Lizosomi su membranske organele promjera od 0,2 do 2,0 µm. Dio su eukariotske stanice u kojoj se nalaze stotine lizosoma. Njihov glavni zadatak je unutarstanična probava (razgradnja biopolimera), za to organele imaju poseban skup hidrolitičkih enzima (danas je poznato oko 60 vrsta). Enzimske tvari obavijene su zatvorenom membranom, koja sprječava njihov prodor u stanicu i njezino uništenje.
Prvi koji je identificirao lizosome i počeo ih proučavati bio je belgijski znanstvenik na području biokemije Christian de Duve još 1955. godine.
Značajke strukture lizosoma
Lizosomi izgledaju kao membranske vrećice s kiselim sadržajem. Konfiguracija je ovalna ili okrugla. Sve stanice u tijelu sadrže lizosome, osim crvenih krvnih stanica.
Posebna razlika između lizosoma i drugih organela je prisutnost kiselih hidrolaza u unutarnjem okruženju. Oni osiguravaju razgradnju proteinskih tvari, masti, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina.
Lizosomski enzimi uključuju fosfataze (enzim marker), sulfatazu, fosfolipazu i mnoge druge. Optimalna sredina za normalno funkcioniranje organela je kisela (pH = 4,5 - 5). Ako enzima nema dovoljno ili je njihova aktivnost neučinkovita, ili je unutarnja sredina alkalizirana, mogu se pojaviti lizosomalne bolesti skladištenja (glikogenoze, mukopolisaharidoza, Gaucherova bolest, Tay-Sachsova bolest). Zbog toga se u stanici nakupljaju neprobavljene tvari: glikoproteini, lipidi itd.
Jednomembranska membrana lizosoma opremljena je transportnim proteinima koji osiguravaju prijenos produkata probave iz organele u unutarnje okruženje stanice.
Postoje li lizosomi u biljnoj stanici?
Ne. Biljne stanice sadrže vakuole - tvorevine ispunjene sokom i zatvorene u membranu. Nastaju od provakuola koje se odmiču od EPS-a i. Stanične vakuole obavljaju niz važnih funkcija: nakupljanje hranjivih tvari, održavanje turgora, probavu organskih tvari (što ukazuje na sličnosti između biljnih vakuola i lizosoma).
Gdje nastaju lizosomi?
Stvaranje lizosoma događa se iz vezikula koje pupaju iz Golgijevog aparata. Formiranje organela također zahtijeva sudjelovanje granularne membrane endoplazmatskog retikuluma. Sve lizosomske enzime sintetiziraju ER ribosomi i zatim šalju u Golgijev aparat.
Vrste lizosoma
Postoje dvije vrste lizosoma. Primarni lizosomi nastaju u blizini Golgijevog aparata i sadrže neaktivirane enzime.
Sekundarni lizosomi, ili fagosomi imaju aktivirane enzime koji izravno stupaju u interakciju s razgrađenim biopolimerima. U pravilu se lizosomski enzimi aktiviraju kada se pH promijeni na kiselu stranu.
Lizosomi se također dijele na:
- heterolizosomi- probavne tvari koje stanica uhvati fagocitozom (krute čestice) ili pinocitozom (apsorpcija tekućine);
- autolizosomi- dizajnirani za uništavanje vlastitih unutarstaničnih struktura.
Funkcije lizosoma u stanici
- Unutarstanična probava;
- autofagocitoza;
- autoliza
Unutarstanična probava Hranjivi spojevi ili strani agensi (bakterije, virusi itd.) koji ulaze u stanicu tijekom endocitoze izvode se pod djelovanjem lizosomskih enzima.
Nakon probave zarobljenog materijala, produkti razgradnje ulaze u citoplazmu, neprobavljene čestice ostaju unutar organele, koja se sada naziva - zaostalo tijelo. U normalnim uvjetima tijela napuštaju stanicu. U živčanim stanicama koje imaju dug životni ciklus, tijekom razdoblja njihovog postojanja nakupljaju se mnoga rezidualna tijela koja sadrže pigment starenja (također se ne izlučuju tijekom razvoja patologije).
Autofagocitoza- cijepanje staničnih struktura koje više nisu potrebne, npr. tijekom stvaranja novih organela; stanica se rješava starih autofagocitozom.
Autoliza- samouništenje stanice, što dovodi do njenog uništenja. Ovaj proces nije uvijek patološke prirode, već se događa u normalnim uvjetima razvoja jedinke ili tijekom diferencijacije pojedinih stanica.
Na primjer: smrt stanica je prirodan proces za organizam koji normalno funkcionira, stoga postoji programirana smrt stanica - apoptoza. Uloga lizosoma u apoptozi je prilično velika: hidrolitički enzimi probavljaju mrtve stanice i čiste tijelo od onih koje su već ispunile svoju funkciju.
Kada se punoglavac transformira u zrelu jedinku, lizosomi smješteni u stanicama repnog dijela ga razgrađuju, zbog čega rep nestaje, a produkte probave apsorbiraju ostale tjelesne stanice.
Zbirna tablica strukture i funkcija lizosoma
| Građa i funkcije lizosoma | |
|---|---|
| Faze | Funkcije |
| Rani endosom | Nastaje endocitozom izvanstaničnog materijala. Iz endosoma se receptori koji su prenijeli svoj teret (zbog niskog pH) vraćaju u vanjsku ljusku. |
| Kasni endosom | Iz ranog endosoma u šupljinu kasnog endosoma prelaze vrećice s česticama apsorbiranim tijekom pinocitoze i vezikule iz lamelarnog kompleksa s kiselim enzimima. |
| lizosom | Vezikule kasnog endosoma prelaze u lizosom i sadrže hidrolazne enzime i tvari za probavu. |
| fagosom | Dizajniran za razgradnju velikih čestica uhvaćenih fagocitozom. Fagosomi se zatim spajaju s lizosomom za daljnju probavu. |
| Autofagosom | Citoplazmatsko područje okruženo je dvostrukom membranom i nastaje tijekom makroautofagije. Zatim se povezuje s lizosomom. |
| Multivezikularna tijela | Tvorbe s jednom membranom koje sadrže nekoliko malih membranskih vrećica. Nastaju tijekom mikroautofagocitoze i probavljaju materijal primljen izvana. |
| Telolizosomi | Mjehurići nakupljaju neprobavljene tvari (najčešće lipofuscin). U zdravim stanicama povezuju se s vanjskom membranom i izlaze iz stanice uz pomoć egzocitoze. |
Lizosomi
- stanične organele formirane od jednog membranskog dvosloja. Kompleksi ligand-receptor se uništavaju u lizosomima
metabolizam kolesterola
hidrolaze uništavaju proteine, lipide, ugljikohidrate, nukleinske kiseline
Unutar lizosoma održava se konstantan pH = 5, što osigurava pumpa ovisna o ATP-u, koja preko Na antiporta
+
i H
+
pumpe H
+
unutar lizosoma. pH također održavaju Cl-ionski kanali
Lizosomski enzimi: ribonukleaza, deoksiribonukleaza, fosfataza, glikozidaze, arilsulfataze (organski esteri sumporne kiseline), kolagenaza, katepsini
Struktura lizosomskog enzima D katepsina s vezanim šećerom uključujući manozu: PDB = 1LYA.
lgpA lgpB skupina integralnih proteina 100-120 kDa, visoko glikoziliranih. Glikozilacija proteina vlastite membrane sprječava samoprobavu.
Lizosomski proteini se sintetiziraju u ER-u, prolazeći kroz trans-AG mrežu, tvoreći endosome koji se stapaju
d=0,2-2 um. razgradnja staničnih komponenti, ~40 hidrolaza (nukleaze, proteinaze, glikozidaze, lipaze, fosfataze, sulfataze, fosfolipaze) s optimalnim pH~4,5-5 (u citoplazmi ~7-7,3) - protonske pumpe - zaštita od propadanja stanice
proteini nastali u SER-u su glikozilirani u AG, terminalni ostaci manoze (Man) su fosforilirani na C-6, tvoreći terminalni ostatak -
manoza 6-fosfat
(Muškarac-6-P). AG receptori prepoznaju Man-6-P, dolazi do lokalnog nakupljanja proteina u AG -
klatrin
– izrezuje i prenosi odgovarajuće fragmente membrane kao dio transportnih vezikula do endolizosoma. U endolizosomima, pH se snižava protonskim pumpama (H
+
-ATP-aza). Proteini se odvajaju od receptora i fosfatna skupina se uklanja iz Man-6-P. Man-6-P receptori se koriste drugi put nakon recikliranja - prenose se u AG.
trans-Golgi sadrži
manoza 6-fosfat receptor vezanje fosforilirane manoze lizosomalnih enzima,
usmjeravajući enzime u transportnu vezikulu.
Primarni lizosomi.
Autofagija
– hvatanje organela =
sekundarni lizosomi
– proces hidrolitičkog cijepanja |
zaostala tijela.
Heterocitoza
– spajanje lizosoma s endosomima endo- i fagocitoze.
Membranski elementi lizosoma zaštićeni su od djelovanja kiselih hidrolaza oligosaharidnim regijama koje enzimi ne prepoznaju ili sprječavaju interakciju hidrolaza s njima.
Oksidaza D-aminokiselina
– oksidira D-aminokiseline u keto kiseline.
Uništavanje proteina u lizosomima.
Citoplazmatski proteini mogu se razgraditi u proteasomima (vidi pregled
Proteasomi
) ili u lizosomima. Razgrađeni proteini imaju specifično mjesto koje prepoznaju šaperoni, koji se vežu za protein i transportiraju ga do receptora na membrani lizosoma. Protein razotkrivaju šaperoni i ulazi u kanal koji vodi u lizosom, na čijem drugom kraju proteaza reže protein na male fragmente. Aktivnost ovog puta značajno je smanjena u fibroblastima i stanicama jetre starih štakora. Ovo smanjenje potiče nakupljanje nepotrebnih proteina, ometajući razne stanične procese.
Autofagija
Tijekom dugotrajnog gladovanja stanica uzima energiju i potrebne komponente za svoj opstanak uništavajući neke organele. Lizosomi sudjeluju u razaranju organela.
Organele nastale iz lizosoma
U nekim diferenciranim stanicama lizosomi mogu obavljati specifične funkcije, tvoreći dodatne organele. svi
dodatne funkcije povezane su s lučenjem tvari.
| organele | Stanice | funkcije |
| melanosomi | melanociti, mrežnica pigmentni epitel |
stvaranje, skladištenje i transport melanina |
| trombocitne granule | trombociti, megakariociti | potrebno oslobađanje ATP-a, ADP-a, serotonina i kalcija za zgrušavanje krvi |
| lamelarna tijela | plućni epitel tipa II | skladištenje i izlučivanje surfaktanta potrebnog za rad pluća |
| lizne granule | citotoksični T limfociti, NK stanice |
uništavanje stanica zaraženih virusom ili tumorom |
| MCG klasa II | stanice predstavljene antigenom (dendritičke stanice, B limfociti, makrofagi itd.) |
Promjena i prezentacija antigena za CD4+ T limfocite za regulaciju imuniteta |
| bazofilne granule | bazofili, mastociti | potaknuti oslobađanje histamina i drugih upalnih poticaje |
| azurofilne granule | neutrofili, eozinofili | oslobađaju mikrobicidne i upalne agense |
| granule osteoklasta | osteoklasti | uništavanje kostiju |
| Weibel-Palladeova tijela | endotelne stanice | sazrijevanje i regulirano oslobađanje von Willebrandovog faktora u krv |
| trombocitne a-granule | Trombociti, megakariociti | oslobađanje fibrinogena i von Willebrandt faktora za adheziju trombocita i zgrušavanja krvi |
Bolesti povezane s lizosomima
Tay-Sachsova bolest
chediak-Higashijev sindrom
Hermansky-Pudlakov sindrom
Griscellijev sindrom
Kratice.
ER - endoplazmatski retikulum
AG - Golgijev aparat
Lizosomski enzimi, kao i svi proteini općenito, sintetiziraju se u ribosomima koji se nalaze u naboranim membranama endoplazmatskog retikuluma (vidi sliku ispod).
Lizosomski enzimi (crne točkice), kao i svi enzimi općenito, sintetizirani su u ribosomima endoplazmatske mreže; zatim se u neposrednoj blizini Golgijevog aparata pakiraju u male vrećice – matične, nezrele granule. Ove se granule razvijaju u primarne lizosome i ponekad otpuštaju svoj sadržaj u izvanstanični okoliš. Ali u većini slučajeva, enzimi su pohranjeni za unutarstaničnu probavu. Strane čestice ulaze u stanicu kao rezultat takozvane endocitoze (lijevo). Nakon što uđu u stanicu, nađu se unutar fagosoma — vezikula omeđenih membranom. Primarni lizosomi se stapaju s fagosomima, probavni enzimi ulaze u fagosome i kao rezultat nastaju sekundarni lizosomi. Čestice se probavljaju, a neprobavljeni materijal ostaje unutar rezidualnih tjelešaca, koji još neko vrijeme ostaju u stanici ili se stapaju sa staničnom membranom, a zatim se njihov sadržaj oslobađa u izvanstanični okoliš.
U blizini skupina vezikula koje tvore takozvani Golgijev aparat, lizosomski enzimi upakirani su u organele okružene jednom lipoproteinskom membranom. Ove roditeljske granule razvijaju se u primarne lizosome, u kojima su enzimi, iako u neaktivnom obliku, spremni za upotrebu u bilo kojem trenutku.
Čim su lizosomi identificirani, gotovo odmah je otkriveno da mnoge citoplazmatske čestice koje su već bile poznate biolozima, a koje su bile vrlo raznolike po izgledu, također pripadaju lizosomima. Možda su najtipičniji lizosomi karakteristične granule koje se stalno nalaze u citoplazmi leukocita. Ali u svim drugim do sada proučavanim stanicama životinjskog podrijetla, s iznimkom eritrocita, postoje organele koje sadrže hidrolitičke enzime i prema tome pripadaju kategoriji lizosoma. Slične organele nalaze se u biljkama, uključujući gljive i kvasce.
Bakterije nemaju lizosome u obliku u kojem se nalaze u višim organizmima, ali je uz pomoć određenih metoda moguće iz njih izolirati hidrolitičke enzime po svojstvima sličnim svojstvima lizosoma. Drugim riječima, prisutnost litičkih (tj. probavnih) enzima, obično zatvorenih u membranama, ali sposobnih za otpuštanje u vanjski okoliš pod određenim utjecajima, čini se kao jedna od najčešćih karakteristika živih organizama.
"Molekule i stanice", ur. akad. G.M. Frank
Prevalencija među živim kraljevstvima
Lizosome je 1955. godine prvi opisao Christian de Duve u životinjskim stanicama, a kasnije su otkriveni u biljnim stanicama. Kod biljaka su vakuole po načinu nastanka, a dijelom i po funkciji, slične lizosomima. Lizosomi su također prisutni u većini protista (i s fagotrofnim i s osmotrofnim tipom prehrane) i u gljivama. Dakle, prisutnost lizosoma karakteristična je za stanice svih eukariota. Prokarioti nemaju lizosome jer nemaju fagocitozu i nemaju unutarstaničnu probavu.
Znakovi lizosoma
Jedna od karakteristika lizosoma je prisutnost u njima niza enzima (kiselih hidrolaza) sposobnih za razgradnju proteina, ugljikohidrata, lipida i nukleinskih kiselina. Lizosomski enzimi uključuju katepsine (tkivne proteaze), kiselu ribonukleazu, fosfolipazu, itd. Osim toga, lizosomi sadrže enzime koji su sposobni ukloniti sulfatne (sulfataze) ili fosfatne (kisele fosfataze) skupine iz organskih molekula.
vidi također
Linkovi
- Molecular Biology Of The Cell, 4. izdanje, 2002. - udžbenik molekularne biologije na engleskom jeziku
