LIZOZOMLAR: ÖZELLIKLERI, YAPILARI, IŞLEVLERI VE TÜRLERI - BIYOLOJI - 2025

Lizozomlar hayvan hücreleri içinde bulunan organeller hücre zarları vardır. Asidik pH'a sahip ve sindirim enzimleri açısından zengin, her türlü biyolojik molekülü parçalayabilen bölmelerdir: proteinler, karbonhidratlar ve nükleik asitler.

Ek olarak, hücrenin dışından materyali bozabilirler. Bu nedenle lizozomlar, hücresel metabolizmada çok sayıda işleve sahiptir ve hidrolitik enzimler bakımından zengin bileşimleri sayesinde, genellikle hücrenin "midesi" olarak adlandırılırlar.

Lizozomlar, Golgi aparatından çıkan veziküllerin füzyonu ile oluşur. Hücre, hidrolitik enzimler üzerinde "etiket" olarak işlev gören belirli dizileri tanır ve bunları oluşturan lizozomlara gönderir.

Bu vakuollerin şekli küreseldir ve boyutları oldukça değişken olup oldukça dinamik bir hücre yapısıdır.

Keşif ve tarihsel bakış açısı

Lizozomlar, 50 yıldan daha uzun bir süre önce araştırmacı Christian de Duve tarafından keşfedildi. De Duve'nin ekibi, belirli enzimlerin yerini araştırmak için hücre altı fraksiyonlama tekniğini içeren deneyler yürütüyordu.

Araştırmacılar, zarları bozan bileşikler ekledikçe hidrolitik enzimlerin salınımının arttığını fark ettiğinden, bu deneysel protokol organellerin keşfine izin verdi.

Daha sonra, moleküler biyoloji tekniklerinin iyileştirilmesi ve elektron mikroskopları gibi daha iyi ekipmanların varlığı, varlığını doğrulamayı başardı. Aslında, lizozomların hücre içi hacmin% 5'ini işgal ettiği sonucuna varılabilir.

Keşfedilmesinden bir süre sonra, hidrolitik enzimlerin varlığı, lizozomu bir tür bozunma merkezine dönüştürerek, iç kısmında kanıtlandı. Dahası, lizozomlar endositik yaşamla ilişkilendirildi.

Tarihsel olarak lizozomlar, yalnızca moleküllerin parçalanması için kullanılan endositozun son noktası olarak kabul edildi. Günümüzde lizozomların, çeşitli ek organellerle kaynaşabilen dinamik hücre bölmeleri olduğu bilinmektedir.

karakteristikleri

Lizozom zarından pompalanan proton. Kaynak: Alejandro Porto

Lizozomların morfolojisi

Lizozomlar, proteinleri hidrolize edebilen ve belirli molekülleri sindirebilen çeşitli enzimleri barındıran benzersiz hayvan hücreleri bölmeleridir.

Yoğun, küresel boşluklardır. Yapının boyutu çok çeşitlidir ve daha önce yakalanan malzemeye bağlıdır.

Lizozomlar, endoplazmik retikulum ve Golgi aparatı ile birlikte hücrenin iç zar sisteminin bir parçasıdır. Bu üç yapı membran ağları olmalarına rağmen birbirleriyle sürekli değildirler.

Lizozomlar birden fazla enzim içerir

Lizozomların temel özelliği, içlerindeki hidrolitik enzimlerin bataryasıdır. Geniş bir biyomolekül yelpazesini parçalayabilen yaklaşık 50 enzim vardır.

Bunlar, nükleazları, proteazları ve fosfatazları (fosfat gruplarını fosfolipid mononükleotidlerden ve diğer bileşiklerden ayıran) içerir. Ek olarak, polisakkaritlerin ve lipitlerin bozulmasından sorumlu olan diğer enzimleri içerirler.

Mantıksal olarak, bu sindirim enzimlerinin, kontrolsüz bozulmalarını önlemek için hücresel bileşenlerin geri kalanından uzamsal olarak ayrılması gerekir. Böylece hücre, lizozoma giren elementleri düzenleyebildiğinden, ortadan kaldırılması gereken bileşikleri "seçebilir".

Lizozomların ortamı asidiktir

Lizozomların içi asidiktir (4.8'e yakın) ve içerdiği enzimler bu pH koşulunda iyi çalışır. Bu nedenle asit hidrolazlar olarak bilinirler.

Bu hücre bölmesinin karakteristik asit pH'ı, membranda bir proton pompası ve bir klorür kanalının varlığı sayesinde korunur. Birlikte hidroklorik asidi (HCl) lizozoma taşırlar. Pompa, organel zarına sabitlenmiştir.

Bu asidik pH'ın işlevi, lizozomda bulunan çeşitli hidrolitik enzimleri aktive etmek ve sitozolün nötr pH'ındaki enzimatik aktivitelerinden mümkün olduğunca kaçınmaktır.

Bu şekilde, kontrolsüz hidrolize karşı koruma görevi gören iki engelimiz var: enzimleri izole edilmiş bir bölmede tutmak ve bu enzimlerin bu bölmenin asidik pH'ında iyi çalışması.

Lizozom zarı yırtılsa bile, enzimlerin salınmasının, sitozolün nötr pH'ından dolayı fazla bir etkisi olmayacaktır.

Özellikleri

Bir lizozomun iç bileşimine hidrolitik enzimler hakimdir, bu nedenle bunlar hücreye endositoz yoluyla giren hücre dışı proteinlerin sindiriminin, organellerin ve sitozolik proteinlerin geri dönüşümünün gerçekleştiği hücresel metabolizmanın önemli bir bölgesidir.

Aşağıda lizozomların en önemli işlevlerini derinlemesine inceleyeceğiz: moleküllerin otofaji ile parçalanması ve fagositoz ile parçalanması.

otofaji

Otofaji nedir?

Hücresel proteinleri yakalayan bir mekanizmaya "kendi kendini yiyen" otofaji denir. Bu olay, hücre homeostazının korunmasına yardımcı olur, artık ihtiyaç duyulmayan hücre yapılarını bozar ve organellerin geri dönüşümüne katkıda bulunur.

Bu fenomen sayesinde otofagozom adı verilen veziküllerin oluşumu meydana gelir. Bunlar, lizozomlarla kaynaşan endoplazmik retikulumdan gelen sitoplazmanın küçük bölgeleri veya diğer hücresel bölmelerdir.

Her iki organel, lipit yapıda bir plazma zarı ile sınırlandırıldıkları için kaynaşma kabiliyetine sahiptir. İki sabun köpüğünü eşleştirmeye benzer - daha büyük bir tane yapıyorsunuz.

Füzyondan sonra, lizozomun enzimatik içeriği, oluşan diğer vezikül içinde bulunan bileşenlerin parçalanmasından sorumludur. Bu moleküllerin yakalanması, uzun ömürlü sitozolde bulunan proteinlerin bozulmasına neden olan seçicilikten yoksun bir süreç gibi görünüyor.

Otofaji ve oruç tutma dönemleri

Hücrede, otofaji olayı, mevcut besinlerin miktarıyla düzenleniyor gibi görünmektedir.

Vücut bir besin eksikliği yaşadığında veya uzun süreli oruç tuttuğunda, bozulma yolları aktive olur. Bu şekilde hücre, gerekli olmayan proteinleri parçalamayı başarır ve belirli organellerin yeniden kullanılmasını sağlar.

Oruç dönemlerinde lizozomların önemli bir rol oynadığını bilmek, araştırmacıların bu organele olan ilgisini artırmıştır.

Otofaji ve organizmaların gelişimi

Lizozomlar, düşük besin içeriği dönemlerinde aktif katılımlarının yanı sıra, organik varlıkların belirli soylarının gelişiminde önemli bir rol oynarlar.

Bazı durumlarda, gelişim vücudun tamamen yeniden şekillenmesini içerir, bu da süreç sırasında belirli organların veya yapıların ortadan kaldırılması gerektiğini gösterir. Böceklerin metamorfozunda, örneğin lizozomların hidrolitik içeriği, dokuların yeniden şekillenmesine katkıda bulunur.

Endositoz ve fagositoz

Endositoz ve fagositoz, hücrelere harici elementlerin alımında ve daha sonraki bozulmalarında rol oynar.

Fagositoz sırasında, makrofajlar gibi belirli hücreler, bakteri veya hücre artıkları gibi büyük partiküllerin yutulmasından veya parçalanmasından sorumludur.

Bu moleküller, önceki durumda olduğu gibi lizozomlarla kaynaşacak olan fagozom adı verilen bir fagositik vakuol tarafından yutulur. Füzyon, fagozom içinde sindirim enzimlerinin salınmasına neden olur ve parçacıklar bozulur.

Lizozom türleri

Bazı yazarlar bu bölmeyi iki ana türe ayırmaktadır: tip I ve tip II. Tip I veya birincil lizozomlar, hidrolitik enzimlerin depolanmasında yer alırken, ikincil lizozomlar kataliz işlemleriyle ilgilidir.

Lizozom oluşumu

Lizozomların oluşumu, moleküllerin dışarıdan endositik veziküller yoluyla alınmasıyla başlar. İkincisi, erken endozom adı verilen diğer yapılarla birleşir.

Daha sonra, erken endozomlar, geç endozomlara yol açan bir olgunlaşma sürecine girer.

Oluşum sürecinde üçüncü bir bileşen ortaya çıkar: taşıma kesecikleri. Bunlar Golgi aparatının trans ağından asit hidrolazları içerir. Her iki yapı da - taşıma keseleri ve geç endozomlar - lizozomal enzim setini aldıktan sonra kaynaşır ve bir lizozom haline gelir.

İşlem sırasında zar reseptörlerinin geri dönüşümü, endozomların geri dönüşümü ile gerçekleşir.

Asit hidrolazlar, lizozomlara neden olan organellerin füzyon işlemi sırasında mannoz-6 fosfat reseptöründen ayrılır. Bu reseptörler Golgi trans ağına tekrar girer.

Endozomlar ve lizozomlar arasındaki farklar

Endozomlar ve lizozom terimleri arasında karışıklık yaygındır. İlki, zarla çevrili hücre bölmeleridir - lizozomlar gibi. Bununla birlikte, iki organel arasındaki en önemli ayrım, lizozomların mannoz-6-fosfat reseptörlerinden yoksun olmasıdır.

Bu iki biyolojik varlığa ek olarak, başka vezikül türleri de vardır. Bunlardan biri, içeriği esas olarak su olan vakuollerdir.

Taşıma kesecikleri, adından da anlaşılacağı gibi, maddelerin hücredeki diğer yerlere hareketine katılırlar. Salgı veziküller, kendi adlarına, atık maddeleri veya kimyasalları (nöronların sinapsında yer alanlar gibi) uzaklaştırır.

İlişkili hastalıklar

İnsanlarda lizozom enzimlerini kodlayan genlerdeki mutasyonlar, 30'dan fazla konjenital hastalıkla ilişkilidir. Bu patolojiler, "lizozomal depo hastalıkları" terimi ile kapsanmaktadır.

Şaşırtıcı bir şekilde, bu koşulların çoğu, tek bir lizozomal enzime verilen hasardan kaynaklanmaktadır.

Etkilenen bireylerde, lizozomların içinde işlevsel olmayan bir enzime sahip olmanın sonucu, atık ürünlerin birikmesidir.

En yaygın lizozomal birikim değişikliği, Gaucher hastalığı olarak bilinir ve glikolipidlerden sorumlu enzimi kodlayan gendeki bir mutasyonla ilişkilidir. İlginç bir gerçek olarak, hastalık her 2.500 kişiden 1'ini etkileyen Yahudi nüfusu arasında oldukça yüksek bir sıklık gösteriyor.

Referanslar

1. Cooper, GM, Hausman, RE ve Hausman, RE (2000). Hücre: moleküler bir yaklaşım. ASM basın.
2. Holtzman, E. (2013). Lizozomlar. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY ve Yang, JS (2009). COPI vezikül oluşumunun gelişen anlayışı. Doğa incelemeleri Moleküler hücre biyolojisi, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL ve Tres, L. (2015). Histoloji ve Hücre Biyolojisi: Patoloji E-Kitabına giriş. Elsevier Sağlık Bilimleri.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM ve Griffiths, GM (2014). Lizozomların ve lizozomla ilgili organellerin biyojenezi. Cold Spring Harbor perspektifleri biyolojide, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR ve Bright, NA (2007). Lizozomlar: füzyon ve işlev. Doğa incelemeleri Moleküler hücre biyolojisi, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM ve Piper, RC (2000). Lizozom-endozom füzyonu ve lizozom biyogenezi. J Celi Sci, 113 (9), 1515-1524.