ไลโซโซม: ลักษณะโครงสร้างหน้าที่และประเภท - ชีววิทยา

lysosomesมีเยื่อหุ้ม organelles เซลล์ที่อยู่ภายในเซลล์สัตว์ เป็นช่องที่มี pH เป็นกรดและอุดมไปด้วยเอนไซม์ย่อยอาหารที่สามารถย่อยสลายโมเลกุลทางชีวภาพได้ทุกชนิด: โปรตีนคาร์โบไฮเดรตและกรดนิวคลีอิก

นอกจากนี้ยังสามารถย่อยสลายวัสดุจากภายนอกเซลล์ ด้วยเหตุนี้ไลโซโซมจึงมีหน้าที่หลายอย่างในการเผาผลาญของเซลล์และเนื่องจากองค์ประกอบของมันอุดมไปด้วยเอนไซม์ไฮโดรไลติกจึงมักเรียกว่า "กระเพาะอาหาร" ของเซลล์

ไลโซโซมเกิดจากการรวมตัวของถุงที่โผล่ออกมาจากอุปกรณ์กอลจิ เซลล์รับรู้ลำดับบางอย่างที่ทำหน้าที่เป็น "แท็ก" บนเอนไซม์ไฮโดรไลติกและส่งไปยังไลโซโซมที่ก่อตัวขึ้น

แวคิวโอลเหล่านี้มีรูปร่างเป็นทรงกลมและขนาดแตกต่างกันไปมากซึ่งเป็นโครงสร้างของเซลล์ที่มีพลวัต

การค้นพบและมุมมองทางประวัติศาสตร์

Lysosomes ถูกค้นพบเมื่อ 50 ปีก่อนโดยนักวิจัย Christian de Duve ทีมของ De Duve กำลังทำการทดลองเกี่ยวกับเทคนิคการแยกส่วนใต้เซลล์เพื่อตรวจสอบตำแหน่งของเอนไซม์บางชนิด

โปรโตคอลการทดลองนี้อนุญาตให้ค้นพบออร์แกเนลล์เนื่องจากนักวิจัยสังเกตว่าการปล่อยเอนไซม์ไฮโดรไลติกเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มสารประกอบที่ทำลายเยื่อหุ้มเซลล์

ต่อจากนั้นการปรับปรุงเทคนิคอณูชีววิทยาและการมีอยู่ของอุปกรณ์ที่ดีขึ้นเช่นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถยืนยันการมีอยู่ของมันได้ ในความเป็นจริงอาจสรุปได้ว่าไลโซโซมครอบครอง 5% ของปริมาตรภายในเซลล์

ไม่นานหลังจากการค้นพบการปรากฏตัวของเอนไซม์ไฮโดรไลติกปรากฏอยู่ภายในทำให้ไลโซโซมกลายเป็นศูนย์ย่อยสลายชนิดหนึ่ง นอกจากนี้ไลโซโซมยังเกี่ยวข้องกับชีวิตของเอนโดไซติก

ในอดีตไลโซโซมถือเป็นจุดสิ้นสุดของเอนโดไซโทซิสซึ่งใช้สำหรับการย่อยสลายโมเลกุลเท่านั้น ปัจจุบันไลโซโซมเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นช่องเซลล์แบบไดนามิกซึ่งสามารถหลอมรวมกับออร์แกเนลล์เพิ่มเติมได้หลายชนิด

ลักษณะเฉพาะ

โปรตอนสูบผ่านเยื่อไลโซโซม ที่มา: Alejandro Porto

สัณฐานวิทยาของไลโซโซม

ไลโซโซมเป็นช่องเฉพาะของเซลล์สัตว์ที่มีเอนไซม์หลายชนิดที่สามารถย่อยโปรตีนและย่อยโมเลกุลบางชนิดได้

เป็นแวคิวโอลทรงกลมหนาแน่น ขนาดของโครงสร้างมีหลากหลายและขึ้นอยู่กับวัสดุที่จับมาก่อนหน้านี้

ไลโซโซมพร้อมกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและอุปกรณ์กอลจิเป็นส่วนหนึ่งของระบบเอนโดเมมเบรนของเซลล์ แม้ว่าโครงสร้างทั้งสามนี้จะเป็นเครือข่ายของเมมเบรน แต่ก็ไม่ต่อเนื่องซึ่งกันและกัน

ไลโซโซมประกอบด้วยเอนไซม์หลายชนิด

ลักษณะสำคัญของไลโซโซมคือแบตเตอรี่ของเอนไซม์ไฮโดรไลติกที่อยู่ภายใน มีเอนไซม์ประมาณ 50 ชนิดที่สามารถย่อยสลายสารชีวโมเลกุลได้หลากหลายชนิด

ซึ่งรวมถึงนิวคลีเอสโปรตีเอสและฟอสเฟต (ซึ่งกำจัดหมู่ฟอสเฟตออกจากโมโนนิวคลีโอไทด์ phospholipid และสารประกอบอื่น ๆ ) นอกจากนี้ยังมีเอนไซม์อื่น ๆ ที่รับผิดชอบในการย่อยสลายโพลีแซ็กคาไรด์และไขมัน

ตามเหตุผลแล้วเอนไซม์ย่อยอาหารเหล่านี้ต้องแยกออกจากส่วนที่เหลือของส่วนประกอบของเซลล์เพื่อหลีกเลี่ยงการย่อยสลายที่ไม่มีการควบคุม ดังนั้นเซลล์จึงสามารถ "เลือก" สารประกอบที่จะต้องถูกกำจัดได้เนื่องจากสามารถควบคุมองค์ประกอบที่เข้าสู่ไลโซโซมได้

สภาพแวดล้อมของไลโซโซมเป็นกรด

ภายในของไลโซโซมมีความเป็นกรด (ใกล้เคียงกับ 4.8) และเอนไซม์ที่มีอยู่จะทำงานได้ดีในสภาวะ pH นี้ ดังนั้นจึงเรียกว่ากรดไฮโดรเลส

ค่า pH ของกรดที่เป็นลักษณะเฉพาะของช่องเซลล์นี้จะได้รับการรักษาเนื่องจากมีปั๊มโปรตอนและช่องคลอไรด์ในเมมเบรน ร่วมกันลำเลียงกรดไฮโดรคลอริก (HCl) เข้าสู่ไลโซโซม ปั๊มตั้งอยู่ในเมมเบรนของออร์แกเนลล์

หน้าที่ของ pH ที่เป็นกรดนี้คือการกระตุ้นเอนไซม์ไฮโดรไลติกต่างๆที่มีอยู่ในไลโซโซมและหลีกเลี่ยงการทำงานของเอนไซม์ที่ pH เป็นกลางของไซโทซอลให้มากที่สุด

ด้วยวิธีนี้เรามีอุปสรรคสองประการที่ทำหน้าที่ป้องกันการไฮโดรไลซิสที่ไม่มีการควบคุม: การรักษาเอนไซม์ไว้ในช่องแยกและเอนไซม์เหล่านี้ทำงานได้ดีที่ pH ที่เป็นกรดของช่องนี้

แม้ว่าเมมเบรนไลโซโซมจะแตกออก แต่การปลดปล่อยเอนไซม์จะไม่มีผลมากนักเนื่องจากค่า pH เป็นกลางของไซโตซอล

คุณสมบัติ

องค์ประกอบภายในของไลโซโซมถูกครอบงำโดยเอนไซม์ไฮโดรไลติกซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการเผาผลาญของเซลล์ที่มีการย่อยโปรตีนนอกเซลล์ที่เข้าสู่เซลล์โดยเอนโดไซโทซิสการรีไซเคิลออร์แกเนลล์และโปรตีนไซโตโซลิกเกิดขึ้น

ด้านล่างนี้เราจะสำรวจในเชิงลึกเกี่ยวกับหน้าที่ที่โดดเด่นที่สุดของไลโซโซม: การย่อยสลายโมเลกุลโดยการสลายตัวอัตโนมัติและการย่อยสลายโดยฟาโกไซโทซิส

autophagy

autophagy คืออะไร?

กลไกหนึ่งที่จับโปรตีนในเซลล์เรียกว่า autophagy "กินเอง" เหตุการณ์นี้ช่วยรักษาสภาวะสมดุลของเซลล์โครงสร้างของเซลล์ที่ย่อยสลายซึ่งไม่จำเป็นอีกต่อไปและมีส่วนช่วยในการรีไซเคิลออร์แกเนลล์

จากปรากฏการณ์นี้การก่อตัวของถุงที่เรียกว่าออโตฟาโกโซมเกิดขึ้น เหล่านี้เป็นบริเวณเล็ก ๆ ของไซโทพลาสซึมหรือช่องเซลล์อื่น ๆ ที่มาจากเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกที่หลอมรวมกับไลโซโซม

ออร์แกเนลล์ทั้งสองมีความสามารถในการหลอมรวมเนื่องจากถูกคั่นด้วยเมมเบรนในพลาสมาที่มีลักษณะเป็นไขมัน คล้ายกับการพยายามจับคู่ฟองสบู่สองฟองเข้าด้วยกันคุณกำลังทำให้ฟองใหญ่ขึ้น

หลังจากการหลอมรวมแล้วปริมาณเอนไซม์ของไลโซโซมจะทำหน้าที่ย่อยสลายส่วนประกอบที่อยู่ภายในถุงอื่น ๆ ที่เกิดขึ้น การจับตัวของโมเลกุลเหล่านี้ดูเหมือนจะเป็นกระบวนการที่ขาดการคัดเลือกทำให้เกิดการย่อยสลายของโปรตีนที่อยู่ในไซโตซอลที่มีอายุยาวนาน

Autophagy และช่วงอดอาหาร

ในเซลล์เหตุการณ์ autophagy ดูเหมือนจะถูกควบคุมโดยปริมาณของสารอาหารที่มีอยู่

เมื่อร่างกายขาดสารอาหารหรืออดอาหารเป็นเวลานานวิถีการย่อยสลายจะทำงาน ด้วยวิธีนี้เซลล์สามารถย่อยสลายโปรตีนที่ไม่จำเป็นและสามารถนำออร์แกเนลล์บางชนิดกลับมาใช้ใหม่ได้

การรู้ว่าไลโซโซมมีบทบาทสำคัญในช่วงอดอาหารทำให้นักวิจัยสนใจออร์แกเนลล์นี้เพิ่มขึ้น

autophagy และการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต

นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในช่วงที่มีสารอาหารต่ำแล้วไลโซโซมยังมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาสายพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตอินทรีย์

ในบางกรณีการพัฒนาเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของร่างกายซึ่งหมายความว่าอวัยวะหรือโครงสร้างบางอย่างต้องถูกกำจัดในระหว่างกระบวนการ ในการเปลี่ยนแปลงของแมลงตัวอย่างเช่นปริมาณไฮโดรไลติกของไลโซโซมมีส่วนช่วยในการเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อ

endocytosis และ phagocytosis

endocytosis และ phagocytosis มีบทบาทในการดูดซึมองค์ประกอบภายนอกเซลล์และการย่อยสลายในภายหลัง

ในระหว่าง phagocytosis เซลล์บางชนิดเช่นแมคโครฟาจมีหน้าที่ในการกินหรือย่อยสลายอนุภาคขนาดใหญ่เช่นแบคทีเรียหรือเศษเซลล์

โมเลกุลเหล่านี้ถูกกลืนกินโดย phagocytic vacuole เรียกว่า phagosome ซึ่งในกรณีก่อนหน้านี้จะหลอมรวมกับไลโซโซม การหลอมรวมส่งผลให้เอนไซม์ย่อยอาหารภายใน phagosome ปล่อยออกมาและอนุภาคจะถูกย่อยสลาย

ประเภทของไลโซโซม

ผู้เขียนบางคนแยกความแตกต่างของช่องนี้ออกเป็นสองประเภทหลัก: ประเภท I และประเภท II ไลโซโซมประเภทที่ 1 หรือไลโซโซมหลักมีส่วนเกี่ยวข้องในการจัดเก็บเอนไซม์ไฮโดรไลติกในขณะที่ไลโซโซมทุติยภูมิเกี่ยวข้องกับกระบวนการเร่งปฏิกิริยา

การก่อตัวของไลโซโซม

การก่อตัวของไลโซโซมเริ่มต้นด้วยการดูดซึมโมเลกุลจากภายนอกผ่านถุงเอนโดไซติก ฟิวส์หลังกับโครงสร้างอื่นที่เรียกว่าเอนโดโซมตอนต้น

ต่อมาเอนโดโซมในช่วงต้นจะผ่านกระบวนการเจริญเติบโตทำให้เกิดเอนโดโซมส่วนปลาย

ส่วนประกอบที่สามปรากฏในกระบวนการก่อตัว: ถุงลำเลียง สิ่งเหล่านี้มีกรดไฮโดรเลสจากเครือข่ายทรานส์ของอุปกรณ์ Golgi โครงสร้างทั้งสอง - ถุงลำเลียงและเอนโดโซมตอนปลาย - หลอมรวมและกลายเป็นไลโซโซมหลังจากได้รับชุดของเอนไซม์ไลโซโซม

ในระหว่างกระบวนการรีไซเคิลตัวรับเมมเบรนเกิดขึ้นโดยการรีไซเคิลเอนโดโซม

กรดไฮโดรเลสจะถูกแยกออกจากตัวรับฟอสเฟตของแมนโนส -6 ระหว่างกระบวนการหลอมรวมของออร์แกเนลล์ที่ก่อให้เกิดไลโซโซม ตัวรับเหล่านี้เข้าสู่เครือข่าย Golgi trans อีกครั้ง

ความแตกต่างระหว่างเอนโดโซมและไลโซโซม

ความสับสนระหว่างคำว่าเอนโดโซมและไลโซโซมเป็นเรื่องปกติ เดิมเป็นช่องเซลล์ที่ปิดล้อมด้วยเมมเบรน - เหมือนไลโซโซม อย่างไรก็ตามความแตกต่างที่สำคัญระหว่างออร์แกเนลล์ทั้งสองคือไลโซโซมขาดตัวรับแมนโนส - 6 - ฟอสเฟต

นอกจากหน่วยงานทางชีวภาพทั้งสองนี้แล้วยังมีถุงชนิดอื่น ๆ หนึ่งในนั้นคือแวคิวโอลซึ่งมีน้ำเป็นหลัก

ถุงขนส่งตามชื่อมีส่วนร่วมในการเคลื่อนย้ายสารไปยังตำแหน่งอื่น ๆ ในเซลล์ ถุงน้ำคัดหลั่งกำจัดวัสดุหรือสารเคมีที่เป็นของเสียออกไปในส่วนของมัน (เช่นที่เกี่ยวข้องกับไซแนปส์ของเซลล์ประสาท)

โรคที่เกี่ยวข้อง

ในมนุษย์การกลายพันธุ์ของยีนที่เป็นรหัสของเอนไซม์ไลโซโซมเกี่ยวข้องกับโรคประจำตัวมากกว่า 30 โรค พยาธิสภาพเหล่านี้ครอบคลุมด้วยคำว่า "โรคที่เก็บไลโซโซม"

น่าแปลกที่หลายสภาวะเหล่านี้เกิดจากความเสียหายต่อเอนไซม์ไลโซโซมเพียงตัวเดียว

ในบุคคลที่ได้รับผลกระทบผลของการมีเอนไซม์ที่ไม่ทำงานภายในไลโซโซมคือการสะสมของเสีย

การเปลี่ยนแปลงการสะสมของไลโซโซมที่พบบ่อยที่สุดเรียกว่าโรค Gaucher และเกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของยีนที่เป็นรหัสของเอนไซม์ที่รับผิดชอบต่อไกลโคลิปิด ตามข้อเท็จจริงที่น่าสงสัยโรคนี้แสดงให้เห็นถึงความถี่ที่ค่อนข้างสูงในหมู่ประชากรชาวยิวซึ่งส่งผลกระทบต่อ 1 ในทุกๆ 2,500 คน

อ้างอิง

Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000) เซลล์: วิธีการทางโมเลกุล ASM กด
Holtzman, E. (2013). lysosomes Springer Science & Business Media
Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). ความเข้าใจที่พัฒนาขึ้นเกี่ยวกับการสร้างถุง COPI ธรรมชาติทบทวนอณูชีววิทยาของเซลล์, 10 (5), 360.
Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histology and Cell Biology: บทนำสู่ E-Book พยาธิวิทยา วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
Luzio, JP, Hackmann, Y. , Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014) การกำเนิดทางชีวภาพของไลโซโซมและออร์แกเนลล์ที่เกี่ยวข้องกับไลโซโซม มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 6 (9), a016840
Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007) ไลโซโซม: ฟิวชั่นและฟังก์ชัน ธรรมชาติทบทวนอณูชีววิทยาของเซลล์, 8 (8), 622.
Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000) Lysosome-endosome fusion และ lysosome biogenesis J Cell วิทย์, 113 (9), 1515-1524

ไลโซโซม: ลักษณะโครงสร้างหน้าที่และประเภท - ชีววิทยา - 2026