Поділитися:
Функції, типи та захворювання лізосом
The лізосоми вони являють собою мембранозние частинки, розташовані між мітохондріями і мікросомами, які містять широкий спектр травних ферментів (приблизно 50), які використовуються головним чином для перетравлення та усунення надмірних або зношених органел, частинок їжі та вірусів або бактерій..
Використовуючи більш розмовний термін, можна сказати, що лізосоми схожі на шлунок клітини.
Лізосоми оточені мембраною, що складається з фосфоліпідів, які відокремлюють внутрішню частину лізосом від зовнішнього середовища мембрани. Фосфоліпіди - це ті самі молекули клітин, які утворюють клітинні мембрани, що оточують всю клітину. Лізосоми варіюють за розміром від 0,1 до 1,2 мікрометрів.
До його специфічних функцій належать:
- перетравлення макромолекул від фагоцитозу, ендоцитозу та аутофагії.
- перетравлення бактерій та інших відходів.
- відновлення пошкодження плазматичної мембрани, що діє як мембранний пластир.
- і апоптоз.
Їх часто називають "суїцидальними мішками" через їхню роль в автолізі.
Відкриття лізосом
Лізосоми були відкриті бельгійським цитологом і біохіміком Крістіаном Рене де Дуве в 1950-х роках. Де Дуве отримав частину Нобелівської премії з медицини в 1974 році за його відкриття лізосом і інших органел, відомих як пероксисоми..
Де Дюве виявив лізосоми біохімічними методами і з використанням електронної мікроскопії. Це основне відкриття призвело до сучасного розуміння ряду спадкових розладів, викликаних дефектними лізосомними білками, включаючи хворобу Тай-Саха і хворобу Гоше..
Типи
Останні дослідження показують, що існують два типи лізосом: секреторні і звичайні лізосоми.
Секретори лізосом
Секреторні лізосоми виявлені, але не виключно, в різних клітинах імунної системи, таких як Т-лімфоцити, отримані з лінії гемопоетичних клітин.
Секреторні лізосоми являють собою комбінацію звичайних лізосом і секреторних гранул. Вони відрізняються від звичайних лізосом тим, що вони містять конкретний секреторний продукт клітини, в якій вони перебувають.
Т-лімфоцити, наприклад, містять секреторні продукти (перфорин і гранзими), які можуть атакувати як інфіковані, так і пухлинні клітини.
"Комбі-клітини" секреторної лізосоми також містять гідролази, мембранні білки і мають регулюючу легкість рН звичайних лізосом. Ця регуляторна функція підтримує кислотну середу, в якій секреторні продукти зберігаються в неактивній формі.
Зрілі секреторні лізосоми рухаються в межах цитоплазми до плазматичної мембрани. Тут вони тримаються в режимі очікування з потужними виділеннями "боєголовок" неактивними, але готовими.
Коли клітина Т-лімфоцитів ідеально сфокусована на клітині-мішені, секреція "спрацьовує", а екологічні та хімічні зміни, включаючи рН, активують виділення перед блокуванням мішені.
Все це робиться з точним контролем розташування і часу не тільки для максимального впливу на ціль, а й для мінімізації побічного збитку сусіднім дружнім осередкам..
Генетично контрольовані порушення секреторних лізосом можуть призвести до порушення синтезу тромбоцитів, типу імунодефіциту і гіпопігментації.
Звичайні лізосоми
Лізосоми перебувають у клітині як багаторазові органели, і коли відбувається поділ клітин, кожна дочірня клітина отримує серію лізосом. Вважається, що відкладення хімічних речовин у лізосомі може бути "заповнено" матеріалами приладів Гольджі.
Хімічні речовини виробляються в ендоплазматичному ретикулумі, модифікованому в апараті Гольджі, і транспортуються до лізосом у везикулах. Модифікація в апараті Гольджі включає "мічення мішені" на молекулярному рівні, що гарантує, що везикул доставляється до лізосоми, а не до плазматичної мембрани або в іншому місці.
"Мітка" повертається в апарат Гольджі для повторного використання. Матеріал з 3 різних джерел вимагає розбирання та переробки. Підкладки двох із цих джерел надходять у клітину ззовні, а третій - зсередини.
Від зовнішньої клітини процес ендоцитозу, включаючи піноцитоз, допускає рідини і дрібні частинки через утворення в плазматичній мембрані дрібних порожнин, покритих білками. Вони ущільнюються, поки вони не утворюють везикули, покриті білками.
Кожна везикула стає "ранньою ендосомою", а потім "пізньою ендосомою". Крім того, з-за межі клітини фагоцитоз (підживлення клітин) приносить відносно великі частки (зазвичай розміром 250 нм), включаючи бактерії і клітинний дебрис.
Фагоцитоз може здійснюватися «звичайними клітинами», але в основному виконується макрофагами, які можуть містити до 1000 лізосом на клітку. Отримана структура фагоцитозу називається фагосом. Зсередини клітини, аутофагосоми відповідають за усунення органел, таких як мітохондрії і рибосоми.
Функції лізосом
Основними функціями лізосом є:
Внутрішньоклітинне травлення
Слово «лізосома» походить від «гладкого» (літичного або травного) і «сома» (тіла). Піноцитові вакуолі, що утворюються в результаті поглинання рідкої речовини в клітинних вакуолях або фагоцитах (утворюються в результаті поглинання твердих частинок в клітці), транспортують білковий матеріал до лізосомальної області.
Ці білки можуть піддаватися перетравленню всередині клітини в результаті ендоцитозу. Ендоцитоз включає в себе процеси фагоцитозу, піноцитозу і мікропіноцитозу.
Фагоцитоз і піноцитоз - активні механізми, в яких клітина потребує енергії для функціонування. Під час фагоцитозу внаслідок лейкоцитів значно збільшується споживання кисню, поглинання глюкози та розкладання глікогену.
При ендоцитозі відбувається скорочення мікрофіламентів актину і міозину, наявних у периферичній цитоплазмі. Це призводить до інвагінації плазматичної мембрани і утворення ендоцитарної вакуолі. Частинки, що потрапляють у мембрани, отримані з плазматичної мембрани і утворюють вакуолі, іноді є клітинними фагосомами.
Після введення великої частки або тіла в клітину шляхом ендоцитозу і утворення фагосоми, мембрани фагосоми і лізосоми можуть зливатися, утворюючи одну велику вакуоль.
У межах цієї вакуолі лізосомальні ферменти починають процес перетравлення чужорідного матеріалу. Спочатку лізосоми, відомі як первинні лізосоми, містять ферментний комплекс в неактивному стані, але після злиття з фагосомою він продукує вторинну лізосому з різною морфологією і активними ферментами..
Після ферментативного перетравлення перетравлений матеріал дифундує в гіалоплазму клітини. Деякі матеріали можуть залишатися у вакуолі збільшеної лізосоми. Ця залишкова вакуоль є залишковим тілом, оскільки містить залишок травного процесу.
Під час голодування також лізосоми перетравлюють збережені харчові матеріали, тобто білки, ліпіди і глікоген з цитоплазми і забезпечують енергію, необхідну клітці. Перетравлення білків зазвичай закінчується на рівні дипептиду, який може проходити через мембрану і потім перетравлюватися в амінокислоти.
Перетравлення внутрішньоклітинних речовин або аутофагії
Багато клітинні компоненти, такі як мітохондрії, постійно видаляються з клітини лізосомною системою. Цитоплазматичні органели оточені мембранами гладкого ендоплазматичного ретикулуму, утворюючи вакуолі, потім лізосомальні ферменти вивільняються в аутофагічних вакуолях, а органели перетравлюються.
Аутофагія є загальною властивістю еукаріотичних клітин. Це пов'язано з оновленням клітинних компонентів.
Перетравлення мітохондрій або інших клітинних структур забезпечує джерело енергії для цих клітин. Після перетравлення клітинної структури аутофагічні вакуолі можуть стати залишковими органами.
Вони відіграють певну роль у метаморфозі
Останнім часом роль лізосоми була виявлена в метаморфозі жаби. Зникнення личиночного хвоста пуголовка жаби пов'язане з лизосомальной активністю (дія катепсинів, присутніх в лізосомах)..
Вони допомагають у синтезі білків
Вчені Новіков та Еснер (1960) припустили можливу роль лізосом у синтезі білка. У печінці та підшлунковій залозі деяких птахів лізосоми виявляються більш активними і розвиваються, що свідчить про можливу зв'язок з клітинним метаболізмом.
Вони допомагають у запліднення
Під час запліднення головка сперми виділяє деякі лізосомальні ферменти, які допомагають у проникненні сперматозоїдів в жовтковий шар яйцеклітини..
Акросома містить протеазу і гіалуронідазу і рясну кислотну фосфатазу. Гіалуронідаза, диспергована в клітинах навколо ооцита і протеаза, перетравлює зону pellucida, яка робить канал, через який проникає сперматозоїдний ядро.
Він відіграє роль в остеогенезі
Доведено, що утворення кісткових клітин, а також їх руйнування залежить від лізосомальної активності. Аналогічно, старіння клітин і партеногенетичне розвиток пов'язані з активністю лізосом.
Остеокласти (багатоядерні клітини), які видаляють кістки, роблять це шляхом вивільнення лізосомальних ферментів, які розкладають органічну матрицю. Цей процес активується паратиреоїдним гормоном.
Пороки розвитку лізосом
Несправність лізосом може призвести до захворювань. Наприклад, коли глікоген, абсорбированний лізосомами, не перетравлюється, виникає хвороба Помпе.
Розриви лізосом у клітинах шкіри, що піддаються впливу прямих сонячних променів, призводять до патологічних змін після сонячних опіків. Вивільнені ферментами ці лізосоми руйнують клітини епідермісу, викликаючи пухирі, а потім відшарування шару епідермісу..
Автоліз хрящової і кісткової тканин
Надлишок вітаміну А викликає отруєння клітин. Вона перериває лізосомальну мембрану, викликаючи вивільнення ферментів в клітці і викликаючи аутоліз в хрящовій і кістковій тканині.
Лізосомні захворювання
Захворювання типів I, II і III Гоше
Хвороба Гоше є найбільш поширеним типом лизосомального розладу зберігання. Дослідники ідентифікували три різні типи хвороби Гоше, засновані на відсутності (тип I) або наявність і ступінь (тип II і III) неврологічних ускладнень.
Більшість постраждалих людей мають тип I, можуть виникати синці, хронічна втома і аномально збільшена печінка та / або селезінка (гепатоспленомегалія).
Хвороба Гоше типу II зустрічається у новонароджених і немовлят і характеризується неврологічними ускладненнями, які можуть включати мимовільні спазми м'язів, утруднене ковтання і втрату раніше придбаних рухових навичок..
Хвороба типу III Гоше з'являється протягом першого десятиліття життя. Неврологічні ускладнення можуть включати погіршення психіки, нездатність координувати добровільні рухи і м'язові спазми рук, ніг або всього тіла.
Типи хвороби Німана-Піка A / B, C1 і C2
Хвороба Німана-Піка складається з групи спадкових розладів, пов'язаних з метаболізмом жирів. Деякі характеристики, загальні для всіх типів, включають розширення печінки і селезінки. Діти з хворобою Німана-Піка, типи А або С, також відчувають прогресуючу втрату рухових навичок, труднощів у харчуванні, прогресуючих труднощів у навчанні та судом.
Захворювання Фабрі
Симптоми хвороби Фабрі зазвичай починаються в ранньому дитинстві або підлітковому віці, але можуть не проявлятися до другого або третього десятиліття життя..
Перші симптоми включають епізоди тяжкого пекучого болю в руках і ногах. Інші ранні ознаки можуть включати зниження у виробництві поту, дискомфорту при перегріванні і появі червоного до темно-синього шкірного висипу, особливо в області між стегнами і колінами..
Хвороба при зберіганні глікогену II (хвороба Помпе)
Хвороба Помпе має пізню початок. Найбільш сильно постраждали пацієнти з дитячою формою. Хоча ці діти зазвичай з'являються нормальними при народженні, захворювання відбувається протягом перших двох-трьох місяців з швидко прогресуючою м'язовою слабкістю, зниженням м'язового тонусу (гіпотонія) і типом серцевого захворювання, відомого як гіпертрофічна кардіоміопатія..
Проблеми з годуванням і труднощі з диханням є поширеними. Ювенільна / доросла форма виникає в період між першим і сьомим десятиліттями як прогресивно повільна м'язова слабкість або симптоми дихальної недостатності..
Gangliosidosis I типу (хвороба Тей Сакса)
Існують дві основні форми хвороби Тей Сакса: класична або дитяча форма і форма пізнього початку.
У осіб з дитячим захворюванням Tay Sachs симптоми зазвичай з'являються вперше у віці від трьох до п'яти місяців. Вони можуть включати проблеми з харчуванням, загальну слабкість (млявість) і перебільшений рефлекс здригання у відповідь на гучні та раптові шуми. Моторні затримки і погіршення психіки прогресивні.
У осіб з пізньою формою симптоми можуть з'явитися в будь-який час від підліткового віку до 30 років. Інфантильна форма часто прогресує швидко, що призводить до значного психічного та фізичного погіршення.
Характерним симптомом хвороби Тей Сакса, що виникає в 90 відсотках випадків, є розвиток червоних плям на задній частині очей. Симптоми захворювання на пізнього початку захворювання Tay Sachs широко варіюються від випадку до випадку. Цей розлад прогресує набагато повільніше, ніж інфантильна форма.
Ганглиозидоз II типу (хвороба Сандгофа)
Перші симптоми хвороби Сандгофа зазвичай починаються від трьох до шести місяців. Хвороба клінічно не відрізняється від ганглиозидоза I типу.
Метахроматичний лейкодистрофія
Перші ознаки і симптоми можуть бути нечіткими і поступовими, тому цей розлад важко діагностувати. Нестійкість ходьби часто є першим спостережуваним симптомом.
Іноді найбільш раннім симптомом є затримка розвитку або погіршення шкільної успішності. З часом симптоми можуть включати виражену спастичність, судоми і глибоку розумову відсталість.
Захворювання при зберіганні мукополісахаридів (хвороба Херлера і варіанти, типи А, В, С, D, типи A і B Morquio, хвороби Майро-Ламі і Sly)
Ці захворювання викликані змінами в нормальному розпаді складних вуглеводів, відомих як мукополісахариди. Ці захворювання мають певні спільні риси, які включають деформації кісток і суглобів, які перешкоджають рухливості і часто викликають остеоартрит, особливо великі суглоби, які підтримують вагу..
Всі ці захворювання, крім хвороби Санфіліппо, заважають росту, викликаючи короткий зріст.
Типи хвороби Шиндлера I та II
Хвороба Шиндлера I типу є класичною формою, яка з'являється вперше в дитинстві. Потерпілі особи, здається, розвиваються нормально, поки вони не виповнилися одного року, коли вони починають втрачати набуті раніше навички, які вимагають координації фізичної та розумової діяльності.
Шиндлер типу II є формою появи у дорослих. Симптоми можуть включати розвиток кластерів знебарвлення, схожих на бородавки на шкірі, постійне розширення груп кровоносних судин, що викликають почервоніння шкіри в уражених ділянках, відносне потовщення риси обличчя і слабке погіршення інтелекту.
Хвороба хвороби
Хвороба Баттена є ювенільною формою групи прогресивних неврологічних розладів, відомої як ліпофусциноз нейронального цероїда. Вона характеризується накопиченням жирової речовини в головному мозку, а також в тканини, що не містить нервових клітин.
Хвороба Баттена відзначається швидко прогресуючою недостатністю зору (атрофія зорового нерва) і неврологічними розладами, які можуть починатися до восьми років. Вона відбувається головним чином у родинах скандинавського спуску з Північної Європи, і розлад впливає на мозок і може викликати погіршення інтелекту та неврологічних функцій.
Постраждала населення
Як група вважається, що лізосомальні хвороби зберігання мають оціночну частоту приблизно одного з 5000 живонароджених. Хоча окремі захворювання рідкісні, група в цілому впливає на багатьох людей у всьому світі.
Деякі захворювання мають вищу частоту в певних популяціях. Наприклад, хвороби Гоше і Тай-Сакса частіше зустрічаються серед єврейського населення ашкеназі. Відомо, що мутація, пов'язана з синдромом Гурлера, зустрічається частіше між скандинавськими і російськими народами.
Діагностика
Пренатальна діагностика можлива для всіх лізосомальних порушень зберігання. Раннє виявлення лізосомних хвороб зберігання, як до народження, так і в найкоротші терміни, є важливим, оскільки при наявності терапії, як для самої хвороби, так і для пов'язаних з нею симптомів, вони можуть значно обмежити тривалість курсу. і вплив захворювання.
Список літератури
- Біологія-Інтернет. (2008). Лізосоми 6-2-2017, від Biology-Online.org Веб-сайт: biology-online.org.
- Університетська лікарня Рокфеллера. (2004). "Вивчення клітин з центрифугою": відкриття лізосом. 6-2-2017, від Університету Рокфеллера. Веб-сайт: centennial.rucares.org.
- Британське товариство біології клітин. (2016). Лізосоми 6-2-2017, з сайту BSCB: bscb.org.
- Jain, K. (2016). 8 Основні функції лізосом. 6-2-2017, від BiologyDiscussion.com Веб-сайт: biologydiscussion.com.
- Clark, J. (2003). Лізосомні порушення зберігання. 6-2-2017, від NORD - Національна організація з рідких розладів Сайт: rarediseases.org.
- Fawcett, W. (1981). Клітини. 6-2-2017, від ascb.org Сайт: ascb.org.
- Susuki, K. (2016). Лізосомна хвороба. 7-2-2017, з Національного центру інформації про біотехнології: ncbi.nlm.nih.gov.
- TutorVista (2017). Функція лізосом. 7-2-2017, від TutorVista.com Веб-сайт: ncbi.nlm.nih.gov.
- Природа освіти. (2014). Ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі та лізосоми. 7-2-2017, від nature.com Веб-сайт: nature.com.