Lizozom ve Peroksizom. Prof. Dr. Fatma Oğuz İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji

Transkript

1 Lizozom ve Peroksizom Prof. Dr. Fatma Oğuz İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji

2 Tarihçe Lizozomlar; Biyokimyasal araştırmalar sırasında hücrelerin içi açılıp santrifüj ile içerikler incelendiğinde, büyük bir partikül halinde birlikte hareket eden asit hidrolazları topluluğu olarak keşfedildiler. Hücre örneklerinin elektron mikroskopisi teknikleriyle incelenebilmelerinin mümkün olmadığı günlerde, alt hücre organelleri oldukları tahmin ediliyorlardı.

3 Elektron mikroskopisi incelemeleri sonrası; Membranla-sınırlı alt hücre organelleri oldukları teorisi doğrulandı.

4 Bu çalışmalar sayesinde, Christian de Duve 1974 Nobel Fizyoloji ve Tıp ödülünü Albert Claude ve George Palade ile paylaştı. Bu ödül modern hücre biyolojisi çalışmalarının dönüm noktasıdır.

5 Düzgün bir membranla sınırlı olan veziküler yapılardır, Membran yapısı hücre membranına benzer Golgi membranı ile endositik yollarla alınan vezikül membranından meydana gelmiştir. Lipid yapısı farklıdır ( fosfotidil kolin, monoasil gliserofosfat)

6 Lizozomlar 50 nm ile 1 um çapında yoğun küresel vakuollerdir. Ortalama bir hücrede 300 civarında bulunurlar Çeşitli hücre tiplerinde sayısı değişiklik gösterir. Lizozom

7 Lizozom Hücre içinde bulunan tüm yapıları sindirebilecek özellikte enzimlere sahiptirler, Enzimleri GER de sentezlenir, Asit ortamda reaksiyon gösteren ~ 60 farklı hidrolitik enzim taşırlar, Enzimler asit karakterlerini ER lümenleri içinde glikozilleşerek kazanırlar,

8 Lizozomal enzimler Cis sisterna içerisinde fosforillenerek, mannoz-6- fosfat artığı ile işaretlenirler, Enzimler aynı zamanda Golgi kompleksinde, Mannoz-6-fosfat artığı, ile diğer ürünlerden ayrılır. Bu artık aynı zamanda enzimlerin farklı bir örtülü vezikül yapısı içinde Golgi den ayrılmasına da olanak sağlar.

9 Lizozomal hidrolaz öncüsü Mannoz 6- fosfat Klatrin örtü Reseptöre bağlı transport ATP ADP + Pi Fosfat eklenmesi M6P reseptörüne bağlanma Transport vezikülü H + Fosfatın kalkması Olgun lizozomal hidrolaz Geç endozom Reseptörün geri dönüşü Cis Golgi Trans Golgi

10 Golgi sisternalarında iki farklı mannoz -6-fosfat reseptörü bulunmaktadır. MRP 300 %100 yeterlilikle lizozomal proteinlere bağlanır, MRP 46 daha az etkinlikle enzimlere bağlanarak trans Golgi den veziküler yapı halinde ayrılmalara izin verir.

11 Primer sekonder lizozom nedir? Golgi yi terk eden veziküler yapılar Primer Lizozom olarak isimlendirilir. Mannoz-6-fosfat artıkları defosforilasyon ile enzimden ayrılır. Primer lizozom içeriğini endozom olarak isimlenen bir vezikül içine akıtır. Primer lizozom ve endozomun füzyonu ile meydana gelen yapı artık Sekonder lizozom (geç endozom) olarak isimlendirilmektedir

12 Sekonder Lizozomlar sindirecekleri materyalin niteliğine göre iki farklı şekilde adlandırılır! Sekonder Lizozom Heterofagozom (heterofajik vakuol-fagolizozom). Otofagozom ( otofajik vakuolsitolizozom sitozom). Heterofagozom ile otofagozom arasında ne fark vardır?

13 Sekretuar lizozomlar Sekretuar granüller ile klasik lizozomların kombinasyonu. Sekretuar lizozom, asit hidrolazlara ilave olarak hücrenin sekretuar ürünleri de içerirler. T lenfositlerinin sekretuar lizozomları perforin ve granzimleri (tümör ve virüs infekte hücrelere karşı savunmada kullanılan sekretuar ürünler) sekrete ederler.

14 Melanositlerin sekretuar lizozomları melanin sekrete ederler. Mast hücrelerinin sekretuar lizozomları inflamasyon ile ilgili aracıları sekrete ederler.

15

16 Lizozomların hücrede üç önemli fonksiyonu vardır-1; Büyük besin partiküllerinin sindirimi (Bakterilerin de sindiriminde olduğu gibi), Endositoz ile hücreye alınan moleküler materyallerin modifikasyonu ve depolanması, Yaşlanan ya da hasarlı organellerin yıkımı.

17 Lizozomal enzimler aktivitelerini ph5 ortamında gösterebilirler. Lizozomal membranda bulunan ATPaz, ATP yi parçalar ve açığa çıkan enerji ile H + yi lizozom içerisine pompalar. Lizozomal membranlar yüksek derecede glikozilleşme ile enzim sindiriminden kendilerini koruyabilir. Lizozom içindeki makromoleküllerin sindirimi sonucu açığa çıkan küçük moleküller ise membrandaki transport proteinler aracılığı ile sitozole gönderilir. Sindirilemeyen materyaller ise artık cisimler olarak hücre içinde kalabilirler. Kalp kası ve nöronlarda artık cisimler-lipofuskin / yaşlılık pigmenti

18 1) Lipofuskin. Post mitotik hücre yaşlanması kalp ve motor nöronların %10 da bulunur 2) A2E membran lipidphosphatidylethanolamine ile photoreceptor pigment retinal. Yaş ile ilişkili maculer dejenerasans 3) Hiperfosforile tau- nöronlarda. Alzheimer 4) Okside kolesterol ve kolesterol esterleri ( arteriyel makrofaj). Foam cells-. aterosklerotik plaklar

19 Glikozillenerek kendi enzimlerinden korunma sağlanır Sitozol ph~7.2 ph~5 H H H H ATP ADP + Pi H-ATPaz Lizozomlardaki proteazlar,glikozidazlar,nükleazlar,fosfatazlar,lipazlar v.b enzimler asidik ph (~5) da etkinlik gösterir.

20 Lizozomal enzimler ve fonksiyonları Nükleik asit degradasyonu Asit RNAase ve asit DNAase Karbonhidrat degredasyonu - galaktosidaz -Glukosida Lizozim Mukopolisakkarid degradasyonu -Glukorinidaz Hiyaluronidaz Protein degradasyonu Katepsin Kollojenaz Fosfat Asit fosfataz Asit fosfodiesteraz Sulfat Arilsülfetaz RNA ve DNA Galaktosidler Glukojen Bakteri hücre duvarı Mukopolisakkaridler Hiyaluronat ve kondraatin sülfat Proteinler Kollojen Fosfomonoesterler Oligonukleotidler Organik sülfatlar

21 Lizozomal enzim bozukluğuna bağlı olan bu hastalıklar; DEPO hastalıkları olarak isimlendirilir. Nedeni; Lizozomal enzim genlerindeki mutasyonlar, Mannoz 6-fosfat tanıma sinyalini oluşturan gen mutasyonu.

22 Lizozomal Depo Hastalıkları Sfingolipidlerin oluşum ve degradasyon yolaklarında bozukluklar sonucunda ortaya çıkan herediter hastalıklar Sfingolipidlerin metabolizmasındaki bozukluklar sonucu mental retardasyon ve daha sonra ölümle sonuçlanır.

23 Lizozomal enzim eksiklikleri bazı metabolik hastalıklara neden olur. Lizozomal depo hastalıkları (LDH); lizozomal enzim aktivitelerinde veya transportunda bozukluk ya da lizozomal membranların reseptör proteinlerindeki defektlere bağlı olarak substratların lizozomlarda depolanması ile karekterize olan önemli bir metabolik hastalık grubudur. Genel prevelansı 1/ kadardır.

24 Lizozomal enzimlerin eksikliğine bağlı hastalıklar Hastalıklar Eksik olan enzim Etkilenen hücre Etkilenen doku GAUCHER -d-glikosidaz Makrofajlar/gliko lipid birikimi Karaciğer ve dalak METAKROMATİK Sülfataz Dermatan sülfat Çeşitli dokular LÖKODİSTROFİ birikimi HURLER L- iduronidaz Fibroblast ve osteoblastlarda Dermatan sülfat birikimi TAY-SACHS Heksoaminidaz Sinir hücreleri Glikolipid birikimi İskelet ve sinir sistemi Sinir sistemi SANFİLİPPO Heparin sülfat Fibroblastlarda İskelet sistemi SENDROMU sülfamidaz Heparan sülfat birikimi

25

26 Lizozomal enzimlerin görevi organizmayı hastalıklara karşı korumaktadır. Eritrositlerde lizozomal yapılar bulunmazken özellikle bazı hücrelerin çok sayıda bu organele sahip oldukları görülmektedir. Bu hücreler:??? Patolojik şartlarda membran geçirgenliğinin artması ile enzimler dışarı çıkarak hastalıklara neden olabilir. Lökosit lizozomlarında var olan baz yapılı proteinler Mast hücreleri aracılığı ile kılcal damar endotelindeki geçirgenliği etkiler. Kan plazma ve hücreleri dokuya geçerek ödem ve iltihaplanmaya neden olur.

27 Lizozomal hidrolaz öncüsü Mannoz 6- fosfat Klatrin örtü Reseptöre bağlı transport ATP ADP + Pi Fosfat eklenmesi M6P reseptörüne bağlanma Transport vezikülü H + Fosfatın kalkması Olgun lizozomal hidrolaz Geç endozom Reseptörün geri dönüşü Cis Golgi Trans Golgi

28 Lizozomal enzim veya ilişkili bir proteindeki eksiklik, yetersizlik, substrat birikir ve hücresel aktivite bozulur Normal Hücre Substrat birikmiş hücre

29 Lizozomal Depo hastalıkları Alt Grupları Alt gruplar enzimatik defek veya depolanan substrat tipine göre oluşturulur Mucopolisakkaridosis bir arada gruplanır Çünkü enzim eksikliğindeki her bir sonuç akümülasyona veya belirli glikozamin (GAG) substrat birikimine neden olur.

30 Biochemical and Cellular basis of LSDs 1 catalytic activity 2 activator 3 misfolding 4 multienzyme complex 5 glycosylation 6 M-6-P targetting 7 other transport steps 8 membrane transporters 9 membrane regulators Futerman AH & van Meer G (2004) 5:

31

32 Peroksizomlar Peroksizomlar 40 farklı enzim taşıyan membranla sınırlı organellerdir. Bölünerek çoğalabilen organel tüm ökaryotik hücrelerde bulunmakla beraber özellikle omurgalılarda; Karaciğer ve böbrek hücrelerinde bol miktarda bulunurlar. Önemli enzimleri; Urat oksidaz D-amino asid oksidaz Katalaz dır.

33 Peroksizomlar, tek zarlı ve 0.1-1μm çapında küçük, ubikutinli organellerdir Peroksizomlar; Yağ asitlerinin oksidasyonu, purinlerin parçalanması, Kolestrol biyosentezi, Safra asitlerinin biyosentezi Eter-lipit biyosentezi gibi pek çok farklı metabolizma aktivitesinde görev alırlar.

34 Peroksizom fragment Mitokondri fragment Lizozom

35

36

37

38 Oksidatif reaksiyon; RH 2 + O 2 R + H 2 O 2 Bu tip reaksiyonlar; Kana geçen toksik maddelerin detoksifikasyonunu sağlarlar. O 2 yi kullanarak Oksidatif reaksiyonları yapabilirler. Organik moleküllerden hidrojeni uzaklaştırmak için moleküler oksijeni kullanabilirler.

39 Peroksidatif reaksiyon; H 2 O 2 +R H 2 R + 2H 2 O Katalaz enzimi, oksidatif reaksiyon sonucu açığa çıkan H 2 O 2 ti Fenoller Formik asit Formaldehid Alkol ü içeren Çeşitli maddelerin detoksifikasyonunda kullanır.

40 Bu reaksiyon, peroksizomların çeşitli toksik maddeleri detoksiye ettikleri yerler olan karaciğer ve böbrek hücrelerinde önemli bir reaksiyondur. Tüketilen alkolün yaklaşık dörtte biri bu mekanizma tarafından detoksifiye edilir.

41 Peroksizomların önemli bir fonksiyonu da uzun ve çok uzun zincirli yağ asitlerinin β-oksidasyonudur. İnsanlarda, yağ asitleri hem peroksizomlarda hem de mitokondriyalarda okside edilir

42 Kısa, orta ve en uzun zincirli yağ asitleri mitokondriyalarda okside edilirken, çok uzun zincirli yağ asitleri ve bazı uzun zincirli yağ asitleri peroksizomlar tarafından okside edilir

43 Lipid Biyosentezi Oksidasyon reaksiyonlarına ek olarak peroksizomlar,bazı lipitlerin biyosentezinde de görev alırlar. Hayvan hücrelerindeki dolikol ve kolestrol, ER de olduğu kadar peroksizomlarda da sentezlenir.

44 Önerilen Kaynaklar Michels PAM, Moyersoen J, Krazy H, et al. Peroxisomes, glyoxsomes and glycosomes. Mol Membr Biol 2005; 22: Wanders RJA, Waterham HR. Peroxisomal disorders I: biochemistry and genetics of peroxisome biogenesis disorders. Clin Genet 2004; 67: