Lisosom: karakteristik, struktur, fungsi dan jenis

Lisosom adalah organel seluler yang dikelilingi oleh membran yang terletak di dalam sel hewan. Mereka adalah kompartemen yang menyajikan pH asam dan kaya akan enzim pencernaan, yang mampu mendegradasi semua jenis molekul biologis: protein, karbohidrat dan asam nukleat.

Selain itu, mereka dapat menurunkan bahan dari luar sel. Karena itu, lisosom memiliki banyak fungsi dalam metabolisme sel dan berkat komposisinya yang kaya akan enzim hidrolitik, sering disebut "lambung" sel.

Lisosom dibentuk oleh fusi vesikel yang muncul dari peralatan Golgi. Sel mengenali urutan tertentu yang berfungsi sebagai "label" pada enzim hidrolitik dan mengirimkannya ke lisosom dalam formasi.

Vakuola ini berbentuk bulat dan ukurannya bervariasi, karena struktur selulernya cukup dinamis.

Perspektif penemuan dan sejarah

Lisosom ditemukan lebih dari 50 tahun yang lalu oleh peneliti Christian de Duve. Tim De Duve sedang melakukan percobaan yang melibatkan teknik fraksinasi subseluler, untuk menyelidiki lokasi enzim tertentu.

Protokol eksperimental ini memungkinkan penemuan organel, karena para peneliti memperhatikan bahwa pelepasan enzim hidrolitik meningkat ketika mereka menambahkan senyawa yang merusak membran.

Selanjutnya, peningkatan teknik dalam biologi molekuler dan keberadaan peralatan yang lebih baik - seperti mikroskop elektronik - berhasil menguatkan keberadaan mereka. Bahkan, dapat disimpulkan bahwa lisosom menempati 5% dari volume intraseluler.

Waktu setelah penemuannya, adalah mungkin untuk menunjukkan keberadaan enzim hidrolitik di dalamnya, mengubah lisosom menjadi semacam pusat degradasi. Selain itu, lisosom berhubungan dengan kehidupan endositik.

Secara historis, lisosom dianggap sebagai titik akhir endositosis, hanya digunakan untuk degradasi molekul. Saat ini, diketahui bahwa lisosom adalah kompartemen seluler dinamis, yang mampu menyatu dengan berbagai organel tambahan.

Fitur

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 alat 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.

Di antaranya adalah nuklease, protease dan fosfatase (yang menghilangkan gugus fosfat mononukleotida, fosfolipid dan senyawa lainnya). Selain itu, mereka mengandung enzim lain yang bertanggung jawab untuk degradasi polisakarida dan lipid.

Secara logis, 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 masuk ke lisosom.

Lingkungan lisosom adalah asam

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

Karakteristik pH asam dari kompartemen sel ini dipertahankan 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 - sebanyak mungkin - aktivitas enzimatiknya pada pH netral sitosol.

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

Meskipun membran lisosom rusak, pelepasan enzim tidak akan banyak berpengaruh - karena pH netral dari sitosol.

Fungsi

Komposisi internal lisosom didominasi oleh enzim hidrolitik, itulah sebabnya mereka merupakan wilayah penting metabolisme seluler di mana pencernaan protein ekstraseluler yang memasuki sel dilakukan oleh endositosis, daur ulang organel, dan protein sitosol.

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

Autofagia

Apa itu autophagy?

Sebuah mekanisme yang berhasil menangkap protein seluler disebut autophagy "eat yourself." Acara ini membantu mempertahankan homeostasis seluler, merendahkan struktur seluler yang tidak lagi diperlukan dan berkontribusi pada daur ulang organel.

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

Kedua organel memiliki kemampuan untuk melebur, karena mereka dibatasi oleh membran plasma yang bersifat lipid. Ini analog dengan mencoba menggabungkan dua gelembung sabun - Anda membentuk yang lebih besar.

Setelah fusi, isi 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 yang terletak di sitosol berumur panjang.

Masa autophagy dan puasa

Di dalam sel, kejadian autophagy tampaknya diatur oleh jumlah nutrisi yang tersedia.

Ketika organisme mengalami kekurangan gizi atau mengalami periode puasa yang berkepanjangan, jalur degradasi diaktifkan. Dengan cara ini, sel mendegradasi protein yang tidak esensial dan mencapai penggunaan kembali organel tertentu.

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

Autophagy dan pengembangan organisme

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

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

Endositosis dan fagositosis

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

Selama fagositosis, sel-sel tertentu - seperti makrofag - bertanggung jawab untuk menelan atau menurunkan partikel berukuran 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 memunculkan pelepasan enzim pencernaan di dalam fagosom dan degradasi partikel terjadi.

Jenis lisosom

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

Pembentukan lisosom

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

Kemudian, endosom awal mengalami proses pematangan, dan menimbulkan endosom akhir.

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

Selama proses tersebut, daur ulang reseptor membran terjadi melalui daur ulang endosom.

Asam hidrolase dipisahkan dari reseptor fosfat mannose-6 selama proses peleburan organel yang menimbulkan lisosom. Reseptor-reseptor ini memasuki jaringan trans Golgi lagi.

Perbedaan antara endosom dan lisosom

Kebingungan umum antara istilah endosom dan lisosom. Yang pertama adalah kompartemen seluler yang dikelilingi oleh lisosom seperti membran. 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.

Vesikel pengangkut, sesuai namanya, berpartisipasi dalam perpindahan zat ke lokasi lain di dalam sel. Vesikel sekretori, di sisi lain, menghilangkan bahan limbah atau bahan kimia (seperti yang berpartisipasi dalam sinapsis 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.

Perubahan deposit lisosomal yang 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, terkena 1 per 2.500 orang.