Lysosomer Funktioner, typer och sjukdomar

den lysosomer membranösa partiklar är belägna mellan mitokondrier och mikrosomer innehållande ett brett område av matsmältningsenzymer (approximativt 50) som används i första hand för matsmältningen och eliminering av överdrivna organeller eller slitna, matrester och bakterier eller virus.

Med hjälp av en mer komplicerad term, kan man säga att lysosomer är som magen hos cellen.

Lysosomerna är omgivna av ett membran sammansatt av fosfolipider som separerar det inre av lysosomerna från membranets yttre miljö. Fosfolipider är samma cellmolekyler som bildar cellmembranet som omger hela cellen. Lysosomer varierar i storlek från 0,1 till 1,2 mikrometer.

Dess specifika funktioner inkluderar:

• digestionen av makromolekyler från fagocytos, endocytos och autophagy.
• matsmältningen av bakterier och andra avfallsmaterial.
• reparationen av skada på plasmamembranet som verkar som ett membranplåster. 
• och apoptos.

De kallas ofta "självmordspåse" på grund av deras roll i autolys.

Upptäckt av lysosomer

Lysosomerna upptäcktes av den belgiska cytologen och biokemisten Christian René de Duve på 1950-talet. De Duve erhöll 1974 en del av Nobelpriset för medicin för hans upptäckt av lysosomer och andra organeller kända som peroxisomer..

De Duve upptäckte lysosomer genom biokemiska metoder och med användning av elektronmikroskopi. Denna grundläggande upptäckt har lett till den nuvarande förståelsen av flera ärftliga störningar som orsakats av defekta lysosomala proteiner, inklusive Tay-Sach-sjukdom och Gauchers sjukdom.

Typ

Ny forskning visar att det finns två typer av lysosomer: sekretoriska och konventionella lysosomer.

Lysosomssekretorer

Sekretoriska lysosomer finns men inte exklusivt i olika celler i immunsystemet, såsom T-lymfocyter, härledda från den hematopoietiska cellinjen.

Sekretoriska lysosomer är en kombination av konventionella lysosomer och sekretoriska granuler. De skiljer sig från konventionella lysosomer genom att de innehåller den särskilda sekretoriska produkten av cellen i vilken de är bosatta.

T-lymfocyter innehåller exempelvis sekretoriska produkter (perforin och granzymes) som kan attackera både infekterade och tumörceller.

"Kombi-cellema" i den sekretoriska lysosomen innehåller även hydrolaser, membranproteiner och har reglerande lätthet av pH hos konventionella lysosomer. Denna reglerande funktion upprätthåller en sur miljö där de sekretoriska produkterna bibehålls i en inaktiv form.

De mogna sekretoriska lysosomerna rör sig in i cytoplasman till plasmamembranet. Här hålls de i standbyläge med kraftfulla sekretioner av "warheads" inaktiva men redo.

När T-lymfocytcellen är perfekt fokuserad på målcellen, utsöndras "utlöses" och miljö- och kemiska förändringar, inklusive pH, aktiverar sekretionerna innan blockering av målet.

Allt detta görs med exakt kontroll av plats och tidpunkt, inte bara för att maximera effekten på målet, men också för att minimera säkerhetsskador på närliggande vänliga celler.

Genetiskt kontrollerade störningar i sekretoriska lysosomer kan leda till nedsatt blodplättsyntes, en typ av immunbrist och hypopigmentering.

Konventionella lysosomer

Lysosomerna ligger i cellen som återanvändbara organeller och när celldelning delas upp mottar varje dottercell en serie lysosomer. Det är uppfattat att kemikalierna i lysosomen kan "återfyllas" av Golgi-apparaterna.

Kemikalierna tillverkas i endoplasmatisk retikulum, modifierad i Golgi-apparaten och transporteras till lysosomerna i blåsorna. Modifiering i Golgi-apparaten inkluderar en "målmärkning" på en molekylär nivå som säkerställer att vesikeln levereras till en lysosom och inte till plasmamembranet eller någon annanstans.

"Etiketten" returneras till Golgi apparaten för återanvändning. Material från 3 olika källor kräver demontering och återvinning. Substraten av två av dessa källor kommer in i cellen från utsidan och den tredje härstammar inifrån.

Från utsidan av cellen tillåter processen med endocytos, inklusive pinocytos, vätskor och små partiklar genom bildningen, i plasmamembranet, av små håligheter belagda med proteiner. Dessa tätningar tills de bildar vesiklar belagda med proteiner.

Varje vesikel blir en "tidig endosom" och sedan en "sen endosom". Även från utsidan av cellen ger fagocytos (cellmatning) relativt stora partiklar (vanligtvis 250 nm i storlek), inklusive bakterier och cellrester.

Fagocytos kan utföras av "vanliga celler", men utförs huvudsakligen av makrofager som kan innehålla upp till 1000 lysosomer per cell. Den resulterande strukturen av fagocytos kallas fagosom. Från insidan av cellen är autofagosomer ansvariga för eliminering av organeller, såsom mitokondrier och ribosomer.

Funktioner av lysosomer

Lysosomernas huvudfunktioner är:

Intracellulär digestion

Ordet lysosomen härrör från "smidig" (lytisk eller matsmältande) och "soma" (kropp). De pinocytiska vakuolerna, som bildas som ett resultat av absorptionen av fluidsubstansen i cellulära vakuoler eller fagocyter (bildade genom absorptionen av fasta partiklar i cellen), transporterar proteinmaterialet till lysosomala regionen.

Dessa proteiner kan genomgå digestion i cellen som ett resultat av endocytos. Endocytos innefattar processer av fagocytos, pinocytos och mikropinocytos.

Fagocytos och pinocytos är aktiva mekanismer där cellen behöver energi för att fungera. Under fagocytos på grund av leukocyter ökar syreförbrukningen, glukosupptagningen och glykogennedbrytningen signifikant.

Vid endocytos uppträder sammandragningen av aktin och myosinmikrofilamenter närvarande i den perifera cytoplasman. Detta medför att plasmamembranet invaginerar och bildar den endocytiska vakuolen. Insprutade partiklar som är inneslutna i membran härledda från plasmamembranet och bildande vakuoler är ibland cellulära fagosomer.

Efter inmatning av en partikel eller stor kropp i cellen genom endocytos och bildningen av en fagosomen membran fagosomen och lysosom kan smälta för att bilda en enda stor vakuol.

Inom denna vakuolen börjar lysosomala enzymer processen för nedbrytning av främmande material. Initialt lysosomen, känd som primär lysosom, innehåller komplexet enzym i ett inaktivt tillstånd, men efter fusion med fagosomen producerar en sekundär lysosom med en annorlunda morfologi och aktiva enzymer.

Efter enzymatisk uppslutning diffunderar det uppdelade materialet i cellens hialoplasma. Vissa material kan förbli i vakuolen i den förstorade lysosomen. Denna kvarvarande vakuol är restkroppen, eftersom den innehåller återstoden i matsmältningsförfarandet.

Under svältet smälter lysosomer lagrade matmaterial, dvs proteiner, lipider och glykogen från cytoplasman och ger den energi som krävs av cellen. Spjälkningen av proteiner slutar vanligen vid dipeptidens nivå, vilken kan passera genom membranet och sedan smälta till aminosyror.

Digestion av intracellulära substanser eller autofagi

Många cellulära komponenter, såsom mitokondrier, är ständigt avlägsnas från cellen genom det lysosomala systemet. Cytoplasmaorganeller är omgivna av membran släta endoplasmatiska retikulet, vakuoler formning, sedan lysosomala enzymer utmatas i autophagic vakuoler och organeller digereras.

Autophagy är en allmän egenskap hos eukaryota celler. Dessa är relaterade till förnyelsen av cellulära komponenter.

Digestionen av mitokondrier eller andra cellulära strukturer ger en energikälla för dessa celler. Efter uppslutning av den cellulära strukturen kan de autophagiska vakuolerna bli kvarvarande kroppar. 

De har en roll i metamorfosen

Nyligen har lysosomens roll upptäckts i grodans metamorfos. Försvinnandet av larvens svans på svansens tadpole beror på den lysosomala aktiviteten (verkan av de kathepsiner som finns i lysosomerna).

De hjälper till vid syntes av proteiner

Forskarna Novikoff och Essner (1960) har föreslagit den möjliga rollen som lysosomer i proteinsyntesen. I lever och bukspottkörtel hos vissa fåglar verkar lysosomer vara mer aktiva och utvecklade vilket visar detta ett möjligt samband med cellulär metabolism.

De hjälper till med befruktning

Under befruktningen utsöndrar spermatets huvud några lysosomala enzymer som hjälper till att spermierna penetrerar i äggulans vitellinskikt.

Akrosomen innehåller proteas och hyaluronidas och rikligt surt fosfatas. Hyaluronidasen dispergerad i cellerna runt oocyten och proteaset smälter zona pellucida och gör en kanal genom vilken den spermatiska kärnan tränger in.

Det har en roll i osteogenesen

Det har hävdats att bildandet av benceller och även deras förstörelse beror på lysosomaktiviteten. På liknande sätt är cellåldring och parthenogenetisk utveckling relaterad till aktiviteten av lysosomer.

Osteoklaster (multinucleerade celler) som tar bort ben, gör det genom att släppa lysosomala enzymer som bryter ned den organiska matrisen. Denna process aktiveras av paratyroidhormon.

Misformation av lysosomer

Ett fel i lysosomer kan leda till sjukdomar. När exempelvis glykogen absorberad av lysosomer inte smälts upp, uppträder Pompe-sjukdom.

Rupturer av lysosomer i hudceller utsatta för direkt solljus leder till patologiska förändringar efter solbränna. De enzymer som frigörs av dessa lysosomer förstör cellerna i epidermis, vilket orsakar blåsor och sedan en avlägsnande av ett skikt av epidermis.

Autolys av brosk och benvävnad

Överskott av vitamin A orsakar cellförgiftning. Det avbryter lysosomalmembranet, vilket orsakar frisättning av enzymer i cellen och orsakar autolys i brosk och benvävnad.

Lysosomala sjukdomar

Sjukdomar av Gaucher Typer I, II och III

Gauchersjukdom är den vanligaste typen av lysosomal lagringsstörning. Forskare har identifierat tre olika typer av Gaucher-sjukdom baserat på frånvaro (typ I) eller närvaro och omfattning av neurologiska komplikationer (typ II och III).

De mest drabbade individerna har typ I, kan uppleva blåmärken, kronisk trötthet och en onormalt förstorad lever och / eller mjälte (hepatosplenomegali).

Sjukdom Gauchers typ II förekommer i nyfödda och spädbarn, och kännetecknas av neurologiska komplikationer kan innefatta ofrivilliga muskelspasmer, svårigheter att svälja och förlust av motoriska färdigheter tidigare förvärvade.

Typ III Gaucher-sjukdom uppträder under det första årtiondet av livet. Neurologiska komplikationer kan innefatta mental försämring, oförmåga att samordna frivilliga rörelser och muskelspasmer i armarna, benen eller hela kroppen.

Typer av Niemann-Pick-sjukdom A / B, C1 och C2

Niemann-Pick-sjukdomen består av en grupp av ärftliga sjukdomar som är relaterade till ämnesomsättningen av fetter. Vissa egenskaper som är vanliga för alla typer inkluderar utvidgning av lever och mjälte. Barn med Niemann-Pick-sjukdom, typ A eller C, upplever också progressiv förlust av motoriska färdigheter, matningssvårigheter, progressiva inlärningssvårigheter och anfall.

Fabry sjukdom

Symptomen på Fabrys sjukdom börjar vanligen under tidig barndom eller ungdom, men kan inte bli uppenbara förrän det andra eller tredje decenniet av livet.

De första symptomen inkluderar episoder av allvarlig brännande smärta i händer och fötter. Andra tidiga tecken kan inkludera minskad produktion av svett, upprörd när varma temperaturer och uppkomsten av ett utslag rödaktig till mörkblå, särskilt i området mellan höfter och knän är erfarna.

Glykogenlagringssjukdom II (Pompe-sjukdom)

Pompes sjukdom har en sen startform. Patienter med spädbarnsform har störst påverkan. Även om dessa barn tycks ofta normala vid födseln, inträffar sjukdomen inom de första två till tre månader med snabbt fortskridande muskelsvaghet, nedsatt muskeltonus (hypotoni) och en typ av hjärtsjukdom som kallas hypertrofisk kardiomyopati.

Matningsproblem och andningssvårigheter är vanliga. Den ungdoms / vuxna formen uppträder mellan de första och sjunde decennierna som en progressivt långsam muskelsvaghet eller med symptom på andningsfel. 

Typ I Gangliosidos (Tay Sachs sjukdom)

Det finns två huvudsakliga former av Tay Sachs sjukdom: den klassiska eller spädbarnsformen och den sena inledningsformen.

Hos individer med Tay Sachs barndomssjukdom framträder symtomen oftast för första gången mellan tre och fem månaders ålder. Dessa kan inkludera foderproblem, generell svaghet (letargi) och en överdriven startreflex som svar på höga och plötsliga ljud. Motorfördröjningar och mental försämring är progressiva.

Hos individer med sena startformer kan symtom förekomma när som helst från ungdomar till 30 år. Infantilformen utvecklas ofta snabbt, vilket resulterar i signifikant mental och fysisk försämring.

Ett karakteristiskt symptom på Tay Sachs-sjukdomen, som förekommer i 90 procent av fallen, är utvecklingen av röda fläckar på ögans baksida. Symptomen på Tay Sachs sjukdom i sena fall varierar mycket från fall till fall. Denna sjukdom fortskrider mycket långsammare än infantilformen.

Gangliosidos typ II (Sandhoffs sjukdom)

De första symptomen på Sandhoffs sjukdom börjar vanligtvis mellan tre och sex månader. Sjukdomen är kliniskt oskiljbar från typ I gangliosidos.

Metakromatisk leukodystrofi

De första tecknen och symptomen kan vara vaga och gradvisa, så denna sjukdom är svår att diagnostisera. Walking instabilitet är ofta det första observerade symptomet.

Ibland är det tidigaste symtomet förseningen i utveckling eller försämring av skolprestanda. Med tiden kan symtom innefatta markerad spasticitet, anfall och djup mental retardation.

Förvaringssjukdomar i mucopolysackarider (Hurlers sjukdom och varianter, typ A, B, C, D, Morquio typ A och B, Maroteaux-Lamy och Sly sjukdomar)

Dessa sjukdomar orsakas av förändringar i den normala nedbrytningen av komplexa kolhydrater som kallas mucopolysackarider. Dessa sjukdomar har vissa egenskaper, inklusive ben missbildningar och fogar som stör rörlighet och ofta orsakar osteoartrit, särskilt stora viktbärande leder.

Alla dessa sjukdomar, förutom Sanfilippo-sjukdomen, störa tillväxten, vilket orsakar kort mångfald.

Schindlers sjukdomstyper I och II

Schindlers sjukdom typ I är den klassiska formen, som framträder för första gången under barndomen. Berörda individer verkar utvecklas normalt tills de är ett år gammal, när de börjar förlora tidigare förvärvade färdigheter som kräver samordning av fysiska och mentala aktiviteter.

Typ II Schindler är utseendet hos vuxna. Symptomen kan omfatta utveckling av kluster av liknande missfärgningar på vårtor på huden, permanent vidgning av grupper av blodkärl som orsakar hudrodnad i de drabbade områdena, den relativa förtjockning av ansiktsdrag och mild intellektuell försämring.

Batsjukdom

Bats sjukdom är ungdomsformen av en grupp av progressiva neurologiska störningar som kallas neuronal ceroid lipofuskinos. Det kännetecknas av ackumulering av ett fettämne i hjärnan, liksom i vävnad som inte innehåller nervceller.

Bats sjukdom är markerad av snabbt progressivt synfel (optisk atrofi) och neurologiska störningar, som kan börja före åtta års ålder. Det förekommer huvudsakligen i familjer med skandinavisk härkomst från norra Europa och störningen påverkar hjärnan och kan orsaka försämring av intellekt och neurologiska funktioner.

Berörd befolkning

Som en grupp menas att lysosomala lagringssjukdomar har en beräknad frekvens på ungefär en av 5000 levande födslar. Även om enskilda sjukdomar är sällsynta påverkar gruppen som helhet många människor runt om i världen.

Vissa av sjukdomarna har en högre förekomst hos vissa populationer. Till exempel är sjukdomar i Gaucher och Tay-Sachs vanligare bland Ashkenazi-judiska befolkningen. Det är känt att en mutation i samband med Hurlers syndrom förekommer oftare mellan skandinaviska och ryska folk.

diagnos

Prenatal diagnos är möjlig för alla lysosomala lagringsstörningar. Tidig upptäckt av lysosomala lagringssjukdomar, antingen före födseln eller så snart som möjligt är viktigt eftersom när de terapier finns tillgängliga, antingen själva sjukdomen eller de associerade symtom, kan avsevärt begränsa långtidsförloppet och påverkan av sjukdomen.

referenser

1. Biologi-Online. (2008). Lysosom. 6-2-2017, från Biology-Online.org Webbplats: biology-online.org.
2. Rockefeller Universitetssjukhus. (2004). "Exploring Cells With a Centrifuge": Upptäckten av Lysosome. 6-2-2017, från The Rockefeller University. Webbplats: centennial.rucares.org.
3. British Society for Cell Biology. (2016). Lysosom. 6-2-2017, från BSCBs hemsida: bscb.org.
4. Jain, K. (2016). 8 Huvudfunktionerna av lysosomer. 6-2-2017, från BiologyDiscussion.com Webbplats: biologydiscussion.com.
5. Clark, J. (2003). Lysosomala förvaringsstörningar. 6-2-2017, från NORD - National Organization for Rare Disorders Webbplats: rarediseases.org.
6. Fawcett, W. (1981). Cellerna 6-2-2017, från ascb.org Webbplats: ascb.org.
7. Susuki, K. (2016). Lysosomal sjukdom. 7-2-2017, från National Center for Biotechnology Information Webbplats: ncbi.nlm.nih.gov.
8. TutorVista (2017). Funktion av lysosomer. 7-2-2017, från TutorVista.com Hemsida: ncbi.nlm.nih.gov.
9. Naturutbildning. (2014). Endoplasmatisk retikulum, Golgi-apparatur och lysosomer. 7-2-2017, från nature.com Webbplats: nature.com.