درک مختصری از عملکردهای مهم لیزوزوم ها

لیزوزوم ها وزیکول های متصل به غشاء تخصص یافته ای هستند که حاوی آنزیم هایی برای هضم مولکولی می باشند. با وجود این آنزیم ها، آن ها نقش مهمی را در بازیافت مولکول ها، دفع بقایای سلولی، تعمیر غشاء سلولی، فتوسنتز و همچنین مرگ سلولی برنامه ریزی شده ایفاء می کنند.
لیزوزوم ها اندامک هایی کروی و متصل به غشاء بوده که در سیتوپلاسم سلول های حیوانی وجود دارند. سلول های گیاهی به ندرت حاوی لیزوزوم ها هستند. کلمه ی لیزوزوم از دو کلمه ی یونانی لیز (تخریب) و زوما (بدن) ساخته شده است . این اندامک های کروی توسط لایه های مضاعف فسفولیپیدی با قطر حدود 2/0 تا 2 میکرومتر محصور شده اند. این اندامک های متصل به غشاء دارای pH برابر با 8/4 بوده و حاوی مجموعه ای از آنزیم های لیتیک به نام هیدرولاز هستند که در مجموع می توانند تقریباً هر نوع مولکول بزرگی را هضم کنند. پروتئین ها، لیپیدها، پلی ساکاریدها، DNA، RNA و غیره می توانند توسط این آنزیم های اسیدی درون لیزوزوم ها هیدرولیز شوند.
عملکرد
لیزوزوم ها چند شکلی بوده و به عنوان لیزوزوم های اولیه، ثانویه، اتوفاژ و ترشحی وجود دارند. تجزیه ی ماکرو مولکول ها وظیفه ی اصلی این اندامک ها می باشد. علاوه بر این، آن ها در تعمیر غشاء سلولی درگیر بوده و نقش مهمی را در پاسخ ایمنی برعلیه اجسام خارجی مانند باکتری ها، ویروس ها و دیگر آنتی ژن ها ایفاء می کند. در زیر جزئیاتی در رابطه با فرایندهای سلولی مختلف این اندامک ها بیان می کنیم.
اتوفاژی (خود خواری)
اتوفاژی فرایند داخل سلولی بوده که در آن سلول ها اجزاء خودشان را با استفاده از ابزار لیزوزومی و بازیافت مولکول ها تخریب می کنند. ماکرومولکول های آسیب دیده، پروتئین های ناقص، پروتئین های غیر کاربردی و طولانی عمر و اندامک های پیر و آسیب دیده همه توسط آنزیم های لیزوزومی تجزیه می شوند. یک غشاء فسفولیپیدی در اطراف سلول هدف تشکیل شده و منجر به تشکیل وزیکولی به نام واکوئل اتوفاژی می گردد. سپس این واکوئل با لیزوزوم اولیه در جایی که آنزیم های هیدرولاز، ماکرومولکول ها را به قند، آمینو اسیدها و نوکلئوتیدها هضم می کنند و ساختمان اولیه ی هر سلول را ایجاد می کنند، ادغام می شوند. این محصولات هضم شده ی مفید درون سیتوسول آزاد شده و می تواند در سنتز ماکرومولکول ها و اندامک های جدید به کار برود، در حالی که محصولات ناخواسته به خارج از سلول انتشار می یابند. همچنین در طول گرسنگی، یا شرایط محدود بودن مواد غذائی، اتوفاژی اندامک های معمولی رخ داده و بنابراین به حفظ سطح مواد غذایی مورد نیاز برای فرایندهای سلولی نرمال کمک می کند.
نقش واکوئل در اندوسیتوز و فاگوسیتوز
اندوسیتور فرایندی برای جذب سلولی مواد خارجی می باشد. فاگوسیتوز شکل خاصی از اندوسیتوز بوده جایی که اجسام بزرگ مانند سلول های مرده، بقایای سلولی، باکتری ها، ویروس ها و غیره در آن جا غوطه ور هستند. جذب از طریق وزیکول های خاصی که با لیزوزوم ها به دنبال تخریب مواد خارجی توسط هیدرولیز ادغام شده اند، صورت می گیرد. به صورت مستقیم یا غیر مستقیم، هر دوی این فرایندها نقش حیاتی را در تخریب پاتوژن ایفاء می کنند.
نقش لیزوزوم در آپوپتوز
آپوپتوز یا مرگ برنامه ریزی شده ی سلول یک مکانیزم کنترل شده ی بسیار پیچیده از خودکشی سلولی می باشد. چنین مکانیزمی در طول توسعه ی جنین و برای تخریب سلول های قدیمی، سلول های آلوده و سلول هایی با DNA آسیب دیده ضروری می باشد. آپوستوز از طریق مسیرهای متنوعی در سلول آغاز می شود که یکی از آن ها مسیر آپوستوز با واسطه ی لیزوزوم می باشد. پروتئازهای خاص موجود در لیزوزوم ها به عنوان یکی از آغازگرها برای چنین مرگ سلولی شناسایی شده اند. این پروتئازها منجر به مجموعه ای از پیام ها و وقایع مشخص در سلول های شده که باعث اختلال در اجزاء سلولی می گردند. این اجزاء در وزیکول هایی که اجسام آپوپتوز نامیده می شود و توسط سلول های مجاور فرا گرفته شده، بسته بندی شده اند. لیزوزوم های سلول های مجاور هضم بقایای این اجزاء را انجام می دهند.
نقش لیزوزوم ها در باروری
لیزوزوم ها قادر به انتشار آنزیم های گوارشی خود درون سلول به منظور ایجاد هضم خارج سلولی نیز می باشند. در طول لقاح، محتوای لیزوزوم اسپرم ها به منظور هضم غشاء محدود کننده ی اطراف تخمک در خارج سلول انتشار می یابد. این کار باعث تسهیل در ادغام اسپرم و تخمک می شود. علاوه بر این، یکی از دو سلول ادغام، میتوکندری پدری از طریق تجهیزات لیزوزومی تخم تخریب می شود. میتوکندری مشتق شده از اسپرم به واسطه ی فعالیت متابولیکی بالای اسپرم تمایل به تجمع جهش های ژنتیکی دارد. از این رو، آن ها نیاز به حذف از سلول ادغام شده به منظور جلوگیری از انتقال جهش ها به جنین حاصله می باشد.
تعمیر غشاء سلولی
شرایط تنش مکانیکی و اقدامات بیماریزایی می تواند منجر به اختلال در بخش های خاص یا تشکیل منافذی در غشاء سلولی گردد. لیزوزوم های ترشحی در یک مکان نزدیک به بخش های آسیب دیده با غشاء سلولی ادغام می شوند. این کار منجر به انتشار آنزیم هیدرولاز به خارج از سلول می گردد. از این هیدرولازها، یک هیدرولاز خاص به نام اسید سفنگو میلین (ASM) باعث درونی سازی بخش آسیب دیده توسط سلول می گردد. علاوه بر این، ادغام لیزوزوم با غشاء، لیپیدهای اضافی را فراهم کرده و از انقباض مرزهای سلولی جلوگیری می کند.
نقض لیزوزومی منجر به حدود 50 نوع مختلف اختلالات متابولیکی ارثی نادر می گردد. در این جا برخی از این اختلالات را ذکر می کنیم.
آنزیم های گوارشی معیوب یا از دست رفته منجر به تجمع موادی درون سلول می گردد، بنابراین باعث اختلال در سوخت و ساز می شود. چنین کمبود یا اختلالی در آنزیم های لیزوزومی منجر به اختلالات ارثی متابولی متعددی شده که در مجموع به عنوان بیماری های ذخیره ای لیزوزومی نامیده می شوند. چند ویژگی عمده از این اختلالات در زیر ذکر شده است.
بیماری های ذخیره ای لیزوزومی
بیماری های ذخیره ای لیزوزومی توسط حضور لیزوزوم های بزرگ شده ی غیر طبیعی حاوی اجزاء سلولی هضم نشده ی تجمع یافته تشخیص داده می شوند. اجزاء یا ماکرومولکول هایی که تجمع یافته اند به آنزیم های خاصی که ناکارامد می باشند، بستگی دارند. بیماری پومپه، بیماری تای ساکس، موکوپلی‌ساکاریدوزها و بیماری گوشه چند نمونه از این بیماری ها هستند. در برخی موارد، علائمی مانند کوتاهی قد، تخریب استخوان ها، مشکلات قلبی و تنفسی، سر، کبد و طحال بزرگ و غیره در زمان تولد مشاهده می شود. با این حال، در برخی موارد، وقوع بیماری در سنین بالاتر اتفاق افتاده و اندام های مختلف بسته به نوع بیماری تحت تاثیر قرار می گیرند. امید به زندگی بسیار متغیر بوده و افرادی با اشکال شدید بیماری ممکن است تا 5 - 10 سالگی زنده بمانند. این بیماری در حال حاضر غیر قابل درمان بوده و اکثر درمان های موجود تنها منجر به کاهش علائم بیماری می گردد.
لیزوزوم ها از آنزیم های گوارشی در سلول جدا می کنند. این سیستم گوارش درون سلولی که لیزوزوم نامیده می شود، نقش مهمی را در بقاء و حفظ انسجام سلولی ایفاء می کند.