Lüsosoomid (0)

Lüsosoomid
11.klass
04.11.2007
Tallinn 2007
Sisukord
Lk 2: Sisukord
Lk 3: Sissejuhatus
Lk 3: Lüsosoomide tüübid
Lk 4-5: Lüsosoomid
Lk 6: Ainete teekond lüsosoomidesse
Lk 7-8: Lüsosomaalsete ensüümide defektidest tingitud haigused
Lk 9: Kokkuvõte
Lk 10: Kasutatud kirjanuds

Sissejuhatus
Lüsosoomid on ühekihilise membraaniga ümbritsetud lõhustavaid ensüüme sisaldavad organellid (Ensüümid lõhustavad aktiivses olekus valke, lipiide jt. aineid ning rakustruktuure.), mis moodustuvad Golgi kompleksist. Lüsosoomide suurus võib olla 0,25-0,5 µm ja ühes rakus on neid enamasti kuni paarsada. Lüsosoomid jagunevad kaheks. Esiteks primaarsed lüsosoomid, teiseks sekundaarsed lüsosoomid. Primaarsed sisaldavad vaid mitteaktiivses olekus ensüüme, sekundaarsed aga lisaks aktiveeritud ensüümidele veel lagundatavaid aineid. Lüsosoomid kontrollivad veel mitmete bioaktiivsete ainete toimet, kindlustavad metabolismi toimumise nälja tingimustes ja kudede ümberkujundamist organismidel, kellel on moondega areng.
Ehk siis peamisteks ülesanneteks on:

• Kindlustada surnud ja mittevajalike rakustruktuuride ning ainete lagundamine.
  
• Tagada rakku sattunud võõra orgaanilise aine (antigeenide) lõhustamine.
  
• Lüsosoomides toimub rakusisene seedimine- fago- ja pinotsütoos (ainuraksete toitumine)
  
• Funktsioneerida ka moondega arengu korral kudede ümberkujundamist (kullese saba kadumine) ning sünnitusjärgselt emaka taandarengul.
  
• Lüsosoomid tagavad metabolismi nälgimisel, dieedil.
  

Lüsosoomide tüübid

• Primaarsed lüsosoomid ei sisalda lagundatavaid membraane ja partikleid, on väikese läbimõõduga.
  
• Sekundaarsed lüsosoomid moodustuvad primaarsete ühinemisel teiste organellidega (endosoomidega) ja sisaldavad ’seedimisfaasis’ olevaid partikleid ja membraane
  
• Autofagosoomid, mis lagundavad vananenud organellid.
  

Lüsosoomid
Lüsosoomid on hüdrolüütilisi ensüüme sisaldavad membraanstruktuurid, kus toimub teatud orgaaniliste ainete lagundamine. Kui tegemist on rakku sisenenud võõra orgaanilise ainega, siis selle lagundamist kutsutakse heterofaagiaks. Sama raku vananenud osade lagunemise protsessi tuntakse autofaagia nime all.
Lüsosoomide membraan lahutab ensüümid tsütoplasmast (pH 7,2), kuid lüsosomaalsete ensüümide pH optimum happelises keskkonnas kaitseb tsütoplasma komponente lagundamise eest ka juhul kui mingil põhjusel peaks toimuma leke. pH 7.2 juures lüsosomaalsed ensüümid praktiliselt ei tööta. Lüsosoomi membraan sisaldab endas transportvalke, mis võimaldavad lagundamise lõpp-produktidel lüsosoomidest lahkuda, et rakk nad eksotsüteeriks või kasutaks toiduks. Membraan sisaldab ka H+- pumpa , mis kasutab ATP energiat, et hoida lüsosoomide sees kôrgemat H+ kontsentratsiooni (madal pH). Enamik lüsosoomi membraanvalke on väga tugevalt glükosüleeritud - see aitab neid kaitsta lüsosoomide sees olevate proteaaside eest.
Rakud võtavad väliskeskkonnast endasse mitmesuguseid aineid. Paljud sissevõetud ained on molekulid või isegi terved rakud. Need osakesed tuleb rakus lagundada ja saadud materjal kasutada kas vajalike osade sünteesiks rakus või väljutada rakust. Ka ükski raku enda organell pole igavene . Kui organell vananeb, siis ta lagundatakse. Kõik need protsessid toimuvad lüsosoomides.
Normaalselt toimub lüsosoomides ensüümide toimel seedumine, nn. heterofaagia ja autofaagia. Kui vastavad protsessid ei toimu küllaldaselt, ladestuvad ebanormaalsed ained, mida lüsosoomid pole võimelised ümber töötlema. Lüsosoomide membraanide kahjustuse tagajärjel väljub tsütoplasmasse ülemäära ensüüme ja nende aktivatsioonil algab rakukomponentide, nagu RNA, DNA, glükogeen, lõhustumine ja see viib nekroosini. Kogunevad hapniku vabad radikaalid, mis osalevad paljudes patoloogilistes protsessides. Näiteks tekib valkude modifitseerumine, mis põhjustab ensüümidekahjustust. Rakumembraani lipiididega reageerides tekib lipiidperoksiid ja membraanikahjustus. Samuti tekitavad DNA-ga reageerides mutatsioonid.
Näideks atrofeeruvates rakkudes lüsosomaalsed ensüümid ei seedi enam lipiide ja
nende näol kuhjub lipofustsiin, mis on seedimatu materjal.
Näide kaks: Omandatud kemikaalidest ja ravimitest põhjustatud lüsosomaalsed ladestushaigused, nagu müopaatia, mille puhul akumuleerub lüsosoomides liiga palju glükogeeni ja fosfolipiide.
Näide kolm: Pärilikud lüsosomaalsed ladestushaigused e. tesaurismoosid, mille põhjus
võib olla geenidefektis ja sealt edasi mingi lüsosomaalse ensüümi puuduses. Näide kolm: Omandatud kemikaalidest ja ravimitest põhjustatud (iatrogeensed)
lüsosomaalsed ladestushaigused, nagu müopaatia, mille puhul akumuleerub
lüsosoomides liiga palju glükogeeni ja fosfolipiide.
Näide neli: Atrofeeruvates rakkudes lüsosomaalsed ensüümid ei seedi enam lipiide ja
nende näol kuhjub lipofustsiin, mis on seedimatu materjal.
Lüsosoomid on oma kuju ja suuruse poolest heterogeensed organellid. Ühes rakus on neid tüüpiliselt kuni paarsada. Neid on kerge identifitseerida tsütokeemiliselt, tuvastades neis teatud kindlate ensüümide olemasolu. Enamlevinud marker-ensüüm, mis esineb kõikides lüsosoomides on happeline fosfataas . Lüsosoomide heterogeensus peegeldab nende funktsioonide mitmekesisust, mida täidavad temas leiduvad happelised hüdrolaasid (väliskeskkonnast tulevate osakeste lagundamine, raku enda vanade komponentide lagundamine, fagotsüteeritud mikroorganismide seedimine)
Hüdrolaasid, aga peavad enne kuidagi sinna lüsosoomi pääsema, et täiendama hakkata.
Need pääsevad lüsosoomidesse, sest lüsosoomidesse liikuvad valgud on märgistatud sahhariidse jäägi küljes oleva Man-6-P-ga. Sellised valgud liiguvad Golgi kompleksi membraanide piirkonda kus on lokaliseerunud Man-6-P retseptor ja sellelt piirkonnalt vabanevad Golgi vesiikulid ühinevad endosoomidega. Ka rakumembraanis esinevad Man-6-P retseptorid , mis võimaldab teatud sekreteeritud valkude endotsütoosi.
Ainete teekond lüsosoomidesse

Teame juba, et lüsosoomid on hüdrolüütilisi ensüüme sisaldavad membraanstruktuurid, kus toimub teatud orgaaniliste ainete lagundamine, aga kuidas saavad need ained üldse lüsosoomidesse? Selleks on kolm erinevat moodust.

Esiteks endotsütoos. Raku pinnal olevad ained/organismid seostuvad vastavate retseptoritega, mis valk adaptiini vahendusel on seotud klatriiniga. Klatriiniga kaetud süvendid suurenevad ja valgu dünamiini vahendusel nöörduvad membraanist lahti ja liiguvad tsütoplasmasse. Klatriin dissotsieerub ja retsükliseeritakse. Tekkinud lahtiriietunud vesiikul ühineb teiste sarnaste vesiikulitega ja moodustub nn varajane (primaarne) endosoom. Endosoomis on kergelt happeline keskkond, seal algab endotsüteeritud materjali lagundamine. Varajased endosoomid muutuvad hilisteks (sekundaarseteks) endosoomideks. Muutumise käigus toimub põhiliselt 2 protsessi: endosoomi sisemus hapustub H+-ATPaasi funktsioneerimisel ja seejuures vabanevad retseptorid, mis võivad retsükliseeruda ning endosoomis langeb pH ning toimub selle muutumine küpseks lüsosoomiks
Teiseks autofaagia. Selle protsessi käigus lagundatakse raku enda vananenud komponendid. Lagundamisele minev organell ümbritsetakse membraaniga, tekib autofagosoom. See ühineb endosoomiga ning muutub autofagolüsosoomiks. Autofaagia on täpselt reguleeritud vastavalt raku vajaduste muutustele. Näiteks sER, mille osakaal maksarakus suurenes vastuseks mingile toksilisele ainele, eemaldatakse selektiivselt kui mürgist ainet keskkonnas enam pole.
Kolmandaks fagotsütoos. Esineb rakkudes, kes on spetsialiseerunud suuremate partiklite ja mikroorganismide fagotsüteerimisele. Näiteks makrofaagid ja neutrofiilid võivad alla neelata küllaltki suuri võõrkehi, moodustades fagosoomi. See ühineb samuti endosoomiga, moodustades fagolüsosoomi. Paljudele ainuraksetele loomadele on fagotsütoos toitumisviisiks.

Lüsosomaalsete ensüümide defektidest tingitud haigused

Lüsosomaalsed ladestushaigused ( storage diseases) on põhjustatud geneetilistest defektidest, mille tõttu üks või mitmed lüsosomaalsed hüdrolaasid puuduvad. Selle tulemusel kuhjuvad lagundamata jäänud ained lüsosoomi ning see avaldub patoloogiliste tagajärgedena. Tavaliselt on põhjuseks punktmutatsioon mingi ensüümi struktuurgeenis.
Kõige raskem ladestushaiguse juht on nn. I rakuline haigus (inglise keeles on see Inclusion-cell disease ), mille tagajärjel fibroblastide ja makrofaagide lüsosoomidest puuduvad praktiliselt kõik hüdrolüütilised ensüümid. See on üsna harvaesinev haigus, mille tagajärjeks on lüsosoomide poolt lagundamata jäänud ainete kuhjumine rakkudesse inklusioonidena. Patsiendi rakud sünteesivad küll normaalselt kôiki lüsosomaalseid ensüüme, on olemas ka mannoos-6- fosfaadi retseptorid raku välismembraanis ja Golgi kompleksi membraanis. Kuid häda on selles, et puudub ensüüm N- atsetüülglükoosamiini fosfotransferaas, mis katalüüsib lüsosomaalsete ensüümide fosforüleerimist. Selle haiguse puhul on lüsosomaalsed ensüümid olemas veres, sest fosforüleerimise defekti tôttu ei saa ôieti toimida Golgi kompleksis nende sorteerimismehanism ning ensüümid sekreteeritakse (selle asemel, et saata lüsosoomi). Kui sellise patsiendi rakke kasvatada koekultuuris, kuhu on saata lüsosoomi). Kui sellise patsiendi rakke kasvatada koekultuuris, kuhu on lisatud M6P-gruppi kandvaid ensüüme, siis need endotsüteeritakse raku välismembraanis oleva M6P- retseptori vahendusel ning nad satuvad lüsosoomi.
Nende patsientide maksarakud sisaldavad aga normaalse ensüümkomplektiga lüsosoome, vaatamata sellele, et mannoosi fosforüleerimine puudub. See viitab sellele, et neis rakkudes toimib ka mingi teine sorteerimismehanism, mida ei tunta. Lõpeb surmaga varases lapseeas .
Tay- Sachs haigus on põhjustatud gangliosiide (glükolipiidid) lagundavate ensüümide puudusest (inaktiivsusest). Puudub heksoosaminidaas, mis on vajalik
N-atsetüülgalaktoosamiini eraldamiseks gangliosiidist. Toimub gangliosiidide kuhjumine lüsosoomides. Selle haigusega vastsündinud on esimese aasta jooksul normaalsed, kuid siis ilmnevad haigusele iseloomulikud sümptomid – nõrkus, üldise ja vaimse arengu aeglustumine, nägemishäired. Vanuses 3-4 a lapsed surevad. Haigus on pärilik. Tay-Sachs'i patsientidel ta aga kuhjub plasmamembraanidesse ja lüsosomidesse ning kutsub esile vastavaid sümptomeid. Näit. on 4% as`kenazi juutidest heterosügoodid selle haiguse suhtes. Seetõttu viiakse USA-s läbi vastavate riskigruppide prenataalset diagnostikat.
Tuntakse veel mitmeid haigusi, mis on tingitud mingist kindlast lüsosomaalse ensüümi defektist. Hunter'i ja Hurler'i sündroomid on tingitud ensüümide defektist, mis on vajalikud sulfaaditud mukopolüsahhariidide lagundamiseks.

Kokkuvõtte

Lüsosoomid on spetsialiseerunud rakusiseseks seedimiseks. Nad sisaldavad paljusid hüdrolüütilisi ensüüme (pH optimum 5). Lüsosomaalsed ensüümid satuvad pärast sünteesi ER luumenisse, sealt edasi Golgi kompleksi, kus nende Man-jääk fosforüleeritakse. M6P-rühm tuntakse ära trans-Golgi retiikulumis vastava retseptori poolt. See võimaldab lüsosoomidesse määratud valke pakkida eraldi transportvesiikulisse ning toimetada nad õigesse kohta.
Sellel joonisel asub lüsosoom number 12 juures. Rohekat värvi.
Kasutatud kirjanuds

• Bioloogia lühikursus gümnaasiumile
  
• http://www.koolielu.ee/pages.php/03100101?txtid=2114&get=1
  
• http://cellbio.ebc.ee/rakubio/lysos.html
  
• http://www.tfg.tartu.ee/bioloogia/rakk.htm#RAKUOSAD
  
• http://www.miksike.ee/docs/elehed/9klass/rakkkoed/9-3-3-2a.ht m
  
• http://biomedicum.ut.ee/arpa/pa/arstiteadused/loengumaterjale/2.%20RAKU%20JA%20STR.%20KAHJ.pdf
  

10