LISOZOMI: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII ȘI TIPURI - BIOLOGIE - 2025

Cele lizozomii sunt membrane celulare organite care sunt localizate în celulele animale. Sunt compartimente care au un pH acid și sunt bogate în enzime digestive, capabile să degradeze orice fel de moleculă biologică: proteine, carbohidrați și acizi nucleici.

În plus, acestea pot degrada materialul din afara celulei. Din acest motiv, lizozomii au multiple funcții în metabolismul celular și datorită compoziției lor bogate în enzime hidrolitice, ele sunt adesea numite „stomacul” celulei.

Lizozomii sunt formați prin fuziunea veziculelor care ies din aparatul Golgi. Celula recunoaște anumite secvențe care funcționează ca „etichete” pe enzimele hidrolitice și le trimite la lizozomii care formează.

Aceste vacuole au o formă sferică, iar dimensiunea lor variază considerabil, fiind o structură celulară destul de dinamică.

Descoperire și perspectivă istorică

Lizozomii au fost descoperiți acum mai bine de 50 de ani de cercetătorul Christian de Duve. Echipa lui De Duve a condus experimente care implică tehnica fracționării subcelulare, pentru a investiga locația anumitor enzime.

Acest protocol experimental a permis descoperirea organulelor, deoarece cercetătorii au observat că eliberarea enzimelor hidrolitice a crescut pe măsură ce adăugau compuși care deteriorau membranele.

Ulterior, îmbunătățirea tehnicilor de biologie moleculară și existența unor echipamente mai bune - cum ar fi microscopurile electronice, au reușit să-i coroboreze prezența. De fapt, s-ar putea concluziona că lizozomii ocupă 5% din volumul intracelular.

La ceva timp după descoperirea sa, a fost evidențiată prezența enzimelor hidrolitice în interiorul său, transformând lisozomul într-un fel de centru de degradare. Mai mult, lizozomii au fost asociați cu viața endocitică.

Istoric, lizozomii au fost considerați punctul final al endocitozei, utilizat doar pentru degradarea moleculelor. Astăzi, lizozomii sunt cunoscuți ca fiind compartimente dinamice ale celulelor, capabile să fuzioneze cu o varietate de organele suplimentare.

caracteristici

Pomparea protonilor prin membrana lizozomică. Sursa: Alejandro Porto

Morfologia lizozomilor

Lysozomii sunt compartimente unice ale celulelor animale care adăpostesc o varietate de enzime care sunt capabile să hidrolizeze proteinele și să digere anumite molecule.

Sunt vacuole dense, sferice. Mărimea structurii este foarte variată și depinde de materialul care a fost capturat anterior.

Lizozomii, împreună cu reticulul endoplasmatic și aparatul Golgi, fac parte din sistemul endomembran al celulei. Deși aceste trei structuri sunt rețele de membrane, ele nu sunt continue unele cu altele.

Lysozomii conțin enzime multiple

Principala caracteristică a lizozomilor este bateria enzimelor hidrolitice din interiorul lor. Există în jur de 50 de enzime care sunt capabile să degradeze o gamă largă de biomolecule.

Acestea includ nucleazele, proteazele și fosfatazele (care elimină grupările fosfat din mononucleotidele fosfolipidice și alți compuși). În plus, conțin alte enzime responsabile de degradarea polizaharidelor și lipidelor.

Logic, aceste enzime digestive trebuie separate spațial de restul componentelor celulare pentru a evita degradarea lor necontrolată. Astfel, celula poate „alege” compușii care trebuie eliminați, deoarece poate regla elementele care intră în lizozom.

Mediul lizozomilor este acid

Interiorul lizozomilor este acid (aproape de 4.8), iar enzimele pe care le conține funcționează bine în această stare de pH. Prin urmare, ele sunt cunoscute sub numele de hidrolaze acide.

PH-ul caracteristic al acidului acestui compartiment celular este menținut grație prezenței unei pompe de protoni și a unui canal de clor în membrană. Împreună, transportă acid clorhidric (HCl) în lizozom. Pompa este amplasată ancorată în membrana organelei.

Funcția acestui pH acid este de a activa diferitele enzime hidrolitice prezente în lizozom și de a evita - pe cât posibil - activitatea lor enzimatică la pH-ul neutru al citosolului.

În acest fel, avem deja două bariere care funcționează ca protecție împotriva hidrolizei necontrolate: păstrarea enzimelor într-un compartiment izolat și faptul că aceste enzime funcționează bine la pH-ul acid al acestui compartiment.

Chiar dacă membrana lizozomului s-ar rupe, eliberarea enzimelor nu ar avea prea multe efecte - datorită pH-ului neutru al citosolului.

Caracteristici

Compoziția internă a unui lizozom este dominată de enzime hidrolitice, motiv pentru care sunt o regiune importantă a metabolismului celular, unde are loc digestia proteinelor extracelulare care intră în celulă prin endocitoză, reciclarea organelelor și a proteinelor citosolice.

Mai jos vom explora în profunzime cele mai proeminente funcții ale lizozomilor: degradarea moleculelor prin autofagie și degradarea prin fagocitoză.

autophagy

Ce este autofagia?

Un mecanism care captează proteine ​​celulare este numit autofagie „self-eating”. Acest eveniment ajută la menținerea homeostazei celulare, degradând structurile celulare care nu mai sunt necesare și contribuie la reciclarea organelelor.

Prin acest fenomen apare formarea veziculelor numite autofagosomi. Acestea sunt regiuni mici ale citoplasmei sau ale altor compartimente celulare, care provin din reticulul endoplasmatic, care se contopesc cu lizozomii.

Ambele organele au capacitatea de a fuziona, deoarece sunt delimitate de o membrană plasmatică de natură lipidică. Este analog să încerci să asortezi două bule de săpun - creezi una mai mare.

După fuziune, conținutul enzimatic al lizozomului este responsabil de degradarea componentelor care se aflau în interiorul celeilalte vezicule formate. Captarea acestor molecule pare a fi un proces care nu are selectivitate, determinând degradarea proteinelor localizate în citosolul de lungă durată.

Autofagie și perioade de post

În celulă, evenimentul autofagian pare a fi reglat de cantitatea de nutrienți disponibili.

Când organismul prezintă o deficiență de nutrienți sau experimentează perioade îndelungate de post, căile de degradare sunt activate. În acest fel, celula reușește să degradeze proteine ​​care nu sunt esențiale și realizează reutilizarea anumitor organele.

Știind că lizozomii joacă un rol important în perioadele de post a crescut interesul cercetătorilor pentru acest organel.

Autofagia și dezvoltarea organismelor

Pe lângă participarea lor activă la perioade cu conținut nutritiv scăzut, lizozomii joacă un rol important în timpul dezvoltării anumitor linii de ființe organice.

În unele cazuri, dezvoltarea implică remodelarea totală a organismului, ceea ce implică faptul că anumite organe sau structuri trebuie eliminate în timpul procesului. În metamorfoza insectelor, de exemplu, conținutul hidrolitic al lizozomilor contribuie la remodelarea țesuturilor.

Endocitoză și fagocitoză

Endocitoza și fagocitoza au un rol în absorbția de elemente externe celulelor și degradarea ulterioară a acestora.

În timpul fagocitozei, anumite celule - cum ar fi macrofagele - sunt responsabile de ingerarea sau degradarea particulelor mari, cum ar fi bacteriile sau resturile celulare.

Aceste molecule sunt ingerate de un vacuol fagocitar, numit fagozom, care, ca în cazul precedent, se va contopi cu lizozomii. Fuziunea are ca rezultat eliberarea de enzime digestive din fagoom și particulele sunt degradate.

Tipuri de lizozomi

Unii autori disting acest compartiment în două tipuri principale: tip I și tip II. Cele de tip I sau lizozomi primari sunt implicați în stocarea enzimelor hidrolitice, în timp ce lizozomii secundari sunt legați de procesele de cataliză.

Formarea lizozomilor

Formarea lizozomilor începe cu absorbția moleculelor din exterior prin vezicule endocitice. Acestea din urmă fuzionează cu alte structuri numite endosomi timpurii.

Mai târziu, endosomii timpurii suferă un proces de maturizare, dând naștere la endosomi tardivi.

O a treia componentă apare în procesul de formare: veziculele de transport. Acestea conțin hidrolaze acide din rețeaua trans a aparatului Golgi. Ambele structuri - veziculele de transport și endosomii târzii - fuzionează și devin un lizozom, după dobândirea setului de enzime lizozomale.

În timpul procesului, reciclarea receptorilor de membrană are loc prin reciclarea endosomilor.

Hidrolazele acide sunt separate de receptorul fosfat manno-6 în timpul procesului de fuziune a organelelor care dau naștere la lizozomi. Acești receptori intră din nou în rețeaua Golgi trans.

Diferențele dintre endosomi și lizozomi

Confuzia dintre termenii endosomi și lizozomi este frecventă. Primele sunt compartimentele celulare închise cu membrană - ca lizozomii. Cu toate acestea, distincția crucială între cele două organule este că lizozomii nu au receptori de manoză-6-fosfat.

Pe lângă aceste două entități biologice, există și alte tipuri de vezicule. Unul dintre ele sunt vacuole, al căror conținut este în principal apă.

Veziculele de transport, așa cum sugerează și numele lor, participă la mișcarea substanțelor către alte locații din celulă. Veziculele secretoare elimină deșeurile sau substanțele chimice (cum ar fi cele implicate în sinapsa neuronilor).

Boli asociate

La om, mutațiile genelor care codifică enzimele lizozomului sunt asociate cu peste 30 de boli congenitale. Aceste patologii sunt cuprinse de termenul „boli de depozitare lizozomale”.

Surprinzător, multe dintre aceste afecțiuni apar din deteriorarea unei singure enzime lizozomale.

La persoanele afectate, consecința existenței unei enzime non-funcționale în lizozomi este acumularea de deșeuri.

Cea mai frecventă modificare a depunerii lizozomale este cunoscută sub numele de boala Gaucher și este asociată cu o mutație a genei care codifică enzima responsabilă de glicolipide. Ca fapt curios, boala prezintă o frecvență destul de mare în rândul populației evreiești, afectând 1 din 2.500 de persoane.

Referințe

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Celula: o abordare moleculară. Presă ASM.
2. Holtzman, E. (2013). Lizozomi. Springer Media științifică și de afaceri.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Înțelegerea în evoluție a formării veziculelor COPI. Natura recenzii Biologie celulară moleculară, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologie și biologie celulară: o introducere în patologia E-Book. Științele sănătății Elsevier
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM și Griffiths, GM (2014). Biogeneza lizozomilor și organelelor asociate lizozomului. Perspectivele Cold Spring Harbor în biologie, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lisozomi: fuziune și funcție. Natura recenzii Biologie celulară moleculară, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Fuziunea lizozom-endozomului și biogeneza lizozomului. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.