Igal elusrakul on hulk struktuure, mis võimaldavad tal demonstreerida kõiki elusorganismi omadusi. Õigeks toimimiseks peab rakk saama piisav alt toitaineid, neid lagundama ja vabastama energiat, mida seejärel kasutatakse eluprotsesside toetamiseks.
Keeruliste energiahaldusprotsesside esimeses etapis on raku lüsosoomid, mis on pitseeritud diktüosoomi (Golgi kompleksi) lamestatud tsisternide äärtes.
Kuidas lüsosoomid töötavad
Lüsosoomid on sfäärilised ühemembraanilised kehad läbimõõduga 0,2–2 mikronit, mis sisaldavad hüdrolüütiliste ensüümide kompleksi. Nad on võimelised lagundama kõiki looduslikke polümeere või keeruka struktuuriga aineid, mis sisenevad rakku toitainesubstraadi või võõragensina:
- valgud ja polüpeptiidid;
- polüsahhariidid (tärklis, dekstriinid, glükogeen);
- nukleiinhapped;
- lipiidid.
Selle tõhususe tagavad umbes 40 erinevat tüüpi ensüümi, mis sisalduvadnii lüsosoomi maatriksis kui ka membraani siseküljel kleepuvas olekus.
Lüsosoomikeemia
Lüsosoomi ümbritsev membraan kaitseb organelle ja teisi rakukomponente ensüümikompleksi poolt seedimise eest. Aga vesiikulis endas on ju kõik ensüümid valgu päritolu, miks neid ei lagundata proteaaside poolt?
Fakt on see, et lüsosoomides on ensüümid glükosüülitud olekus. See süsivesikute "kest" muudab need proteolüütilised ensüümid halvasti äratuntavaks.
Lüsosoomi sees oleva keskkonna reaktsioon on kergelt happeline (pH 4,5–5), erinev alt peaaegu neutraalsest hüaloplasma reaktsioonist. See loob soodsad tingimused ensüümide toimimiseks ja selle tagab H+-ATPaasi töö, mis pumpab prootoneid organellidesse.
Lüsosoomi transformatsiooniprotsess
Morfoloogiliselt eristatakse rakus kahte peamist lüsosoomitüüpi – primaarset ja sekundaarset.
Primaarsed lüsosoomid on Golgi kompleksi tsisternidest eraldatud väikesed, siledate seintega või ääristatud vesiikulid. Need sisaldavad hüdrolüütiliste ensüümide komplekti, mis on varem moodustatud granuleeritud (karedatel) EPR-membraanidel. Kuni toitaine substraadi imendumiseni on lüsosoomid mitteaktiivses vormis.
Ensüümide toimimiseks peavad toiduosakesed või vedelikud lüsosoomi sisenema. See juhtub kahel viisil:
- Autofagia korral, kui toiduosake võtab ümbritsevast tsütoplasmast lüsosoomi. Sel juhul invagineerub organelli membraan osakese kokkupuutepunktisja moodustab endotsüütilise vesiikuli ning seejärel pitsub lüsosoomi.
- Heterofagia korral, kui lüsosoom sulandub endotsüütiliste vesiikulitega, mis on kinni jäänud raku tsütoplasmasse väljastpoolt tulevate tahkete osakeste või vedelike imendumise tulemusena.
Sekundaarsed lüsosoomid on vesiikulid, mis sisaldavad nii ensüüme kui ka seedimise substraati. Neid iseloomustab tugev hüdrolüütiline aktiivsus ja need moodustuvad substraadi imendumise tulemusena primaarse lüsosoomi poolt.
Vaatamata sellele, et lüsosoomi funktsioonid taanduvad tahkete orgaaniliste osakeste ja lahustunud ainete seedimisele (lagundamisele), tagab protsessi mitmekülgsuse sekundaarsete lüsosoomide võime:
- ühinevad primaarsete lüsosoomidega, mis toovad sisse uue osa ensüüme;
- ühilduvad uute toiduosakeste või endotsüütiliste vesiikulitega, säilitades pideva lagunemisprotsessi;
- ühinevad teiste sekundaarsete lüsosoomidega, moodustades suure struktuuri, mis on võimeline absorbeerima teisi rakuorganelle;
- imavad pinotsüütilised vesiikulid, muutudes multivesikulaarseks kehaks.
Lüsosoomi struktuur ei muutu dramaatiliselt. Tavaliselt see ainult suureneb.
Muud tüüpi lüsosoomid
Mõnikord ei lähe lüsosoomi sattunud ainete lagunemine lõpuni. Seedimata osakesed ei eemaldata organellist, vaid kogunevad sellesse. Pärast hüdrolüütiliste ensüümide varude ammendumist, sisu tihendatakse ja töödeldakse, muutub lüsosoomi struktuur keerukamaks, kihilisemaks. Pigmendid võivad ka ladestuda. Lüsosoom muundub jääkkehaks.
Lisaks jäävad jääkehad rakku või eemaldatakse se alt eksotsütoosi teel.
Autofagosoome võib leida protistirakkudest. Oma olemuselt kuuluvad nad sekundaarsetesse lüsosoomidesse. Nende organellide sees leidub suurte rakukomponentide ja tsütoplasmaatiliste struktuuride jäänuseid. Need moodustuvad rakukahjustuse, rakuorganellide vananemise ajal ja nende ülesandeks on kasutada rakukomponente, vabastades monomeere.
Lüsosoomi funktsioonid rakus
Lüsosoomid varustavad rakku esmajoones vajaliku ehitusmaterjaliga, depolümeriseerides sinna sattunud aineid.
Süsivesikute lagunemine on oluline lüli raku energia metabolismis, varustades substraadiga mitokondrites muundumiseks.
Lüsosoomid on ka keha immuunsüsteemi kaitselüliks:
- Pärast bakterite fagotsütoosi leukotsüütide poolt valavad lüsosoomid oma sisu fagotsüütilise vesiikuli õõnsusse ja hävitavad kahjuliku mikroorganismi.
- Proteolüütiliste ensüümide vabastamine apoptoosi ajal – programmeeritud rakusurm.
- Kasutage kahjustatud ja "vananenud" rakuorganelle.
Kombinatsioonis rakkude proliferatsiooniga tagab lüsosoomide osalemine erinevate struktuuride utiliseerimise protsessis organismi uuenemise.