Fungsi Lisosom -- ciri, jenis, pembentukan, gangguan, sejarah

Lisosom adalah organel yang relatif besar, dibentuk oleh aparatus Golgi, yang mengandung enzim hidrolitik dan proteolitik yang bertanggung jawab untuk merendahkan bahan intraseluler yang berasal dari luar (heterofagi) atau internal (autofagi) yang mencapai mereka. Artinya, lisosom bertanggung jawab untuk pencernaan sel.

Pengertian Lisosom

Lisosom adalah struktur bulat yang dikelilingi oleh membran sederhana. Mereka adalah kantong enzim yang, jika dilepaskan, akan menghancurkan seluruh sel. Ini menyiratkan bahwa membran lisosom harus dilindungi dari enzim ini. Ukuran lisosom bervariasi antara 0,02 ~ 0,5 μm. Lisosom ditemukan oleh ahli biokimia Belgia Christian de Duve pada tahun 1974.

fungsi Lisosom

Awalnya dianggap bahwa lisosom akan sama di semua sel, tetapi ditemukan bahwa baik dimensi dan isinya sangat bervariasi. Mereka ditemukan di semua sel hewan.

Sejarah Lisosom

Lisosom ditemukan oleh ahli sitologi Belgia Christian René de Duve pada tahun 1950. Penemuan ini dianugerahi Penghargaan Nobel 1974 dalam bidang Fisiologi atau Kedokteran.

Setiap lisosom dikelilingi oleh membran yang mempertahankan lingkungan asam di dalam melalui pompa proton. Lisosom mengandung berbagai macam enzim hidrolitik (hidrolase asam) yang memecah makromolekul seperti asam nukleat, protein, dan polisakarida.

Enzim-enzim ini hanya aktif di interior asam lisosom; aktivitasnya yang bergantung pada asam melindungi sel dari autodegradasi jika terjadi kebocoran atau kerusakan lisosom, karena pH sel netral hingga sedikit basa.

Ciri-ciri Lisosom

Morfologi lisosom

Lisosom adalah kompartemen unik dari sel hewan yang mengandung berbagai enzim yang mampu menghidrolisis protein dan mencerna molekul tertentu.

Mereka adalah vakuola bentuk bulat dan padat. Ukuran struktur sangat bervariasi, dan tergantung pada bahan yang telah ditangkap sebelumnya.

Lisosom, bersama dengan retikulum endoplasma dan peralatan Golgi, adalah bagian dari sistem endomembran sel. Meskipun ketiga struktur ini adalah jaringan membran, mereka tidak saling kontinyu.

Lisosom mengandung banyak enzim

Karakteristik utama lisosom adalah baterai enzim hidrolitik di dalamnya. Ada sekitar 50 enzim yang mampu mendegradasi berbagai biomolekul.

Ini termasuk nuklease, protease dan fosfatase (yang menghilangkan gugus fosfat dari fosfolipid mononukleotida dan senyawa lain). Selain itu, mereka mengandung enzim lain yang bertanggung jawab untuk degradasi polisakarida dan lipid.

Secara logis, enzim-enzim pencernaan ini harus dipisahkan secara spasial dari komponen seluler lainnya untuk menghindari degradasi yang tidak terkendali. Dengan demikian sel dapat “memilih” senyawa yang harus dihilangkan, karena dapat mengatur unsur-unsur yang memasuki lisosom.

Lingkungan lisosom bersifat asam

Bagian dalam lisosom bersifat asam (mendekati 4,8), dan enzim yang dikandungnya bekerja dengan baik pada kondisi pH ini. Karena alasan ini, mereka dikenal sebagai asam hidrolase.

Karakteristik pH asam dari kompartemen sel ini tercapai berkat adanya pompa proton dan saluran klorida dalam membran. Bersama-sama, mereka mengangkut asam klorida (HCl) ke lisosom. Pompa terletak berlabuh di membran organel.

Fungsi pH asam ini adalah aktivasi berbagai enzim hidrolitik yang ada dalam lisosom dan untuk menghindari – sejauh mungkin – aktivitas enzimatiknya pada pH netral sitosol.

Jadi, kita sudah memiliki dua penghalang yang berfungsi sebagai perlindungan dari hidrolisis yang tidak terkendali: menjaga enzim dalam kompartemen yang terisolasi, dan bahwa enzim ini bekerja dengan baik pada pH asam dari kompartemen ini.

Bahkan jika membran lisosom pecah, melepaskan enzim akan memiliki sedikit efek – karena pH netral dari sitosol.

Fungsi lisosom

Lisosom bertanggung jawab untuk pencernaan makromolekul, bagian sel tua, dan mikroorganisme.

Tujuan dari lisosom adalah untuk mencerna sesuatu. Mereka dapat digunakan untuk mencerna makanan atau memecah sel ketika mati.

Komposisi internal lisosom didominasi oleh enzim hidrolitik, menjadikannya daerah penting metabolisme seluler di mana pencernaan protein ekstraseluler yang memasuki sel oleh endositosis, daur ulang organel dan protein sitosol dilakukan.

Selanjutnya, kita akan mengeksplorasi secara mendalam fungsi lisosom yang paling menonjol: degradasi molekul oleh autophagy dan degradasi oleh fagositosis.

Autofagi

Sebuah mekanisme yang berhasil menangkap protein seluler disebut autofagi “makan sendiri.” Proses ini membantu mempertahankan homeostasis seluler, merendahkan struktur seluler yang tidak lagi dibutuhkan, dan berkontribusi pada daur ulang organel.

Melalui fenomena ini pembentukan vesikel yang disebut autofagosom terjadi. Ini adalah daerah kecil sitoplasma atau kompartemen seluler lainnya, yang berasal dari retikulum endoplasma yang menyatu dengan lisosom.

Kedua organel memiliki kemampuan untuk berfusi, karena dibatasi oleh membran plasma yang bersifat lipid. Ini analog dengan mencoba mencocokkan dua gelembung sabun – Anda akan membentuk yang lebih besar.

Setelah fusi, kandungan enzim lisosom bertanggung jawab untuk merendahkan komponen yang ada di dalam vesikel lain yang terbentuk. Penangkapan molekul-molekul ini tampaknya merupakan proses yang tidak memiliki selektivitas, menyebabkan degradasi protein terlokalisasi dalam sitosol yang berumur panjang.

Masa autofag dan puasa

Di dalam sel, peristiwa autofagi tampaknya diatur oleh jumlah nutrisi yang tersedia.

Ketika tubuh mengalami kekurangan nutrisi atau mengalami puasa berkepanjangan, jalur degradasi diaktifkan. Dengan cara ini, sel berhasil memecah protein yang tidak penting dan menggunakan kembali organel tertentu.

Mengetahui bahwa lisosom memainkan peran penting selama periode puasa, telah meningkatkan minat para peneliti terhadap organel ini.

Perkembangan otofag dan organisme

Selain partisipasi aktif mereka dalam periode kandungan gizi rendah, lisosom memiliki peran penting selama pengembangan garis keturunan makhluk organik tertentu.

Dalam beberapa kasus, pengembangan melibatkan renovasi total organisme, yang menyiratkan bahwa organ atau struktur tertentu harus dihilangkan selama proses tersebut. Dalam metamorfosis serangga, misalnya, kandungan hidrolitik dari lisosom berkontribusi pada remodeling jaringan.

Endositosis dan fagositosis

Endositosis dan fagositosis memiliki peran dalam mengambil elemen di luar sel dan degradasi selanjutnya.

Selama fagositosis, sel-sel tertentu – seperti makrofag – bertanggung jawab untuk menelan atau menghancurkan partikel besar, seperti bakteri atau puing-puing sel.

Molekul-molekul ini dicerna oleh vakuola fagositik, yang disebut fagosom, yang, seperti pada kasus sebelumnya, akan menyatu dengan lisosom. Fusi menghasilkan pelepasan enzim pencernaan di dalam fagosom dan degradasi partikel terjadi.

Enzim lisosom

PH di dalam lisosom adalah 4,8 (jauh lebih rendah dari sitosol, yang netral) karena enzim proteolitik bekerja lebih baik dengan pH asam. Membran lisosom menstabilkan pH rendah dengan memompa ion (H +) dari sitosol, juga melindungi sitosol dan sisa sel dari enzim pencernaan di dalam lisosom.

Enzim lisosom mampu mencerna bakteri dan zat lain yang masuk ke dalam sel melalui fagositosis, atau proses endositosis lainnya.

Lisosom menggunakan enzim mereka untuk mendaur ulang organel yang berbeda dari sel, meliputi mereka, mencernanya dan melepaskan residu mereka dalam sitosol. Dengan cara ini, organel-organel sel terus-menerus mengisi kembali diri mereka sendiri, melalui proses pencernaan organel-organel itu disebut autophagy. Sebagai contoh, sel-sel hati sepenuhnya disusun kembali setiap dua minggu sekali.

Enzim terpenting dari lisosom yaitu:

  • Lipase, yang mencerna lipid.
  • Glukosidase, yang mencerna karbohidrat.
  • Protease, yang mencerna protein.
  • Nuklease, yang mencerna asam nukleat.

Cara kerja lisosom

Karena lisosom adalah mesin pencernaan kecil, mereka bekerja ketika sel menyerap atau memakan sesuatu. Setelah bahan berada di dalam sel, lisosom mengikat bersama dan melepaskan enzim mereka.

Enzim memecah molekul kompleks yang dapat mencakup gula dan protein kompleks.

Apa yang terjadi jika makanan langka dan sel kelaparan?

Lisosom akan bekerja bahkan jika tidak ada makanan untuk sel. Ketika sinyal dikirim, lisosom mencerna organel sel untuk nutrisi.

Gangguan fungsi lisosom

Ada sekitar 30 gangguan manusia yang cukup langka yang disebabkan oleh defek fungsi endolisosomal. Mereka semua disebabkan oleh kesalahan dalam kode genetik dan mereka semua gangguan penyimpanan lisosom.

Pada gangguan ini, produk menumpuk di lisosom karena enzim yang akan mempercepat degradasi mereka tidak ada atau rusak. Setiap kelainan memiliki nama medis tertentu.

Beberapa gangguan fungsi lisosom yang lebih dikenal meliputi:

  • Penyakit sel-I: Lisosom dalam sel fibroblast kekurangan hampir semua enzim hidrolitik, dan “inklusi” besar yang tidak tercerna menumpuk di dalam sel pasien.
  • Penyakit Tay-Sachs: Gangguan penyimpanan lisosomal dalam sel-sel saraf, hampir selalu menyebabkan kematian dini, tetapi kejadian kematian sekarang berkurang berkat tes genetik dan konseling.
  • Pompe dan Gaucher: Sejumlah besar lipid menumpuk di lisosom.
  • Sindrom Hurler: itu menyiratkan cacat dalam metabolisme mucopolysaccharides, itu adalah penyakit penyimpanan lisosom.

Jenis-jenis lisosom

Beberapa penulis membedakan kompartemen ini menjadi dua tipe utama: tipe I dan tipe II. Lisosom tipe I atau primer terlibat dalam penyimpanan enzim hidrolitik, sedangkan lisosom sekunder berhubungan dengan proses katalisis.

Pembentukan lisosom primer

Lisosom primer adalah organel yang berasal dari sistem endomembran. Setiap lisosom primer adalah vesikel yang tumbuh dari badan Golgi, yang mengandung enzim hidrolitik (hidrolase). Hidrolase disintesis dalam retikulum endoplasma kasar dan perjalanan ke aparatus Golgi dengan transportasi vesikuler. Di sana mereka menjalani glikosilasi terminal (suatu proses kimia di mana karbohidrat ditambahkan ke molekul lain), yang menghasilkan rantai glisin yang kaya akan mannose-6-fosfat (mannose-6-P).

Manosa-6-P adalah penanda molekuler, “topi” yang mengarahkan enzim menuju jalur lisosom. Suatu penyakit telah dipelajari di mana hidrolase tidak membawa penanda; membran aparatus Golgi tidak mengenalinya dan mengemasnya dalam vesikel sekretori untuk dikeluarkan, sehingga mereka yang menderita penyakit ini menumpuk hidrolase dalam medium ekstraseluler, sementara sel-sel mereka kekurangannya.

Lisosom sekunder dan pencernaan sel

Lisosom sekunder mengandung berbagai enzim hidrolitik yang mampu menghancurkan hampir semua molekul organik. Hidrolase ini bersentuhan dengan substratnya ketika lisosom primer berfusi dengan vesikel lain dan produk fusi adalah lisosom sekunder. Oleh karena itu, pencernaan molekul organik dilakukan di lisosom sekunder, karena mengandung baik substrat dan enzim yang mampu mendegradasi mereka.

Ada berbagai bentuk lisosom sekunder, tergantung pada asal vesikel yang menyatu dengan lisosom primer:

  • Fagolisosome: Mereka berasal dari fusi lisosom primer dengan vesikel dari fagositosis, yang disebut fagosom. Mereka ditemukan, misalnya, dalam sel darah putih, mampu menelan partikel asing yang kemudian dicerna oleh sel-sel ini.
  • Autofagolisosom: yang merupakan produk fusi antara lisosom primer dan vesikel autophagic atau autofagosom. Beberapa organel sitoplasmik ditelan dalam vesikel, dengan membran yang berasal dari tangki retikulum endoplasma, untuk kemudian didaur ulang ketika vesikula autofagik ini disatukan dengan lisosom primer.

Apa yang tersisa dari lisosom sekunder setelah penyerapan adalah sisa tubuh. Badan residu mengandung limbah yang tidak dapat dicerna yang dalam beberapa kasus dikeluarkan dan yang lain tidak, terakumulasi dalam sitosol seiring dengan bertambahnya usia sel. Contoh tubuh sisa adalah butiran lipofuscin yang terlihat dalam sel yang berumur panjang, seperti neuron.

Pembentukan lisosom

Pembentukan lisosom dimulai dengan pengambilan molekul dari luar melalui vesikel endositik. Yang terakhir menyatu dengan struktur lain yang disebut endosom awal.

Selanjutnya, endosom awal mengalami proses pematangan, yang mengarah ke endosom akhir.

Komponen ketiga muncul dalam proses pembentukan: transportasi vesikel. Ini mengandung hidrolase asam dari jaringan trans aparatus Golgi. Kedua struktur – vesikel pengangkut dan endosom akhir – menyatu dan berubah menjadi lisosom, setelah memperoleh set enzim lisosom.

Selama proses berlangsung, daur ulang reseptor membran dengan mendaur ulang endosom terjadi.

Hidrolase asam terpisah dari reseptor fosfat mannose-6 selama proses fusi organel yang menimbulkan lisosom. Penerima ini masuk kembali ke jaringan trans Golgi.

Lisosom berasal dengan tumbuh dari membran jaringan trans-Golgi, wilayah Kompleks Golgi yang bertanggung jawab untuk mengklasifikasikan protein yang baru disintesis, yang dapat ditunjuk untuk digunakan dalam lisosom, endosom, atau membran plasma.

Lisosom kemudian menyatu dengan vesikel membran yang berasal dari salah satu dari tiga jalur: endositosis, autofagositosis, dan fagositosis.

Lisosom pada dasarnya adalah kantong empedu khusus yang berisi berbagai enzim. Protein enzim pertama kali dibuat dalam retikulum endoplasma kasar.

Protein-protein itu dikemas dalam kantong empedu dan dikirim ke peralatan Golgi. Golgi kemudian melakukan tugas terakhirnya menciptakan enzim pencernaan dan menghilangkan kantong empedu kecil yang sangat spesifik. Kantung empedu itu adalah lisosom.

Dari sana, lisosom melayang di sitoplasma sampai dibutuhkan. Lisosom adalah organel membran tunggal.

Perbedaan antara endosom dan lisosom

Kebingungan antara istilah endosom dan lisosom sering terjadi. Yang pertama adalah kompartemen sel yang dikelilingi membran – seperti lisosom. Namun, perbedaan penting antara kedua organel adalah bahwa lisosom kekurangan reseptor mannose-6-fosfat.

Selain dua entitas biologis ini, ada jenis vesikel lainnya. Salah satunya adalah vakuola, yang isinya terutama air.

Transportasi vesikel, seperti namanya, berpartisipasi dalam pergerakan zat ke lokasi lain di dalam sel. Vesikel sekretori, sementara itu, menghilangkan bahan limbah atau bahan kimia (seperti yang terlibat dalam sinaps neuron.)

Penyakit terkait

Pada manusia, mutasi pada gen yang mengkode enzim lisosom berhubungan dengan lebih dari 30 penyakit bawaan. Patologi ini termasuk dalam istilah “penyakit simpanan lisosom.”

Anehnya, banyak dari kondisi ini timbul dari kerusakan enzim lisosom tunggal.

Pada individu yang terkena, konsekuensi dari memiliki enzim non-fungsional di dalam lisosom adalah akumulasi produk limbah.

Gangguan deposit lisosomal paling umum dikenal sebagai penyakit Gaucher, dan dikaitkan dengan mutasi pada gen yang mengkode enzim yang bertanggung jawab untuk glikolipid. Sebagai fakta yang aneh, penyakit ini menunjukkan frekuensi yang cukup tinggi di antara populasi Yahudi, mempengaruhi 1 untuk setiap 2.500 orang.

Mereka adalah penyakit yang disebabkan oleh disfungsi beberapa enzim lisosom atau oleh pelepasan enzim-enzim ini dalam sitosol, yang menghasilkan lisis sel.

Dalam beberapa kasus, pelepasan enzim memainkan peran fisiologis, memungkinkan reabsorpsi struktur yang tidak lagi berguna, misalnya ekor berudu selama metamorfosis.

Penyakit penyimpanan lisosom

Dalam penyakit penyimpanan lisosom, beberapa enzim dalam lisosom telah berkurang atau tidak ada aktivitas karena kesalahan genetik dan substrat enzim tersebut terakumulasi dan disimpan dalam lisosom yang bertambah besar karena bahan yang tidak tercerna, yang mengganggu. dengan proses seluler normal; beberapa penyakit ini adalah:

  • Sfingolipidosis. Mereka adalah penyakit yang disebabkan oleh disfungsi beberapa enzim dari jalur degradasi sphingolipid. Karena sphingolipid berlimpah di otak, beberapa penyakit ini datang dengan keterbelakangan mental yang parah dan kematian dini; Ini termasuk penyakit Tay-Sachs, penyakit Gaucher, penyakit Niemann-Pick, penyakit Krabbe, fucosidosis, dll.
  • Kekurangan asam lipase. Asam lipase adalah enzim fundamental dalam metabolisme trigliserida dan kolesterol, yang menumpuk di jaringan. Disfungsi enzim ini menyebabkan dua penyakit, penyakit penyimpanan ester kolesterol, di mana enzim memiliki aktivitas yang sangat sedikit, dan penyakit Wolman, di mana enzim tersebut sama sekali tidak aktif.
  • Glikogenosis tipe II atau penyakit Pompe. Ini adalah cacat glukosidase asam lisosomal α (1-4), juga disebut maltase asam. Glikogen muncul disimpan dalam lisosom. Pada anak-anak itu menonjol untuk menghasilkan gagal jantung ketika itu menumpuk di otot jantung yang menyebabkan kardiomegali, sedangkan pada orang dewasa akumulasi lebih jelas pada otot rangka.
  • Mukopolisakaridosis. Disebabkan oleh tidak adanya atau tidak berfungsinya enzim yang diperlukan untuk degradasi molekul yang disebut glycosaminoglycans atau glucosaminglucans (sebelumnya disebut mukopolisakarida). Mereka menyoroti mukopolisakaridosis tipe I, juga dikenal sebagai gargolism atau penyakit Hurler, di mana ada cacat enzim α-1-iduronidase, dan tipe II mucopolysaccharidosis atau sindrom Hunter, yang disebabkan oleh kesalahan pada enzim iduronate- 2-sulfatase. The —Sanfilippo syndrome—— MPS III, terkait dengan akumulasi N-heparan Sulfatase.

Encok

Pada asam urat, asam urat dari katabolisme purin diproduksi secara berlebihan, menyebabkan pengendapan kristal urat pada sendi. Kristal difagositosis oleh sel dan terakumulasi dalam lisosom sekunder; Kristal-kristal ini menyebabkan pemecahan vakuola tersebut dengan akibat pelepasan enzim lisosomal dalam sitosol yang menyebabkan pencernaan komponen seluler, pelepasan zat dari sel dan autolisis seluler.

Artritis reumatoid

Membran lisosom tidak dapat ditembus oleh enzim dan resisten terhadap aksi mereka. Kedua fakta ini biasanya melindungi sel dari baterai enzim yang dapat menurunkannya. Namun, ada beberapa proses patologis, seperti rheumatoid arthritis, yang menyebabkan kerusakan membran lisosom, dengan akibatnya pelepasan enzim dan lisis sel.



Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *