Każda żywa komórka posiada zestaw struktur, które umożliwiają jej zademonstrowanie wszystkich właściwości żywego organizmu. Aby prawidłowo funkcjonować, komórka musi otrzymać wystarczającą ilość składników odżywczych, rozłożyć je i uwolnić energię, która jest następnie wykorzystywana do wspomagania procesów życiowych.
Na pierwszym etapie złożonych procesów gospodarowania energią są lizosomy komórki, które są splecione wzdłuż krawędzi spłaszczonych cystern dyktyosomu (kompleks Golgiego).
Jak działają lizosomy
Lizosomy to kuliste, jednobłonowe ciała o średnicy od 0,2 do 2 mikronów, zawierające kompleks enzymów hydrolitycznych. Są w stanie rozłożyć każdy naturalny polimer lub substancję o złożonej strukturze, która dostanie się do komórki jako substrat odżywczy lub czynnik obcy:
- białka i polipeptydy;
- polisacharydy (skrobia, dekstryny, glikogen);
- kwasy nukleinowe;
- lipidy.
Taką wydajność zapewnia około 40 różnych rodzajów enzymów zawartych wzarówno w matrycy lizosomu, jak i po wewnętrznej stronie błony w stanie przylegania.
Chemia lizosomów
Błona otaczająca lizosom chroni organelle i inne składniki komórki przed strawieniem przez kompleks enzymatyczny. Ale przecież w samym pęcherzyku wszystkie enzymy są pochodzenia białkowego, dlaczego nie są rozkładane przez proteazy?
Faktem jest, że wewnątrz lizosomów enzymy są w stanie glikozylacji. Ta węglowodanowa „otoczka” sprawia, że są one słabo rozpoznawane przez enzymy proteolityczne.
Reakcja środowiska wewnątrz lizosomu jest lekko kwaśna (pH 4,5–5), w przeciwieństwie do prawie obojętnej reakcji hialoplazmy. Stwarza dogodne warunki do działania enzymów i jest zapewniana przez działanie H+-ATPazy, która pompuje protony do organelli.
Proces transformacji lizosomów
Morfologicznie w komórce rozróżnia się dwa główne typy lizosomów - pierwotny i wtórny.
Główne lizosomy to małe pęcherzyki o gładkich ścianach lub obramowane, oddzielone od cystern kompleksu Golgiego. Zawierają zestaw enzymów hydrolitycznych utworzonych wcześniej na ziarnistych (szorstkich) membranach EPR. Do czasu wchłonięcia substratu odżywczego lizosomy są w formie nieaktywnej.
Aby enzymy działały, cząstki jedzenia lub płyny muszą dostać się do lizosomu. Dzieje się to na dwa sposoby:
- Przez autofagię, gdy cząsteczka jedzenia jest pobierana przez lizosom z otaczającej cytoplazmy. W tym przypadku błona organelli wdziera się w miejscu kontaktu z cząsteczkąi tworzy pęcherzyk endocytowy, który następnie łączy się z lizosomem.
- Przez heterofagię, gdy lizosom łączy się z pęcherzykami endocytowymi uwięzionymi w cytoplazmie komórki w wyniku absorpcji cząstek stałych lub cieczy z zewnątrz.
Wtórne lizosomy to pęcherzyki zawierające zarówno enzymy, jak i substrat do trawienia. Charakteryzują się wyraźną aktywnością hydrolityczną i powstają w wyniku absorpcji substratu przez pierwotny lizosom.
Pomimo tego, że funkcje lizosomów sprowadzają się do trawienia (rozkładu) stałych cząstek organicznych i rozpuszczonych substancji, wszechstronność procesu zapewnia zdolność lizosomów wtórnych:
- połącz się z pierwotnymi lizosomami, które wprowadzają nową porcję enzymów;
- połącz się z nowymi cząstkami żywności lub pęcherzykami endocytowymi, utrzymując ciągły proces rozkładu;
- połączyć się z innymi wtórnymi lizosomami, tworząc dużą strukturę zdolną do wchłaniania innych organelli komórkowych;
- wchłaniają pęcherzyki pinocytowe, zamieniając się w wielopęcherzykowe ciało.
Struktura lizosomu nie zmienia się dramatycznie. Zwykle tylko się powiększa.
Inne rodzaje lizosomów
Czasami rozpad substancji, które dostały się do lizosomu, nie kończy się. Niestrawione cząsteczki nie są usuwane z organelli, ale gromadzą się w niej. Po wyczerpaniu podaży enzymów hydrolitycznych zawartość jest zagęszczana i przetwarzana, struktura lizosomu staje się bardziej złożona, warstwowa. Można również osadzać pigmenty. Lizosom przekształca się w ciało szczątkowe.
Ponadto resztki ciał pozostają w komórce lub są z niej usuwane przez egzocytozę.
Autofagosomy można znaleźć w komórkach protisty. Z natury należą do lizosomów wtórnych. Wewnątrz tych organelli znajdują się pozostałości dużych składników komórkowych i struktur cytoplazmatycznych. Powstają podczas uszkadzania komórek, starzenia się organelli komórkowych i służą do wykorzystania składników komórkowych, uwalniając monomery.
Funkcje lizosomu w komórce
lizosomy przede wszystkim dostarczają komórce niezbędnego materiału budulcowego, depolimeryzując substancje, które do niej dostały się.
Rozkład węglowodanów jest ważnym ogniwem w metabolizmie energetycznym komórki, dostarczając substrat do konwersji w mitochondriach.
Lizosomy są również ogniwem obronnym w układzie odpornościowym organizmu:
- Po fagocytozie bakterii przez leukocyty, lizosomy wlewają swoją zawartość do jamy pęcherzyka fagocytarnego i niszczą szkodliwy mikroorganizm.
- Uwalnianie enzymów proteolitycznych podczas apoptozy - zaprogramowana śmierć komórki.
- Wykorzystuj uszkodzone i „zestarzałe” organelle komórkowe.
W połączeniu z proliferacją komórek, udział lizosomów w procesie wykorzystania różnych struktur zapewnia odnowę organizmu.
