ليسوسومات: الخصائص والبنية والوظائف والأنواع
الليزوزومات هي عضيات خلوية محاطة بالأغشية الموجودة داخل الخلايا الحيوانية. إنها مقصورات تقدم درجة الحموضة الحمضية وغنية بالأنزيمات الهضمية ، وهي قادرة على تحطيم أي نوع من الجزيء البيولوجي: البروتينات والكربوهيدرات والأحماض النووية.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتحلل المواد من خارج الخلية. لذلك ، فإن الليزوزومات لها وظائف متعددة في استقلاب الخلية ، وغالبًا ما تُسمى "المعدة" للخلية بفضل تركيبتها الغنية بالأنزيمات المائية.
تتشكل الليزوزومات بواسطة اندماج الحويصلات التي تنشأ من جهاز جولجي. تتعرف الخلية على تسلسلات معينة تعمل كـ "ملصقات" على إنزيمات مائية وترسلها إلى الليزوزومات في التكوين.
هذه الفجوات كروية الشكل وحجمها يختلف إلى حد كبير ، كونها بنية خلوية ديناميكية للغاية.
الاكتشاف والمنظور التاريخي
تم اكتشاف الليزوزومات قبل أكثر من 50 عامًا بواسطة الباحث كريستيان دي دوف. كان فريق De Duve يجرون تجارب تتضمن تقنية تجزئة الخلوي ، من أجل التحقق من موقع بعض الإنزيمات.
سمح هذا البروتوكول التجريبي باكتشاف العضيات ، حيث لاحظ الباحثون أن زيادة إنزيمات التحلل المائي زادت لأنها أضافت مركبات تتلف الأغشية.
في وقت لاحق ، تمكن تحسين التقنيات في البيولوجيا الجزيئية ووجود معدات أفضل - مثل المجاهر الإلكترونية - من إثبات وجودها. في الواقع ، يمكن أن نستنتج أن الليزوزومات تشغل 5 ٪ من حجم الخلايا.
بعد وقت من اكتشافه ، كان من الممكن إثبات وجود إنزيمات تحلل في الداخل ، وتحول الليزوزوم إلى نوع من مركز التحلل. بالإضافة إلى ذلك ، كانت الجسيمات المرتبطة بالحياة الداخلية.
تاريخيا ، تم اعتبار الليزوزومات كنقطة نهاية للبطانة الداخلية ، وهي تستخدم فقط لتدهور الجزيئات. في الوقت الحاضر ، من المعروف أن الليزوزومات عبارة عن مقصورات خلوية ديناميكية ، قادرة على الانصهار مع مجموعة متنوعة من العضيات الإضافية.
ملامح
مورفولوجيا الليزوزومات
الليزوزومات عبارة عن أجزاء فريدة من الخلايا الحيوانية التي تحتوي على مجموعة متنوعة من الإنزيمات القادرة على تحلل البروتينات وهضم جزيئات معينة.
هم فجوات من الأشكال الكروية والكثيفة. يتنوع حجم الهيكل على نطاق واسع ، ويعتمد على المواد التي تم التقاطها مسبقًا.
تعتبر الليزوزومات ، إلى جانب الشبكة الإندوبلازمية وجهاز جولجي ، جزءًا من نظام الغشاء الداخلي للخلية. على الرغم من أن هذه الهياكل الثلاثة عبارة عن شبكات غشائية ، فإنها ليست مستمرة مع بعضها البعض.
الليزوزومات تحتوي على إنزيمات متعددة
السمة الرئيسية للليزوزومات هي بطارية الإنزيمات المائية في الداخل. يوجد حوالي 50 إنزيمًا قادر على تحطيم مجموعة واسعة من الجزيئات الحيوية.
من بين هذه هي nucleases ، البروتياز و phosphatases (التي تزيل مجموعات الفوسفات من أحاديات النيوكليوتيدات ، phospholipids وغيرها من المركبات). بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي على إنزيمات أخرى مسؤولة عن تدهور السكريات والدهون.
منطقيا ، يجب فصل هذه الانزيمات الهاضمة مكانيا عن بقية المكونات الخلوية لتجنب التحلل غير المنضبط منها. وبالتالي يمكن للخلية "اختيار" المركبات التي يجب التخلص منها ، حيث يمكنها تنظيم العناصر التي تدخل الليزوزوم.
بيئة الليزوزومات هي حمض
الجزء الداخلي من الليزوزومات حمضي (قريب من 4.8) ، والانزيمات التي تحتوي عليها تعمل بشكل جيد في هذه الحالة. لذلك ، فهي معروفة باسم hydrolases الحمضية.
يتم الحفاظ على خاصية الحموضة الحمضية لهذه الحجرة الخلوية بفضل وجود مضخة بروتون وقناة كلوريد في الغشاء. معا ، ينقلون حمض الهيدروكلوريك (حمض الهيدروكلوريك) إلى الليزوزوم. تقع المضخة الراسية في غشاء العضوي.
تتمثل وظيفة هذا الرقم الهيدروجيني الحمضي في تنشيط العديد من الإنزيمات المائية الموجودة في الليزوزوم وتجنب - قدر الإمكان - نشاطها الأنزيمي عند الرقم الهيدروجيني المحايد للخلايا الخلوية.
وبهذه الطريقة ، لدينا بالفعل حالتان تعملان كحماية من التحلل المائي غير المتحكم فيهما: إبقاء الإنزيمات في حجرة معزولة ، وأن هذه الإنزيمات تعمل جيدًا في الرقم الهيدروجيني الحمضي لهذه الحجرة.
على الرغم من أن غشاء الليزوزوم ينهار ، فإن إطلاق الإنزيمات لن يكون له تأثير كبير - بسبب درجة الحموضة المحايدة للسيتوسول.
وظائف
تهيمن الإنزيمات المائيّة على التركيب الداخلي للليزوزوم ، وهذا هو السبب في كونها منطقة مهمة من عملية التمثيل الغذائي الخلوي ، حيث تتم عملية هضم البروتينات خارج الخلية التي تدخل الخلية عن طريق التسمم الداخلي ، وإعادة تدوير العضيات والبروتينات الخلوية.
بعد ذلك ، سوف نستكشف بعمق أهم وظائف الليزوزومات: تدهور الجزيئات عن طريق البلعمة الذاتية وتدهور البلعمة.
الالتهام الذاتي
ما هي البلعمة الذاتية؟
تسمى الآلية التي تمكنت من التقاط البروتينات الخلوية "البلعمة الذاتية" "أكل نفسك". هذا الحدث يساعد على الحفاظ على التوازن الخلوي ، المهينة الهياكل الخلوية التي لم تعد ضرورية وتساهم في إعادة تدوير العضيات.
من خلال هذه الظاهرة يحدث تكوين حويصلات تسمى البلعمة الذاتية. هذه هي مناطق صغيرة من السيتوبلازم أو مقصورات الخلوية الأخرى ، من الشبكة الإندوبلازمية التي تنصهر مع الليزوزومات.
كل من العضيات لديها القدرة على الانصهار ، حيث يتم تحديدها بواسطة غشاء بلازما ذو طبيعة دهنية. من المماثل محاولة الانضمام إلى فقاعتي صابون - أنت تشكل واحدة أكبر.
بعد الانصهار ، يكون المحتوى الأنزيمي للجسيم الليزومي مسؤولاً عن تحطيم المكونات التي كانت داخل الحويصلة الأخرى المشكلة. يبدو أن التقاط هذه الجزيئات عملية تفتقر إلى الانتقائية ، مما يؤدي إلى تدهور البروتينات الموجودة في العصارة الخلوية الطويلة العمر.
البلعمة وفترات الصيام
في الخلية ، يبدو أن حالة الالتهام الذاتي تنظم بواسطة كمية المواد الغذائية المتاحة.
عندما يواجه الكائن الحي بعض نقص المغذيات أو يختبر فترات صيام طويلة ، يتم تنشيط مسارات التحلل. وبهذه الطريقة ، تتحلل الخلية من البروتينات التي ليست ضرورية وتحقق إعادة استخدام عضيات معينة.
مع العلم أن الليزوزومات تلعب دورًا مهمًا خلال فترات الصيام ، فقد زاد اهتمام الباحثين بالعضوية المذكورة.
البلعمة الذاتية وتطور الكائنات الحية
بالإضافة إلى مشاركتها النشطة في فترات المحتوى الغذائي المنخفض ، تلعب اللايسوسومات دورًا مهمًا أثناء تطوير سلالات معينة من الكائنات العضوية.
في بعض الحالات ، يشير التطور إلى إعادة عرض كاملة للكائن الحي ، مما يعني أنه يجب القضاء على أعضاء أو هياكل معينة أثناء العملية. في تحول الحشرات ، على سبيل المثال ، يساهم المحتوى المائي للليزوزومات في إعادة تشكيل الأنسجة.
البطانة والبلعمة
التوطين والبلعمة لها دور في أخذ العناصر الخارجية للخلايا وتدهورها اللاحق.
أثناء البلعمة ، تكون بعض الخلايا - مثل البلاعم - مسؤولة عن تناول أو تحطيم جزيئات ذات حجم كبير ، مثل البكتيريا أو حطام الخلية.
يتم ابتلاع هذه الجزيئات بواسطة فجوة بلعمية ، تسمى البلعمة ، والتي ، كما في الحالة السابقة ، ستندمج مع الليزوزومات. يؤدي الانصهار إلى إطلاق إنزيمات هضمية داخل البلعوم وتدهور الجسيمات.
أنواع الليزوزومات
يميز بعض المؤلفين هذه الحجرة في نوعين رئيسيين: النوع الأول والنوع الثاني. النوع الأول أو الليزوزومات الأولية متورط في تخزين الإنزيمات المائية ، في حين ترتبط الليزوزومات الثانوية بعمليات الحفز الكيميائي.
تشكيل الليزوزومات
يبدأ تكوين الليزوزومات بامتصاص الجزيئات من الخارج بواسطة حويصلات داخلية. تنصهر الأخيرة مع هياكل أخرى تسمى الاندوسومات المبكرة.
في وقت لاحق ، تخضع الإندوسومات المبكرة لعملية نضوج ، وتؤدي إلى اندوسومات متأخرة.
يظهر مكون ثالث في عملية التكوين: حويصلات النقل. هذه تحتوي على hydrolases الحمضية من الشبكة العابرة لجهاز Golgi. كلا الهيكلين - حويصلات النقل والاندوسومات المتأخرة - يندمجان ويتحولان إلى ليزوسوم ، بعد الحصول على مجموعة من الإنزيمات الليزوزومية.
أثناء العملية ، يحدث إعادة تدوير مستقبلات الأغشية من خلال إعادة تدوير الاندوسومات.
يتم فصل هيدرات حمض الحمض عن مستقبلات فوسفات المانوز - 6 أثناء عملية ذوبان العضيات التي تسببت في الليزوزومات. تدخل هذه المستقبلات إلى الشبكة العابرة لجولجي مرة أخرى.
الاختلافات بين الإندوسومات والليزوزومات
الارتباك شائع بين المصطلحات الاندوسومات والليزوزوم. الأول مقصورات خلوية محاطة بغشاء ليزوسومات تشبه الغشاء. ومع ذلك ، فإن الفرق الحاسم بين العضيتين هو أن الليزوزومات تفتقر إلى مستقبلات مانوز-فوسفات.
بالإضافة إلى هذين الكيانين البيولوجيين ، هناك أنواع أخرى من الحويصلات. واحد منهم هو الفجوات ، التي تحتوي أساسا على الماء.
تشارك حويصلات النقل ، كما يوحي الاسم ، في نقل المواد إلى مواقع أخرى في الخلية. الحويصلات الإفرازية ، من ناحية أخرى ، تعمل على التخلص من النفايات أو المواد الكيميائية (مثل تلك التي تشارك في المشابك العصبية).
الأمراض المرتبطة
في البشر ، ترتبط الطفرات في الجينات التي ترمز للأنزيمات الليزوزومية بأكثر من 30 مرضًا خلقيًا. يتم تضمين هذه الأمراض في مصطلح "أمراض الودائع الليزوزومية".
والمثير للدهشة ، أن العديد من هذه الحالات تنشأ عن الأضرار التي لحقت إنزيم الليزوزومية واحدة.
في الأفراد المتضررين ، تكون نتيجة وجود إنزيم غير وظيفي داخل الجسيمات غير العضوية هي تراكم النفايات.
يُعرف التغيير الأكثر شيوعًا في الرواسب الليزوزومية بمرض غوشيه ، ويرتبط مع حدوث طفرة في الجين ترمز إلى الإنزيم المسؤول عن الجليكوليبيدات. كحقيقة غريبة ، يُظهر المرض تواترًا مرتفعًا إلى حد ما بين السكان اليهود ، حيث يصيب شخصًا واحدًا لكل 2500 فرد.
