وظائف ليسوسومات وأنواعها وأمراضها

ال الجسيمات الحالة هي جزيئات غشائية تقع بين الميتوكوندريا والميكروسومات التي تحتوي على مجموعة واسعة من الإنزيمات الهضمية (حوالي 50) المستخدمة بشكل رئيسي لهضم وإزالة العضيات المفرطة أو البالية وجزيئات الطعام والفيروسات أو البكتيريا.

باستخدام مصطلح أكثر عامية ، يمكن للمرء أن يقول أن الليزوزومات تشبه معدة الخلية.

تحيط الليزوزومات بغشاء يتكون من الفسفوليبيدات التي تفصل الأجزاء الداخلية من الليزوزومات عن البيئة الخارجية للغشاء. الفوسفوليبيد هي جزيئات الخلية نفسها التي تشكل غشاء الخلية الذي يحيط بالخلية بأكملها. تتنوع أحجام الجسيمات من 0.1 إلى 1.2 ميكرومتر.

وظائفها المحددة تشمل:

• هضم الجزيئات الكبيرة من البلعمة ، البطانة والبلع الذاتي.
• هضم البكتيريا وغيرها من النفايات.
• إصلاح الأضرار التي لحقت غشاء البلازما بمثابة التصحيح الغشاء. 
• و موت الخلايا المبرمج.

وغالبًا ما يشار إليهم باسم "حقائب الانتحار" بسبب دورهم في التحلل الذاتي.

اكتشاف الليزوزومات

تم اكتشاف الليزوزومات من قبل عالم الخلايا البلجيكي وعالم الكيمياء الحيوية كريستيان رينيه دي دوف في الخمسينيات. حصل دي دوف على جزء من جائزة نوبل في الطب عام 1974 لاكتشافه ليسوسومات وعضيات أخرى تعرف باسم البيروكسيسومات..

اكتشف دي دوف الليزوزومات بطرق كيميائية حيوية وباستخدام المجهر الإلكتروني. أدى هذا الاكتشاف الأساسي إلى الفهم الحالي للعديد من الاضطرابات الموروثة الناجمة عن البروتينات الليزوزومية المعيبة ، بما في ذلك مرض تاي ساش ومرض غوشيه.

نوع

تشير الأبحاث الحديثة إلى أن هناك نوعين من الليزوزومات: الليسوسومات الإفرازية والتقليدية.

Lysosomes الأمناء

تم العثور على الليزوزومات الإفرازية ، ولكن ليس بشكل حصري ، في خلايا مختلفة من الجهاز المناعي ، مثل الخلايا اللمفاوية التائية ، والمستمدة من خط خلية المكونة للدم.

الليزوزومات الإفرازية هي مزيج من الليزوزومات التقليدية والحبيبات الإفرازية. وهي تختلف عن الليزوزومات التقليدية من حيث أنها تحتوي على منتج إفرازي معين للخلية التي يقيمون فيها.

على سبيل المثال ، تحتوي الخلايا اللمفاوية التائية على منتجات إفرازية (perforin و granzymes) يمكنها مهاجمة كل من الخلايا المصابة والورم..

تحتوي "خلايا كومبي" من الليزوزوم الإفرازي أيضًا على هيدرولات ، وبروتينات غشائية ولديها سهولة تنظيم درجة الحموضة في الليزوزومات التقليدية. تحافظ هذه الوظيفة التنظيمية على بيئة حمضية يتم فيها الحفاظ على المنتجات الإفرازية في صورة غير نشطة.

تنتقل الليزوزومات الناضجة داخل السيتوبلازم إلى غشاء البلازما. هنا يتم الاحتفاظ بها في وضع الاستعداد مع إفرازات قوية من "الرؤوس الحربية" غير نشطة ولكن جاهزة.

عندما تركز خلية الخلايا اللمفاوية التائية بشكل مثالي على الخلية المستهدفة ، يتم "إطلاق" والإفرازات البيئية والكيميائية ، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني ، تقوم بتنشيط الإفرازات قبل منع الهدف.

يتم كل ذلك من خلال التحكم الدقيق في الموقع والتوقيت ليس فقط لزيادة التأثير على الهدف ، ولكن أيضًا لتقليل الأضرار الجانبية للخلايا الصديقة المجاورة.

يمكن أن تؤدي الاضطرابات الوراثية التي تتحكم فيها الليسوزومات المفرطة إلى تخليق الصفائح الدموية ، وهو نوع من نقص المناعة ونقص تصبغ الدم..

ليسوسومات تقليدية

تتواجد الليزوزومات في الخلية كعضيات قابلة لإعادة الاستخدام ، وعندما يحدث انقسام الخلية ، تتلقى كل خلية ابنة سلسلة من الليزوزومات. من المعتقد أن رواسب المواد الكيميائية في الليزوزوم يمكن "إعادة تعبئتها" بواسطة إمدادات جهاز Golgi.

يتم تصنيع المواد الكيميائية في الشبكة الإندوبلازمية ، وتعديلها في جهاز Golgi ونقلها إلى الليزوزومات في الحويصلات. يتضمن التعديل في جهاز جولجي "وضع العلامات المستهدفة" على المستوى الجزيئي الذي يضمن أن يتم تسليم الحويصلة إلى ليسوسوم وليس إلى غشاء البلازما أو في أي مكان آخر.

يتم إرجاع "الملصق" إلى جهاز Golgi لإعادة استخدامه. المواد من 3 مصادر مختلفة تتطلب التفكيك وإعادة التدوير. ركائز اثنين من هذه المصادر تدخل الخلية من الخارج والثالث ينشأ من الداخل.

من خارج الخلية ، تدخل عملية التسمم الذاتي ، بما في ذلك تسمم الخلايا الصخرية ، في إدخال السوائل والجزيئات الصغيرة من خلال تكوين تجويفات صغيرة مغلفة بالبروتينات في الغشاء البلازمي. هذه الختم حتى تشكل حويصلات مغلفة بالبروتينات.

تصبح كل حويصلة "إندوسوم مبكر" ثم "إندوسوم متأخر". أيضًا من خارج الخلية ، تجلب البلعمة (تغذية الخلية) جزيئات كبيرة نسبيًا (عادة ما يكون حجمها 250 نانومتر) ، بما في ذلك البكتيريا وحطام الخلية.

يمكن إجراء البلعمة عن طريق "خلايا عادية" ، ولكن يتم تنفيذها بشكل رئيسي عن طريق البلاعم التي يمكن أن تحتوي على ما يصل إلى 1000 ليسوسومات لكل خلية. الهيكل الناتج من البلعمة يسمى البلعمة. من داخل الخلية ، تكون البلعمة الذاتية مسؤولة عن القضاء على العضيات ، مثل الميتوكوندريا والريبوسومات.

وظائف الليزوزومات

وظائف lysosomes الرئيسية هي:

الهضم داخل الخلايا

كلمة ليسوسوم مشتقة من كلمة "أملس" (غنائي أو هضمي) و "سوما" (جسد). تنقل فجوات الحويصلات ، التي تشكلت نتيجة لامتصاص مادة السائل في الفجوات الخلوية أو البلعمة (التي تشكلت بامتصاص الجزيئات الصلبة في الخلية) ، مادة البروتين إلى المنطقة الليزوزومية..

يمكن أن تخضع هذه البروتينات لعملية الهضم داخل الخلية نتيجة لبطانة الدم. يتضمن التسمم الذاتي عمليات البلعمة ، كثرة الكريات الحمر والخلايا الدقيقة.

تعتبر البلعمة والبلعوم من الآليات الفعالة التي تحتاج الخلية إلى الطاقة لتعمل بها. أثناء البلعمة بسبب كريات الدم البيضاء ، وزيادة استهلاك الأوكسجين ، امتصاص الجلوكوز والتحلل الجليكوجين زيادة كبيرة.

في التعرق الداخلي ، يحدث تقلص الأكتين والميوسين المصغر الموجود في السيتوبلازم المحيطي. هذا يؤدي إلى غشاء البلازما لينتج وتشكيل فجوة باطن. تكون الجسيمات المستهلكة المحاطة بالأغشية المستمدة من غشاء البلازما وتشكيل فجوات في بعض الأحيان من البلغومات الخلوية.

بعد دخول جسيم أو جسم كبير إلى الخلية عن طريق التسمم الذاتي وتشكيل البلغوم ، قد تندمج أغشية البلغوم والليزوزوم لتشكيل فجوة كبيرة واحدة.

داخل هذا الفراغ ، تبدأ الإنزيمات الليزوزومية في عملية هضم المادة الغريبة. في البداية ، يحتوي الليزوزوم ، المعروف باسم الليزوزوم الأساسي ، على مركب الإنزيم في حالة غير نشطة ، ولكن بعد الاندماج مع البلغوم فإنه ينتج ليسوسوم ثانوي مع مورفولوجيا مختلفة وأنزيمات نشطة.

بعد الهضم الأنزيمي ، تنتشر المادة المهضومة في الهيالوبلازم في الخلية. قد تبقى بعض المواد في فجوة الليزوزوم الموسع. هذا الفراغ المتبقي هو الجسم المتبقي ، لأنه يحتوي على بقايا العملية الهضمية.

أثناء الجوع أيضًا ، تهضم الليزوزومات المواد الغذائية المخزنة ، أي البروتينات والدهون والجليكوجين من السيتوبلازم وتوفر الطاقة التي تتطلبها الخلية. عادة ما ينتهي هضم البروتينات عند مستوى ثنائيبتيد ، والذي يمكن أن يمر عبر الغشاء ثم يتم هضمه في الأحماض الأمينية.

هضم المواد داخل الخلايا أو البلعمة الذاتية

تتم إزالة العديد من المكونات الخلوية ، مثل الميتوكوندريا ، بشكل مستمر من الخلية عن طريق الجهاز الليزوزومي. تحيط العضيات الخلوية السيتوبلامية بأغشية الشبكة الإندوبلازمية الملساء ، وتشكل فجوات ، ثم يتم تفريغ الإنزيمات الليزوزومية في فجوات تلقائية ويتم هضم العضيات.

البلعمة الذاتية هي خاصية عامة للخلايا حقيقية النواة. هذه مرتبطة بتجديد المكونات الخلوية.

هضم الميتوكوندريا أو غيرها من الهياكل الخلوية يوفر مصدرا للطاقة لهذه الخلايا. بعد هضم البنية الخلوية ، يمكن أن تصبح فجوات البلعوم الذاتي عبارة عن أجسام متبقية. 

لديهم دور في التحول

في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف دور الليزوزوم في تحول الضفدع. يرجع اختفاء الذيل اليرقي لشرغوف الضفدع إلى النشاط الليزوزومي (عمل الكاثيبين الموجود في الليزوزومات).

أنها تساعد في تخليق البروتينات

اقترح العلماء Novikoff و Essner (1960) الدور المحتمل للليزومات في تخليق البروتين. في الكبد والبنكرياس في بعض الطيور ، يبدو أن الليزوزومات أكثر نشاطًا وتطوراً مما يدل على وجود علاقة محتملة مع التمثيل الغذائي الخلوي..

أنها تساعد في الإخصاب

أثناء الإخصاب ، يفرز رأس الحيوان المنوي بعض الإنزيمات الليزوزومية التي تساعد في تغلغل الحيوانات المنوية في الطبقة المحبة للبويضة..

يحتوي الأكروم على البروتياز و الهيالورونيداز و حمض الفوسفاتاز الوفير. إن الهيالورونيداز المشتت في الخلايا حول البويضة وهضم الأنزيم البروتيني يؤدي إلى اختراق القناة الحلقية مما يجعل النواة المنوية تخترق.

لها دور في تكوين العظم

وقد قيل إن تكوين خلايا العظام وتدميرها يعتمد على النشاط الليزوزومي. وبالمثل ، ترتبط شيخوخة الخلايا وتطور الجينات الخلقية بنشاط الليزوزومات.

الخلايا العظمية (الخلايا متعددة النوى) التي تزيل العظم ، تقوم بذلك عن طريق إطلاق إنزيمات الليزوزومية التي تؤدي إلى تدهور المصفوفة العضوية. يتم تنشيط هذه العملية عن طريق هرمون الغدة الدرقية.

تشوه الليزوزومات

عطل الليزوزومات يمكن أن يؤدي إلى الأمراض. على سبيل المثال ، عندما لا يتم هضم الجليكوجين الذي تمتصه الليزوزومات ، يحدث مرض بومبي.

تمزق الليزوزومات في خلايا الجلد المعرضة لأشعة الشمس المباشرة يؤدي إلى تغيرات مرضية بعد حروق الشمس. إن الأنزيمات التي تطلقها هذه الجسيمات الليزومية تدمر خلايا البشرة مسببة تقرحات ثم انفصال طبقة من البشرة..

التحلل الذاتي للغضروف والأنسجة العظمية

فيتامين (أ) الزائد يسبب تسمم الخلايا. يقطع الغشاء الليزوزومي ، مما يتسبب في إفراز إنزيمات في الخلية ويسبب انحلالًا تلقائيًا في الغضاريف والأنسجة العظمية.

أمراض الليسوزومية

أمراض أنواع غوشيه 1 و 2 و 3

مرض جوشر هو أكثر أنواع اضطرابات التخزين الليزوزية شيوعًا. حدد الباحثون ثلاثة أنواع مختلفة من مرض جوشر بناءً على غياب (النوع الأول) أو وجود ومدى المضاعفات العصبية (النوعان الثاني والثالث).

معظم الأفراد المصابين بالنوع الأول ، قد يعانون من الكدمات والتعب المزمن والكبد و / أو الطحال الموسع بشكل غير طبيعي (تضخم الكبد الطحال).

يحدث مرض جوشر من النوع الثاني في الأطفال حديثي الولادة والرضع ، ويتميز بمضاعفات عصبية قد تشمل تشنجات عضلية لا إرادية وصعوبة في البلع وفقدان المهارات الحركية المكتسبة سابقًا..

يظهر النوع الثالث من مرض جوشر خلال العقد الأول من العمر. قد تشمل المضاعفات العصبية التدهور العقلي ، وعدم القدرة على تنسيق الحركات الطوعية والتشنجات العضلية في الذراعين والساقين أو الجسم بالكامل.

أنواع مرض نيمان بيك A / B و C1 و C2

يتكون مرض نيمان بيك من مجموعة من الاضطرابات الموروثة المرتبطة بعملية التمثيل الغذائي للدهون. بعض الخصائص الشائعة لجميع الأنواع تشمل تضخم الكبد والطحال. يعاني الأطفال المصابون بمرض Niemann-Pick ، ​​من النوع A أو C ، من فقدان تدريجي للمهارات الحركية ، وصعوبات في التغذية ، وصعوبات ونوبات تعلم تقدمية.

مرض فابري

تبدأ أعراض مرض فابري عادة في مرحلة الطفولة المبكرة أو المراهقة ، ولكنها قد لا تصبح واضحة حتى العقد الثاني أو الثالث من العمر..

تشمل الأعراض الأولى نوبات من ألم شديد في اليدين والقدمين. قد تتضمن العلامات المبكرة الأخرى انخفاضًا في إنتاج العرق والانزعاج عند تجربة درجات حرارة دافئة وظهور طفح جلدي محمر إلى أزرق داكن ، خاصة في المنطقة الواقعة بين الوركين والركبتين..

مرض تخزين الجليكوجين II (مرض بومبي)

داء بومبي له شكل متأخّر. المرضى الذين يعانون من شكل الرضيع هم الأكثر تضررا. على الرغم من أن هؤلاء الأطفال عادة ما يكونون عاديين عند الولادة ، إلا أن هذا المرض يحدث خلال الشهرين أو الثلاثة أشهر الأولى مع ضعف العضلات التدريجي السريع ، ونقص العضلات (نقص التوتر) ، ونوع من أمراض القلب المعروفة باسم اعتلال عضلة القلب الضخامي..

مشاكل التغذية وصعوبة التنفس شائعة. يحدث شكل الأحداث / البالغين بين العقدين الأول والسابع كضعف عضلي بطيء تدريجيًا أو مع أعراض فشل الجهاز التنفسي. 

النوع الأول من مرض غنغليوسيد (مرض تاي ساكس)

هناك نوعان رئيسيان من مرض تاي ساكس: الشكل الكلاسيكي أو الرضيع والنمط المتأخر للظهور.

في الأفراد المصابين بمرض الطفولة تاي ساكس ، تظهر الأعراض عادة لأول مرة بين ثلاثة وخمسة أشهر من العمر. قد تشمل هذه المشاكل التغذية ، والضعف العام (الخمول) وردود الفعل المفاجئة مبالغ فيها استجابة للضوضاء الصاخبة والمفاجئة. التأخيرات الحركية والتدهور العقلي تقدميان.

بالنسبة للأفراد الذين لديهم شكل متأخر ، يمكن أن تظهر الأعراض في أي وقت من سن المراهقة إلى 30 عامًا. غالبًا ما يتطور شكل الطفولة بسرعة ، مما يؤدي إلى تدهور عقلي وجسدي كبير.

من الأعراض المميزة لمرض تاي ساكس ، الذي يحدث في 90 في المائة من الحالات ، ظهور بقع حمراء على ظهر العينين. تختلف أعراض مرض تاي ساكس المتأخر بشكل كبير من حالة لأخرى. هذا الاضطراب تقدم أبطأ بكثير من شكل الطفولي.

داء جانجليوسيدس من النوع الثاني (مرض ساندهوف)

تبدأ الأعراض الأولى لمرض ساندهوف عادة ما بين ثلاثة وستة أشهر من العمر. هذا المرض لا يمكن تمييزه سريريًا من النوع الأول من مرض غانجليوزيد.

حثل المادة البيضاء متبدل اللون

يمكن أن تكون العلامات والأعراض الأولى غامضة وتدريجية ، لذلك يصعب تشخيص هذا الاضطراب. المشي عدم الاستقرار هو في كثير من الأحيان أول أعراض لوحظ.

في بعض الأحيان ، تكون الأعراض الأولى هي التأخر في تطوير أو تدهور الأداء المدرسي. بمرور الوقت ، قد تشمل الأعراض التشنج الملحوظ ، والنوبات ، والتخلف العقلي العميق.

أمراض تخزين عديدات السكاريد المخاطية (داء هيرلر ومتغيراته ، النوعان A و B و C و D و Morquio Types A و B و Maroteaux-Lamy و Sly disease)

سبب هذه الأمراض هو حدوث تغييرات في الانهيار الطبيعي للكربوهيدرات المعقدة المعروفة باسم عديدات السكاريد المخاطية. هذه الأمراض لها بعض الخصائص المشتركة ، والتي تشمل تشوهات العظام والمفاصل التي تتداخل مع الحركة وغالبا ما تسبب هشاشة العظام ، وخاصة المفاصل الكبيرة التي تدعم الوزن.

جميع هذه الأمراض ، باستثناء مرض Sanfilippo ، تتداخل مع النمو ، وتسبب قصر القامة.

أنواع مرض شندلر الأول والثاني

مرض شندلر من النوع الأول هو الشكل الكلاسيكي ، الذي يظهر لأول مرة أثناء الطفولة. يبدو أن الأفراد المتضررين يتطورون بشكل طبيعي حتى يبلغوا عام واحد ، عندما يبدأون في فقد المهارات المكتسبة سابقًا والتي تتطلب تنسيق الأنشطة البدنية والعقلية.

النوع الثاني شندلر هو شكل من أشكال المظهر في البالغين. قد تشمل الأعراض تطوير مجموعات تلون تشبه الثآليل على الجلد ، وتوسيع دائم لمجموعات الأوعية الدموية التي تسبب احمرار الجلد في المناطق المصابة ، وسمك نسبي لخصائص الوجه ، وتدهور عقلي خفيف.

مرض باتن

مرض باتن هو شكل الأحداث لمجموعة من الاضطرابات العصبية التقدمية المعروفة باسم شحميات شحمية عصبية شحمية. ويتميز بتراكم مادة دهنية في الدماغ ، وكذلك في الأنسجة التي لا تحتوي على خلايا عصبية.

يتميز مرض باتن بالفشل التدريجي السريع في الرؤية (ضمور العصب البصري) والاضطرابات العصبية ، والتي يمكن أن تبدأ قبل سن الثامنة. يحدث بشكل رئيسي في العائلات من أصل اسكندنافي من شمال أوروبا والاضطراب يؤثر على الدماغ ويمكن أن يتسبب في تدهور الفكر والوظائف العصبية.

السكان المتضررين

كمجموعة ، يُعتقد أن أمراض تخزين الليزوزومية لها معدل تقريبي واحد لكل 5000 مولود حي. على الرغم من أن الأمراض الفردية نادرة ، إلا أن المجموعة ككل تؤثر على العديد من الأشخاص حول العالم.

بعض الأمراض لديها نسبة أعلى في بعض السكان. على سبيل المثال ، تعد أمراض غوشيه وتاي ساكس أكثر انتشارًا بين السكان الأشكناز اليهود. من المعروف أن طفرة مرتبطة بمتلازمة هيرلر تحدث بشكل متكرر بين الشعوب الاسكندنافية والروسية.

التشخيص

التشخيص قبل الولادة ممكن لجميع اضطرابات التخزين الليزوزومية. إن الاكتشاف المبكر لأمراض تخزين الليزوزوم ، سواء قبل الولادة أو في أقرب وقت ممكن ، أمر مهم لأنه عندما تتوفر علاجات ، إما للمرض نفسه أو للأعراض المرتبطة به ، يمكن أن تحد بشكل كبير من الدورة الطويلة الأجل وتأثير المرض.

مراجع

1. علم الأحياء أون لاين. (2008). يحلول. 6-2-2017 ، من Biology-Online.org Website: biology-online.org.
2. مستشفى جامعة روكفلر. (2004). "استكشاف الخلايا ذات الطرد المركزي": اكتشاف الليزوزوم. 6-2-2017 ، من جامعة روكفلر. الموقع: centennial.rucares.org.
3. الجمعية البريطانية لبيولوجيا الخلية. (2016). يحلول. 6-2-2017 ، من موقع BSCB: bscb.org.
4. جاين ، ك. (2016). 8 وظائف رئيسية من Lysosomes. 6-2-2017 ، من BiologyDiscussion.com الموقع: biologydiscussion.com.
5. كلارك ، ج. (2003). اضطرابات التخزين الليزوزومية. 6-2-2017 ، من NORD - موقع المنظمة الوطنية للاضطرابات النادرة: rarediseases.org.
6. فوسيت ، دبليو (1981). الخلايا. 6-2-2017 ، من موقع ascb.org: ascb.org.
7. سوسوكي ، ك. (2016). مرض ليسوسومال. 7-2-2017 ، من موقع المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية: ncbi.nlm.nih.gov.
8. TutorVista (2017). وظيفة الليزوزومات. 7-2-2017 ، من موقع TutorVista.com: ncbi.nlm.nih.gov.
9. تعليم الطبيعة. (2014). الشبكة الإندوبلازمية ، جهاز جولجي ، والجسيمات اللايسوسومية. 7-2-2017 ، من nature.com الموقع: nature.com.