Lizozom

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 24 martie 2021; verificările necesită 4 modificări .

Lizozomul (din grecescul λύσις  - descompunere și σώμα  - corp) este un organel celular înconjurat de o membrană , în cavitatea căreia se menține un mediu acid și există multe enzime hidrolitice solubile [1] . Lizozomul este responsabil pentru digestia intracelulară a macromoleculelor, inclusiv în autofagie ; lizozomul este capabil să- și secrete conținutul în exocitoză ; lizozomul este, de asemenea, implicat în unele căi de semnalizare intracelulare asociate cu metabolismul și creșterea celulelor [2] .

Lizozomul este unul dintre tipurile de vezicule și aparține sistemului endomembranar al celulei [3] . Diferite tipuri de lizozomi pot fi considerate compartimente celulare separate .

Lizozomii au fost descoperiți în 1955 de biochimistul belgian Christian de Duve [4] . Lizozomii se găsesc în toate celulele de mamifere, cu excepția eritrocitelor [5] . La plante, vacuolele sunt apropiate de lizozomi în ceea ce privește metoda de formare și parțial în ceea ce privește funcțiile . Lizozomii sunt, de asemenea, prezenți în majoritatea protiștilor (atât cu tipuri de nutriție fagotrofice, cât și osmotrofe) și în ciuperci. Astfel, prezența lizozomilor este caracteristică celulelor tuturor eucariotelor . La procariote , lizozomii sunt absenți, deoarece nu au fagocitoză și nu există digestie intracelulară.

O serie de boli ereditare la om, numite boli de stocare lizozomală , sunt asociate cu disfuncția lizozomilor [6] .

Istoricul descoperirilor

În 1949-1952, biochimistul Christian de Duve și studenții săi, studiind acțiunea insulinei în celulele hepatice de șobolan, au descoperit accidental o diferență neașteptată în activitatea fosfatazei acide în funcție de metoda de izolare. Fosfataza acidă a fost folosită de ei ca standard, subiectul principal al studiului lor a fost enzima glucoză-6-fosfatază , care este implicată în metabolismul insulinei. În timpul experimentelor, s-a dovedit că, atunci când conținutul de celule a fost fracționat într-o centrifugă, fosfataza acidă a fost asociată cu fracția microzomală, dar a arătat doar o zecime din activitate în comparație cu un extract celular simplu și după câteva zile de depozitare a fracția microzomală din frigider, activitatea fosfatazei acide a crescut. Când a fost descoperit acest fenomen, prima explicație a fost că a avut loc un fel de eroare tehnică. Cu toate acestea, repetarea experimentului a reprodus invariabil imaginea originală. Acest lucru ne-a permis să presupunem existența unor particule celulare înconjurate de o membrană, care conțin enzima în interior. Din 1952 până în 1955, au fost descoperite mai multe hidrolaze acide asociate cu fracția microzomală. În 1955, care este considerat anul descoperirii lizozomilor, K. de Duve a propus denumirea de „lizozom” pentru un organel celular care este înconjurat de o membrană care menține un pH scăzut și în interiorul căreia se află o serie de enzime care funcționează. optim într-un mediu acid [7] [8] . În același 1955, citologul american Alex Novikovde la Universitatea din Vermont , SUA, care a stăpânit cu brio tehnica microscopiei, a vizitat laboratorul lui C. de Duve și a reușit să obțină primele fotografii electronice ale acestor organite folosind un preparat de lizozomi parțial purificați. Mai târziu, în 1961, Alex Novikov, folosind detectarea histochimică a fosfatazei acide și microscopia electronică , a confirmat localizarea acestei enzime în lizozomi [9] [10] . În 1963, biochimistul belgian Henry Hares , care a lucrat anterior în grupul lui K. de Duve, a descoperit o deficiență a enzimei lizozomale α-glucozidaze la pacienții cu boala Pompe și a sugerat că alte boli genetice sunt asociate cu perturbarea lizozomilor [11]. ] . În prezent, peste 50 de boli ereditare sunt asociate cu deficiența lizozomală [12] .

În 1974, pentru contribuția sa la dezvăluirea organizării structurale și funcționale a celulei, K. de Duve a primit Premiul Nobel pentru Medicină [13] .

Semne ale lizozomilor

Lizozomii sunt eterogene ca formă, mărime, caracteristici ultrastructurale și citochimice. În celulele animale, lizozomii au de obicei o dimensiune mai mică de 1 µm, deși în unele tipuri de celule, cum ar fi macrofage , lizozomii pot fi mai mari de câțiva microni . Lizozomii, de regulă, au o formă sferică, ovală, uneori tubulară [14] . Numărul de lizozomi variază de la unul (vacuola mare în multe celule vegetale și fungice) la câteva sute sau mii (în celulele animale). Lizozomii la animale reprezintă de obicei nu mai mult de 5% din volumul intracelular [15] .

Unul dintre semnele lizozomilor este prezența în ei a unui număr de enzime ( hidrolaze acide ) care pot descompune proteinele , carbohidrații , lipidele și acizii nucleici . Enzimele lizozomilor includ catepsine ( proteaze tisulare ), ribonuclează acidă , fosfolipază etc. În plus, lizozomii conțin enzime care pot scinda grupările sulfat (sulfataze) sau fosfat ( fosfatază acidă ) din moleculele organice. În total, cavitatea lizozomului conține aproximativ 60 de enzime hidrolitice acide solubile [2] .

Lizozomii se caracterizează printr-o reacție acidă a mediului intern , care asigură funcționarea optimă a hidrolazelor lizozomale [14] . De obicei , pH -ul în lizozomi este de aproximativ 4,5-5, adică concentrația de protoni în ei este cu două ordine de mărime mai mare decât în ​​citoplasmă. Acest lucru este asigurat de transportul activ al protonilor, care este realizat de ATPaza de proton -pompa proteică construită în membranele lizozomilor [15] . Pe lângă pompa de protoni, proteinele purtătoare sunt încorporate în membrana lizozomului pentru transportul către citoplasmă a produselor de hidroliză a macromoleculelor: aminoacizi , zaharuri, nucleotide , lipide [16] .

Activitatea ridicată a fosfatazei acide a fost utilizată anterior ca unul dintre markerii lizozomilor. În prezent, prezența glicoproteinelor membranare specifice, LAMP1 și LAMP2 , este considerată a fi un marker mai de încredere . Ele sunt prezente pe membrana lizozomilor si a endozomilor tardivi , dar absente din membranele altor compartimente vacuome .

Formarea lizozomilor și tipurile lor

Lizozomii sunt formați din vezicule (vezicule) separate de aparatul Golgi și vezicule ( endozomi ) în care intră substanțele în timpul endocitozei [17] . Membranele reticulului endoplasmatic participă la formarea autolizozomilor ( autofagozomi ) . Toate proteinele lizozomilor sunt sintetizate pe ribozomi „sesili” de pe partea exterioară a membranelor reticulului endoplasmatic și apoi trec prin cavitatea acestuia și prin aparatul Golgi .

Nu există o clasificare și o nomenclatură general acceptate pentru diferitele stadii de maturare și tipuri de lizozomi . Există lizozomi primari și secundari . Primele se formează în regiunea aparatului Golgi , conțin enzime în stare inactivă, în timp ce ultimele conțin enzime active. În mod normal , enzimele lizozomilor sunt activate atunci când pH-ul este scăzut. Dintre lizozomi se mai pot distinge heterolizomi (digerând materialul care intră în celulă din exterior - prin fago- sau pinocitoză) și autolizozomi (distrugând proteinele sau organelele proprii ale celulei). Cea mai utilizată clasificare a lizozomilor și a compartimentelor asociate acestora este următoarea:

  1. Endozomul timpuriu  - vezicule endocitare (pinocitare) intră în el. De la endozomul timpuriu, receptorii care au renunțat (din cauza pH-ului scăzut) încărcării lor revin în membrana exterioară.
  2. Endozom târziu  - vezicule cu material absorbit în timpul pinocitozei și vezicule din aparatul Golgi cu hidrolaze intră în el din endozomul timpuriu. Receptorii manoză-6-fosfat revin din endozomul târziu la aparatul Golgi.
  3. Lizozomul - vezicule cu un amestec de hidrolaze și material digerat intră în el din endozomul  târziu .
  4. Fagozom  - particule mai mari (bacterii etc.) absorbite de fagocitoză intră în el. Fagozomii fuzionează de obicei cu lizozomii.
  5. Autofagozomul  este o porțiune a citoplasmei înconjurată de două membrane, incluzând de obicei unele organite și formate în timpul macroautofagiei. Contopește cu lizozomul.
  6. Corpurile multiveziculare  - de obicei înconjurate de o singură membrană, conțin vezicule mai mici înconjurate de o singură membrană în interior. Format printr-un proces similar cu microautofagia (vezi mai jos), dar conțin material obținut din exterior. În veziculele mici, receptorii membranei exterioare (de exemplu, receptorii factorului de creștere epidermic) rămân de obicei și apoi suferă degradare. În funcție de stadiul de formare, ele corespund endozomului timpuriu. A fost descrisă formarea de corpuri multiveziculare înconjurate de două membrane prin înmugurire din învelișul nuclear.
  7. Corpi reziduali (telolizozomi)  - vezicule care conțin material nedigerat (în special, lipofuscină ). În celulele normale, ele fuzionează cu membrana exterioară și părăsesc celula prin exocitoză . Odată cu îmbătrânirea sau patologia se acumulează.

Funcțiile lizozomilor

Funcțiile lizozomilor sunt:

Digestia intracelulară și participarea la metabolism

La mulți protiști și la animalele cu digestie intracelulară , lizozomii sunt implicați în digestia alimentelor capturate prin endocitoză. În acest caz, lizozomii fuzionează cu vacuolele digestive. La protiști, resturile alimentare nedigerate sunt de obicei îndepărtate din celulă atunci când vacuola alimentară fuzionează cu membrana exterioară.

Multe celule ale animalelor la care predomină digestia cavitară (de exemplu, cordate) primesc nutrienți din fluidul intercelular sau din plasma sanguină folosind pinocitoză. Aceste substanțe sunt implicate și în metabolismul celular după digestia lor în lizozomi. Un exemplu bine studiat de astfel de participare a lizozomilor în metabolism este producerea de colesterol de către celule. Colesterolul, transportat în sânge ca LDL , intră în veziculele pinocitare după ce LDL se leagă de receptorii LDL de pe membrană. Receptorii revin la membrană din endozomul timpuriu, iar LDL intră în lizozom. După aceea, LDL este digerat, iar colesterolul eliberat intră în citoplasmă prin membrana lizozomului.

Indirect, lizozomii sunt implicați în metabolism, asigurând desensibilizarea celulelor la efectele hormonilor. Cu acțiunea prelungită a hormonului asupra celulei, unii dintre receptorii care leagă hormonul intră în endozomi și apoi se degradează în interiorul lizozomilor. Reducerea numărului de receptori reduce sensibilitatea celulei la hormon.

Autofagie

În mod obișnuit, se disting două tipuri de autofagie: microautofagie și macroautofagie. În microautofagie, ca și în formarea corpurilor multiveziculare, se formează invaginări ale membranei endozomului sau lizozomului, care apoi sunt separate sub formă de vezicule interne, în ele pătrund doar substanțele sintetizate în celula însăși. În acest fel, celula poate digera proteinele atunci când există o lipsă de energie sau de material de construcție (de exemplu, în timpul înfometării). Dar procesele de microautofagie au loc și în condiții normale și sunt în general nediscriminatori. Uneori, organelele sunt digerate și în timpul microautofagiei; Astfel, microautofagia peroxizomilor și microautofagia parțială a nucleelor, în care celula rămâne viabilă, au fost descrise în drojdie .

În macroautofagie, o regiune a citoplasmei (conținând adesea unele organite) este înconjurată de un compartiment membranar similar cu cisterna reticulului endoplasmatic. Ca urmare, această zonă este împrejmuită de restul citoplasmei prin două membrane. Acest autofagozom fuzionează apoi cu un lizozom, iar conținutul său este digerat. Aparent, macroautofagia este, de asemenea, neselectivă, deși adesea se subliniază că, cu ajutorul acesteia, celula poate scăpa de organele „expirate” (mitocondrii, ribozomi etc.).

Al treilea tip de autofagie este dependent de însoțitor. Cu această metodă, are loc transportul direcționat al proteinelor parțial denaturate din citoplasmă prin membrana lizozomului în cavitatea acesteia.

Autoliza

Enzimele lizozomului sunt adesea eliberate atunci când membrana lizozomului este distrusă . De obicei, ele sunt inactivate în mediul neutru al citoplasmei. Cu toate acestea, odată cu distrugerea simultană a tuturor lizozomilor celulei, poate avea loc autodistrugerea acesteia - autoliza. Există autolize patologice și normale. O variantă comună a autolizei patologice este autoliza tisulară post-mortem.

În mod normal, procesele de autoliză însoțesc multe fenomene asociate cu dezvoltarea organismului și diferențierea celulelor. Astfel, autoliza celulară este descrisă ca un mecanism de distrugere a țesuturilor larvelor de insecte în timpul metamorfozei complete , precum și în timpul resorbției cozii la un mormoloc. Adevărat, aceste descrieri se referă la o perioadă în care diferențele dintre apoptoză și necroză nu au fost încă stabilite și, în fiecare caz, se cere să se afle dacă apoptoza, care nu este asociată cu autoliza, stă de fapt la baza degradării unui organ sau a unui țesut.

La plante, autoliza este însoțită de diferențierea celulelor care funcționează după moarte (de exemplu, traheide sau segmente vasculare). Autoliza parțială are loc și în timpul maturării celulelor floemului - segmente de tuburi sită.

Semnificație clinică

Uneori, din cauza funcționării necorespunzătoare a lizozomilor, se dezvoltă boli de depozitare , în care enzimele nu funcționează sau funcționează prost din cauza mutațiilor. Exemple de boli de stocare lizozomală sunt boala Gaucher , boala Pompe , boala Tay-Sachs . În total, sunt cunoscute peste 50 de boli ereditare asociate cu disfuncția lizozomului [12] .

Deteriorarea lizozomilor celulelor necrotice, inclusiv a granulocitelor , dă naștere unui proces inflamator [18] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Alberts și colab., 2013 , p. 1196.
  2. ↑ 1 2 Settembre C. și colab. Semnale de la lizozom: un centru de control pentru clearance-ul celular și metabolismul energetic. (engleză)  // Nat. Rev. Mol. Biol celular. - 2013. - Vol. 14. - P. 283-296. - doi : 10.1038/nrm3565 .
  3. ↑ Brighouse A., Dacks JB, Field MC Rab protein evolution and the history of the eucariotic endomembrane system  //  Cellular and molecular life sciences. - 2010. - Vol. 67, nr. 20 . - P. 3449-3465. - doi : 10.1007/s00018-010-0436-1 . Arhivat din original pe 6 ianuarie 2015.
  4. ↑ De Duve C. Lizozomul împlinește cincizeci de ani  //  Nature cell biology. - 2005. - Vol. 7, nr. 9 . - P. 847-849.
  5. ↑ Lüllmann-Rauch R. Istoria și morfologia lizozomului // Lizozomii / P. Saftig. - Springer US, 2005. - P. 1-16. - ISBN 978-0-387-25562-0 .
  6. ↑ Platt FM, Boland B., van der Spoel AC Tulburări de stocare lizozomale: impactul celular al disfuncției lizozomale  //  Jurnalul de biologie celulară. - 2012. - Vol. 199 , nr. 5 . — P. 723-734 . - doi : 10.1083/jcb.201208152 .
  7. ↑ De Duve C. și colab. studii de fracţionare tisulară. 6. Modele de distribuție intracelulară a enzimelor în țesutul hepatic de șobolan  (engleză)  // Biochemical Journal. - 1955. - Vol. 60, nr. 4 . - P. 604-617.
  8. ↑ Bainton D.F. Descoperirea  lizozomilor . - 1981. - Vol. 91. - P. 66-76.
  9. ^ Essner E., Novikoff AB Localizarea activității fosfatazei acide în lizozomii hepatici prin microscopie electronică  //  The Journal of biophysical and biochemical cytology. - 1961. - Vol. 9, nr. 4 . — P. 773-784 .
  10. ^ Castro-Obregon S. The Discovery of Lysosomes and Autophagy //  Nature Education. - 2010. - Vol. 3, nr. 9 . — P. 49.  
  11. ↑ Deficitul ei de HG α-glucozidază în boala generalizată de stocare a glicogenului (boala lui Pompe  )  // Biochemical Journal. - 1963. - Vol. 86 , nr. 1 . — P. 11-16 . — PMID 13954110 .
  12. ↑ 1 2 la Marca G. Lysosomals // Physician's Guide to the Diagnosis, Treatment, and Follow-Up of Inherited Metabolic Diseases / N. Blau, M. Duran, KM Gibson, CD Vici. - Springer Berlin Heidelberg, 2014. - P. 785-793. - ISBN 978-3-642-40336-1 .
  13. ↑ Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină 1974  . nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Preluat la 3 ianuarie 2015. Arhivat din original la 15 octombrie 2012.
  14. ↑ 1 2 Appelqvist H. și colab. Lizozomul: de la sac de deșeuri la potențiala țintă terapeutică  (engleză)  // Journal of molecular cell biology. - 2013. - Vol. 5, nr. 4 . — P. 214-226 . - doi : 10.1093/jmcb/mjt022 .
  15. ↑ 1 2 Luzio JP, Pryor PR, Bright NA Lizozomi: fuziune și funcție   // Nat . Rev. Mol. Biol celular. - 2007. - Vol. 8. - P. 622-632. - doi : 10.1038/nrm2217 .
  16. ↑ Chentsov Yu. S. Introducere în biologia celulară. Manual pentru universități / Yu. S. Chentsov. - a 4-a. - M . : ICC "Akademkniga", 2004. - 495 p.
  17. ↑ Saftig P., Klumperman J. Lysosome biogenesis and lysosomal membrane proteins: trafficking meets function  // Nat. Rev. Mol. Biol celular. - 2009. - Vol. 10. - P. 623-635. doi : 10.1038 / nrm2745 . Arhivat din original pe 24 decembrie 2012.
  18. ↑ Tel L.Z., Lysenkov S.P., Sharipova N.G., Shastun S.A. Fiziopatologia și fiziologia în întrebări și răspunsuri. — 2 voi. - M . : Agenţia de Informaţii Medicale, 2007. - S. 67. - 512 p.

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Site-uri tematice
Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 organele de celule eucariote
sistem endomembranar
citoschelet
Endosimbioți
Alte organite interne
Organele externe