Lysosom: Vorkommen, Morphologie, Funktionen und Ursprung

Lysosom: Vorkommen, Morphologie, Funktionen und Ursprung!

Das Konzept des Lysosoms entstand aus der Entwicklung von Zellfraktionierungstechniken, durch die verschiedene subzelluläre Komponenten isoliert werden. Bis 1949 wurde eine Klasse von Teilchen mit Zentrifugaleigenschaften, die etwas zwischen denen der Mitochondrien und Mikrosomen liegen, von de Duve isoliert und es wurde ein hoher Gehalt an saurer Phosphatase und anderen hydrolytischen Enzymen gefunden. Aufgrund ihrer enzymatischen Eigenschaften wurden sie Lysosomen genannt (Gr. Lysis = Auflösung, Soma = Körper).

Nach Cohan (1972) werden membrangebundene Speichergranulate, die Verdauungsenzyme enthalten, als Lysosomen von Pflanzen betrachtet. Daher sollen Sphärosomen, aleuronische Körnchen und Vakuolen von Pflanzenzellen Lysosomen-ähnliche Funktionen haben.

Auftreten:

Mit Ausnahme von Säugetier-RBC wurden die Lysosomen praktisch aus allen tierischen Zellen berichtet. Die Anwesenheit von lysosomalen Partikeln wurde ebenfalls in Protista (Protozoen, Schleimpilzen, Pilzen, Algen und prokaryotischen Protista) vermutet (und in einigen Fällen festgestellt). In Pflanzenzellen scheint es angesichts der Beweise insgesamt wenig zu bezweifeln.

Außerdem haben sie starke Affinitäten zu den Lysosomen von Tieren und Protista (Pitt und Galpin 1973). In Pflanzen sollten sie außerdem in ihrer Funktion nicht mit Sphärosomen verwechselt werden. Laut Pitt sind Lysosomen und Sphärosomen zwei verschiedene Organellen und die letzteren sind mit Lipidtröpfchen von Tieren vergleichbar. Yatsu und Jack (1972) haben eindeutig gezeigt, dass Sphärosomen morphologisch unterschiedliche Organellen sind. Gahm (1973) untersuchte das Vorkommen und die Histochemie von Pflanzenlysosomen.

Morphologie:

Form und Größe :

Die Form und Größe der Lysosomen ist variabel. Morphologisch können sie mit Amöben und weißen Blutkörperchen (WBC) verglichen werden. Aufgrund ihrer veränderten Gewohnheit können sie nicht genau als Grundlage der Form identifiziert werden. Normalerweise variieren Lysosomen in der Größe von 0, 4 bis 0, 8 um, aber sie können in Säuger-Nierenzellen bis zu 5 l betragen und sind in Phagozyten übermäßig groß.

Struktur von Lysosomen :

Wie andere zytoplasmatische Komplexe sind Lysosomen wie runde kleine Beutel, die mit dichtem Material und Verdauungsenzymen gefüllt sind.

Sie bestehen aus zwei Teilen:

(1) Begrenzungsmembran

(2) Innere dichte Masse.

1. Begrenzungsmembran:

Diese Membran ist im Gegensatz zu Mitochondrien einzeln und besteht aus Lipoprotein. Die chemische Struktur ist homolog mit der Membranmembran von Plasma-Lemma, die aus einer bimolekularen Schicht besteht, wie von Robertson vorgeschlagen.

2. Innere dichte Masse :

Diese eingeschlossene Masse kann fest oder sehr dicht sein. Einige Lysosomen haben eine sehr dichte äußere Zone und eine weniger dichte innere Zone. Einige andere haben Hohlräume oder Vakuolen im körnigen Material. Normalerweise sollen sie dichtere Inhalte als Mitochondrien besitzen. Sie zeigen ihre polymorphe Natur und ihr Inhalt variiert mit dem Stadium der Verdauung, da sie bei der intrazellulären Verdauung helfen.

Permeabilität der lysosomalen Membran :

Die lysosomale Membran ist undurchlässig für das Substrat der in den Lysosomen enthaltenen Enzyme. Bestimmte Substanzen, die als labialized bezeichnet werden, verursachen eine Instabilität der lysosomalen Membran und führen zur Freisetzung von Enzymen aus den Lysosomen. Andere Substanzen, Stabilisatoren genannt, wirken stabilisierend auf die Membran. Eine Liste einiger Labialisierungen und Stabilisatoren finden Sie in Tabelle 5.1.

Eine Labialisierung kann die Permeabilität der lysosomalen Membran für kleine gelöste Stoffe wie Saccharose erhöhen. Die daraus resultierende osmotische Schwellung kann die Membran vollständig zerstören. Die begrenzte Permeabilität der lysosomalen Membran erklärt, warum lysosomale Hydrolysen keinen direkten Zugang zu zellulären Komponenten haben. Dies verhindert ein unkontrolliertes Verdauen des Zellinhalts durch die lysosomalen Enzyme.

Polymorphismus:

Lysosomen sind von Natur aus polymorph. Die polymorphe Natur beruht auf unterschiedlichen Inhaltsstoffen von Lysosomen mit unterschiedlichen Verdauungsstadien.

Im Allgemeinen können Lysosomen in vier folgenden Formen verfolgt werden:

1. Primäre Lysosomen:

Diese werden auch als echte, reine oder ursprüngliche Lysosomen bezeichnet, mit einer einzelnen Membraneinheit, die Enzyme in den inaktiven Formen enthält.

2. sekundäre Lysosomen:

Diese werden auch Phagosomen genannt, da sie das verschlungene Material und die Enzyme enthalten. Die fusionierte Masse wird als sekundäres Lysosom bezeichnet. Die in einem solchen Lysosom vorhandenen Enzyme verdauen allmählich das verschlungene Material.

3. Residuen oder Lysosomen:

Lysosomale Membran, die durch das Vorhandensein von unverdauten Materialien wie der Myelinfigur gekennzeichnet ist, wird als Restkörper bezeichnet.

4. Autophagic Vacuoles:

Die autophagischen Vakuolen werden auch als Autophogosomen oder Cytolysosome bezeichnet. Die autophagischen Vakuolen werden gebildet, wenn die Zelle ihre intrazellulären Organellen wie die Mitochondrien und das endoplasmatische Retikulum durch den Prozess der Autophagie ernährt. In solchen Fällen konzentrieren sich die primären Lysosomen um die intrazellulären Organellen und verdauen sie letztendlich.

Die autophagischen Vakuolen werden unter besonderen pathologischen und physiologischen Bedingungen gebildet. C. de Duve (1967) und Allison (1967) haben beobachtet, dass sich während des Verhungerns der Organismen viele autophagische Vakuolen in den Leberzellen gebildet haben, die sich von den Zellkomponenten ernähren.

Extraktion von Lysosomen:

Das Phänomen der Zentrifugation hat eine große Rolle bei der Untersuchung des zytoplasmatischen Einschlusses gespielt. Die Technik zur Trennung der Lysosomen wurde im Labor von de Duve entwickelt. Zur Extraktion von Lysosomen werden zunächst die Zellen in Saccharoselösung homogenisiert.

Die schnelle mechanische Rotation des Pistills zerreißt die Zellen und setzt die intrazellulären Partikel im Medium frei. Die nachfolgende Zentrifugation des resultierenden Homogenats erzeugt dann Fraktionen, die durch Mikronadeln getrennt werden können. Der gesamte Prozess der Zentrifugation von Lysosomen kann wie in Abbildung 5.4 gezeigt untersucht werden.

Chemie der Lysosomen:

Lysosomen enthalten eine Vielzahl von Enzymen. Bis heute wurden etwa 40 Enzyme in verschiedenen Gewebetypen isoliert. Einige übliche Enzyme sind (β-Galactosidase, (β-Glucuronidase, β-N-Acetylglucosaminidase, α-Glucosidase, α-Mannosidase); Cathepsin B (saure Protease), Cathepsin B (saure Protease) Arylsulfatase, Arylsulfatase B, saure Ribonuclease, saure Desoxyribonuclease, saure Phosphatase, saure Lipase, Phospholipase A, Phosphotidsäurephosphatase-Hyaluronidase, Phosphoproteinphosphatase, Amino-Peptidase A, Dextranase, Sacchariase, Lysozym (Muramidase), Alle diese Enzyme der Lysosomen sind innerhalb der einzelnen Lipoproteinmembran eingeschlossen.Die meisten dieser Enzyme arbeiten unter schwach saurem Medium effizienter, pH-Optima um 5, 0, da sie zusammen als saure Hydrolasen bezeichnet werden.

Unterschiedliche Nomenklatur :

Die zytochemische Definition von Lysosomen basierend auf der Anwesenheit einer einzelnen Membraneinheit und einer positiven Anfärbungsreaktion für saure Phosphatase und einige verwandte Enzyme kann für die meisten praktischen Zwecke als der biochemischen Definition äquivalent angesehen werden.

Mit fortschreitendem Wissen über die Bedeutung von Lysosomen in der Zellphysiologie hat sich herausgestellt, dass der Begriff Lysosomen eine Vielzahl unterschiedlicher Formen abdeckt, die anhand von morphologischen und funktionalen Kriterien unterschieden werden können.

Die folgenden Begriffe werden in der Literatur häufig verwendet:

(i) autophagische Vakuolen :

Es ist eine Membran-gefüllte Vakuole, die morphologisch erkennbare zytoplasmatische Komponenten enthält.

(ii) Cytolysosom :

Wie bei autophagischen Vakuolen.

(iii) Cytosom :

Auf Cytosomen bezogene Partikel sind üblicherweise Lysosomen. Einige Arbeitnehmer schließen die nicht verwandten Mikroorganismen unter diesem Begriff ein.

(iv) Cytoergosom :

Wie bei autophagischen Vakuolen.

(v) Mikrokörper :

Ein in Leber und Niere gefundenes Teilchen, das durch eine einzelne Membraneinheit gebunden ist und ein feinkörniges Material enthält. Laut de Duve handelt es sich definitiv nicht um Lysosomen.

(vi) multivesikulare Körper :

Strukturen, die mit einer einzigen Membran ausgekleidet sind und innere Vesikel enthalten, die dem Golgi-Komplex ähneln, gelten als Lysosomen.

(vii) Restkörper :

Membranverkleidete Einschlüsse, die durch unverdaute Rückstände gekennzeichnet sind, umfassen Telolysosomen und hypothetische Postlysosomen.

Funktionen:

1. Lysosomale Verdauung von äußeren Partikeln

Große Moleküle werden durch Phagozytose in die Zelle aufgenommen. Dies ist ein vollkommen passender und genauer Begriff, der auf eine Zelle verweist, die frisst. In letzter Zeit hat sich der neue Begriff Endozytose durchgesetzt. Zunächst wurde ein deutlicher Hinweis auf eine Beziehung zwischen Lysosomen und das Einschließen von extracullarem Material von Stains (1952, 54, 55) gegeben. Die Zelle übergreift die Partikel und bildet dann eine Invagination, aus der sie sich abknickt die Zellmembran wird zu einem inneren Sack oder Körper.

Es wird als Phagosom bezeichnet. Ein Phagosom bewegt sich dann in Richtung des Lysosoms. Die Exposition des Materials gegenüber den lysosomalen Hydrolasen erfolgt durch Fusion des Phagosoms mit einem Lysosom. Dies führt zur Bildung eines sekundären Lysosoms oder einer Verdauungsvakuole. Das an dem Prozess beteiligte Lysosom kann abhängig von der relativen Größe der beiden Partner primär oder sekundär sein.

Der Prozess kann einem Beobachter als ein Lysosom erscheinen, das Enzyme in ein Phagosom entlädt, oder als ein Phagosom, das seinen Inhalt in ein Lysosom abgibt, wie dies bei hepatischen Parenchymzellen der Fall sein kann; oder einfach als gegenseitiges Teilen der Inhalte der beiden Vakuolen, wenn sie eine vergleichbare Größe haben.

Nun können die Enzyme aus dem Lysosom mit den im Phagosom in die Zelle eingebrachten Molekülen in Kontakt kommen und es kommt zur Verdauung. Sobald die Moleküle verdaut sind, können die verdauten Produkte aus der sogenannten Verdauungsvakuole in das Zytoplasma der Zelle diffundieren, wobei der Rest in der Verdauungsvakuole verbleibt. Die Verdauungsvakuole bewegt sich nun zur Zellmembran, wo die sogenannte Umkehrphagozytose oder Defäkation auftritt.

2. Verdauung der intrazellulären Substanz:

In bestimmten Fällen finden Teile der Haut ihren Weg in die zell eigenen Lysosomen und werden abgebaut. Dieser Vorgang wird als zelluläre Autophagie bezeichnet. Wie sie hineinkommen, ist nicht klar, und die Rolle, die Autophagie bei der Zellfunktion spielt, kann nur zusammengefasst werden.

Proteine, Fette und Polysaccharide können alle synthetisiert und in der Zelle gespeichert werden. Während des Zellmangels werden diese gelagerten Nahrungsmittelmaterialien durch Lysosomen verdaut, um Energie zu erzeugen. Was die Autophagie anregt und wie die großen Moleküle in das Lysosom gelangen, ist nicht klar.

3. Zelluläre Verdauung

Wenn eine Zelle stirbt, reißt die lysosomale Membran. Die freigesetzten Enzyme werden in der Zelle frei, die dann die gesamte Zelle schnell verdauen. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass dies ein eingebauter Mechanismus zum Entfernen toter Zellen ist.

In vielzelligen Tieren bilden sich ständig viele Zellen, leben für eine kurze Zeit und sterben dann ab. Die Selbstverdauung kann als pathologischer Mechanismus auftreten, beispielsweise wenn eine Zelle von ihrer Sauerstoffzufuhr abgeschnitten oder vergiftet wird, kann die lysosomale Membran aufplatzen, wodurch die Enzyme die Zelle auflösen können. Daher werden sie auch als Selbstmordbeutel der Zellen angesehen.

4. Extrazelluläre Verdauung :

Eine Zelle kann lysosomale Enzyme abgeben, um die umgebenden Strukturen zu zerstören. Diese Funktion wird durch Umkehrphagozytose ausgeführt. Eine Tasche von Enzymen aus einem Lysosom wird außerhalb der Zelle freigesetzt, wo sie ansteckende Strukturen verdaut. Dies soll erklären, wie Spermien während der Befruchtung in die Schutzschicht der Eizelle eindringen.

Es kann auch erklären, wie Oesteoclast-Zellen, die Knochen zerstören, funktionieren. Dies kann auch die Erklärung dafür sein, dass weiße Blutkörperchen an den Infektionsorten schnell aus den Blutgefäßen in die Geweberäume gelangen können.

5. Rolle in der Sekretion :

In den letzten Jahren häuften sich Beweise, um die Rolle von Lysosomen bei der Bildung von Sekretionsprodukten in Sekretionszellen zu belegen. Das Phänomen der Lysosom-vermittelten Schilddrüsenhormonsekretion ist das bekannteste Beispiel für die direkte Beteiligung von Lysosomen am sekretorischen Prozess.

Lysosomen spielen auch eine mögliche Rolle bei der Regulierung der Hormonausschüttung. Es wird angenommen, dass Mammotrophe Hormone der Hypophyse anterior an den Ribosomen des rauen endoplasmatischen Retikulums synthetisiert werden und durch Passage durch den Golgi in sekretorische Granula verpackt werden.

Die Epithelzellen der Schilddrüse enthalten auch Lysosomen, die reich an lysosomalen Enzymen sind. Die Follikel der Schilddrüse enthalten hochmolekulares Protein Thyroglobulin, das als Kolloid im Lumen gespeichert wird. Die Schilddrüsenhormone Thyroxin und Thriiodothyroxin sind mit diesem Protein verknüpft.

Das Kolloid, das Thyroglobulin enthält, dringt durch Pinocytose in die Epithelzelle ein. Die Kolloidtröpfchen verschmelzen mit primären Lysosomen, um sekundäre Lysosomen oder Verdauungsvakulole zu bilden. Die Schilddrüsenhormone werden vom Thyroglobulin abgespalten und in die Blutbahn abgegeben. Somit werden die Schilddrüsenhormone durch Hydrolyse von Thyroglobulin freigesetzt.

6. Chromosomenbrüche :

Lysosomen enthalten das Enzym Desoxyribonuclease (DNAse). Dieses Enzym verursacht chromosomale Brüche und deren Umlagerung. DNAse hat zwei aktive Stellen und zerlegt beide DNA-Stränge. Die Brüche wurden experimentell in isolierten Chromosomen hergestellt, die in DNAse inkubiert wurden. Diese Brüche führen zu verschiedenen Syndromen.

7. Rolle in der Entwicklung und Metamorphose :

Lysosomen sind wichtig für die Entwicklung. Gute Beweise haben sich auf die Rolle von Lysosomen bei der Involution der Gebärmutter und der Brustdrüsen unmittelbar nach der Geburt gesammelt. Während der Metamorphose werden der Prozess der Resorption des Kaulquappenschwanzes und die Rückbildung der verschiedenen Larvengewebe, einschließlich des Fettkörpers und der Speicheldrüse, von einer erhöhten Aktivität der lysosomalen Säurehydrolase begleitet (Weber).

8. Osteogenese:

Bei der Umwandlung von Knorpel in Knochen produzieren die speziellen Osteoklastenzellen lyrische Substanzen, die die Matrix des Knorpels abtragen und die Knochenbildung unterstützen.

9. Rolle von Lysosomen während der Zellteilung :

Während der Zellteilung bewegen sich die Lysosomen der jeweiligen sich teilenden Zelle in Richtung der Peripherie und nicht in der Nähe des Zellkerns, wie in den üblichen Fällen zu sehen ist. Während der Zytokine bewegen sich ungefähr gleich viele von ihnen in Richtung entgegengesetzter Pole.

Während der Zellteilung hemmen bestimmte Repressoren im Zytoplasma manchmal die Rufteilung. Lysosomen sezernieren bestimmte Depressoren, die den Repressor zerstören und zur Zellteilung führen (Allison, 1967).

10. Hilfe bei der Proteinsynthese :

Novikoff und Essner (1960) haben die mögliche Rolle von Lysosomen bei der Proteinsynthese vorgeschlagen. Vor kurzem hat Singh (1972) die lysosomale Aktivität mit der Proteinsynthese in Zusammenhang gebracht. In der Leber und im Pankreas einiger Vögel scheinen Lysosomen aktiver und ausgeprägter zu sein und zeigen möglicherweise einen Zusammenhang mit dem Zellstoffwechsel.

11. Lysosomen und Krebs:

Es wurde gefunden, dass bösartige Zellen abnormale Chromosomen enthalten; Es wird vermutet, dass die Chromosomenanomalie durch einen Chromosomenbruch verursacht wird, der durch die lysosomalen Enzyme hervorgerufen wird. Die partielle Deletion von Chromosom 21 beim Menschen ist mit der chronischen myeloischen Leukämie (Blutkrebs) verbunden.

12. Entfernung von toten Zellen:

Hirsch und Cohn (1964) schlugen vor, dass Lysosomen bei der Entfernung abgestorbener Zellen im Gewebe helfen. Die lysosomale Membran entzieht sich in diesen Zellen und setzt das Enzym in den Körper der Zelle frei, so dass die gesamte Zelle verdaut werden kann. Dieser Prozess der Gewebedegeneration (Nekrose) ist auf diese lysosomale Aktivität zurückzuführen.

13. Düngung:

Während der Befruchtung setzt das Sperma hydrolytische Enzyme aus den Akrosomenvesikeln frei. Diese Enzyme helfen beim Eindringen des Spermas durch die Hüllen des Eies. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen von Acridin-gefärbten Spermatozoen des Meerschweinchens zeigen, dass die Akrosomenvesikel mehrere Enzyme enthalten, einschließlich Hyaluronidase und Proteasen, die auch in Lysosomen gefunden werden.

Tatsächlich wurde das Akrosomenvesikel als riesiges Lysosom betrachtet. Offenbar aktivieren die Akrosomenvesikelenzyme das Ei auch, indem sie ihre kortikalen Körnchen abbauen.

14. Lysosomen und Krankheit:

Das Einatmen von Fremdpartikeln wie Silica, Asbest usw. führt zu Entzündungen und Ablagerungen von Fasergewebe in der Lunge. Die Partikel aus Siliziumdioxid oder Asbest erhöhen die Permeabilität von Lysosomenmembranen und die Verzückung von Lysosomen. Dies führt zur Lyse von Lungenzellen, die zu ihrer Entzündung führen.

Eine Stoffwechselstörung, die Gicht, wird durch die Ansammlung von Natrium-orat-Kristallen in den Gelenken verursacht. Diese werden von den Phagozyten aufgenommen, was zu einem Bruch des Lysosoms führt. Dies führt zu einer akuten Entzündung und einer erhöhten Kollagensynthese. Die Pomes-Krankheit ist ein weiteres Beispiel, das durch das Fehlen eines lysosomalen Enzyms verursacht wird, das das Glykogen hydrolisiert. Daher sind Leberzellen mit Glykogen gefüllt.

TABELLE. Einige der Krankheiten, die mit genetischen Abnormalitäten von Lysosomen zusammenhängen, sind unten aufgeführt (Allison, 1974):

Herkunft der Lysosomen :

Sie haben mehrere Ursprünge, abhängig von dem Gewebe, in dem sie sich befinden, oder von ihrer Funktion in einer bestimmten Zelle.

(i) extrazellulärer Ursprung :

Lysosomen können die Vakuolen sein, die durch den Prozess, die Pinozytose, in die Zelle aufgenommen werden. Die pinocytische Vakuole kann später zu zytoplasmatischen Teilchen werden und darauf entwickelt sich eine enzymatische Aktivität.

(ii) Herkunft aus dem Golgi-Komplex :

Es gibt Hinweise darauf, dass Lysosomen aus dem Golgi-Komplex stammen und Zymogengranulate darstellen. Ihre ähnliche Funktion und Struktur mit dem Golgi-Komplex stützen diese Ansicht. Kürzlich durchgeführte Studien haben gezeigt, dass die Ansammlung von Sekretionsprodukten in Golgi-Vakuolen zur Bildung von Lysosomen führt, und die die Produkte umgebenden Membranen stammen von der Golgi-Membran.

(iii) Herkunft aus dem ER:

Novikoff (1965) berichtete, dass die Lysosomen durch Bläschen direkt aus dem körnigen endoplasmatischen Retikulum stammen.