Lysosomer Funksjoner, Typer og Sykdommer

den lysosomer De er membranpartikler som ligger mellom mitokondriene og mikrosomene som inneholder et stort spekter av fordøyelsesenzymer (ca. 50) som hovedsakelig brukes til fordøyelse og eliminering av overdreven eller slitte organeller, matpartikler og virus eller bakterier.

Ved å bruke en mer allsidig term, kan man si at lysosomer er som magen på cellen.

Lysosomene er omgitt av en membran sammensatt av fosfolipider som adskiller det indre av lysosomene fra det ytre miljø av membranen. Fosfolipider er de samme cellemolekylene som danner cellemembranen som omgir hele cellen. Lysosomer varierer i størrelse fra 0,1 til 1,2 mikrometer.

Dens spesifikke funksjoner inkluderer:

• fordøyelsen av makromolekyler fra fagocytose, endocytose og autofagi.
• fordøyelsen av bakterier og andre avfallsmaterialer.
• reparasjon av skaden på plasmamembranen som virker som et membranplaster. 
• og apoptose.

De kalles ofte "selvmordsposer" på grunn av deres rolle i autolyse.

Oppdagelse av lysosomer

Lysosomene ble oppdaget av den belgiske cytologen og biokemist Christian René de Duve på 1950-tallet. De Duve fikk en del av Nobelprisen i medisin i 1974 for sin oppdagelse av lysosomer og andre organeller kjent som peroksisomer..

De Duve oppdaget lysosomer ved biokjemiske metoder og ved hjelp av elektronmikroskopi. Denne grunnleggende oppdagelsen har ført til den nåværende forståelsen av flere arvelige lidelser forårsaket av defekte lysosomale proteiner, inkludert Tay-Sach sykdom og Gauchers sykdom.

typen

Nylig forskning tyder på at det finnes to typer lysosomer: sekretoriske og konvensjonelle lysosomer.

Lysosomer sekretorer

Sekretoriske lysosomer finnes, men ikke utelukkende, i forskjellige celler i immunsystemet, slik som T-lymfocytter, avledet fra hematopoietisk cellelinje.

Sekretoriske lysosomer er en kombinasjon av konvensjonelle lysosomer og sekretoriske granuler. De adskiller seg fra konvensjonelle lysosomer ved at de inneholder det spesielle sekretoriske produktet av cellen der de bor.

T-lymfocytter inneholder for eksempel sekretoriske produkter (perforin og granzymes) som kan angripe både infiserte og tumorceller.

"Kombi-cellene" av det sekretoriske lysosomet inneholder også hydrolaser, membranproteiner og har den regulerende enkelhet av pH i konvensjonelle lysosomer. Denne regulatoriske funksjonen opprettholder et surt miljø der de sekretoriske produktene opprettholdes i en inaktiv form.

De modne sekretoriske lysosomer beveger seg i cytoplasmaet til plasmamembranen. Her holdes de i standby-modus med kraftige sekreter av "warheads" inaktive men klare.

Når T-lymfocyttcellen er perfekt fokusert på målcellen, blir sekresjonen "utløst" og miljømessige og kjemiske endringer, inkludert pH, aktiverer sekresjonene før blokkering av målet.

Alt dette gjøres med presis kontroll over plassering og timing, ikke bare for å maksimere effekten på målet, men også for å minimere sikkerhetsskade på nærliggende vennlige celler.

Genetisk kontrollerte lidelser i sekretoriske lysosomer kan føre til nedsatt trombocyt-syntese, en type immundefekt og hypopigmentering.

Konvensjonelle lysosomer

Lysosomene ligger i cellen som gjenbrukbare organeller, og når celledeling skjer, mottar hver dattercell en serie lysosomer. Det antas at kjemikalieavsetningen i lysosomet kan "fylles på igjen" av Golgi-apparatets forsyninger.

Kjemikaliene fremstilles i endoplasmatisk retikulum, modifisert i Golgi-apparatet og transporteres til lysosomene i vesiklene. Modifikasjon i Golgi-apparatet inkluderer en "målmerking" på molekylært nivå som sikrer at vesiklet blir levert til et lysosom og ikke til plasmamembranen eller andre steder.

"Etiketten" returneres til Golgi-apparatet for gjenbruk. Material fra 3 forskjellige kilder krever demontering og gjenvinning. Substratet av to av disse kildene kommer inn i cellen fra utsiden og den tredje kommer fra innsiden.

Fra utsiden av cellen innrømmer endokytoseprosessen, inkludert pinocytose, væsker og små partikler gjennom dannelsen, i plasmamembranen, av små hulrom belagt med proteiner. Disse forsegler til de danner vesikler belagt med proteiner.

Hver vesikkel blir en "tidlig endosom" og deretter en "sen endosom". Også fra utsiden av cellen bringer fagocytose (cellefôring) relativt store partikler (vanligvis 250 nm i størrelse), inkludert bakterier og celleavfall.

Fagocytose kan utføres av "vanlige celler", men utføres hovedsakelig av makrofager som kan inneholde opptil 1000 lysosomer per celle. Den resulterende strukturen av fagocytose kalles fagosom. Fra innsiden av cellen er autophagosomer ansvarlige for eliminering av organeller, slik som mitokondrier og ribosomer.

Funksjoner av lysosomer

Hovedfunksjonene til lysosomer er:

Intracellulær fordøyelse

Ordet lysosom kommer fra "glatt" (lytisk eller fordøyelsessystem) og "soma" (kropp). De pinocytiske vakuolene, dannet som et resultat av absorpsjonen av fluidstoffet i cellulære vakuoler eller fagocytter (dannet ved absorpsjon av faste partikler i cellen), transporterer proteinmaterialet til lysosomalområdet.

Disse proteinene kan gjennomgå fordøyelse i cellen som følge av endocytose. Endocytose inkluderer prosesser av fagocytose, pinocytose og mikropinocytose.

Fagocytose og pinocytose er aktive mekanismer der cellen trenger energi til å fungere. Under fagocytose på grunn av leukocytter øker oksygenforbruket, glukoseopptaket og glykogen dekomponeringen signifikant.

I endocytose forekommer sammentrekningen av actin og myosinmikrofilamenter tilstede i den perifere cytoplasma. Dette får plasmamembranen til å invaginere og danne endocytisk vakuol. Inntatt partikler innesluttet i membraner avledet fra plasmamembranen og danner vakuoler er noen ganger cellefagosomer.

Etter innføring av en stor partikkel eller kropp i cellen ved endocytose og dannelsen av et fagosom, kan membranene i fagosomet og et lysosom fuse for å danne en enkelt stor vakuol.

Innenfor denne vakuolen begynner lysosomale enzymer prosessen med fordøyelse av det fremmede materiale. I utgangspunktet inneholder lysosomet, kjent som det primære lysosomet, enzymkomplekset i en inaktiv tilstand, men etter fusjon med fagosomet produserer det et sekundært lysosom med en annen morfologi og aktive enzymer.

Etter enzymatisk fordøyelse diffunderer det fordøyede materialet inn i cellens hialoplasma. Noen materialer kan forbli i vakuolen i det forstørrede lysosomet. Denne gjenværende vakuolen er restkroppen, siden den inneholder rester av fordøyelsesprosessen.

I løpet av sulten fordøyer lysosomer også lagrede matvarer, dvs. proteiner, lipider og glykogen fra cytoplasmaen, og gir den energien som kreves av cellen. Fordøyelsen av proteiner slutter vanligvis på nivået av dipeptidet, som kan passere gjennom membranen og deretter fordøyes til aminosyrer.

Fordøyelse av intracellulære stoffer eller autofagi

Mange cellulære komponenter, som for eksempel mitokondrier, blir kontinuerlig fjernet fra cellen ved lysosomalt systemet. Cytoplasmatiske organeller er omgitt av membraner glatt endoplasmatisk retikulum, vakuoler forming, da lysosomale enzymer er utladet i autophagic vakuoler og organeller blir spaltet.

Autophagy er en generell egenskap av eukaryote celler. Disse er relatert til fornyelse av cellulære komponenter.

Fordøyelsen av mitokondrier eller andre cellulære strukturer gir en kilde til energi for disse cellene. Etter fordøyelsen av den cellulære strukturen kan de autophagiske vakuolene bli gjenværende legemer. 

De har en rolle i metamorfosen

Nylig har lysosomens rolle blitt oppdaget i frøens metamorfose. Forsvinnelsen av larvens hale av froskens tadpole skyldes lysosomal aktivitet (virkning av katepsinene tilstede i lysosomene).

De hjelper i syntese av proteiner

Forskerne Novikoff og Essner (1960) har foreslått den mulige rollen som lysosomer i proteinsyntese. I leveren og bukspyttkjertelen hos noen fugler ser lysosomer ut til å være mer aktive og utviklede, noe som viser dette et mulig forhold til cellulær metabolisme.

De bidrar til befruktning

Under befruktningen sekreterer spermatets leder noen lysosomale enzymer som bidrar til penetrasjon av spermatozoa i egglokkens vitellinlag.

Akrosomet inneholder protease og hyaluronidase og rikelig syrefosfatase. Hyaluronidasen dispergert i cellene rundt oocytten og proteasen fordøyer zona pellucidaen og danner en kanal gjennom hvilken den spermatiske kjernen trenger inn.

Det har en rolle i osteogenese

Det har blitt hevdet at dannelsen av beinceller og også deres ødeleggelse avhenger av lysosomalaktiviteten. På samme måte er celledaring og parthenogenetisk utvikling relatert til aktiviteten av lysosomer.

Osteoklaster (multinukleerte celler) som fjerner bein, gjør det ved å frigjøre lysosomale enzymer som nedbryter den organiske matrisen. Denne prosessen aktiveres av parathyroidhormon.

Misdannelse av lysosomer

En funksjonsfeil av lysosomer kan føre til sykdommer. For eksempel, når glykogen absorbert av lysosomer ikke fordøyes, oppstår Pompe sykdom.

Brudd på lysosomer i hudceller utsatt for direkte sollys fører til patologiske forandringer etter solbrenthet. De enzymer som frigjøres av disse lysosomene, ødelegger cellene i epidermis, forårsaker blister og deretter en løsgjørelse av et lag av epidermis.

Autolyse av brusk og benvev

For mye vitamin A forårsaker celleforgiftning. Det avbryter lysosomalmembranen, forårsaker frigjøring av enzymer i cellen og forårsaker autolyse i brusk og beinvev.

Lysosomale sykdommer

Sykdommer av Gaucher Typer I, II og III

Gauchersykdom er den vanligste typen lysosomal lagringsproblemer. Forskere har identifisert tre forskjellige typer Gaucher sykdom basert på fravær (type I) eller tilstedeværelse og grad av (neurologiske komplikasjoner av type II og III).

De mest berørte individer har type I, kan oppleve blåmerker, kronisk tretthet og en unormalt utvidet lever og / eller milt (hepatosplenomegali).

Sykdom Gaucher type II forekommer i nyfødte og barn, og er karakterisert ved nevrologiske komplikasjoner kan omfatte ufrivillig muskelspasmer, vanskeligheter med å svelge og tap av motoriske ferdigheter tidligere ervervede.

Type III Gaucher sykdom vises i løpet av det første tiåret av livet. Neurologiske komplikasjoner kan inkludere mental forverring, manglende evne til å koordinere frivillige bevegelser og muskelspasmer i armene, bena eller hele kroppen.

Typer av Niemann-Pick sykdom A / B, C1 og C2

Niemann-Pick-sykdommen består av en gruppe arvelige lidelser relatert til stoffskiftet av fett. Noen egenskaper som er felles for alle typer inkluderer forstørrelse av leveren og milten. Barn med Niemann-Pick-sykdom, type A eller C, opplever også progressivt tap av motoriske ferdigheter, fôringsproblemer, progressive læringsproblemer og anfall.

Fabry sykdom

Symptomene på Fabrys sykdom begynner vanligvis i tidlig barndom eller ungdomsår, men kan ikke bli tydelig før det andre eller tredje tiåret av livet.

De første symptomene er episoder med alvorlig brennende smerte i hender og føtter. Andre tidlige tegn kan være redusert produksjon av svette, opprørt når varme temperaturer og tilsynekomst av et utslett rødlig til mørk blå, særlig i området mellom hoftene og knærne er erfarne.

Glykogenlagringssykdom II (Pompe sykdom)

Pompes sykdom har en sen startform. Pasienter med spedbarnsform er mest utsatt. Selv om disse babyene ofte være normale ved fødselen oppstår sykdommen i løpet av de første to til tre måneder med hurtig progressiv muskelsvakhet, redusert muskeltonus (hypotoni) og en type av hjertesykdom er kjent som hypertrofisk kardiomyopati.

Feeding problemer og pustevansker er vanlige. Den unge / voksne form forekommer mellom de første og syvende tiårene som en gradvis sakte muskel svakhet eller med symptomer på respiratorisk svikt. 

Type I Gangliosidose (Tay Sachs sykdom)

Det er to hovedformer av Tay Sachs sykdom: den klassiske eller spedbarnsformen og den forsinkede form.

Hos personer med Tay Sachs barndoms sykdom, forekommer symptomer for første gang mellom tre og fem måneders alder. Disse kan omfatte fôringsproblemer, generell svakhet (sløvhet) og en overdrevet skremmende refleks som respons på høye og plutselige lyder. Motorforsinkelser og mental forverring er progressive.

Hos personer med forsinket skjema kan symptomene oppstå når som helst fra ungdomsår til 30 år. Den infantile form utvikler seg ofte raskt, noe som resulterer i betydelig mental og fysisk forverring.

Et karakteristisk symptom på Tay Sachs sykdom, som forekommer i 90 prosent av tilfellene, er utviklingen av røde flekker på baksiden av øynene. Symptomene på forsinket Tay Sachs sykdom varierer mye fra sak til sak. Denne lidelsen går langt langsommere enn infantilformen.

Gangliosidose type II (Sandhoff's sykdom)

De første symptomene på Sandhoffs sykdom starter vanligvis mellom tre og seks måneder. Sykdommen er klinisk uutslettelig fra type I gangliosidose.

Metakromatisk leukodystrofi

De første tegn og symptomer kan være vage og gradvise, så denne lidelsen er vanskelig å diagnostisere. Walking ustabilitet er ofte det første observerte symptomet.

Av og til er det tidligste symptomet forsinkelsen i utviklingen eller forverringen av skolens ytelse. Over tid kan symptomer innebære merket spasticitet, anfall og dyp mental retardasjon.

Mukopolysakkarid lagringssykdommer (Hurler sykdom og varianter, type A, B, C, D, Morquio type A og B, Maroteaux-Lamy sykdom og Sly)

Disse sykdommene er forårsaket av endringer i normal sammenbrudd av komplekse karbohydrater kjent som mukopolysakkarider. Disse sykdommene har visse egenskaper til felles, som inkluderer deformiteter av bein og ledd som forstyrrer mobilitet og ofte forårsaker slitasjegikt, spesielt store ledd som støtter vekt.

Alle disse sykdommene, unntatt Sanfilippo sykdom, forstyrrer vekst, forårsaker kort statur.

Schindlers sykdomstyper I og II

Schindlers sykdom type I er den klassiske formen, som vises for første gang i barndommen. Berørte personer synes å utvikle seg normalt til de er ett år gammel, når de begynner å miste tidligere oppnådde ferdigheter som krever koordinering av fysiske og mentale aktiviteter.

Type II Schindler er form for utseende hos voksne. Symptomene kan være utvikling av klynger av tilsvarende misfarging på huden vorter, permanent utvidelse av grupper av blodårer som forårsaker rødhet i huden i de berørte områdene, den relative jevning av ansiktstrekk og mild intellektuell svekkelse.

Batten sykdom

Bats sykdom er ungdomsformen av en gruppe progressive nevrologiske lidelser kjent som nevonal ceroid lipofuskinose. Det er preget av akkumulering av et fettstoff i hjernen, så vel som i vev som ikke inneholder nerveceller.

Bats sykdom er preget av raskt progressiv synssvikt (optisk atrofi) og nevrologiske sykdommer, som kan begynne før åtte år. Det forekommer hovedsakelig i familier av skandinavisk nedstigning fra Nord-Europa, og uorden påvirker hjernen og kan føre til forverring av intellekt og nevrologiske funksjoner.

Berørt befolkning

Som en gruppe antas det at lysosomale lagringssykdommer har en estimert frekvens på omtrent en av 5000 levendefødte. Selv om enkelte sykdommer er sjeldne, påvirker gruppen som helhet mange mennesker rundt om i verden.

Noen av sykdommene har en høyere forekomst hos enkelte populasjoner. For eksempel er sykdommer i Gaucher og Tay-Sachs hyppigere blant Ashkenazi-jødiske befolkningen. Det er kjent at en mutasjon forbundet med Hurlers syndrom forekommer hyppigere mellom skandinaviske og russiske folk.

diagnose

Prenatal diagnose er mulig for alle lysosomale lagringsforstyrrelser. Tidlig påvisning av lysosomale lagring sykdommer, enten før fødselen eller så snart som mulig er viktig fordi når behandling er tilgjengelig, enten selve sykdommen eller tilhørende symptomer, kan betydelig begrense langsiktig kurs og virkningen av sykdommen.

referanser

1. Biologi-Online. (2008). Lysosome. 6-2-2017, fra Biology-Online.org Nettsted: biology-online.org.
2. The Rockefeller University Hospital. (2004). "Utforske celler med en sentrifuge": Oppdagelsen av lysosomet. 6-2-2017, fra Rockefeller University. Nettsted: centennial.rucares.org.
3. British Society for Cell Biology. (2016). Lysosome. 6-2-2017, fra BSCBs hjemmeside: bscb.org.
4. Jain, K. (2016). 8 Hovedfunksjoner av lysosomer. 6-2-2017, fra BiologyDiscussion.com Nettsted: biologydiscussion.com.
5. Clark, J. (2003). Lysosomale lagringsforstyrrelser. 6-2-2017, fra NORD - Nasjonal organisasjon for sjeldne lidelser Nettsted: rarediseases.org.
6. Fawcett, W. (1981). Cellene. 6-2-2017, fra ascb.org Nettsted: ascb.org.
7. Susuki, K. (2016). Lysosomal sykdom. 7-2-2017, fra Nasjonalt senter for bioteknologi Informasjon Nettsted: ncbi.nlm.nih.gov.
8. TutorVista (2017). Funksjon av lysosomer. 7-2-2017, fra TutorVista.com Nettsted: ncbi.nlm.nih.gov.
9. Naturopplæring. (2014). Endoplasmisk Retikulum, Golgi Apparater og Lysosomer. 7-2-2017, fra nature.com Nettsted: nature.com.