Delen:
Functies, typen en ziekten van Lysosomes
de lysosomen membraanachtige deeltjes liggen tussen mitochondria en microsomen met uiteenlopende spijsverteringsenzymen (ongeveer 50) hoofdzakelijk gebruikt voor de spijsvertering en eliminatie van overmatig organellen of versleten, voedseldeeltjes en bacteriën of virussen.
Met een meer informele term zou je kunnen zeggen dat lysosomen zijn zoals de maag van de cel.
De lysosomen zijn omgeven door een membraan dat bestaat uit fosfolipiden die het binnenste van de lysosomen scheiden van de buitenomgeving van het membraan. Fosfolipiden zijn dezelfde celmoleculen die het celmembraan vormen dat de hele cel omringt. Lysosomen variëren in grootte van 0,1 tot 1,2 micrometer.
De specifieke functies omvatten:
- de vertering van macromoleculen van fagocytose, endocytose en autofagie.
- de vertering van bacteriën en andere afvalstoffen.
- de reparatie van de schade aan het plasmamembraan fungerend als een membraanpleister.
- en apoptose.
Ze worden vaak 'zelfmoordzakken' genoemd vanwege hun rol in autolyse.
Ontdekking van lysosomen
De lysosomen werden ontdekt door de Belgische cytoloog en biochemicus Christian René de Duve in de jaren vijftig. De Duve behaalde in 1974 een deel van de Nobelprijs voor de geneeskunde voor zijn ontdekking van lysosomen en andere organellen bekend als peroxisomen..
De Duve ontdekte lysosomen volgens biochemische methoden en met behulp van elektronenmicroscopie. Deze fundamentele ontdekking heeft geleid tot het huidige begrip van verschillende erfelijke aandoeningen veroorzaakt door defecte lysosomale eiwitten, waaronder Tay-Sach-ziekte en de ziekte van Gaucher.
type
Recent onderzoek suggereert dat er twee soorten lysosomen zijn: secretie en conventionele lysosomen.
Lysosomes secretors
Secretoire lysosomen worden gevonden, maar niet uitsluitend, in verschillende cellen van het immuunsysteem, zoals T-lymfocyten, afgeleid van de hematopoietische cellijn.
De secretoire lysosomen zijn een combinatie van conventionele lysosomen en secretoire korrels. Ze verschillen van conventionele lysosomen doordat ze het specifieke secretoire product bevatten van de cel waarin ze zich bevinden.
T-lymfocyten bevatten bijvoorbeeld secretoire producten (perforine en granzymes) die zowel geïnfecteerde cellen als tumorcellen kunnen aanvallen..
De "combicellen" van het secretoire lysosoom bevatten ook de hydrolasen, membraaneiwitten en hebben het regulerende gemak van de pH van conventionele lysosomen. Deze regulerende functie handhaaft een zure omgeving waarin de uitscheidende producten in een inactieve vorm worden gehouden.
De rijpe secretoire lysosomen bewegen binnen het cytoplasma naar het plasmamembraan. Hier worden ze in de standby-modus gehouden met krachtige afscheidingen van "kernkoppen" inactief maar klaar.
Wanneer de T-lymfocytcel perfect is gefocust op de doelwitcel, wordt de secretie "geactiveerd" en veranderen milieu- en chemische veranderingen, waaronder pH, de secreties voordat het doelwit wordt geblokkeerd.
Dit alles wordt gedaan met nauwkeurige controle van locatie en timing, niet alleen om het effect op het doel te maximaliseren, maar ook om bijkomende schade aan aangrenzende vriendelijke cellen te minimaliseren.
Genetisch gereguleerde aandoeningen van secretoire lysosomen kunnen leiden tot verminderde bloedplaatjes synthese, een type van immunodeficiëntie en hypopigmentatie.
Conventionele lysosomen
De lysosomen verblijven in de cel als herbruikbare organellen en, wanneer celdeling plaatsvindt, ontvangt elke dochtercel een reeks lysosomen. Er wordt gedacht dat de afzetting van chemicaliën in het lysosoom kan worden "bijgevuld" door de Golgi-apparatuur.
Chemicaliën worden geproduceerd in het endoplasmatisch reticulum, gewijzigd in het Golgi-apparaat en naar lysosomen in vesicles. Modificatie in het Golgi-apparaat omvat een "target labeling" op moleculair niveau dat ervoor zorgt dat het blaasje wordt afgeleverd aan een lysosoom en niet aan het plasmamembraan of elders.
Het "label" wordt teruggestuurd naar het Golgi-apparaat voor hergebruik. Materiaal uit 3 verschillende bronnen vereist demontage en recycling. De substraten van twee van deze bronnen komen de cel van buiten binnen en de derde komt van binnenuit.
Van buiten de cel, laat het proces van endocytose, inclusief pinocytose, vloeistoffen en kleine deeltjes door de formatie, in het plasmamembraan, van kleine holtes bekleed met eiwitten. Deze sluiten af totdat ze vesicles vormen die gecoat zijn met eiwitten.
Elke blaasje wordt een "vroeg endosoom" en vervolgens een "laat endosoom". Ook van buiten de cel brengt fagocytose (celvoeding) relatief grote deeltjes (gewoonlijk 250 nm groot) met zich mee, inclusief bacteriën en celresten.
Fagocytose kan worden uitgevoerd door "gewone cellen", maar wordt hoofdzakelijk uitgevoerd door macrofagen die tot 1.000 lysosomen per cel kunnen bevatten. De resulterende structuur van fagocytose wordt fagosoom genoemd. Van de binnenkant van de cel zijn autophagosomes verantwoordelijk voor de eliminatie van organellen, zoals mitochondriën en ribosomen.
Functies van lysosomes
De belangrijkste functies van lysosomes zijn:
Intracellulaire spijsvertering
Het woord lysosoom is afgeleid van "glad" (lytisch of digestief) en "soma" (lichaam). Vacuolen pinocytotic, gevormd als gevolg van de absorptie van de vloeibare stof in de cel of fagocytische vacuolen (gevormd door de absorptie van vaste deeltjes in de cel), transporteren het materiaal aan het lysosomale eiwitgebied.
Deze eiwitten zouden in de cel kunnen worden afgebroken als gevolg van endocytose. Endocytose omvat de processen van fagocytose, pinocytose en micropinocytose.
Fagocytose en pinocytose zijn actieve mechanismen waarbij de cel energie nodig heeft om te functioneren. Tijdens fagocytose door leukocyten nemen de zuurstofconsumptie, glucoseopname en glycogeenontleding aanzienlijk toe.
Bij de endocytose treedt de samentrekking van actine en myosinemicrofilamenten die aanwezig zijn in het perifere cytoplasma op. Dit zorgt ervoor dat het plasmamembraan invagineert en de endocytische vacuole vormt. Ingeïntegreerde deeltjes ingesloten in membranen die zijn afgeleid van het plasmamembraan en die vacuolen vormen, zijn soms cellulaire fagosomen.
Na de intrede van een groot deeltje of lichaam in de cel door endocytose en de vorming van een fagosoom, kunnen de membranen van het fagosoom en een lysosoom samensmelten om een enkele grote vacuole te vormen.
Binnen deze vacuole beginnen de lysosomale enzymen met het proces van digestie van het vreemde materiaal. Aanvankelijk het lysosoom, zogenaamde primaire lysosoom, bevat het complex enzym in een inactieve toestand, maar na fusie met het phagosome produceert een secundaire lysosoom met een andere morfologie en actieve enzymen.
Na enzymatische digestie diffundeert het gedigereerde materiaal in het hialoplasma van de cel. Sommige materialen kunnen in de vacuole van het vergrote lysosoom achterblijven. Deze overblijfsel-vacuole is het restlichaam, omdat het de rest van het spijsverteringsproces bevat.
Tijdens verhongering verteren lysosomen opgeslagen voedselmaterialen, dwz eiwitten, lipiden en glycogeen uit het cytoplasma en voorzien ze in de energie die de cel nodig heeft. Eiwitvertering meestal eindigt ter hoogte van het dipeptide, die door het membraan kunnen passeren en vervolgens verteerd tot aminozuren.
Digestie van intracellulaire stoffen of autofagie
Veel cellulaire componenten, zoals mitochondria, worden constant uit de cel verwijderd door het lysosomale systeem. Cytoplasmatische organellen omgeven door membranen gladde endoplasmatisch reticulum, vacuolen vormen, dan lysosomale enzymen worden afgevoerd autofagocytische vacuolen en organellen verteerd.
Autofagie is een algemene eigenschap van eukaryote cellen. Deze hebben betrekking op de vernieuwing van cellulaire componenten.
De vertering van mitochondria of andere cellulaire structuren verschaft een bron van energie voor deze cellen. Na digestie van de cellulaire structuur kunnen de autofagische vacuolen restlichamen worden.
Ze spelen een rol in de metamorfose
Onlangs is de rol van het lysosoom ontdekt in de metamorfose van de kikker. Het verdwijnen van de larvale staart van het kikkervisje is te wijten aan de lysosomale activiteit (actie van de cathepsines aanwezig in de lysosomen).
Ze helpen bij de synthese van eiwitten
De wetenschappers Novikoff en Essner (1960) hebben de mogelijke rol van lysosomen bij de eiwitsynthese gesuggereerd. In de lever en de alvleesklier van sommige vogels lijken lysosomen actiever te zijn en te ontwikkelen, wat een mogelijke relatie met cellulair metabolisme aantoont..
Ze helpen bij bevruchting
Tijdens de bevruchting scheiden de kop van het sperma enkele lysosomale enzymen af die helpen bij de penetratie van de spermatozoa in de vitellinelaag van de zaadknop.
Het acrosoom bevat protease en hyaluronidase en overvloedig zuur fosfatase. Het hyaluronidase gedispergeerd in de cellen rond de oöcyt en het protease verteert de zona pellucida waardoor een kanaal ontstaat waardoor de spermacel doordringt.
Het heeft een rol bij osteogenese
Er is beargumenteerd dat de vorming van botcellen en ook hun vernietiging afhangt van de lysosomale activiteit. Evenzo zijn celveroudering en parthenogenetische ontwikkeling gerelateerd aan de activiteit van lysosomen.
Osteoclasten (multikernige cellen) die bot verwijderen, doen dit door lysosomale enzymen af te geven die de organische matrix afbreken. Dit proces wordt geactiveerd door parathyroïd hormoon.
Misvorming van lysosomen
Een defect van lysosomes kan tot ziekten leiden. Wanneer bijvoorbeeld glycogeen dat wordt geabsorbeerd door lysosomen niet wordt verteerd, treedt de ziekte van Pompe op.
Breuken van lysosomen in huidcellen die zijn blootgesteld aan direct zonlicht leiden tot pathologische veranderingen na zonnebrand. De enzymen die vrijkomen bij deze lysosomen vernietigen de cellen van de epidermis, veroorzaken blaasjes en vervolgens een onthechting van een laag epidermis.
Autolyse van kraakbeen en botweefsel
Overtollige vitamine A veroorzaakt celvergiftiging. Het onderbreekt het lysosomale membraan, veroorzaakt de afgifte van enzymen in de cel en veroorzaakt autolyse in het kraakbeen en botweefsel.
Lysosomale ziekten
Ziekten van Gaucher Types I, II en III
De ziekte van Gaucher is het meest voorkomende type van lysosomale opslagstoornis. Onderzoekers hebben drie verschillende soorten van de ziekte van Gaucher geïdentificeerd op basis van de afwezigheid (type I) of de aanwezigheid en mate van (types II en III) neurologische complicaties.
De meest getroffen personen hebben type I, kunnen blauwe plekken, chronische vermoeidheid en een abnormaal vergrote lever en / of milt (hepatosplenomegalie) ervaren.
Type II ziekte van Gaucher komt voor bij pasgeborenen en zuigelingen, en wordt gekenmerkt door neurologische complicaties die onvrijwillige spierspasmen, moeite met slikken en verlies van eerder verworven motorische vaardigheden kunnen omvatten..
Type III ziekte van Gaucher verschijnt tijdens het eerste decennium van zijn leven. Neurologische complicaties kunnen mentale achteruitgang, onvermogen om vrijwillige bewegingen en spierspasmen van de armen, benen of het hele lichaam te coördineren, omvatten.
Soorten ziekte van Niemann-Pick A / B, C1 en C2
De ziekte van Niemann-Pick bestaat uit een groep erfelijke aandoeningen die verband houden met het metabolisme van vetten. Sommige kenmerken die bij alle soorten voorkomen, zijn vergroting van de lever en de milt. Kinderen met de ziekte van Niemann-Pick, type A of C, ervaren ook progressief verlies van motorische vaardigheden, voedingsproblemen, progressieve leermoeilijkheden en toevallen..
De ziekte van Fabry
De symptomen van de ziekte van Fabry beginnen meestal tijdens de vroege kindertijd of adolescentie, maar worden pas in het tweede of derde decennium van het leven duidelijk..
De eerste symptomen zijn episoden van hevig brandende pijn in de handen en voeten. Andere vroege tekenen kunnen een afname in de productie van zweet, ongemak bij het ervaren van warme temperaturen en het verschijnen van een roodachtige tot donkerblauwe huiduitslag zijn, vooral in het gebied tussen de heupen en knieën..
Glycogeenstapelingsziekte II (ziekte van Pompe)
De ziekte van Pompe heeft een late onset-vorm. Patiënten met de zuigelingenvorm worden het zwaarst getroffen. Hoewel deze baby's gewoonlijk normaal lijken bij de geboorte, treedt de ziekte op binnen de eerste twee tot drie maanden met snel voortschrijdende spierzwakte, verminderde spierspanning (hypotonie) en een type hartaandoening die bekend staat als hypertrofische cardiomyopathie..
Voedingsproblemen en ademhalingsproblemen komen vaak voor. De juveniele / volwassen vorm komt voor tussen de eerste en de zevende decennia als een progressief langzame spierzwakte of met symptomen van ademhalingsfalen.
Type I Gangliosidose (ziekte van Tay Sachs)
Er zijn twee hoofdvormen van de ziekte van Tay Sachs: de klassieke of de kindervorm en de vorm met het late begin.
Bij personen met de kinderziekte van Tay Sachs verschijnen de symptomen meestal voor het eerst tussen drie en vijf maanden oud. Deze kunnen voedingsproblemen, algemene zwakte (lethargie) en een overdreven schrikreflex in reactie op luide en plotselinge geluiden omvatten. Motorische vertragingen en mentale achteruitgang zijn progressief.
Bij personen met de late onset-vorm kunnen symptomen optreden vanaf de adolescentie tot 30 jaar. De kindervorm verloopt vaak snel, met als gevolg een aanzienlijke mentale en fysieke achteruitgang.
Een kenmerkend symptoom van de ziekte van Tay Sachs, dat in 90 procent van de gevallen voorkomt, is de ontwikkeling van rode vlekken op de achterkant van de ogen. De symptomen van de late Tay Tays-ziekte variëren sterk van geval tot geval. Deze aandoening verloopt veel langzamer dan de infantiele vorm.
Gangliosidosis type II (de ziekte van Sandhoff)
De eerste symptomen van de ziekte van Sandhoff beginnen meestal tussen drie en zes maanden oud. De ziekte is klinisch niet te onderscheiden van type I-gangliosidose.
Metachromatische leukodystrofie
De eerste tekenen en symptomen kunnen vaag en geleidelijk zijn, dus deze aandoening is moeilijk te diagnosticeren. Loopinstabiliteit is vaak het eerste waargenomen symptoom.
Af en toe is het vroegste symptoom de vertraging in de ontwikkeling of verslechtering van de schoolprestaties. Na verloop van tijd kunnen de symptomen zijn gekenmerkt spasticiteit, epileptische aanvallen en diepe mentale retardatie.
Opslagziekten van mucopolysacchariden (de ziekte van Hurler en varianten, type A, B, C, D, Morquio soorten A en B, Maroteaux-Lamy en sluwe ziekten)
Deze ziekten worden veroorzaakt door veranderingen in de normale afbraak van complexe koolhydraten die bekend staan als mucopolysacchariden. Deze ziekten hebben bepaalde gemeenschappelijke kenmerken, waaronder misvormingen van de botten en gewrichten die de mobiliteit verstoren en vaak osteoartritis veroorzaken, vooral grote gewrichten die het gewicht ondersteunen.
Al deze ziekten, met uitzondering van de ziekte van Sanfilippo, interfereren met de groei en veroorzaken een kleine gestalte.
Schindler's Disease Types I en II
De ziekte van Schindler type I is de klassieke vorm, die voor het eerst tijdens de kindertijd verschijnt. Getroffen personen lijken zich normaal te ontwikkelen totdat ze een jaar oud zijn, wanneer ze beginnen met het verliezen van eerder verworven vaardigheden die de coördinatie van fysieke en mentale activiteiten vereisen..
De Type II Schindler is de vorm van uiterlijk bij volwassenen. Symptomen kunnen de ontwikkeling zijn van verkleuringsclusters vergelijkbaar met wratten op de huid, permanente verwijding van groepen bloedvaten die roodheid van de huid in de getroffen gebieden veroorzaken, relatieve verdikking van gelaatstrekken en lichte intellectuele achteruitgang.
Batten-ziekte
De ziekte van Batten is de juveniele vorm van een groep van progressieve neurologische aandoeningen, bekend als neuronale ceroïde lipofuscinose. Het wordt gekenmerkt door de opeenhoping van een vettige substantie in de hersenen, evenals in weefsel dat geen zenuwcellen bevat.
De ziekte van Batten wordt gekenmerkt door snel voortschrijdende visusstoornis (optische atrofie) en neurologische stoornissen, die kunnen aanvangen vóór acht jaar. Het komt vooral voor in families van Scandinavische afkomst uit Noord-Europa en de aandoening beïnvloedt de hersenen en kan de achteruitgang van het intellect en neurologische functies veroorzaken.
Betrokken populatie
Als groep wordt aangenomen dat lysosomale stapelingsziekten een geschatte frequentie van ongeveer één op de 5.000 levendgeborenen hebben. Hoewel individuele ziekten zeldzaam zijn, treft de groep als geheel veel mensen over de hele wereld.
Sommige van de ziekten hebben een hogere incidentie bij bepaalde populaties. Ziekten van Gaucher en Tay-Sachs komen bijvoorbeeld vaker voor onder de Joodse bevolking van de Ashkenazi. Het is bekend dat een mutatie geassocieerd met het syndroom van Hurler vaker voorkomt tussen Scandinavische en Russische mensen.
diagnose
Prenatale diagnose is mogelijk voor alle lysosomale stapelingsziekten. Vroege detectie van lysosomale stapelingsziekten, ofwel voor de geboorte of zo snel mogelijk, is belangrijk omdat wanneer therapieën beschikbaar zijn, hetzij voor de ziekte zelf, hetzij voor de bijbehorende symptomen, deze het lange-termijn-verloop aanzienlijk kunnen beperken en de impact van de ziekte.
referenties
- Biologie-Online. (2008). Lysosoom. 6-2-2017, van Biology-Online.org Website: biology-online.org.
- Het Rockefeller University Hospital. (2004). "Verkenning van cellen met een centrifuge": de ontdekking van het lysosoom. 6-2-2017, van de Rockefeller University. Website: centennial.rucares.org.
- British Society for Cell Biology. (2016). Lysosoom. 6-2-2017, van BSCB Website: bscb.org.
- Jain, K. (2016). 8 belangrijkste functies van Lysosomes. 6-2-2017, van BiologyDiscussion.com Website: biologydiscussion.com.
- Clark, J. (2003). Lysosomale storingsstoornissen. 6-2-2017, van NORD - Nationale organisatie voor zeldzame aandoeningen Website: rarediseases.org.
- Fawcett, W. (1981). De cellen. 6-2-2017, van ascb.org Website: ascb.org.
- Susuki, K. (2016). Lysosomale ziekte. 7-2-2017, van National Center for Biotechnology Information Website: ncbi.nlm.nih.gov.
- TutorVista (2017). Functie van Lysosomes. 7-2-2017, van TutorVista.com Website: ncbi.nlm.nih.gov.
- Natuureducatie. (2014). Endoplasmatisch reticulum, Golgi-apparaat en Lysosomes. 7-2-2017, van nature.com Website: nature.com.