LYSOSOME: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG VÀ CÁC LOẠI - SINH HỌC - 2025

Các lysosome là màng bào quan tế bào được đặt bên trong các tế bào động vật. Chúng là những ngăn có pH axit và chứa nhiều enzym tiêu hóa, có khả năng phân hủy bất kỳ loại phân tử sinh học nào: protein, carbohydrate và axit nucleic.

Ngoài ra, chúng có thể làm phân huỷ vật chất từ ​​bên ngoài tế bào. Vì lý do này, lysosome có nhiều chức năng trong quá trình trao đổi chất của tế bào và nhờ thành phần chứa nhiều enzym thủy phân, chúng thường được gọi là "dạ dày" của tế bào.

Lysosome được hình thành do sự hợp nhất của các túi xuất hiện từ bộ máy Golgi. Tế bào nhận ra các trình tự nhất định có chức năng như "thẻ" trên các enzym thủy phân và gửi chúng đến các lysosome đang hình thành.

Những không bào này có hình cầu và kích thước của chúng thay đổi đáng kể, là một cấu trúc tế bào khá năng động.

Khám phá và quan điểm lịch sử

Lysosome được phát hiện cách đây hơn 50 năm bởi nhà nghiên cứu Christian de Duve. Nhóm của De Duve đang tiến hành các thí nghiệm liên quan đến kỹ thuật phân đoạn dưới tế bào, để điều tra vị trí của một số enzym.

Quy trình thử nghiệm này cho phép phát hiện ra các bào quan, vì các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng việc giải phóng các enzym thủy phân tăng lên khi chúng bổ sung các hợp chất làm hỏng màng.

Sau đó, sự cải tiến của các kỹ thuật sinh học phân tử và sự tồn tại của thiết bị tốt hơn - chẳng hạn như kính hiển vi điện tử, đã chứng thực sự hiện diện của nó. Trên thực tế, có thể kết luận rằng lysosome chiếm 5% thể tích nội bào.

Một thời gian sau khi được phát hiện, người ta đã chứng minh được sự hiện diện của các enzym thủy phân bên trong nó, biến lysosome thành một loại trung tâm phân hủy. Hơn nữa, lysosome có liên quan đến đời sống nội bào.

Trong lịch sử, lysosome được coi là điểm kết thúc của quá trình nội bào, chỉ được sử dụng để phân hủy các phân tử. Ngày nay, lysosome được biết đến là những ngăn tế bào năng động, có khả năng dung hợp với nhiều loại bào quan bổ sung.

nét đặc trưng

Bơm proton qua màng lysosome. Nguồn: Alejandro Porto

Hình thái của lysosome

Lysosome là những ngăn duy nhất của tế bào động vật chứa nhiều loại enzym có khả năng thủy phân protein và tiêu hóa một số phân tử.

Chúng là những không bào hình cầu, dày đặc. Kích thước của cấu trúc rất đa dạng, và phụ thuộc vào vật liệu đã được chụp trước đó.

Lysosome, cùng với lưới nội chất và bộ máy Golgi, là một phần của hệ thống nội màng của tế bào. Mặc dù ba cấu trúc này là mạng lưới các màng, nhưng chúng không liên tục với nhau.

Lysosome chứa nhiều enzym

Đặc điểm chính của lysosome là pin chứa các enzym thủy phân bên trong chúng. Có khoảng 50 loại enzyme có khả năng phân hủy một loạt các phân tử sinh học.

Chúng bao gồm các nuclease, protease và phosphatase (loại bỏ các nhóm phosphate khỏi các mononucleotide phospholipid và các hợp chất khác). Ngoài ra, chúng còn chứa các enzym khác chịu trách nhiệm cho sự phân hủy polysaccharid và lipid.

Về mặt logic, các enzym tiêu hóa này phải được tách biệt về mặt không gian với phần còn lại của các thành phần tế bào để tránh sự suy thoái không kiểm soát của chúng. Do đó, tế bào có thể "chọn" các hợp chất cần phải loại bỏ, vì nó có thể điều chỉnh các yếu tố xâm nhập vào lysosome.

Môi trường của lysosome có tính axit

Bên trong lysosome có tính axit (gần 4,8), và các enzym trong nó hoạt động tốt ở điều kiện pH này. Do đó, chúng được gọi là axit hydrolaza.

Độ pH axit đặc trưng của ngăn tế bào này được duy trì nhờ sự hiện diện của bơm proton và kênh clorua trong màng. Cùng nhau, chúng vận chuyển axit clohydric (HCl) vào lysosome. Máy bơm nằm neo trong màng của bào quan.

Chức năng của pH có tính axit này là kích hoạt các enzym thủy phân khác nhau có trong lysosome và tránh - càng xa càng tốt - hoạt động của enzym của chúng ở pH trung tính của dịch bào.

Bằng cách này, chúng ta đã có hai rào cản hoạt động như một biện pháp bảo vệ chống lại quá trình thủy phân không kiểm soát: giữ các enzym trong một ngăn riêng biệt và các enzym này hoạt động tốt ở pH axit của ngăn này.

Ngay cả khi màng lysosome bị vỡ, việc giải phóng các enzym sẽ không có nhiều tác dụng - do độ pH trung tính của dịch bào.

Đặc trưng

Thành phần bên trong của lysosome bị chi phối bởi các enzym thủy phân, đó là lý do tại sao chúng là một khu vực quan trọng của quá trình trao đổi chất tế bào, nơi diễn ra quá trình tiêu hóa các protein ngoại bào đi vào tế bào bằng quá trình nội bào, tái chế các bào quan và protein tế bào.

Dưới đây chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu các chức năng nổi bật nhất của lysosome: phân giải các phân tử do tự thực bào và phân huỷ do thực bào.

Autophagy

Autophagy là gì?

Một cơ chế bắt các protein tế bào được gọi là autophagy "tự ăn". Sự kiện này giúp duy trì cân bằng nội môi của tế bào, làm suy giảm các cấu trúc tế bào không còn cần thiết và góp phần tái chế các bào quan.

Thông qua hiện tượng này, sự hình thành các túi được gọi là autophagosomes xảy ra. Đây là những vùng nhỏ của tế bào chất hoặc các ngăn tế bào khác, xuất phát từ lưới nội chất, hợp nhất với lysosome.

Cả hai bào quan đều có khả năng hợp nhất, vì chúng được phân cách bởi màng sinh chất có bản chất lipid. Tương tự như việc cố gắng ghép hai bong bóng xà phòng với nhau - bạn đang tạo ra một bong bóng lớn hơn.

Sau khi hợp nhất, thành phần enzym của lysosome chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần bên trong túi khác được hình thành. Việc bắt giữ các phân tử này dường như là một quá trình thiếu tính chọn lọc, gây ra sự suy thoái của các protein nằm trong tế bào sống lâu năm.

Autophagy và giai đoạn nhịn ăn

Trong tế bào, sự kiện autophagy dường như được điều chỉnh bởi lượng chất dinh dưỡng sẵn có.

Khi cơ thể bị thiếu hụt chất dinh dưỡng hoặc nhịn ăn trong thời gian dài, các con đường thoái hóa sẽ được kích hoạt. Bằng cách này, tế bào quản lý để phân hủy các protein không cần thiết và đạt được việc tái sử dụng các bào quan nhất định.

Biết rằng lysosome đóng một vai trò quan trọng trong thời kỳ nhịn ăn đã làm tăng sự quan tâm của các nhà nghiên cứu đối với bào quan này.

Autophagy và sự phát triển của sinh vật

Ngoài việc chúng tham gia tích cực vào các giai đoạn có hàm lượng dinh dưỡng thấp, lysosome còn đóng một vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của một số dòng hữu cơ nhất định.

Trong một số trường hợp, sự phát triển liên quan đến việc tu sửa toàn bộ cơ thể, có nghĩa là một số cơ quan hoặc cấu trúc nhất định phải được loại bỏ trong quá trình này. Ví dụ, trong biến thái của côn trùng, thành phần thủy phân của lysosome góp phần vào việc tái tạo mô.

Nội bào và thực bào

Quá trình nội bào và quá trình thực bào có vai trò trong việc hấp thu các yếu tố bên ngoài tế bào và sự thoái hóa sau đó của chúng.

Trong quá trình thực bào, một số tế bào - chẳng hạn như đại thực bào - chịu trách nhiệm ăn hoặc phân hủy các hạt lớn, chẳng hạn như vi khuẩn hoặc mảnh vụn tế bào.

Những phân tử này được ăn vào bởi một không bào thực bào, được gọi là phagosome, như trong trường hợp trước, sẽ hợp nhất với lysosome. Kết quả hợp nhất là giải phóng các enzym tiêu hóa trong phagosome và các hạt bị phân hủy.

Các loại lysosome

Một số tác giả phân biệt ngăn này thành hai loại chính: loại I và loại II. Những lysosome loại I hoặc lysosome sơ cấp liên quan đến việc lưu trữ các enzym thủy phân, trong khi lysosome thứ cấp liên quan đến các quá trình xúc tác.

Hình thành lysosome

Sự hình thành các lysosome bắt đầu với sự hấp thu các phân tử từ bên ngoài qua các túi nội bào. Phần sau hợp nhất với các cấu trúc khác được gọi là nội tạng sớm.

Sau đó, các ống nội soi sớm trải qua quá trình trưởng thành, làm phát sinh các ống nội soi muộn.

Một thành phần thứ ba xuất hiện trong quá trình hình thành: các túi vận chuyển. Chúng chứa các hydrolase axit từ mạng chuyển hóa của bộ máy Golgi. Cả hai cấu trúc - túi vận chuyển và ống nội soi muộn - hợp nhất và trở thành một lysosome, sau khi có được bộ enzyme lysosome.

Trong quá trình này, việc tái chế các thụ thể màng xảy ra bằng cách tái chế các ống nội soi.

Các hydrolase axit được tách ra khỏi thụ thể mannose-6 phosphate trong quá trình dung hợp của các bào quan tạo ra lysosome. Các thụ thể này lại xâm nhập vào mạng Golgi trans.

Sự khác biệt giữa nội tiêu và lysosome

Sự nhầm lẫn giữa các thuật ngữ nội soi và lysosome là phổ biến. Trước đây là các ngăn tế bào có màng bao bọc - giống như lysosome. Tuy nhiên, điểm khác biệt quan trọng giữa hai bào quan là các lysosome thiếu các thụ thể mannose-6-phosphate.

Ngoài hai thực thể sinh học này, còn có các loại mụn nước khác. Một trong số đó là không bào, có thành phần chủ yếu là nước.

Các túi vận chuyển, như tên gọi của nó, tham gia vào quá trình di chuyển của các chất đến các vị trí khác trong tế bào. Về phần chúng, các túi tiết loại bỏ chất thải hoặc hóa chất (chẳng hạn như những chất liên quan đến khớp thần kinh.)

Bệnh liên quan

Ở người, đột biến gen mã hóa enzym lysosome có liên quan đến hơn 30 bệnh bẩm sinh. Những bệnh lý này được bao hàm bởi thuật ngữ "bệnh tích trữ lysosome."

Đáng ngạc nhiên là nhiều tình trạng trong số này phát sinh do tổn thương một loại enzyme lysosome.

Ở những người bị ảnh hưởng, hậu quả của việc có một loại enzyme không có chức năng bên trong lysosome là sự tích tụ các chất thải.

Sự thay đổi lắng đọng lysosome phổ biến nhất được gọi là bệnh Gaucher, và nó có liên quan đến một đột biến trong gen mã hóa enzym chịu trách nhiệm về glycolipid. Như một thực tế gây tò mò, căn bệnh này cho thấy tần suất khá cao trong dân số Do Thái, cứ 2.500 người thì có 1 người.

Người giới thiệu

1. Cooper, GM, Hausman, RE & Hausman, RE (2000). Tế bào: một cách tiếp cận phân tử. Nhấn ASM.
2. Holtzman, E. (2013). Lysosome. Springer Science & Business Media.
3. Hsu, VW, Lee, SY & Yang, JS (2009). Sự hiểu biết ngày càng tăng về sự hình thành túi COPI. Nature đánh giá Sinh học tế bào phân tử, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Mô học và Sinh học Tế bào: giới thiệu về Sách điện tử bệnh học. Khoa học sức khỏe Elsevier.
5. Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Quá trình sinh học của lysosome và các bào quan liên quan đến lysosome. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong sinh học, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lysosome: hợp nhất và chức năng. Nature đánh giá Sinh học tế bào phân tử, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Hợp nhất lysosome-endosome và hình thành sinh học lysosome. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.