Lizosom

Organizacja typowej eukariotycznej komórki zwierzęcej:
1. Jąderko (jądro)
2. Jądro komórkowe (jądro)
3. Rybosomy
4. Pęcherzyk
5. Szorstki (ziarnisty) ER (ergastoplazma)
6. Aparat Golgiego
7. Cytoszkielet
8. Gładki (ziarnisty) ER
9. mitochondria
10. lizosom
11. cytoplazma (z cytozolem i cytoszkieletem )
12. peroksysomy
13. centriole
14 błona komórkowa

Lizosomy (z greckiego λύσις , z lizy 'solution' i σῶμα sṓma 'body') to organelle komórkowe w komórkach eukariotycznych . Są to pęcherzyki o kwaśnym pH otoczone prostą biomembraną . Zawierają enzymy trawienne i są częściowo produkowane w aparacie Golgiego . Zadaniem lizosomów jest rozkładanie biopolimerów na ich monomery .

budowa

Lizosomy mają średnicę 0,1–1,1 μm. Zawierają wiele różnych enzymów hydrolizujących, takich jak proteazy , nukleazy i lipazy do wewnątrzkomórkowego trawienia materiału . Enzymy te stosowane są do hydrolizy z białka , polisacharydy , kwasy nukleinowe i lipidy , tak wszystkich głównych grup makrocząsteczek . Osiągają one wysoki poziom aktywności tylko w kwaśnym środowisku o pH 4,5-5. Służy to ochronie komórki w przypadku pęknięcia lizosomu. W takim przypadku enzymy byłyby nieaktywne w neutralnym pH środowiska cytozolu . To jest przykład znaczenia przedziałów w komórce. Niska wartość pH w lizosomach jest utrzymywana przez membranę lizosomu. Lizosomy otoczone są błoną ze specyficznymi białkami. ATPaza typu V transportuje dwa protony (2H ⁺ ) do lizosomów na cząsteczkę ATP . Białka błonowe są silnie glikozylowane wewnątrz, aby chronić przed samoczynnym trawieniem.

Powstanie

Enzymy hydrolityczne i błona lizosomów są tworzone przez rybosomy na szorstkiej (ziarnistej) siateczce endoplazmatycznej (rER), a następnie transportowane do aparatu Golgiego . Enzymy lizosomalne są sortowane w aparacie trans- Golgiego i pakowane w ukierunkowany sposób w pęcherzyki i transportowane do endosomów . W przypadku hydrolaz znany jest specyficzny sygnał: grupy mannozo-6-fosforanowe (M6P) wyłącznie na oligosacharydach sprzężonych z azotem . Ta modyfikacja zachodzi w aparacie cis Golgiego i jest katalizowana przez dwa enzymy: fosfotransferaza rozpoznaje, że jest to enzym lizosomalny i przyłącza -1-fosforan N-acetyloglukozaminy do jednej lub dwóch reszt mannozy ; drugi enzym odcina resztę N-acetyloglukozaminy, z którą przeprowadza się znakowanie.

W aparacie trans -Golgi reszty M6P są rozpoznawane przez zintegrowane z błoną receptory M6P . W późnym endosomie receptory M6P oddzielają się od swoich ligandów ponownie przy pH 6 i są zawracane.

Istnieje również niezależna droga transportu M6P do lizosomów, np. B. w białkach błonowych lizosomów. Mechanizm nie jest znany.

zadania

Lizosomy (Ly) w transmisyjnej mikroskopii elektronowej

Lizosomy trawią materiał niekomórkowy (heterofagia), ale także specyficzny dla komórki (autofagia). Dzieje się tak również w przypadku zaprogramowanej śmierci komórki .

Trawienie obcego materiału

Lizosomy biorą udział w trawieniu na poziomie komórkowym na kilka sposobów . W wyniku endocytozy powstałe endosomy łączą się z pierwotnymi lizosomami, tworząc lizosomy wtórne. W protistom ten jest nazywany wakuole jedzenie . W niektórych typach komórek fragmenty materiału niekomórkowego trawionego w lizosomie prezentowane są na powierzchni komórki w postaci tak zwanych fragmentów antygenu przez receptory MHC- II. Ten proces odgrywa ważną rolę w układzie odpornościowym . Makrofagi są przykładem ludzkich komórek, które są do tego zdolne .

Trawienie własnego materiału komórki

Lizosomy wykorzystują nie tylko materiał obcy dla komórki, ale także materiał własny. Nazywa się to autofagią . Tutaj organelle lub części cytozolu są rozkładane i przetwarzane ponownie przez enzymy lizosomy. W ten sposób komórka odnawia się za pomocą lizosomów, aw komórce wątroby ludzkiej co tydzień rozkłada się w ten sposób połowa wszystkich makrocząsteczek.

Zaprogramowana śmierć komórki

Programowana śmierć komórki ( apoptoza ) przez jej własne enzymy lizosomy jest ważnym zadaniem lizosomów. Na przykład apoptoza powoduje uszkodzenie ogona kijanki u płazów lub płetwiastych stóp między palcami ludzkiego embrionu .

Choroby z zajęciem lizosomów

Wada fosfotransferazy prowadzi do tak zwanej lizosomalnej choroby spichrzeniowej . Ponieważ nie może nastąpić znakowanie mannozo-6-fosforanem, enzymy lizosomalne nie są sortowane i docierają do macierzy zewnątrzkomórkowej w sposób niekontrolowany przez błonę plazmatyczną ( choroba komórek I , dziedziczenie autosomalne recesywne). Inne lizosomalne choroby spichrzeniowe są spowodowane defektami hydrolaz lizosomalnych. Prowadzi to do zwiększenia ilości niezdegradowanego materiału w lizosomach (np . Choroba Huntera ). Wynikiem tego są przeważnie ciężkie objawy. Jeśli LIPA mutuje, pojawia się choroba Wolmana . LIPA to lizosomalna, kwaśna lipaza , która jest ważna w metabolizmie najpierw cholesterolu i trójglicerydów .

Akumulacja leków w lizosomach

Słabe zasady o właściwościach lipofilowych mają tendencję do gromadzenia się w kwaśnych przedziałach wewnątrzkomórkowych, takich jak lizosomy. Podczas gdy błony plazmowe i lizosomowe są przepuszczalne dla obojętnych, nienaładowanych form takich cząsteczek, naładowane, protonowane formy słabych zasad nie przechodzą przez błony i nie gromadzą się w lizosomach. W porównaniu z obszarem zewnątrzkomórkowym, w lizosomie może narastać 100 do 1000 razy wyższe stężenie słabych zasad. Mechanizm ten nosi nazwę „lizosomotropii” lub „pułapki kwasowej”. Nagromadzenie substancji lizosomotropowych można obliczyć za pomocą matematycznego modelu komórkowego.

Wiele leków stosowanych klinicznie to słabe zasady i gromadzą się w lizosomach. Można to wykorzystać do wyjaśnienia różnych właściwości farmakologicznych takich leków. Stężenie w tkankach leków lizosomotropowych znacznie przewyższa stężenie w osoczu; a okres półtrwania w tkance jest dłuższy niż w osoczu; Przykładami są haloperidol , lewomepromazyna lub amantadyna . Oprócz akumulacji lizosomalnej, lipofilowość substancji i ich wchłanianie w strukturach tkanki tłuszczowej również przyczynia się do wysokich stężeń w tkankach i długich okresów półtrwania w tkankach. Ważne enzymy lizosomalne, takie jak kwaśna sfingomielinaza , mogą być hamowane przez leki, które nagromadziły się w lizosomach. Takie substancje nazywane są FIASMA . Akronim ten pochodzi od angielskiego terminu Functional Inhibitor of Acid SphingoMyelinAse ; do tej grupy substancji zalicza się m.in. B. fluoksetyna , sertralina lub amitryptylina .

literatura

• Bruce Alberts i wsp.: Molecular Biology of the Cell. Wydanie 4. Garland Science, Nowy Jork 2002, ISBN 0-8153-4072-9 .
• Neil A. Campbell, Jane B. Reece: Biology. 6. edycja. Spectrum, Heidelberg 2003, ISBN 3-8274-1352-4 .

linki internetowe

Wikisłownik: Lysosome  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

Indywidualne dowody

1. ↑ WK Purves, et al.: Biology , 7th edition, Spektrum Akademischer Verlag, 2006, ISBN 3-8274-1630-2 , s.89 .
2. ↑ Online Mendelian Inheritance in Man database: Niedobór lizosomalnej kwaśnej lipazy (# 278000). [1] .
3. ↑ C. de Duve, T. de Barsy, B. Poole, A. Trouet, P. Tulkens, F. van Hoof. Środki lizosomotropowe. W: Biochem. Pharmacol. 23: 2495-2531, 1974. PMID 4606365
4. ↑ S. Trapp, G. Rosania, RW Horobin, J. Huber grain. Ilościowe modelowanie selektywnego kierowania lizosomalnego do projektowania leków. W: Eur J Biophys . 37 (8): 1317-1328, 2008. PMID 18504571
5. ↑ J. Kornhuber, A. Schultz, J. Wiltfang, I. Meineke, CH Gleiter, R. Zöchling, KW Boissl, F. Leblhuber, P. Riederer. Trwałość haloperidolu w ludzkiej tkance mózgowej. W: Am J Psychiatry 156: 885-890, 1999. PMID 10360127
6. ↑ J. Kornhuber, H. Weigmann, J. Röhrich, J. Wiltfang, S. Bleich, I. Meineke, R. Zöchling, S. Hartter, P. Riederer, C. Hiemke. Regionalna dystrybucja lewomepromazyny w ludzkim mózgu. W: J Neural Transm 113: 387-397, 2006. PMID 15997416
7. ↑ J. Kornhuber, G. Quack, W. Danysz, K. Jellinger, W. Danielczyk, W. Gsell, P. Riederer. Terapeutyczne stężenie amantadyny, antagonisty receptora NMDA w mózgu. W: Neuropharmacology 34: 713-721, 1995. PMID 8532138
8. ↑ J. Kornhuber, P. Tripal, M. Reichel, L. Terfloth, S. Bleich, J. Wiltfang, E. Gulbins. Identyfikacja nowych funkcjonalnych inhibitorów kwaśnej sfingomielinazy z wykorzystaniem modelu zależności struktura-właściwość-aktywność. W: J Med Chem 51: 219-237, 2008. PMID 18027916
9. ↑ J. Kornhuber, M. Muehlbacher, S. Trapp, S. Pechmann, A. Friedl, M. Reichel, C. Mühle, L. Terfloth, TW Groemer, GM Spitzer, KR Liedl, E. Gulbins, P. Tripal. Identyfikacja nowych funkcjonalnych inhibitorów kwaśnej sfingomielinazy. W: PLoS ONE 6 (8): e23852, 2011. PMID 21909365
10. ↑ J. Kornhuber, P. Tripal, M. Reichel, C. Mühle, C. Rhein, M. Muehlbacher, TW Groemer, E. Gulbins. Funkcjonalne inhibitory kwaśnej sfingomielinazy (FIASMA): nowa farmakologiczna grupa leków o szerokim zastosowaniu klinicznym. W: Celi Physiol Biochem . 26: 9-20, 2010. PMID 20502000