Lysosom: Förekomst, Morfologi, Funktioner och Origins

Lysosom: Förekomst, Morfologi, Funktioner och Origins!

Konceptet av lysosomen härrörde från utvecklingen av cellfraktioneringstekniker genom vilka olika subcellulära komponenter isoleras. Vid 1949 isolerades en klass av partiklar med centrifugalegenskaper något mellanliggande mellan mitokondrier och mikrosomer av de Duve och befanns ha ett högt innehåll av sur fosfatas och andra hydrolytiska enzymer. På grund av deras enzymatiska egenskaper benämndes de lysosomer (Gr. Lysis = upplösning, soma = kropp).

Enligt Cohan (1972) betraktas membranbundna lagringsgranuler som innehåller digestiva enzymer som lysosomer av växter. Därför antas sfärosomer, aleuroniska granuler och vakuoler av växtceller ha lysosomliknande funktioner.

Förekomst:

Med undantag av däggdjurs-RBC har lysosomer rapporterats praktiskt taget från alla djurceller. Förekomsten av lysosomala partiklar har också misstänkts (och i vissa fall etablerats) i protista (protozoan, slimformar, svampar, alger och prokaryotiska protista). I växtceller, med tanke på bevisen som helhet, verkar nu lite tvivel om deras närvaro.

Vidare har de starka affiniteter med lysosomer av djur och protista (Pitt och Galpin 1973). Vid växter bör de inte förväxlas med sfärosomer i funktion. Enligt Pitt-lysosomer och sfärosomer är två olika organeller och de senare är jämförbara med lipiddroppar av djur. Yatsu och Jack (1972) har tydligt visat att sfärosomer är morfologiskt distinkta organeller. Gahm (1973) granskade förekomst och histokemi av växtlysosomer.

Morfologi:

Form och storlek :

Formen och storleken av lysosomer är variabel. Morfologiskt kan de jämföras med Amoeba och vita blodkroppar (WBC). På grund av deras föränderliga vana kan de inte identifieras korrekt som grunden för formen. Normalt varierar lysosomer i storlek från 0, 4 till 0, 8, men de kan vara lika stora som 5, 7 i däggdjursceller och är mycket stora i fagocyter.

Struktur av lysosomer :

Liksom andra cytoplasmatiska komplex, är lysosomer som runda små påsar fyllda med tätt material och matsmältningsenzymer.

De består av två delar:

(1) Begränsande membran

(2) inre tät massa

1. Begränsande membran:

Detta membran är singel, till skillnad från mitokondrier och består av lipoprotein. Den kemiska strukturen är homolog med enhällsmembranet av plasma-lemma bestående av bimolekylärt skikt som föreslagits av Robertson.

2. Inre tät massa :

Denna inneslutna massa kan vara fast eller med mycket tätt innehåll. Vissa lysosomer har en mycket tät yttre zon och mindre tät inre zon. Vissa andra har hålrum eller vacuoler i det granulära materialet. Vanligtvis antas de ha tätare innehåll än mitokondrier. De visar sin polymorfa natur och deras innehåll varierar med matsmältningssteget, eftersom de bidrar till intracellulär digestion.

Permeabilitet av lysosomalt membran :

Lysosomalmembranet är ogenomträngligt för substrat av enzymerna som finns i lysosomerna. Vissa ämnen kallas labialiserar, orsakar instabilitet av lysosomalmembranet, vilket leder till frisättning av enzymer från lysosomerna. Andra substanser, som kallas stabilisatorer, har en stabiliserande verkan på membranet. En lista över några labialiserar och stabilisatorer anges i tabell 5.1.

En labialisering kan öka permeabiliteten hos lysosomalmembranet till små lösta ämnen som sackaros. Den osmotiska svullnaden som resultat kan helt störa membranet. Den begränsade permeabiliteten hos lysosomalmembranet förklarar varför lysosomala hydrolys inte har direkt tillgång till cellulära komponenter. Detta förhindrar okontrollerad digestion av cellinnehållet genom lysosomala enzymer.

polymorfism:

Lysosomer är polymorfa av natur. Den polymorfa naturen beror på variation i innehållet av lysosomer med olika steg i matsmältningen.

Lysosomer kan generellt spåras i fyra former som anges nedan:

1. Primärlysosomer:

Dessa kallas också sanna, rena eller ursprungliga lysosomer, som har en enhet med enhetsenhet innehållande enzymer i de inaktiva formerna.

2. Sekundära lysosomer:

Dessa kallas också fagosomen, eftersom de innehåller det svällda materialet och enzymerna. Den smälta massan kallas sekundärlysosomen. De enzymer som finns närvarande i en sådan lysosom smälter gradvis det engulferade materialet.

3. Återstående eller lysosomer:

Lysosomalmembran som kännetecknas av närvaron av ospända material som myelinfigur kallas restkropp.

4. Autophagic Vacuoles:

De autofagiska vakuolerna är också kända som autofogosomer eller cytolysosomer. De autofagiska vakuolerna bildas när cellen matar på sina intracellulära organeller, såsom mitokondrierna och endoplasmatiska retikum genom autofagi. I sådana fall koncentreras de primära lysosomerna kring de intracellulära organellerna och smälter dem i slutändan.

De autofagiska vakuolerna bildas i speciella patologiska och fysiologiska förhållanden. C. de Duve (1967) och Allison (1967) har observerat att under autentisk svält på organismerna utvecklades många autofagiska vakuoler i levercellerna som matar på de cellulära komponenterna.

Extraktion av lysosomer:

Centrifugeringsfenomenet har spelat en stor roll i studien av cytoplasmisk inklusion. Tekniken kring separation av lysosomer har utvecklats i laboratorium av de Duve. För extraktion av lysosomer homogeniseras först cellerna i sackaroslösning.

Snabb mekanisk rotation av stammen sprider cellerna och ställer de intracellulära partiklarna fri i mediet. Därefter producerar successiv centrifugering av det resulterande homogenatet fraktioner som kan separeras med mikronedlar. Hela processen för centrifugering för lysosomer kan vara studier som visas i figur 5.4.

Kemi av lysosomer:

Lysosomer innehåller olika enzymer, upp till nuvarande tid har omkring 40 enzymer isolerats i olika vävnadstyp. Några vanliga enzymer är (p-galaktosidas, p-glukuronidas, p-N-acetylglukosaminidas, a-glukosidas, a-mannosidas, kathepsin B (syraproteas), kathepsin B (syraproteas) arylsulfatas A, arylsulfatas B, surt ribonukleas, syradeoxiribonukleas, sur fosfatas, syra lipas, fosfolipas A, fosfotasyrafosfatashyaluronidas, fosfoproteinfosfatas, amino-peptidas A, dextranas, sackaras, lysozym (muramidas), Mg ⁺⁺ aktiverat ATPas, indoxiacetatesteras och plasminogenaktivator Alla dessa enzymer av lysosomerna är inneslutna i det enda lipoproteinmembranet. De flesta av dessa enzymer fungerar mer effektivt under något surt medium, pH-optima omkring 5, 0 som sådana kallas de kollektivt som syrahydrolaser.

Olika nomenklaturen :

Den cytokemiska definitionen av lysosomer baserad på närvaron av ett enhällsmembran och en positiv färgningsreaktion för sur fosfatas och vissa besläktade enzymer kan övervägas i de flesta praktiska syften som motsvarar den biokemiska definitionen.

Eftersom vår kunskap om betydelsen av lysosomer i cellfysiologi har utvecklats har det blivit uppenbart att uttrycket lysosomer täcker en mängd olika former som kan särskiljas utifrån morfologiska och funktionella kriterier.

Följande är de termer som vanligtvis används i litteraturen:

(i) Autophagic Vacuoles :

Det är membranlinjat vakuol innehållande morfologiskt igenkännbara cytoplasmatiska komponenter.

(ii) Cytolysosom :

Samma som autofagiska vakuoler.

(iii) Cytosom :

Partiklar som hänvisas till cytosomer är vanligtvis lysosomer. Vissa arbetstagare inkluderar de icke-relaterade mikrokropparna under denna term.

(iv) Cytoergosom :

Samma som autofagiska vakuoler.

(v) mikrokropp :

En partikel som finns i lever och njure, avgränsad av ett enhetligt membran och innehållande ett fint granulerat material. Enligt de Duve är de definitivt inte lysosomer.

(vi) Multivesikulära organ :

Strukturer fodrade med ett enda membran och innehållande inre vesiklar som liknar Golgi-komplexet och anses vara lysosomer.

(vii) Återstående organ :

Membranfodrade inklusioner som karakteriseras av otestade rester innefattar telolysosomer och hypotetiska postlysosomer.

funktioner:

1. Lysosomal digestion av yttre partiklar :

Stora molekyler tas in i cellen genom processen kallad fagocytos. Detta är en helt adekvat och korrekt term som innebär en cell som äter. Men nyligen har den nya termen endocytos vunnit favörsljut första tydliga indikationen av ett samband mellan lysosomer och uppslukningen av extrakulärt material tillhandahölls av Stains (1952, 54, 55). Cellen engagerar partiklarna och bildar sedan en invagination som klämmas bort från cellmembranet blir en inre säck eller kropp.

Det kallas en fagosom. En fagosom rör sig sedan mot lysosomen. Exponering av materialet till lysosomala hydrolaser sker genom fusion av fagosomen med en lysosom. Detta leder till bildandet av en sekundär lysosom eller matsmältningsvakuole. Lysosomen som är involverad i processen kan vara primär eller sekundär beroende på de två partnerns relativa storlekar.

Processen kan verka för en observatör som lysosomavladande enzymer i en fagosom eller som en fagosom kasta dess innehåll i en lysosom, vilket kan vara fallet i hepatiska parenkymceller; eller helt enkelt som en gemensam delning av innehållet i de två vacuolerna, om de är av jämförbara storlekar.

Nu kan enzymerna från lysosomen komma i kontakt med de molekyler som fördes in i cellen i fagosomen och matsmältningen sker. När molekylerna digereras kan de digererade produkterna diffundera ut ur den så kallade matsmältningsvakuolen i cytoplasman i cellen som lämnar återstoden i matsmältningsvakuolen. Matsmältningsvakuolen går nu vidare till cellmembranet där den så kallade reversa fagocytosen eller avföring uppträder.

2. Digestion av intracellulärt ämne:

I vissa fall hittar delar på en eller annan sätt sig in i cellens egna lysosomer och bryts ner. Denna process kallas cellulär autofagi. Hur kommer de in, är inte tydligt, och den roll som autophagy spelar i cellfunktionen kan bara sammanfattas.

Proteiner, fetter och polysackarider kan alla syntetiseras och lagras i cellen. Under cellens svältning smälts dessa lagrade matmaterial av lysosomer för att ge energi. Vad stimulerar autofagi att äga rum och hur de stora molekylerna kommer in i lysosomen är inte tydliga.

3. Cellulär digestion:

När en cell dör, sprider lysosomalmembranet. De frigjorda enzymerna blir fria i cellen, som sedan snabbt smälter hela cellen. Hypotesen har avancerats att detta är en inbyggd mekanism för att ta bort döda celler.

I multicellulära djur bildas många celler hela tiden, lever under en kort tidsperiod och dö sedan. Självförtunning kan uppträda som en patologisk mekanism, till exempel, om en cell avskuras från dess syreförsörjning eller förgiftas, kan lysosomalmembranet brista och därmed tillåta enzymerna att lösa upp cellen. Därför betraktas de också som självmordspåse av cellerna.

4. Extracellulär Digestion :

En cell kan ladda lysosomala enzymer för att förstöra de omgivande strukturerna. Denna funktion utförs av omvänd fagocytos. En ficka av enzymer från en lysosom släpps utanför cellen där den smälter smittsamma strukturer. Detta antas förklara hur spermier tränger in i den skyddande beläggningen av äggstocken under befruktning.

Det kan också förklara hur oesteoclastceller som förstör ben, fungerar. Detta kan också vara förklaringen på vita blodkroppers välkända förmåga att passera snabbt ut ur blodkärlen och in i vävnaderna på platsen för en infektion.

5. Roll i sekretion :

Under senare år har bevismaterialet börjat ackumulera för att föreslå rollen av lysosomer vid bildandet av sekretoriska produkter i sekretoriska celler. Fenomenet av lysosomförmedlad sköldkörtelhormonsekretion är det mest kända exemplet av direkt lysosomer involvering i sekretorisk process.

Lysosomer spelar också en möjlig roll vid reglering av hormonsekretion. Man tror att mammotrofa hormoner i den främre hypofysen syntetiseras på ribosomerna i den grova endoplasmatiska retikulum och förpackas i sekretoriska granuler genom passage genom Golgi.

Epitelcellerna i sköldkörteln innehåller också lysosomer rika på lysosomala enzymer. Sköldkörtelns folliklar innehåller proteinhögroglobulin med hög molekylvikt, som lagras som kolloid i lumenet. Sköldkörtelhormonerna thyroxin och triiodotyroxin är kopplade till detta protein.

Kolloidinnehållande thyroglobulin träder in i epitelcellen genom pinocytos. Kolloiddropparna smälter med primära lysosomer för att bilda sekundära lysosomer eller matsmältningsvakuloler. Sköldkörtelhormonerna delas upp från thyroglobulinet och släpps ut i blodflödet. Sköldkörtelhormonerna frisätts sålunda genom hydrolys av thyroglobulin.

6. Kromosombrott :

Lysosomer innehåller enzymet deoxiribonukleas (DNAse). Detta enzym orsakar kromosomala raster och deras omarrangemang. DNAse har två aktiva platser och bryter ner båda DNA-strängarna. Pauserna har producerats experimentellt i isolerade kromosomer inkuberade i DNAse. Dessa raster leder till olika syndrom.

7. Roll i utveckling och metamorfos :

Lysosomer är viktiga i utvecklingen. Goda bevis har ackumulerats på lysosomernas roll vid involution av livmodern och bröstkörtlarna omedelbart i postpartum. Under metamorfos åtföljs processen för resorption av tadpole-svansen och regressionen av de olika larvvävnaderna, inklusive fettkroppen och spyttkörteln, av ökad lysosomalsyrahydrolasaktivitet (Weber).

8. Osteogenes:

Under omvandling av brosk till ben bildar de speciella osteoklastcellerna lyriska ämnen som eroderar bruskens matris och hjälper till vid bildandet av ben.

9. Roll av lysosomer under cellavdelningen :

Under celldelningen flyttas lysosomerna hos den särskilda delningscellen mot periferin istället för nära kärnan, som vanligt sett ses de. Under cytokinerna är ungefär lika många flyttar mot motsatta poler.

Ibland hämmar vissa repressorer i cytoplasma call-division vid celldelning. Lysosomer utsöndrar vissa depressorer som förstör repressorn och resulterar i celldelning (Allison, 1967).

10. Hjälp i proteinsyntesen :

Novikoff och Essner (1960) har föreslagit den möjliga rollen som lysosomer i proteinsyntesen. Nyligen har Singh (1972) korrelerat lysosomal aktivitet med proteinsyntesen. I lever och bukspottkörtel hos vissa fåglar verkar lysosomer vara mer aktiva och utvecklade som visar eventuellt samband med cellmetabolism.

11. Lysosomer och cancer:

Maligna celler har befunnits innehålla onormala kromosomer; det antas att kromosomal abnormitet orsakas av kromosombrytning som produceras av lysosomala enzymer. Den partiella deletionen av kromosom 21 hos människa är associerad med kronisk myeloid leukemi (blodcancer).

12. Avlägsnande av döda celler:

Hirsch och Cohn (1964) föreslog att lysosomer bidrar till att döda celler avlägsnas i vävnad. Lysosomala membranrapturerna i dessa celler, frisättning av enzymet i cellens cell, så att hela cellen kan smälta. Denna process av vävnadsdegenerering (nekros) beror på denna lysosomala aktivitet.

13. Befruktning:

Under befruktningen frisätter spermierna hydrolytiska enzymer från akrosom vesikeln. Dessa enzymer bidrar till att spermierna tränger igenom äggets kuvert. Fluorescensmikroskopiska studier av marsvinets akridinfärgade spermatozoer visar att acrosomvesiklarna innehåller flera enzymer inklusive hyaluronidas och proteaser, vilka också finns i lysosomer.

Faktum är att acrosomvesikeln har betraktats som en jätte lysosom. Akrosomvesikelenzymerna aktiverar också uppenbart ägget genom att bryta ner dess kortikala granuler.

14. Lysosomer och sjukdomar:

Inandning av främmande partiklar som kiseldioxid, asbest etc. leder till inflammation och deponering av fibrös vävnad i lungorna. Partiklarna av kiseldioxid eller asbest ökar permeabiliteten hos lysosomala membran och borttagande av lysosomer. Detta leder till lys av lungceller som resulterar i deras inflammation.

En metabolisk störning, gikt, orsakas av ackumulering av natrium oratkristaller i lederna. Dessa upptas av fagocyterna, vilket resulterar i deras lysosombrott. Detta leder till akut inflammation och ökad kollagen syntes. Pomersjukdom är ett annat exempel som orsakas på grund av frånvaro av ett lysosomalt enzym som hydroliserar glykogenen. Således är leverceller inglasade med glykogen.

TABELL. Några av de sjukdomar som är relaterade till genetiska abnormiteter av lysosomer listas nedan (Allison, 1974):

Ursprung av lysosomer :

De har flera ursprung beroende på vävnaden där de ligger eller på deras funktion i en specifik cell.

(i) Extracellulärt ursprung :

Lysosom kan vara vakuoler absorberade i cell genom processen, pinocytos. Den pinocytiska vakuolen kan senare bli cytoplasmisk partikel och därpå enzymatisk aktivitet utvecklas.

(ii) Ursprung från Golgi-komplexet :

Det finns bevis för att lysosomer orginat från Golgi-komplexet och representerar zymogengranuler. Deras liknande funktion och struktur med Golgi-komplexet stödjer denna uppfattning. Tidigare studier har visat att ackumulering av sekretoriska produkter inom Golgi vacuoles leder till bildandet av lysosomer, och membran som omger produkterna härleds från Golgi-membranet.

(iii) Ursprung från ER:

Novikoff (1965) rapporterade att lysosomerna härstammar direkt från granulär endoplasmatisk retikulum, genom en blöjningsprocess.