Lüsosoomid
Rakud võtavad väliskeskkonnast endasse mitmesuguseid aineid. Paljud sissevõetud ained kujutavad endast makromolekule või isegi veelgi suuremaid partikleid, näiteks terveid rakke. Need sissevõetud osakesed on vaja rakus lagundada ja saadav materjal kasutatakse kas raku enda komponentide sünteesiks või väljutatakse rakust. Ka ükski raku enda komponent pole igavene. Isegi kasvavates rakkudes, kus makromolekulide ja organellide hulk suureneb, osa membraane, valgumolekule ning terveid organelle vananeb ning need lagundatakse. See toimub lüsosoomides. Lüsosoom on membraaniga ümbritsetud hüdrolüütilisi ensüüme sisaldav organell, mis toimetab makromolekulide kontrollitud lagundamist rakusiseselt. Tuntakse umbes 40 hüdrolüütilist ensüümi, mis paiknevad lüsosoomis. Need jagunevad proteaasideks, nukleaasideks, glükosidaasideks, lipaasideks, fosfolipaasideks, fosfataasideks, sulfataasideks. Kõik lüsosoomide ensüümid on happelised hüdrolaasid, mille pH optimum on umbes pH 4.8 - 5.
Lüsosoomide membraan lahutab ensüümid tsütoplasmast (pH 7,2), kuid lüsosomaalsete ensüümide pH optimum happelises keskkonnas kaitseb tsütoplasma komponente lagundamise eest ka juhul kui mingil põhjusel peaks toimuma leke. pH 7.2 juures lüsosomaalsed ensüümid praktiliselt ei tööta.
Lüsosoomi membraan sisaldab endas transportvalke, mis võimaldavad lagundamise lõpp-produktidel lüsosoomidest lahkuda, et rakk nad eksotsüteeriks või kasutaks toiduks. Membraan sisaldab ka H+-pumpa, mis kasutab ATP energiat, et hoida lüsosoomide sees kôrgemat H+ kontsentratsiooni (madal pH). Enamik lüsosoomi membraanvalke on väga tugevalt glükosüleeritud - see aitab neid kaitsta lüsosoomide sees olevate proteaaside eest.
Lüsosoomid on oma kuju ja suuruse poolest heterogeensed organellid. Ühes rakus on neid tüüpiliselt kuni paarsada. Neid on kerge identifitseerida tsütokeemiliselt, tuvastades neis teatud kindlate ensüümide olemasolu. Enamlevinud marker-ensüüm, mis esineb kõikides lüsosoomides on happeline fosfataas.
Lüsosoomide heterogeensus peegeldab nende funktsioonide mitmekesisust, mida täidavad temas leiduvad happelised hüdrolaasid (väliskeskkonnast tulevate osakeste lagundamine, raku enda vanade komponentide lagundamine, fagotsüteeritud mikroorganismide seedimine)

Kuidas jõuab lüsosoomidesse see materjal, mida nad lagundavad?


Selleks on kolm eri moodust:
1. Endotsütoos Endotsüteeritud materjal suunatakse rakus nn. endosoomi - s.o. vahepealne kompartment, kuhu tulevad ka hüdrolaasid ning lüsosoomi membraani valgud. Endosoomis on kergelt happeline keskkond, seal algab endotsüteeritud materjali lagundamine. Edasi langeb endosoomis pH ning toimub selle muutumine küpseks lüsosoomiks.
2. Autofaagia Selle protsessi käigus lagundatakse raku enda vananenud komponendid. Lagundamisele minev organell ümbritsetakse membraaniga, tekib autofagosoom. See ühineb endosoomiga ning muutub autofagolüsosoomiks. Autofaagia on täpselt reguleeritud vastavalt raku vajaduste muutustele. Näiteks sER, mille osakaal maksarakus suurenes vastuseks mingile toksilisele ainele, eemaldatakse selektiivselt kui mürgist ainet keskkonnas enam pole.
3.Fagotsütoos. Esineb rakkudes, kes on spetsialiseerunud suuremate partiklite ja mikroorganismide fagotsüteerimisele. Näiteks makrofaagid ja neutrofiilid võivad alla neelata küllaltki suuri võõrkehi, moodustades fagosoomi. See ühineb samuti endosoomiga, moodustades fagolüsosoomi. Paljudele ainuraksetele loomadele on fagotsütoos toitumisviisiks.

Kuidas satuvad lüsosomaalsed ensüümid Golgi kompleksist endosoomi?

Miks pakitakse vastavatesse transportvesiikulitesse just vastavad hüdrolüütilised ensüümid, aga mitte palju muid valke, mis on mõeldud mujale? Lüsosomaalsed ensüümid kannavad unikaalset markerit - mannoos-6-fosfaat grupi näol (M6P), mis pannakse külge ainult lüsosomaalsetele ensüümidele (nende N-seoseliste oligosahhariidide külge). See toimub cis-Golgi alas, kus fosforüleeritakse lüsosomaalse ensüümi küljes olev mannoosi jääk. Trans-Golgi membraanis on aga retseptorvalk, mis tunneb ära M6P, sidudes endaga kõik M6P kandvad valgud. Sel moel M6P-retseptor kontsentreerib lüsosomaalsed ensüümid nendesse trans-Golgi retiikulumist punguvatesse vesiikulitesse, mis ühinevad endosoomiga, andes sinna ära oma "laadungi". Endosoomis vabaneb ensüüm M6P retseptori küljest madala pH tõttu. Retseptor ise aga viiakse tagasi trans-Golgisse. M6P-retseptor on ka raku välismembraanis, mis vahendab rakuvälisesse keskkonda sattunud fosforüleeritud ensüümide endotsüteerimist.

Lüsosomaalsete ensüümide defektidest tingitud haigused

Lüsosomaalsed ladestushaigused (storage diseases) on põhjustatud geneetilistest defektidest, mille tõttu üks või mitmed lüsosomaalsed hüdrolaasid puuduvad. Selle tulemusel kuhjuvad lagundamata jäänud ained lüsosoomi ning see avaldub patoloogiliste tagajärgedena. Tavaliselt on põhjuseks punktmutatsioon mingi ensüümi struktuurgeenis.
Kõige raskem ladestushaiguse juht on nn. I-cell disease (inclusion-cell disease), mille tagajärjel fibroblastide ja makrofaagide lüsosoomidest puuduvad praktiliselt kõik hüdrolüütilised ensüümid. See on üsna harvaesinev haigus, mille tagajärjeks on lüsosoomide poolt lagundamata jäänud ainete kuhjumine rakkudesse inklusioonidena. Patsiendi rakud sünteesivad küll normaalselt kôiki lüsosomaalseid ensüüme, on olemas ka mannoos-6-fosfaadi retseptorid raku välismembraanis ja Golgi kompleksi membraanis. Kuid häda on selles, et puudub ensüüm N- atsetüülglükoosamiini fosfotransferaas, mis katalüüsib lüsosomaalsete ensüümide fosforüleerimist. Selle haiguse puhul on lüsosomaalsed ensüümid olemas veres, sest fosforüleerimise defekti tôttu ei saa ôieti toimida Golgi kompleksis nende sorteerimismehanism ning ensüümid sekreteeritakse (selle asemel, et saata lüsosoomi). Kui sellise patsiendi rakke kasvatada koekultuuris, kuhu on lisatud M6P-gruppi kandvaid ensüüme, siis need endotsüteeritakse raku välismembraanis oleva M6P- retseptori vahendusel ning nad satuvad lüsosoomi.
Nende patsientide maksarakud sisaldavad aga normaalse ensüümkomplektiga lüsosoome, vaatamata sellele, et mannoosi fosforüleerimine puudub. See viitab sellele, et neis rakkudes toimib ka mingi teine sorteerimismehanism, mida ei tunta.
Tuntakse veel mitmeid haigusi, mis on tingitud mingist kindlast lüsosomaalse ensüümi defektist. Hunter'i ja Hurler'i sündroomid on tingitud ensüümide defektist, mis on vajalikud sulfaaditud mukopolüsahhariidide lagundamiseks.
Tay-Sachs`i sündroomi põhjustab ensüüm ß-N-heksoosaminidaasi defitsiit.See on retsessiivne haigus, mis pôhjustab vaimse arengu tugevat peetust, kesknärvisüsteemi häireid, patsiendid surevad tavaliselt enne 5. eluaastat.Ensüümi puude tôttu on häiritud gangliosiid GM2 lagundamine. Normaalselt on see komponent plasmamembraanide (eriti närvirakkude) koostises. Tay-Sachs'i patsientidel ta aga kuhjub plasmamembraanidesse ja lüsosomidesse ning kutsub esile vastavaid sümptomeid. Näit. on 4% as`kenazi juutidest heterosügoodid selle haiguse suhtes. Seetõttu viiakse USA-s läbi vastavate riskigruppide prenataalset diagnostikat.

Kokkuvôte:

Lüsosoomid on spetsialiseerunud rakusiseseks seedimiseks. Nad sisaldavad paljusid hüdrolüütilisi ensüüme (pH optimum 5). Lüsosomaalsed ensüümid satuvad pärast sünteesi ER luumenisse, sealt edasi Golgi kompleksi, kus nende Man-jääk fosforüleeritakse. M6P-rühm tuntakse ära trans-Golgi retiikulumis vastava retseptori poolt. See võimaldab lüsosoomidesse määratud valke pakkida eraldi transportvesiikulisse ning toimetada nad õigesse kohta.