Lizosomy
Enzymy lizosomowe syntetyzowane są na szorstkiej siateczce śródplazmatycznej, następnie przechodzą do Aparatu Golgiego skąd z bieguna trans AG jako pęcherzyki okryte klatryną przechodzą do przedziału endosomowego.
Enzymy lizosomowe przebywają na terenie siateczki aż do momentu ukończenia glikozylacji i uzyskania właścej konformacji (pofałdowania).
W części cis AG fosfotransferaza NAcGlu fosforyluje mannozy w łańcuchu glikozydowym białka, w pozycji 6 mannozy. Fosforylacja ta dotyczy tylko enzymów lizosomowych.W części trans znajduje się fosfoglukozydaza która odczepia NacGlu od fosforanu. Ugrupowanie mannozo-6-fosforanowe stanowimarker enzymów lizosomowych.
Enzym posiadający marker fosforanowy przepływa przez AG w stronę trans, gdzie rozpoznawany jest przez receptor błonowy, dochodzi do powstania pęcherzyka okrytego klatryną. Pęcherzyk przepływa do przedziału endosomowego, gdzie z powodu niskiego pH enzym odczepia się od receptora, a receptor w pęcherzyku nieokrytym wraca do TGN.
Pęcherzyki hydrolazowe są krótkotrwałe.Od odłączenia od TGN do przyłączenia do przedziału endosomowego upływa ok 0.5 min.
Istnieją komorki (pochodzące z eszpiku) w których takie pecherzyki takie są długotrwałe i stanowią ziarna magazynujące enzymy lizosomowe (ziarna azurochłonne leukocytów, ziarna trmpbocytów, mastocytów, cytotoksycznych limfocytów T).
Enzymy lizosomowe uaktywniają się w przedziale endosomowym po odłączeniu od receptora, usunięciu fosforanu, a niektóre enzymy muszą być “nadtrawione” przez peptydazy.
Receptory dla enzymów lizosomowych (ugrupowania mannozo-6 fosforanowego Man-6-PR):
niezależny od kationów
zależny od kationów
(odpowiednio receptor duży i mały), w dużym znajdują się powtarzające się odcinki analogiczne do struktury receptora malego. Mały receptor wymaga obecności jonów do rozpoznawania enzymów lizosomowych.
Niewielka ilość dużego receptora znajdują się na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej i w przypadku niezamierzonego wydzielenia go na zewnątrz komórki enzym może ulec przyłączeniu do receptora i wrocić do komórki na drodze endocytozy.
Duży receptor dla enzymów lizosomowych jest również receptorem dla czynników wzrostowych.W przypadku uprzedniej reakcji czynnika wzrostowego z tym receptorem nie dochodzi do wyłapania wypływających enzymów.(np. komórki nowotworowe same produkują czynniki wzrostowe).
W przypadku defektu genetycznego enzymu fosfotransferazy NAcGlu enzymy lizosomowe pozbawione są markerów i wydzielane są poza komórkę.
Alternatywny szlak enzymów lizosomowych zaobserwowane dla kwaśnej fosfatazy.
Kwaśna fosfataza jest produkowana jako białko błonowe, wędruje do błony komórkowej,
następnie jest na drodze endocytozy wprowadzana z powrotem do komórki.Ten cykl powtarzany jest kilka razy aż wreszcie enzym uzyska aktywność i po internalizacji do komórki trafia do przedziału endosomowego.
Lizosomy to pęcherzyki w których zachodzi wenątrzblonowe trawienie makrocząsteczek. W ich sklad wchodzą:
odpowiednia błona pęcherzyka (błona lizosomowa)
enzymy lizosomowe
substancje trawione
Enzymy lizosomowe: (peptydazy, glukozydazy, esterazy)są kwaśnymi hydrolazami.
Enzymów lizosomowych jest ogółem 50, i rozmieszczone są wybiórczo w tkankach, w zależności od czynności tkanki.
Typowymi enzymami lizosomowymi są: kwaśna fosfataza i b glukuronidaza. Określa się je jako markery enzymatyczne lizosomów.
Błona lizosomowa musi posiadać zdolność do fuzji z pochodnymi błony komórkowej i z przedziałem endosomowym.Pęcherzyki lizosomowe mogą fuzjować z ziarnami wydzielniczymi.Błona musi być szczelna i nie przepuszczać enzymów lizosomowych. Zawiera specyficzne białka błonowe :
markery błony lizosowej: lgp 120, LAMP1, LAMP,
pompę H+/ATP-azę
transportery: -z lizosomu do cytozolu:dla cysteiny, zasadowych aminokwasów, dla małych obojętnych aminokwasów, dla dużych obojętnych aminokwasów, dla monocukrów, dla aminocukrów
z cytozolu do lizosomu: dla cysteiny
Ciśnienie osmotyczne wewnątrz lizosomu wzrasta w miarę trawienia, dlatego też małe produkty trawienia muszą być z lizosomu usuwane.
Przy braku wewnątrz lizosomu substancji do trawienia, enzymy trawią się nawzajem.
Transport materiałów do lizosomów:
na drodze endocytozy
na drodze fagocytozy
poprzez “wgłębienie” cząstki do lizosomu (makro- i mikrofagocytoza)
poprzez tworzenie wakuoli autofagalnej
bezpośrednio przez błonę lizosomu (wymaga sekwencji KFERQ)
Fagosom z zawartością podpływa do endosomu, gdzie wymienia z endosomem część składników, tzn. do fagosomu dostają się enzymy lizosomowe, błona fagosomu dostaje elementy błonowe od błony endosomu.
W powstałym z fagosomu lizosomie błona przechodzi przeobrażenia-pozbywa się elementów charakterystycznych dla błony komórkowej, a nabiera składników błony lizosomowej.
Wakuole autofagalne są to twory duże, pojawiają się tylko w pewnych warunkach.
Autofagia:degradacja normalnych skladników komórki w warunkach:
niedoboru składników odżywczych
przebudowy komórek (różnicowanie, metamorfozy, transformacje)
spadku aktywności komórki (starzenie się)
uszkodzenie komórki
Tworzenie wakuoli autofagalnej:substancja do strawienia ulega izolacji od otoczenia, osłonięcia błoną (podczas otaczania błoną musi dochodzić do rozpoznania uszkodzonego organellum), po otoczeniu błoną do organellum dochodzą enzymy lizosomowe.
Ciała wielopęcherzykowe powstają przy aktywnej egzocytozie, gdy komórka musi uruchomić mechanizm trawiący nadmiar własnej błon ykomórkowej.
Ciała resztkowe to pęcherzyki w których przechowywane są niestrawione resztki.
Losy sfagocytowanego materiału:
- strawiony “bez śladu”
- po starawieniu makrocząsteczek, powstałe mikrocząsteczki wykorzystywane są przez komórkę
- pozostawienie niestrawionych resztek w formie ciałek resztkowych
Ciała resztkowe są w małym stopniu usuwane
Komórka może gromadzić substancje sfagocytowane, a niemożliwe do strawienia:
- obojętne dla komórki: pył węglowy, pył nikotynowy
- szkodliwe: azbest, krzemiany (pyły te rozrywają błony lizosomów i enzymy rozpływają się po komórce trawiąc ją)
“Wyciek” enzymów lizosomowych na zewnątrz:
sfrustrowana fagocytoza - odwrotna fagocytoza (jeżeli obiekt jest za duży do strawienia, to komórka wylewa enzymy i trawią one substancję poza komórką np. osteoklasty)
“zwracanie podczas połykania” przy intansywnej fagocytozie, kiedy pęcherzyk fagocytarny nie został zamknięty, a już wlewają się do niego enzymy
przebicie lizosomu
zablokowanie receptora Ci MPR (duży receptor)
labilizacja błony lizosomowej
deficyt ATP - brak ATP powoduje nierównowagę jonową poprzez brak pracy pomp ATPazowych i błona lizosomowa pęka
ponadto w komorkach kanalika proksymalnego nerki (pod wpływem testosteroenu), w hepatocytach (pod wplywem glukagonu, konstytutywnie w fibroblastach)
Czynniki wpływające na przepuszczalność błon lizosomowych:
stabilizujące:hydroksykortyzon,fenergan,chloropromazyna,indometazyna
labilizujące(zwiększające przepuszczalność):niedotlenienie,wit. A, progesteron, testosteron, streptomycyny A i S, aflatoksyna stafylokokowa.
Znaczenie lizosomów:
Trawienie wewnątrzkomórkowe:
- rozkład związków wielkocząsteczkowych, utylizacja związków prostych
- przemiany hormonów (tyreoglobulina)
- inwolucja narządów (gruczoł mlekowy)
- przemodelowanie komórek i narządów
- eliminacja fagocytowanego materiału
Trawienie zewnątrzkomorkowe:
-modelowanie kości
-implantacja zapłodnionego jaja
W patologii:
- przetwarzanie antygenów
- usuwanie kompleksu antygen-przeciwciało
- udział w procesie zapalenia
- udział w procesie inwazji nowotworów
Bakterie mogą blokować fuzje fagosomu z pęcherzykami zakwaszającymi uniemożliwiając aktywację enzymów lizosomowych.
Inna możliwośc to przenikanie bakterii przez blony lizosomu. Po kontakcie bakterii lub pierwotniaków z komórką lizosomy fuzjują i otaczają je swoją błoną. Bakterie fuzjują z błoną lizosomu i wydostają się do cytoplazmy.
Schorzenia związane z lizosomami:
brak określonego enzymu (choroby mze spichrzania -tezauryzmozy)
defekt genetyczny enzymu fosfotransferazy NacGlu (choroba I) w wyniku którego enzymym pozbawione sa markerów i podlegają wydzieleniu poza komórkę
zmiany oprzpuszczalności błony lizosomowej
Cytobiologia Medyczna 200120002
4
3