Lizosomy to organelle, które trawią i usuwają niepożądane białka, DNA, RNA, węglowodany iRNA lipidy w celi. Wnętrze lizosomu jest kwaśne i zawiera wiele enzymów, które rozkładają cząsteczki. Nazywa się to centrum recyklingu komórki, ale to nie znaczy, że odgrywa tylko bierną rolę w komórce.
Oprócz rozkładania niechcianych cząsteczek, a nawet innych organelli, jego funkcja recyklingu znajduje się w centrum procesu zwanego autofagią, w którym komórka trawi się sama. Autofagia jest wyzwalana, gdy komórka jest pod wpływem stresu i jest jednym ze sposobów, w jaki komórka ulega starzeniu lub zatrzymaniu wzrostu, aby zachować energię. Lizosomy są również niezbędnymi składnikami makrofagów, które chronią organizm przed patogenami.
Kwasowa zawartość
Lizosom to woreczek membranowy, który pompuje protony lub jony wodorowe do swojego środka, powodując, że jego wnętrze ma kwaśne pH 5. Zawiera 50 różnych rodzajów enzymów, zwanych hydrolazami, które rozbijają wiązania chemiczne łączące cząsteczki.
Enzymy lizosomalne są wyjątkowe pod tym względem, że działają tylko w kwaśnym pH, w przeciwieństwie do względnie obojętnego pH 7,2 cytoplazmy. Jest to zabezpieczenie komórki na wypadek pęknięcia torebki lizosomów i uwolnienia enzymów. Jeśli enzymy dostałyby się do cytoplazmy, rozłożyłyby się i zniszczyły istotne składniki komórki, co zaszkodziłoby komórce i organizmowi.
Centra recyklingu
Lizosomy tworzą się z małych torebek, zwanych pęcherzykami, które wyrastają z kompleksu Golgiego – „poczty”, która wysyła torebki w całej komórce. Torebka lizosomowa łączy się następnie z endosomami, które są torebkami, które są ściśnięte z błony powierzchniowej komórki. Nowy woreczek powstały w wyniku tej fuzji staje się dojrzałym lizosomem.
Lizosomy trawią wszystko, co jest w ich wnętrzu, co może być cząsteczkami pochłoniętymi z zewnętrznego środowiska komórki lub organellami i cząsteczkami znajdującymi się wewnątrz komórki. Kawałki i kawałki powstałe w wyniku trawienia cząsteczek można następnie poddać recyklingowi w celu wytworzenia nowych rzeczy, w tym:
- Białko
- DNA
- Cukry
- Tłuszcze
Można je również jeszcze bardziej rozłożyć, zamiast poddawać recyklingowi. Komórki odpornościowe, takie jak makrofagi, które pochłaniają obce cząstki i patogeny, mają wiele lizosomów, które rozkładają tych obcych intruzów.
Autofagia i starzenie
Gdy komórki są zestresowane z powodu braku równowagi chemicznej, na przykład zbyt dużej liczby niebezpiecznych rodników tlenowych wytwarzany w wyniku codziennych reakcji chemicznych w komórce, ulega zahamowaniu wzrostu zwanemu starzenie się. Rodniki tlenowe są niestabilnymi cząsteczkami, które rozrywają wiązania chemiczne w innych cząsteczkach i mogą powodować mutacje. Starzenie się to proces, w którym komórka przestaje rosnąć i przechodzi w stan uśpienia.
Częścią tego, co dzieje się w okresie starzenia, jest proces zwany autofagią lub samozjadaniem, podczas którego komórka zaczyna trawić własne organelle. Lizosomy to główne organelle, które wykonują autofagię.
Choroby lizosomalne
Istnieje 30 różnych ludzkich chorób, które wynikają z mutacji genów kodujących enzymy w lizosomie – nazywane są chorobami spichrzania lizosomalnego.
Jedną z takich chorób jest choroba Tay-Sacha, która powoduje upośledzenie umysłowe i inne problemy z nerwami. Choroba ta jest spowodowana mutacją w genie odpowiedzialnym za trawienie cząsteczki tłuszczu znajdującej się w komórkach mózgu. Lizosomy u pacjentów Tay-Sacha są zatkane tą cząsteczką tłuszczu, zwaną gangliozydem GM2, co powoduje ich pęcznienie i zaburzenie funkcji komórki mózgowej.
Innym przykładem jest choroba Fabry'ego. Choroba ta jest spowodowana rzadką mutacją w genie GLA. Powoduje to, że osoby dotknięte chorobą mają niższe stężenie enzymu, który rozkłada cząsteczki tłuszczu GL-3 i GB-3. Podobnie jak choroba Tay-Sacha, to „zatyka” lizosom i uniemożliwia prawidłowe funkcjonowanie, co prowadzi do silnego bólu, udarów, zawałów serca i nie tylko w bardzo młodym wieku.