Lysosome: đặc điểm, cấu trúc, chức năng và loại

Lysosome là các bào quan tế bào được bao quanh bởi các màng nằm bên trong tế bào động vật. Chúng là những ngăn chứa pH axit và rất giàu enzyme tiêu hóa, có khả năng làm suy giảm bất kỳ loại phân tử sinh học nào: protein, carbohydrate và axit nucleic.

Ngoài ra, chúng có thể làm suy giảm vật chất từ ​​bên ngoài tế bào. Do đó, lysosome có nhiều chức năng trong chuyển hóa tế bào và nhờ thành phần giàu enzyme thủy phân, thường được gọi là "dạ dày" của tế bào.

Lysosome được hình thành do sự hợp nhất của các túi xuất hiện từ bộ máy Golgi. Tế bào nhận ra các trình tự nhất định có chức năng như "nhãn" trên các enzyme thủy phân và gửi chúng đến các lysosome đang hình thành.

Các không bào này có hình dạng hình cầu và kích thước của chúng thay đổi đáng kể, là một cấu trúc tế bào khá năng động.

Khám phá và quan điểm lịch sử

Lysosome được phát hiện hơn 50 năm trước bởi nhà nghiên cứu Christian de Duve. Nhóm của De Duve đã tiến hành các thí nghiệm liên quan đến kỹ thuật phân đoạn dưới tế bào, để nghiên cứu vị trí của một số enzyme.

Giao thức thử nghiệm này cho phép phát hiện ra các bào quan, vì các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng sự giải phóng các enzyme thủy phân tăng lên khi họ thêm các hợp chất làm hỏng màng.

Sau đó, sự cải tiến của các kỹ thuật trong sinh học phân tử và sự tồn tại của thiết bị tốt hơn - như kính hiển vi điện tử - đã tìm cách chứng thực sự hiện diện của chúng. Trên thực tế, có thể kết luận rằng lysosome chiếm 5% thể tích nội bào.

Thời gian sau khi phát hiện ra, người ta đã có thể chứng minh sự hiện diện của các enzyme thủy phân bên trong, biến lysosome thành một loại trung tâm thoái hóa. Ngoài ra, lysosome có liên quan đến cuộc sống nội tiết.

Trong lịch sử, lysosome được coi là điểm cuối của endocytosis, chỉ được sử dụng cho sự thoái hóa của các phân tử. Ngày nay, người ta đã biết rằng lysosome là các ngăn di động năng động, có khả năng hợp nhất với nhiều loại bào quan bổ sung.

Các tính năng

Hình thái của lysosome

Lysosome là các ngăn duy nhất của các tế bào động vật chứa nhiều loại enzyme có khả năng thủy phân protein và tiêu hóa một số phân tử.

Chúng là không bào của các dạng hình cầu và dày đặc. Kích thước của cấu trúc rất đa dạng, và phụ thuộc vào vật liệu đã được chụp trước đó.

Các lysosome, cùng với mạng lưới nội chất và bộ máy Golgi, là một phần của hệ thống endomembrane của tế bào. Mặc dù ba cấu trúc này là các mạng màng, nhưng chúng không liên tục với nhau.

Lysosome chứa nhiều enzyme

Đặc tính chính của lysosome là pin của các enzyme thủy phân bên trong. Có khoảng 50 enzyme có khả năng làm suy giảm một loạt các phân tử sinh học.

Trong số này có các nuclease, protease và phosphatase (loại bỏ các nhóm phosphate của mononucleotide, phospholipids và các hợp chất khác). Ngoài ra, chúng có chứa các enzyme khác chịu trách nhiệm cho sự phân hủy của polysacarit và lipid.

Theo logic, các enzyme tiêu hóa này phải được tách biệt về mặt không gian với phần còn lại của các thành phần tế bào để tránh sự suy thoái không kiểm soát được chúng. Do đó, tế bào có thể "chọn" các hợp chất phải được loại bỏ, vì nó có thể điều chỉnh các yếu tố xâm nhập vào lysosome.

Môi trường của lysosome là axit

Phần bên trong của lysosome có tính axit (gần 4, 8) và các enzyme mà nó chứa hoạt động tốt ở điều kiện pH này. Do đó, chúng được gọi là hydrolase axit.

Đặc tính pH axit của khoang tế bào này được duy trì nhờ sự hiện diện của bơm proton và kênh clorua trong màng. Cùng nhau, chúng vận chuyển axit clohydric (HCl) vào lysosome. Máy bơm được đặt neo trong màng của cơ quan.

Chức năng của pH axit này là kích hoạt các enzyme thủy phân khác nhau có trong lysosome và để tránh - càng nhiều càng tốt - hoạt động enzyme của nó ở pH trung tính của cytosol.

Theo cách này, chúng ta đã có hai rào cản hoạt động như bảo vệ khỏi sự thủy phân không kiểm soát: giữ các enzyme trong một ngăn cách ly và các enzyme này hoạt động tốt ở pH axit của ngăn này.

Mặc dù màng lysosome bị phá vỡ, việc giải phóng các enzyme sẽ không có nhiều tác dụng - do độ pH trung tính của cytosol.

Chức năng

Thành phần bên trong của một lysosome bị chi phối bởi các enzyme thủy phân, đó là lý do tại sao chúng là một khu vực quan trọng của sự trao đổi chất tế bào, nơi quá trình tiêu hóa protein ngoại bào xâm nhập vào tế bào được thực hiện bằng cách nội tiết, tái chế các bào quan và protein tế bào.

Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu về các chức năng quan trọng nhất của lysosome: sự thoái hóa của các phân tử do quá trình tự thực hiện và sự thoái hóa của thực bào.

Tự động

Tự kỷ là gì?

Một cơ chế quản lý để thu nhận protein của tế bào được gọi là autophagy "tự ăn". Sự kiện này giúp duy trì cân bằng nội môi tế bào, làm suy giảm cấu trúc tế bào không còn cần thiết và góp phần tái chế các bào quan.

Thông qua hiện tượng này, sự hình thành các túi gọi là autophagosome xảy ra. Đây là những vùng nhỏ của tế bào chất hoặc các khoang tế bào khác, từ mạng lưới nội chất kết hợp với lysosome.

Cả hai bào quan đều có khả năng hợp nhất, vì chúng được phân định bởi màng plasma có bản chất lipid. Nó tương tự như cố gắng tham gia hai bong bóng xà phòng - bạn đang tạo thành một bong bóng lớn hơn.

Sau khi hợp nhất, hàm lượng enzyme của lysosome chịu trách nhiệm làm suy giảm các thành phần bên trong các túi khác được hình thành. Việc bắt giữ các phân tử này dường như là một quá trình thiếu chọn lọc, gây ra sự thoái hóa của protein nằm trong cytosol tồn tại lâu dài.

Autophagy và thời gian nhịn ăn

Trong tế bào, sự kiện autophagy dường như được quy định bởi lượng chất dinh dưỡng có sẵn.

Khi sinh vật gặp phải một số thiếu hụt chất dinh dưỡng hoặc trải qua thời gian nhịn ăn kéo dài, các con đường thoái hóa được kích hoạt. Theo cách này, tế bào làm suy giảm các protein không cần thiết và đạt được sự tái sử dụng của một số bào quan.

Biết rằng lysosome đóng một vai trò quan trọng trong thời gian nhịn ăn, đã làm tăng sự quan tâm của các nhà nghiên cứu về organelle.

Autophagy và sự phát triển của các sinh vật

Ngoài việc tham gia tích cực vào các thời kỳ có hàm lượng dinh dưỡng thấp, lysosome đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển các dòng dõi nhất định của sinh vật hữu cơ.

Trong một số trường hợp, sự phát triển ngụ ý tổng thể tu sửa của sinh vật, ngụ ý rằng các cơ quan hoặc cấu trúc nhất định phải được loại bỏ trong quá trình. Trong sự biến chất của côn trùng, ví dụ, hàm lượng thủy phân của lysosome góp phần vào việc tu sửa các mô.

Endocytosis và phagocytosis

Endocytosis và phagocytosis có vai trò lấy các yếu tố bên ngoài tế bào và sự thoái hóa sau đó của chúng.

Trong quá trình thực bào, một số tế bào - như đại thực bào - chịu trách nhiệm ăn hoặc làm biến chất các hạt có kích thước đáng kể, chẳng hạn như vi khuẩn hoặc mảnh vụn tế bào.

Các phân tử này được ăn bởi một không bào thực bào, được gọi là phagosome, như trong trường hợp trước, sẽ hợp nhất với lysosome. Sự hợp nhất làm phát sinh các enzyme tiêu hóa bên trong phagosome và sự thoái hóa của các hạt tiến hành.

Các loại lysosome

Một số tác giả phân biệt ngăn này theo hai loại chính: loại I và loại II. Các lysosome loại I hoặc sơ cấp có liên quan đến việc lưu trữ các enzyme thủy phân, trong khi các lysosome thứ cấp có liên quan đến các quá trình xúc tác.

Sự hình thành của lysosome

Sự hình thành của lysosome bắt đầu với sự hấp thu của các phân tử từ bên ngoài bởi các túi nội tiết. Loại thứ hai được hợp nhất với các cấu trúc khác gọi là endosome sớm.

Sau đó, các endosome sớm trải qua quá trình trưởng thành và tạo ra các endosome muộn.

Một thành phần thứ ba xuất hiện trong quá trình hình thành: các túi vận chuyển. Chúng chứa các hydrolase axit từ mạng lưới trans của bộ máy Golgi. Cả hai cấu trúc - các túi vận chuyển và các endosome muộn - hợp nhất và biến đổi thành một lysosome, sau khi có được bộ enzyme lysosomal.

Trong quá trình, tái chế các thụ thể màng xảy ra thông qua tái chế endosome.

Các hydrolase axit được tách ra khỏi thụ thể mannose-6 phosphate trong quá trình tan chảy của các bào quan làm phát sinh lysosome. Những thụ thể này vào mạng trans của Golgi một lần nữa.

Sự khác biệt giữa endosome và lysosome

Nhầm lẫn là phổ biến giữa các thuật ngữ endosome và lysosome. Đầu tiên là các ngăn di động được bao quanh bởi màng - giống như lysosome. Tuy nhiên, sự khác biệt quan trọng giữa hai bào quan là lysosome thiếu thụ thể mannose-6-phosphate.

Ngoài hai thực thể sinh học này, còn có các loại mụn nước khác. Một trong số đó là không bào, có hàm lượng chủ yếu là nước.

Các túi vận chuyển, như tên gọi của nó, tham gia vào sự dịch chuyển của các chất đến các vị trí khác trong tế bào. Mặt khác, các túi mật tiết ra, loại bỏ các chất thải hoặc hóa chất (như các chất tham gia vào các khớp thần kinh của các tế bào thần kinh.)

Bệnh liên quan

Ở người, đột biến gen mã hóa enzyme lysosome có liên quan đến hơn 30 bệnh bẩm sinh. Những bệnh lý này được bao gồm trong thuật ngữ "bệnh lysosomal tiền gửi."

Đáng ngạc nhiên, nhiều trong số các điều kiện này phát sinh từ sự phá hủy một enzyme lysosomal duy nhất.

Ở những người bị ảnh hưởng, hậu quả của việc có một enzyme không có chức năng bên trong lysosome là sự tích tụ của các chất thải.

Sự thay đổi tiền gửi lysosomal phổ biến nhất được gọi là bệnh Gaucher, và có liên quan đến một đột biến trong gen mã hóa enzyme chịu trách nhiệm cho glycolipids. Như một sự thật tò mò, căn bệnh này cho thấy tần suất khá cao trong dân số Do Thái, bị ảnh hưởng đến 1 trên 2.500 cá nhân.