Jokaisella elävällä solulla on joukko rakenteita, joiden avulla se pystyy osoittamaan kaikki elävän organismin ominaisuudet. Toimiakseen kunnolla solun on saatava riittävästi ravinteita, hajotettava ne ja vapautuva energiaa, joka sitten käytetään tukemaan elämänprosesseja.
Monimutkaisten energianhallinnan prosessien ensimmäisessä vaiheessa ovat solun lysosomit, jotka on sidottu diktyosomin (Golgi-kompleksi) litistettyjen vesisäiliöiden reunoja pitkin.
Kuinka lysosomit toimivat
Lysosomit ovat pallomaisia yksikalvoisia kappaleita, joiden halkaisija on 0,2–2 mikronia ja jotka sisältävät hydrolyyttisten entsyymien kompleksin. Ne pystyvät hajottamaan minkä tahansa luonnollisen polymeerin tai monimutkaisen rakenteen aineen, joka pääsee soluun ravintoalustana tai vieraana aineena:
- proteiinit ja polypeptidit;
- polysakkaridit (tärkkelys, dekstriinit, glykogeeni);
- nukleiinihapot;
- lipidit.
Tämän tehokkuuden takaavat noin 40 erityyppistä entsyymiäsekä lysosomin matriisissa että kalvon sisäpuolella kiinnittyvässä tilassa.
Lysosomikemia
Lysosomia ympäröivä kalvo suojaa organelleja ja muita solukomponentteja entsyymikompleksin pilkkoutumiselta. Mutta loppujen lopuksi itse rakkulassa kaikki entsyymit ovat proteiinia, miksi proteaasit eivät hajoa niitä?
Tosiasia on, että lysosomien sisällä entsyymit ovat glykosyloituneessa tilassa. Tämän hiilihydraattien "kuoren" vuoksi proteolyyttiset entsyymit tunnistavat ne huonosti.
Lysosomin sisällä olevan ympäristön reaktio on lievästi hapan (pH 4,5–5), toisin kuin hyaloplasman lähes neutraali reaktio. Se luo suotuisat olosuhteet entsyymien toiminnalle, ja sen saa aikaan H+-ATPaasi, joka pumppaa protoneja organelliin.
Lysosomin muunnosprosessi
Morfologisesti solussa erotetaan kaksi päätyyppiä lysosomeja - primaariset ja sekundaariset.
Primääriset lysosomit ovat pieniä rakkuloita, sileäseinäisiä tai reunustettuja, jotka on erotettu Golgi-kompleksin vesisäiliöistä. Ne sisältävät joukon hydrolyyttisiä entsyymejä, jotka on muodostettu aiemmin rakeisille (karkeille) EPR-kalvoille. Ravinnesubstraatin imeytymiseen asti lysosomit ovat inaktiivisessa muodossa.
Jotta entsyymit toimivat, ruokahiukkasten tai nesteiden on päästävä lysosomiin. Tämä tapahtuu kahdella tavalla:
- Autofagialla, kun lysosomi ottaa vastaan ruokahiukkasen ympäröivästä sytoplasmasta. Tässä tapauksessa organellin kalvo tunkeutuu kosketuspisteeseen hiukkasen kanssaja muodostaa endosyyttisen rakkulan ja kiinnittyy sitten lysosomiin.
- Heterofagialla, kun lysosomi fuusioituu solun sytoplasmaan loukkuun jääneiden endosyyttisten vesikkeleiden kanssa ulkopuolelta tulevien kiinteiden hiukkasten tai nesteiden imeytymisen seurauksena.
Toissijaiset lysosomit ovat rakkuloita, jotka sisältävät sekä entsyymejä että substraattia ruoansulatusta varten. Niille on ominaista voimakas hydrolyyttinen aktiivisuus, ja ne muodostuvat primaarisen lysosomin substraatin imeytymisen seurauksena.
Huolimatta siitä, että lysosomin toiminnot rajoittuvat kiinteiden orgaanisten hiukkasten ja liuenneiden aineiden pilkkomiseen (hajoamiseen), prosessin monipuolisuuden takaa sekundaaristen lysosomien kyky:
- sulautuvat primaarisiin lysosomeihin, jotka tuovat sisään uuden osan entsyymeistä;
- sulautuvat uusiin ruokahiukkasiin tai endosyyttisiin vesikkeleihin ylläpitäen jatkuvaa hajoamisprosessia;
- fuusioituvat muiden sekundaaristen lysosomien kanssa muodostaen suuren rakenteen, joka pystyy absorboimaan muita soluorganelleja;
- absorboi pinosyyttisiä rakkuloita ja muuttuu monivesikulaariseksi kappaleeksi.
Lysosomin rakenne ei muutu dramaattisesti. Se yleensä vain kasvaa kooltaan.
Muut lysosomityypit
Joskus lysosomiin joutuneiden aineiden hajoaminen ei lopu loppuun. Sulamattomat hiukkaset eivät poistu organellesta, vaan kerääntyvät siihen. Kun hydrolyyttisten entsyymien tarjonta on loppunut, sisältö tiivistetään ja prosessoidaan, lysosomin rakenteesta tulee monimutkaisempi, kerrostunut. Pigmenttejä voidaan myös levittää. Lysosomi muuttuu jäännöskappaleeksi.
Lisäksi jäännöskappaleet jäävät soluun tai ne poistetaan siitä eksosytoosin avulla.
Autofagosomeja löytyy protistisoluista. Luonteeltaan ne kuuluvat toissijaisiin lysosomeihin. Näiden organellien sisällä löytyy suurten solukomponenttien ja sytoplasmisten rakenteiden jäänteitä. Niitä muodostuu soluvaurion, soluelinten ikääntymisen aikana ja ne hyödyntävät solukomponentteja vapauttaen monomeerejä.
Lysosomin toiminnot solussa
Lysosomit antavat solulle ensinnäkin tarvittavan rakennusmateriaalin, depolymeroivat siihen päässeet aineet.
Hiilihydraattien hajoaminen on tärkeä lenkki solun energia-aineenvaihdunnassa, ja se tarjoaa substraatin muuntumiseen mitokondrioissa.
Lysosomit ovat myös puolustuslinkki kehon immuunijärjestelmässä:
- Leukosyyttien aiheuttaman bakteerien fagosytoosin jälkeen lysosomit kaatavat sisältönsä fagosyyttirakkulan onteloon ja tuhoavat haitallisen mikro-organismin.
- Vapauta proteolyyttisiä entsyymejä apoptoosin aikana - ohjelmoitu solukuolema.
- Hyödynnä vaurioituneita ja "ikääntyneitä" soluorganelleja.
Yhdessä solujen lisääntymisen kanssa lysosomien osallistuminen erilaisten rakenteiden hyödyntämisprosessiin varmistaa kehon uusiutumisen.
