycoproteiner, LAMP1 og LAMP2 , for at være en mere pålidelig markør . De er til stede på membranen af lysosomer og sene endosomer , men fraværende fra membranerne i andre vakuumrum .
Lysosomer dannes af vesikler (vesikler) adskilt fra Golgi-apparatet og vesikler ( endosomer ), som stoffer trænger ind i under endocytose [17] . Membranerne i det endoplasmatiske retikulum deltager i dannelsen af autolysosomer ( autofagosomer ) . Alle proteiner af lysosomer syntetiseres på "fastsiddende" ribosomer på ydersiden af membranerne i det endoplasmatiske retikulum og passerer derefter gennem dets hulrum og gennem Golgi-apparatet .
Der er ingen almindeligt accepteret klassifikation og nomenklatur for forskellige modningsstadier og typer af lysosomer . Der er primære og sekundære lysosomer . Førstnævnte er dannet i området af Golgi-apparatet , de indeholder enzymer i en inaktiv tilstand, mens sidstnævnte indeholder aktive enzymer. Normalt aktiveres lysosomenzymer , når pH-værdien sænkes. Blandt lysosomer kan man også skelne mellem heterolysosomer (fordøje materiale, der kommer ind i cellen udefra - ved fago- eller pinocytose) og autolysosomer (ødelægge cellens egne proteiner eller organeller). Den mest udbredte klassificering af lysosomer og deres tilknyttede rum er som følger:
Lysosomers funktioner er:
Hos mange protister og hos dyr med intracellulær fordøjelse er lysosomer involveret i fordøjelsen af mad fanget af endocytose. I dette tilfælde fusionerer lysosomer med fordøjelsesvakuoler. Hos protister fjernes ufordøjet madrester normalt fra cellen, når madvakuolen smelter sammen med den ydre membran.
Mange celler fra dyr, hvor kavitær fordøjelse dominerer (for eksempel chordater) modtager næringsstoffer fra den intercellulære væske eller blodplasma ved hjælp af pinocytose. Disse stoffer er også involveret i cellemetabolisme efter deres fordøjelse i lysosomer. Et velundersøgt eksempel på en sådan deltagelse af lysosomer i metabolisme er produktionen af kolesterol af celler. Kolesterol, der føres i blodet som LDL , trænger ind i de pinocytiske vesikler, efter at LDL binder sig til LDL-receptorer på membranen. Receptorer vender tilbage til membranen fra det tidlige endosom, og LDL kommer ind i lysosomet. Derefter fordøjes LDL, og det frigivne kolesterol kommer ind i cytoplasmaet gennem lysosommembranen.
Indirekte er lysosomer involveret i metabolisme, hvilket giver desensibilisering af celler til virkningerne af hormoner. Med længerevarende virkning af hormonet på cellen kommer nogle af de receptorer, der binder hormonet, ind i endosomerne og nedbrydes derefter inde i lysosomerne. Reduktion af antallet af receptorer reducerer cellens følsomhed over for hormonet.
Der skelnes almindeligvis mellem to typer autofagi: mikroautofagi og makroautofagi. Ved mikroautofagi, som ved dannelsen af multivesikulære legemer, dannes invaginationer af endosom- eller lysosommembranen, som derefter adskilles i form af indre vesikler, kun stoffer syntetiseret i selve cellen kommer ind i dem. På den måde kan cellen fordøje proteiner, når der mangler energi eller byggemateriale (for eksempel ved sult). Men processerne med mikroautofagi forekommer også under normale forhold og er generelt vilkårlige. Nogle gange fordøjes organeller også under mikroautofagi; Således er mikroautofagi af peroxisomer og delvis mikroautofagi af kerner, hvor cellen forbliver levedygtig, blevet beskrevet i gær .
I makroautofagi er en region af cytoplasmaet (ofte indeholdende nogle organeller) omgivet af et membranrum svarende til cisternen i det endoplasmatiske reticulum. Som et resultat er dette område indhegnet fra resten af cytoplasmaet af to membraner. Dette autophagosom smelter derefter sammen med et lysosom, og dets indhold fordøjes. Tilsyneladende er makroautofagi også ikke-selektiv, selvom det ofte understreges, at cellen ved hjælp af den kan slippe af med "udløbne" organeller (mitokondrier, ribosomer osv.).
Den tredje type autofagi er chaperonafhængig. Med denne metode sker den rettede transport af delvist denaturerede proteiner fra cytoplasmaet gennem lysosommembranen ind i dets hulrum.
Lysosomenzymer frigives ofte, når lysosommembranen ødelægges . Normalt inaktiveres de i cytoplasmaets neutrale miljø. Men med den samtidige ødelæggelse af alle lysosomer i cellen kan dens selvdestruktion - autolyse - forekomme. Der er patologisk og normal autolyse. En almindelig variant af patologisk autolyse er post-mortem vævsautolyse.
Normalt ledsager processerne af autolyse mange fænomener forbundet med udviklingen af kroppen og differentiering af celler. Således beskrives celleautolyse som en mekanisme for vævsdestruktion i insektlarver under fuldstændig metamorfose , såvel som under resorption af halen i en haletudse. Det er rigtigt, at disse beskrivelser refererer til en periode, hvor forskellene mellem apoptose og nekrose endnu ikke er blevet fastslået, og i hvert tilfælde er det nødvendigt at finde ud af, om apoptose, der ikke er forbundet med autolyse, faktisk ligger til grund for nedbrydningen af et organ eller væv.
Hos planter er autolyse ledsaget af differentiering af celler, der fungerer efter døden (for eksempel trakeider eller vaskulære segmenter). Delvis autolyse forekommer også under modningen af floemceller - segmenter af sigterør.
Nogle gange, på grund af ukorrekt funktion af lysosomer, udvikler lagringssygdomme , hvor enzymer ikke virker eller fungerer dårligt på grund af mutationer. Eksempler på lysosomale lagringssygdomme er Gauchers sygdom , Pompes sygdom og Tay-Sachs sygdom . I alt kendes mere end 50 arvelige sygdomme forbundet med dysfunktion af lysosomet [12] .
Beskadigelse af lysosomer af nekrotiske celler, herunder granulocytter , giver anledning til en inflammatorisk proces [18] .
![]() | |
---|---|
Ordbøger og encyklopædier |
|
I bibliografiske kataloger |
|
eukaryote celleorganeller _ | |
---|---|
endomembransystem | |
cytoskelet | |
Endosymbionter | |
Andre indre organeller | |
Eksterne organeller |