ליזוזומים: מאפיינים, מבנה, פונקציות וסוגים - ביולוגיה - 2025

Lysosomes הם ממברנות התאים אברונים נמצאים בתוך התאים מן החי. מדובר בתאים בעלי רמת pH חומצית והם עשירים באנזימי עיכול, המסוגלים להשפיל כל סוג של מולקולה ביולוגית: חלבונים, פחמימות וחומצות גרעין.

בנוסף, הם יכולים להשפיל חומר מחוץ לתא. מסיבה זו, לליזוזומים יש פונקציות מרובות במטבוליזם התאית ובזכות הרכבם העשיר באנזימים הידרוליטיים הם מכונים לעתים קרובות "הבטן" של התא.

ליזוזומים נוצרים על ידי מיזוג של שלפוחית ​​היוצאת ממנגנון גולגי. התא מזהה רצפים מסוימים שמתפקדים כ"תגיות "על אנזימים הידרוליטיים ושולח אותם לליזוזומים היוצרים.

שקעים אלו בעלי צורה כדורית וגודלם משתנה במידה ניכרת, בהיותם מבנה תאים דינאמי.

גילוי ונקודת מבט היסטורית

ליזוזומים התגלו לפני יותר מחמישים שנה על ידי החוקר כריסטיאן דה דובה. צוותו של דה דוב ביצע ניסויים שכללו טכניקת הפירוק התת-תאי, במטרה לחקור את מיקומם של אנזימים מסוימים.

פרוטוקול ניסוי זה אפשר את גילוי האברונים, מכיוון שהחוקרים הבחינו כי שחרורם של אנזימים הידרוליטיים גדל ככל שהוסיפו תרכובות שהידרדרו את הממברנות.

בהמשך, השיפור של טכניקות הביולוגיה המולקולרית וקיום ציוד טוב יותר - כמו מיקרוסקופים אלקטרונים, הצליח לאשש את נוכחותה. למעשה ניתן היה להסיק כי הליזוזומים תופסים 5% מהנפח התוך תאי.

זמן מה לאחר גילויו הוכחה נוכחותם של אנזימים הידרוליטיים בפנים, והפכה את הליזוזום למעין מרכז השפלה. יתר על כן, ליזוזומים היו קשורים לחיים אנדוציטיים.

מבחינה היסטורית, ליזוזומים נחשבו לנקודת הסיום של אנדוציטוזיס, המשמשים רק להשפלת מולקולות. כיום ידועים כי הליזוזומים הם תאים תאיים דינמיים, המסוגלים להתמזג עם מגוון אברונים נוספים.

מאפיינים

שאיבת פרוטון דרך קרום הליזוזום. מקור: אלחנדרו פורטו

מורפולוגיה של ליזוזומים

ליזוזומים הם תאים ייחודיים של תאים מן החי המאכלסים מגוון אנזימים המסוגלים להידרזל חלבונים ולעכל מולקולות מסוימות.

הם שקעים צפופים וכדוריים. גודל המבנה מגוון נרחב, ותלוי בחומר שנלכד קודם.

ליזוזומים, יחד עם הרטיקולום האנדופלמזי ומנגנון גולגי, הם חלק ממערכת האנדוממברנה של התא. למרות שלושת המבנים הללו הם רשתות של ממברנות, הם אינם רציפים זה עם זה.

ליזוזומים מכילים אנזימים מרובים

המאפיין העיקרי של הליזוזומים הוא סוללת האנזימים ההידרוליטיים בתוכם. ישנם כ 50 אנזימים המסוגלים להשפיל מגוון רחב של ביומולקולות.

אלה כוללים גרעינים, פרוטאזות ופוספטאזים (המסירים קבוצות פוספטים מ מונונוקלאוטידים פוספוליפידים ותרכובות אחרות). בנוסף, הם מכילים אנזימים אחרים האחראים על השפלה של פוליסכרידים וליפידים.

מבחינה הגיונית, אנזימי העיכול הללו חייבים להיות מופרדים במרחב משאר המרכיבים הסלולריים כדי להימנע מהשפלה בלתי מבוקרת שלהם. לפיכך, התא יכול "לבחור" את התרכובות שיש לחסל, שכן הוא יכול לווסת את היסודות שנכנסים לליזוזום.

סביבת הליזוזומים היא חומצית

פנים הליזוזומים הוא חומצי (קרוב ל -4.8), והאנזימים שהוא מכיל עובדים היטב במצב pH זה. לפיכך, הם ידועים כידרולאז חומצה.

PH החומציות האופייני לתא תא זה נשמר הודות לנוכחות משאבת פרוטון ותעלת כלוריד בקרום. יחד הם מעבירים חומצה הידרוכלורית (HCl) לליזוזום. המשאבה ממוקמת מעוגנת בקרום האיבר.

תפקידו של pH חומצי זה הוא להפעיל את האנזימים ההידרוליטיים השונים הנמצאים בליזוזום ולהימנע - ככל האפשר - מפעילותם האנזימטית ב pH הנייטרלי של הציטוזול.

בדרך זו יש לנו כבר שני חסמים הפועלים כהגנה מפני הידרוליזה בלתי מבוקרת: שמירה על האנזימים בתא מבודד, וכי אנזימים אלו עובדים היטב ב pH החומצי של תא זה.

גם אם קרום הליזוזום היה קורע, לשחרור האנזימים לא הייתה השפעה רבה - בגלל ה- pH הנייטרלי של הציטוזול.

מאפיינים

ההרכב הפנימי של ליזוזום נשלט על ידי אנזימים הידרוליטיים, וזו הסיבה שהם אזור חשוב במטבוליזם התאי בו מתרחשת עיכול של חלבונים חוץ תאיים הנכנסים לתא על ידי אנדוציטוזה, מיחזור של אברונים וחלבונים ציטוזוליים.

להלן נחקור לעומק את הפונקציות הבולטות ביותר של הליזוזומים: השפלה של מולקולות על ידי אוטופאגיה והשפלה על ידי פגוציטוזיס.

אוטופיה

מהי אוטופאגיה?

מנגנון אחד שלוכד חלבונים תאיים נקרא אוטופאגיה "אוכלת עצמית". אירוע זה מסייע בשמירה על הומאוסטזיס של התאים, מבני תאים משפילים שכבר אינם נחוצים ותורם למחזור האברונים.

באמצעות תופעה זו מתרחשת היווצרות שלפוחיות הנקראות אוטופגוזומים. אלה אזורים קטנים בציטופלזמה או בתאים סלולריים אחרים, המגיעים מהתכנית האנדופלסמית, המתמזגים עם הליזוזומים.

לשני האברונים יש יכולת להתמזג, מכיוון שהם מתוחמים על ידי קרום פלזמה בעל אופי שומני. זה מקביל לנסות להתאים שתי בועות סבון זו לזו - אתה עושה אחת גדולה יותר.

לאחר ההיתוך, התוכן האנזימטי של הליזוזום אחראי על השפלת המרכיבים שהיו בתוך שלפוחית ​​אחרת שנוצרה. לכידת מולקולות אלה, ככל הנראה, היא תהליך חסר סלקטיביות, הגורם לשפלת חלבונים שנמצאים בציטוזול ארוכת השנים.

אוטופאגיה ותקופות של צום

בתא נראה כי אירוע האוטופגיה מוסדר על ידי כמות החומרים המזינים הזמינים.

כאשר הגוף חווה מחסור בחומרים מזינים או חווה תקופות מתמשכות של צום, מסלולי ההשפלה מופעלים. באופן זה התא מצליח להשפיל חלבונים שאינם חיוניים ומשיג שימוש חוזר באורגנלים מסוימים.

הידיעה שלליזוזומים ממלאים תפקיד חשוב בתקופות של צום, הגבירה את העניין של החוקרים באורגנל זה.

אוטופאגיה והתפתחות אורגניזמים

בנוסף להשתתפותם הפעילה בתקופות עם תוכן תזונתי נמוך, ליזוזומים ממלאים תפקיד חשוב במהלך התפתחות שושלות מסוימות של יצורים אורגניים.

במקרים מסוימים ההתפתחות כוללת שיפוץ מוחלט של הגוף, שמשמעותו שיש לחסל איברים או מבנים מסוימים במהלך התהליך. במטמורפוזה של חרקים, למשל, התוכן ההידרוליטי של הליזוזומים תורם לעיצוב מחדש של רקמות.

אנדוציטוזיס ופגוציטוזיס

לאנדוציטוזיס ולפגוציטוזיס יש תפקיד בספיגת האלמנטים החיצוניים לתאים והשפלתם לאחר מכן.

במהלך הפגוציטוזיס, תאים מסוימים - כמו מקרופאגים - אחראים על בליעת חלקיקים גדולים או משפילם, כמו חיידקים או פסולת תאים.

מולקולות אלה נבלעות על ידי שואב פגוציטים, המכונה פגוזום, שכמו במקרה הקודם יתמזג עם הליזוזומים. היתוך מביא לשחרור של אנזימי עיכול בתוך הפגוזום והחלקיקים מושברים.

סוגי ליזוזומים

ישנם מחברים המבדילים תא זה לשני סוגים עיקריים: סוג I וסוג II. אלו מסוג הליזוזומים הראשונים מסוג I או מעורבים באחסון אנזימים הידרוליטיים ואילו ליזוזומים משניים קשורים לתהליכי קטליזה.

היווצרות ליזוזומים

היווצרות ליזוזומים מתחילה בספיגת מולקולות מבחוץ דרך שלפוחיות אנדוציטיות. האחרון מתמזג עם מבנים אחרים הנקראים אנדוזומים מוקדמים.

בהמשך, האנדוזומים המוקדמים עוברים תהליך התבגרות, מה שמביא לאנדוזומים מאוחרים.

מרכיב שלישי מופיע בתהליך היווצרות: שלפוחית ​​התחבורה. אלה מכילים את הידרולאזות חומצות מרשת הטרנס של מכשיר הגולגי. שני המבנים - שינוע שלפוחית ​​ואנדוזומים מאוחרים - מתמזגים והופכים לליזוזום, לאחר שרכשו את מערכת האנזימים הליזוזומליים.

במהלך התהליך מיחזור קולטני הממברנה מתרחש באמצעות מיחזור אנדוזומים.

הידרולאזות חומצה מופרדות מקולטן הפוספט למנוז -6 בתהליך ההיתוך של האברונים המולידים ליזוזומים. קולטנים אלה נכנסים שוב לרשת הטרנס גולגי.

הבדלים בין אנדוזומים לליזוזומים

בלבול בין המונחים אנדוזומים ליזוזום נפוץ. הראשונים הם תאי תא סגורים בקרום - כמו ליזוזומים. עם זאת, ההבחנה המכריעה בין שני האברונים היא שלליזוזומים חסרים קולטנים למנוז-6-פוספט.

בנוסף לשתי ישויות ביולוגיות אלה, ישנם סוגים אחרים של שלפוחית. אחד מהם הוא שואבים, שתוכנם בעיקר מים.

שלפוחיות הובלה, כשמם משתמע, משתתפות בתנועת החומרים למקומות אחרים בתא. שלפוחיות הפרשה מצידם מסלקות חומרי פסולת או כימיקלים (כמו אלה המעורבים בסינפסה של תאי עצב.)

מחלות קשורות

אצל בני אדם, מוטציות בגנים המקודדות לאנזימים של ליזוזום קשורות ליותר מ 30 מחלות מולדות. פתולוגיות אלה מקיפות את המונח "מחלות אגירה ליזוזומלית".

באופן מפתיע, רבים ממצבים אלה נובעים מפגיעה באנזים ליזוזומלי יחיד.

אצל אנשים מושפעים, התוצאה של הימצאות אנזים לא פונקציונלי בתוך הליזוזומים היא הצטברות של פסולת.

שינוי התצהיר הליזוזומאלי הנפוץ ביותר ידוע בשם מחלת גושה, והוא קשור למוטציה בגן המקודדת לאנזים האחראי על הגליקוליפידים. כעובדה מוזרה, המחלה מראה שכיחות גבוהה למדי בקרב האוכלוסייה היהודית, והיא פוגעת ב -1 מכל 2,500 פרטים.

הפניות

1. קופר, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). התא: גישה מולקולרית. עיתונות ASM.
2. הולצמן, א '(2013). ליזוזומים. ספרינגר מדע ומדיה עסקית.
3. Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). ההבנה המתפתחת של היווצרות שלפוחית ​​COPI. הטבע סוקר ביולוגיה של תאים מולקולריים, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). היסטולוגיה וביולוגיה של התא: מבוא לספר אלקטרוני של פתולוגיה. מדעי הבריאות Elsevier.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). הביוגנזה של ליזוזומים ואורגנלים הקשורים ליזוזום. פרספקטיבות של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, 6 (9), a016840.
6. לוזיו, ג'יי.פי, פריור, יח"צ, וברייט, NA (2007). ליזוזומים: היתוך ותפקוד. הטבע סוקר ביולוגיה של תאים מולקולריים, 8 (8), 622.
7. לוזיו, ג'יי.פי, רוס, BA, ברייט, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). היתוך ליזוזום-אנדוזום וביוגנזה של ליזוזום. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.