Lysosomien toiminnot, tyypit ja sairaudet

lysosomeihin ne ovat membraanipartikkeleita, jotka sijaitsevat mitokondrioiden ja mikrosomien välissä, jotka sisältävät laajan valikoiman ruoansulatusentsyymejä (noin 50), joita käytetään pääasiassa liiallisen tai kuluneiden organellien, elintarvikkeiden hiukkasten ja virusten tai bakteerien hajottamiseen ja poistamiseen.

Käyttämällä enemmän puhekielistä termiä voitaisiin sanoa, että lysosomit ovat kuin solun vatsa.

Lysosomeja ympäröi kalvo, joka koostuu fosfolipideistä, jotka erottavat lysosomien sisäosan kalvon ulkoisesta ympäristöstä. Fosfolipidit ovat samat solumolekyylit, jotka muodostavat solukalvon, joka ympäröi koko solua. Lysosomit vaihtelevat kooltaan 0,1 - 1,2 mikrometriä.

Sen erityistoiminnot ovat:

• makromolekyylien pilkkominen fagosytoosista, endosytoosista ja autofagiasta.
• bakteerien ja muiden jätemateriaalien ruoansulatusta.
• plasmamembraanin kalvon laastarina toimivan vahingon korjaaminen. 
• ja apoptoosi.

Niitä kutsutaan usein "itsemurha-laukuiksi", koska heillä on rooli autolyysissä.

Lysosomien löytäminen

Lysosomit löysivät Belgian sytologi ja biokemisti Christian René de Duve 1950-luvulla. De Duve sai osan Nobelin lääketieteen palkinnosta vuonna 1974 hänen lysosomien ja muiden peroksisomeiksi kutsuttujen organellien löytämisestä..

De Duve löysi lysosomit biokemiallisilla menetelmillä ja käyttämällä elektronimikroskopiaa. Tämä perustutkimus on johtanut nykyiseen käsitykseen useista perinnöllisistä häiriöistä, jotka johtuvat viallisten lysosomaalisten proteiinien, kuten Tay-Sachin taudin ja Gaucherin taudin, aiheuttamista häiriöistä.

tyyppi

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että lysosomeja on kahdenlaisia: erittäviä ja tavanomaisia ​​lysosomeja.

Lysosomien erittimet

Erittäviä lysosomeja löytyy, mutta ei yksinomaan, immuunijärjestelmän eri soluista, kuten hematopoieettisesta solulinjasta peräisin olevat T-lymfosyytit.

Erittävät lysosomit ovat tavanomaisten lysosomien ja erittyvien rakeiden yhdistelmä. Ne poikkeavat tavanomaisista lysosomeista siinä, että ne sisältävät sen solun erityistä erittymistuotetta, jossa ne sijaitsevat.

Esimerkiksi T-lymfosyytit sisältävät erittäviä tuotteita (perforiini ja gran- syymit), jotka voivat hyökätä sekä infektoituneita että kasvainsoluja.

Sekretoivan lysosomin "yhdistelmäsolut" sisältävät myös hydrolaaseja, kalvoproteiineja ja niillä on tavanomaisten lysosomien pH: n säätelevä helppous. Tämä säätelytoiminto ylläpitää happamaa ympäristöä, jossa erittävät tuotteet pidetään inaktiivisessa muodossa.

Kypsät erittävät lysosomit liikkuvat sytoplasmassa plasmamembraaniin. Täällä ne pidetään valmiustilassa voimakkaiden "sotapään" eritteiden ollessa inaktiivisia, mutta valmiita.

Kun T-lymfosyyttisolu keskittyy täydellisesti kohdesoluun, erittyminen "laukeaa" ja ympäristö- ja kemialliset muutokset, mukaan lukien pH, aktivoivat eritteitä ennen kuin kohde estetään.

Kaikki tämä tapahtuu tarkan sijainnin ja ajoituksen valvonnan avulla paitsi maksimoidaksesi kohteen kohdistamisen, myös minimoimalla naapurissa oleville ystävällisille soluille aiheutuvat vahingot.

Erillisten lysosomien geneettisesti kontrolloidut häiriöt voivat johtaa verihiutaleiden synteesin heikentymiseen, eräänlaiseen immuunikatoon ja hypopigmentaatioon.

Tavanomaiset lysosomit

Lysosomit sijaitsevat solussa uudelleenkäytettäviksi organelleiksi, ja kun solujen jakautuminen tapahtuu, kukin tytärsolu vastaanottaa sarjan lysosomeja. Golgi-laitteistotarvikkeilla voidaan ajatella, että kemikaalien kerrostuminen lysosomiin voidaan täyttää uudelleen.

Kemikaalit valmistetaan endoplasmisessa retikulumissa, modifioitu Golgin laitteistossa ja kuljetetaan rakkuloiden lysosomeihin. Golgin laitteistossa tapahtuva modifiointi sisältää "kohdemerkinnän" molekyylitasolla, joka varmistaa, että vesikkelit toimitetaan lysosomiin eikä plasman kalvoon tai muualle.

"Etiketti" palautetaan Golgin laitteeseen uudelleenkäyttöä varten. Kolmesta eri lähteestä peräisin oleva materiaali vaatii purkamista ja kierrätystä. Näiden kahden lähteen substraatit tulevat soluun ulkopuolelta ja kolmas on peräisin sisältä.

Solun ulkopuolelta endosytoosin prosessi, mukaan lukien pinosytoosi, sallii nesteet ja pienet hiukkaset muodostumalla plasmamembraanissa pieniä onteloita, jotka on päällystetty proteiineilla. Nämä tiivisteet, kunnes ne muodostavat proteiineilla päällystettyjä vesikkeleitä.

Jokainen vesikkeli muuttuu "varhaiseksi endosomiksi" ja sitten "myöhäiseksi endosomiksi". Myös solun ulkopuolelta fagosytoosi (solujen syöttö) tuo suhteellisen suuria hiukkasia (tavallisesti 250 nm), mukaan lukien bakteerit ja solujätteet.

Fagosytoosi voidaan suorittaa "tavallisilla soluilla", mutta pääasiassa ne suorittavat makrofagit, jotka voivat sisältää jopa 1 000 lysosomia per solu. Fagosytoosin syntynyttä rakennetta kutsutaan fagosomiksi. Solun sisäpuolelta autofagosomit ovat vastuussa organellien, kuten mitokondrioiden ja ribosomien, eliminoinnista.

Lysosomien toiminnot

Lysosomien tärkeimmät toiminnot ovat:

Solunsisäinen pilkkominen

Sana lysosome perustuu "sileään" (lyyttiseen tai ruoansulatuskanavaan) ja "soma" (elin). Pinosyyttiset vakuolit, jotka muodostuvat nestemäisen aineen imeytymisen seurauksena soluissa olevissa vakuoleissa tai fagosyyteissä (jotka muodostuvat kiinteiden hiukkasten imeytymisestä solussa), siirtävät proteiinimateriaalin lysosomaaliseen alueeseen.

Nämä proteiinit voisivat läpäistä solun sisällä endosytoosin seurauksena. Endosytoosi sisältää fagosytoosin, pinosytoosin ja mikropososytoosin prosessit.

Fagosytoosi ja pinosytoosi ovat aktiivisia mekanismeja, joissa solu tarvitsee energiaa toimiakseen. Leukosyyttien aiheuttaman fagosytoosin aikana hapen kulutus, glukoosin otto ja glykogeenin hajoaminen lisääntyvät merkittävästi.

Endosytoosissa esiintyy perifeerisessä sytoplasmassa esiintyvää aktiinin ja myosiinimikrofilamenttien supistumista. Tämä saa plasman kalvon invaginaatioon ja muodostamaan endosyyttisen vakuolin. Plasmakalvosta peräisin oleviin kalvoihin suljetut ja vakuoleja muodostavat nautittavat hiukkaset ovat joskus solun fagosomeja.

Suuren hiukkasen tai ruumiin sisäänpääsyn soluun endosytoosin ja fagosomin muodostumisen jälkeen fagosomin ja lysosomin kalvot voivat fuusioida yhdeksi suureksi vakuoliksi..

Tässä vacuolissa lysosomaaliset entsyymit aloittavat vieraan materiaalin pilkkomisprosessin. Aluksi lysosomi, joka tunnetaan primaarisena lysosomina, sisältää entsyymikompleksin inaktiivisessa tilassa, mutta fagosomiin fuusion jälkeen se tuottaa sekundaarisen lysosomin, jolla on erilainen morfologia ja aktiiviset entsyymit.

Entsymaattisen pilkkomisen jälkeen hajotettu materiaali diffundoituu solun hialoplasmaan. Jotkin materiaalit saattavat jäädä suurennetun lysosomin vakuoliin. Tämä jäljellä oleva vakuoli on jäännösrunko, koska se sisältää ruoansulatusprosessin jäännöksen.

Nälän aikana myös lysosomit sulattavat varastoituja elintarvikemateriaaleja, ts. Proteiineja, lipidejä ja glykogeeniä sytoplasmasta ja tuottavat solun tarvitseman energian. Proteiinien pilkkominen päättyy tavallisesti dipeptidin tasolle, joka voi kulkea kalvon läpi ja sitten hajottaa aminohappoiksi.

Solunsisäisten aineiden tai autofagian pilkkominen

Lysosomaalinen järjestelmä poistaa jatkuvasti solusta useita solukomponentteja, kuten mitokondrioita. Sytoplasmiset organellit ympäröivät sileän endoplasmisen reticulumin kalvoja, jotka muodostavat vakuoleja, sitten lysosomaaliset entsyymit poistuvat autofagisissa vacuoleissa ja organellit pilkotaan.

Autofagia on eukaryoottisolujen yleinen ominaisuus. Nämä liittyvät solukomponenttien uudistamiseen.

Mitokondrioiden tai muiden solurakenteiden pilkkominen muodostaa energialähteen näille soluille. Solurakenteen pilkkomisen jälkeen autofagiset vacuolit voivat tulla jäännösrunkoiksi. 

Heillä on rooli metamorfoosissa

Viime aikoina lysosomin rooli on löydetty sammakon metamorfoosista. Sammakon nilkka-aukon katoaminen johtuu lysosomaalisesta aktiivisuudesta (lysosomeissa esiintyvien katepsiinien vaikutus).

Ne auttavat proteiinien synteesissä

Tutkijat Novikoff ja Essner (1960) ovat ehdottaneet lysosomien mahdollista merkitystä proteiinisynteesissä. Joidenkin lintujen maksassa ja haimassa lysosomit näyttävät olevan aktiivisempia ja kehittyneempiä, mikä osoittaa tämän mahdollisen suhteen solun metaboliaan.

Ne auttavat hedelmöityksessä

Lannoittamisen aikana siittiöiden pää erittää joitakin lysosomaalisia entsyymejä, jotka auttavat siittiöiden tunkeutumiseen munasolun vitelliinikerrokseen.

Acrosome sisältää proteaasia ja hyaluronidaasia ja runsaasti happofosfataasia. Hyaluronidaasi, joka on dispergoitu oosyytin ympärillä oleviin soluihin ja proteaasiin, pilkkoo zona pellucidan muodostaen kanavan, jonka läpi spermatiivinen ydin tunkeutuu.

Sillä on rooli osteogeneesissä

On väitetty, että luusolujen muodostuminen ja myös niiden tuhoutuminen riippuvat lysosomaalisesta aktiivisuudesta. Samoin solujen ikääntyminen ja partenogeneettinen kehitys liittyvät lysosomien aktiivisuuteen.

Osteoklastit (monisoluiset solut), jotka poistavat luun, vapauttavat lysosomaalisia entsyymejä, jotka hajottavat orgaanista matriisia. Parathormoni aktivoi tämän prosessin.

Lysosomien epämuodostuminen

Lysosomien toimintahäiriö voi johtaa sairauksiin. Esimerkiksi kun lysosomien absorboima glykogeeni ei pilkottu, esiintyy Pompen tauti.

Lysosomien repeämä suorassa auringonvalossa altistuneissa ihosoluissa aiheuttaa patologisia muutoksia auringonpolttamisen jälkeen. Näiden lysosomien vapauttamat entsyymit tuhoavat ihon solut, aiheuttaen rakkuloita ja sitten epidermis kerroksen irtoamisen.

Ruston ja luukudoksen autolyysi

A-vitamiini ylittää solumyrkytyksen. Se keskeyttää lysosomaalisen kalvon ja aiheuttaa entsyymien vapautumisen solussa ja aiheuttaa autolyysiä rusto- ja luukudoksessa.

Lysosomaaliset sairaudet

Gaucher-tyypin I, II ja III sairaudet

Gaucherin tauti on yleisin lysosomaalisen varastointihäiriön tyyppi. Tutkijat ovat tunnistaneet kolme erilaista Gaucher-taudin tyyppiä, jotka perustuvat neurologisten komplikaatioiden (tyyppi I) tai niiden esiintyvyyteen ja laajuuteen..

Useimmilla potilailla, joilla on tyyppi I, voi esiintyä mustelmia, kroonista väsymystä ja epänormaalisti suurennetun maksan ja / tai pernan (hepatosplenomegalia)..

Tyypin II Gaucherin tauti esiintyy vastasyntyneillä ja imeväisillä, ja sille on ominaista neurologiset komplikaatiot, joihin voi sisältyä tahattomia lihaskouristuksia, nielemisvaikeuksia ja aiemmin hankittujen motoristen taitojen menetystä..

Tyypin III Gaucherin tauti ilmenee ensimmäisen elinvuoden aikana. Neurologiset komplikaatiot voivat sisältää henkistä heikkenemistä, kyvyttömyyttä koordinoida vapaaehtoisia liikkeitä ja lihaskouristuksia käsivarsista, jaloista tai koko kehosta..

Niemann-Pick-taudin tyypit A / B, C1 ja C2

Niemann-Pick-tauti koostuu ryhmästä perinnöllisiä häiriöitä, jotka liittyvät rasvojen metaboliaan. Jotkin kaikille tyypeille yhteiset ominaisuudet sisältävät maksan ja pernan laajentumisen. Lapset, joilla on Niemann-Pick-tauti, tyypit A tai C, kärsivät myös motoristen taitojen, ruokintavaikeuksien, progressiivisten oppimisvaikeuksien ja kohtausten vähenemisestä..

Fabryn tauti

Fabryn taudin oireet alkavat yleensä varhaislapsuudessa tai nuoruusiässä, mutta ne eivät välttämättä tule ilmi vasta toisen tai kolmannen vuosikymmenen aikana.

Ensimmäiset oireet ovat vakavia palovammoja, joita kädessä ja jaloissa esiintyy. Muita varhaisia ​​merkkejä voivat olla hikoilun tuotannon väheneminen, epämukavuutta lämmin lämpötiloissa ja punertavan tai tummansinisen ihottuman esiintyminen, erityisesti lantioiden ja polvien välisellä alueella..

Glykogeenivarastosairaus II (Pompen tauti)

Pompen taudilla on myöhästynyt muoto. Potilaat, joilla on imeväisten muoto, ovat eniten kärsittyjä. Vaikka nämä vauvat näyttävät normaalisti syntymähetkellä, tauti esiintyy kahden ensimmäisen kolmen kuukauden aikana nopeasti kehittyvällä lihasheikkoudella, lihaskudoksen heikkenemisellä (hypotonia) ja tyypin sydänsairaus, joka tunnetaan hypertrofisena kardiomyopatiana..

Ruokintaongelmat ja hengitysvaikeudet ovat yleisiä. Nuorten / aikuisten muoto esiintyy ensimmäisen ja seitsemännen vuosikymmenen välisenä aikana vähitellen hitaasti lihasheikkoutena tai hengitysvajausoireina.. 

Tyypin I gangliosidoosi (Tay Sachsin tauti)

Tay Sachsin taudin pääasiallisia muotoja on kaksi: klassinen tai pikkulasten muoto ja myöhäinen alkamismuoto.

Yksilöillä, joilla on Tay Sachsin lapsuussairaus, oireet esiintyvät yleensä ensimmäistä kertaa kolmen ja viiden kuukauden iässä. Näitä voivat olla ruokintaongelmat, yleinen heikkous (letargia) ja liioiteltu hätkähälytys vasteena koviin ja äkillisiin ääniin. Moottorin viivästykset ja henkinen huonontuminen ovat progressiivisia.

Yksilöillä, joilla on myöhästynyt muoto, oireet voivat näkyä milloin tahansa nuoruudesta 30 vuoteen. Infantiilinen muoto etenee usein nopeasti, mikä johtaa merkittävään henkiseen ja fyysiseen heikkenemiseen.

Tay Sachsin taudin ominaista oire, joka esiintyy 90 prosentissa tapauksista, on punaisen täplän kehittyminen silmien takaosassa. Myöhästyneen Tay Sachsin taudin oireet vaihtelevat suuresti tapauskohtaisesti. Tämä häiriö etenee paljon hitaammin kuin infantilinen muoto.

Gangliosidoosityyppi II (Sandhoffin tauti)

Sandhoffin taudin ensimmäiset oireet alkavat yleensä kolmen ja kuuden kuukauden iässä. Tauti on kliinisesti erottamaton tyypin I gangliosidoosista.

Metakromaattinen leukodystrofia

Ensimmäiset merkit ja oireet voivat olla epämääräisiä ja asteittaisia, joten tätä häiriötä on vaikea diagnosoida. Kävelystabiilisuus on usein ensimmäinen havaittu oire.

Toisinaan varhaisin oire on koulun suorituskyvyn viivästyminen tai heikkeneminen. Ajan myötä oireita voivat olla merkittävät spastisuus, kohtaukset ja syvä henkinen hidastuminen.

Mukopolysakkaridien varastointitaudit (Hurlerin tauti ja variantit, tyyppi A, B, C, D, Morquio-tyypit A ja B, Maroteaux-Lamy ja Sly-taudit)

Nämä sairaudet johtuvat monimutkaisten hiilihydraattien normaalista hajoamisesta, joita kutsutaan mukopolysakkarideiksi. Näillä sairauksilla on tiettyjä yhteisiä piirteitä, joihin kuuluvat luiden ja nivelten epämuodostumat, jotka häiritsevät liikkuvuutta ja aiheuttavat usein nivelrikon, erityisesti suuria nivelten, jotka tukevat painoa.

Kaikki nämä sairaudet, lukuun ottamatta Sanfilippon tautia, häiritsevät kasvua ja aiheuttavat lyhytkasvua.

Schindlerin tauti tyypit I ja II

Schindlerin taudin tyyppi I on klassinen muoto, joka esiintyy ensimmäistä kertaa lapsuuden aikana. Vaikuttavat henkilöt näyttävät kehittyvän normaalisti, kunnes he ovat vuoden ikäisiä, kun he alkavat menettää aiemmin hankittuja taitoja, jotka edellyttävät fyysisen ja henkisen toiminnan koordinointia.

Tyypin II Schindler on ulkonäön muoto aikuisilla. Oireita voivat olla ihon värähtelyklusterien kehittäminen, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin syyliä, ja verisuoniryhmien pysyvä laajeneminen, joka aiheuttaa ihon punoitusta kärsineillä alueilla, kasvojen ominaisuuksien suhteellinen sakeutuminen ja lievä henkinen heikkeneminen.

Battenin tauti

Battenin tauti on progressiivisten neurologisten häiriöiden ryhmän nuorten muoto, joka tunnetaan neuronaalisena ceroid lipofuscinosiksena. Sille on tunnusomaista rasva-aineen kertyminen aivoihin sekä kudokseen, joka ei sisällä hermosoluja.

Battenin taudille on tunnusomaista nopeasti kehittyvä näköhäiriö (optinen atrofia) ja neurologiset häiriöt, jotka voivat alkaa ennen kahdeksan vuotta. Se esiintyy pääasiassa pohjois-eurooppalaisten pohjoismaisten syntyperäisten perheiden perheissä, ja häiriö vaikuttaa aivoihin ja voi aiheuttaa älyn ja neurologisten toimintojen heikkenemistä.

Vaikuttavat väestöt

Ryhmänä uskotaan, että lysosomaalisten varastointiin liittyvien sairauksien arvioitu taajuus on noin yksi 5 000 elävästä syntymästä. Vaikka yksittäiset sairaudet ovat harvinaisia, ryhmä kokonaisuutena vaikuttaa moniin ihmisiin ympäri maailmaa.

Joillakin taudeilla on suurempi esiintyvyys tietyissä populaatioissa. Esimerkiksi Gaucherin ja Tay-Sachsin taudit ovat yleisempiä Ashkenazin juutalaisväestön keskuudessa. On tunnettua, että Hurlerin oireyhtymään liittyvä mutaatio esiintyy useammin Skandinavian ja Venäjän kansojen välillä.

diagnoosi

Prenataalinen diagnoosi on mahdollista kaikille lysosomaalisille varastointihäiriöille. Lysosomaalisten varastointiin liittyvien tautien varhainen havaitseminen joko ennen syntymää tai mahdollisimman pian on tärkeää, koska kun hoidot ovat saatavilla joko taudin tai siihen liittyvien oireiden osalta, ne voivat merkittävästi rajoittaa pitkän aikavälin kurssia ja taudin vaikutukset.

viittaukset

1. Biology-Online. (2008). Lysosomitoiminnan. 6-2-2017, osoitteesta Biology-Online.org Verkkosivusto: biology-online.org.
2. Rockefellerin yliopistollinen sairaala. (2004). "Solujen tutkiminen sentrifugilla": Lysosomin löytäminen. 6-2-2017, Rockefellerin yliopistosta. Verkkosivusto: centennial.rucares.org.
3. Britannian solubiologian yhteiskunta. (2016). Lysosomitoiminnan. 6-2-2017, osoitteesta BSCB Verkkosivusto: bscb.org.
4. Jain, K. (2016). 8 Lysosomien päätoiminnot. 6-2-2017, osoitteesta BiologyDiscussion.com Verkkosivusto: biologydiscussion.com.
5. Clark, J. (2003). Lysosomaaliset varastointihäiriöt. 6-2-2017, NORD - harvinaisia ​​sairauksia käsittelevä kansallinen järjestö Verkkosivusto: rarediseases.org.
6. Fawcett, W. (1981). Solut. 6-2-2017, osoitteesta ascb.org Verkkosivusto: ascb.org.
7. Susuki, K. (2016). Lysosomaalinen tauti. 7-2-2017, National Center for Biotechnology Information Verkkosivusto: ncbi.nlm.nih.gov.
8. TutorVista (2017). Lysosomien toiminta. 7-2-2017, osoitteesta TutorVista.com Verkkosivusto: ncbi.nlm.nih.gov.
9. Luontoopetus. (2014). Endoplasminen reticulum, Golgi-laite ja lysosomit. 7-2-2017, luonto.com-sivustolta: nature.com.