Lisosom dan Kitar Semula Sel

Sel hidup sentiasa menghasilkan dan menggunakan protein, lipid dan organel, dan sebahagiannya menjadi rosak atau tidak lagi diperlukan. Banyak sel haiwan mempunyai organel kecil yang menguraikan bahan-bahan ini kepada unit yang lebih kecil, lalu menghantar sebahagian hasilnya kembali kepada sel untuk digunakan semula. Organel itu ialah lisosom.

Ruang berasid yang diasingkan

Lisosom ialah organel bermembran tunggal, iaitu dikelilingi satu membran dwilapisan fosfolipid. Bahagian dalamnya jauh lebih berasid daripada sitoplasma di sekelilingnya: pH dalam lisosom kira-kira 5, manakala pH sitoplasma hampir neutral. Keasidan ini dikekalkan oleh pam proton pada membran lisosom, yang menggunakan tenaga untuk memasukkan ion hidrogen ke dalam lisosom.

Lisosom mengandungi puluhan jenis hidrolase asid, iaitu enzim yang memecahkan protein, lipid, karbohidrat dan asid nukleik dengan bantuan air. Enzim ini berfungsi paling baik dalam keadaan berasid. Jika sedikit enzim bocor ke sitoplasma yang hampir neutral, aktivitinya jauh berkurang, dan ini membantu melindungi sel daripada menguraikan dirinya sendiri.

Bagaimana bahan sampai ke lisosom

Bahan dari luar sel boleh masuk melalui endositosis, apabila sebahagian membran plasma melipat ke dalam dan membentuk vesikel kecil. Vesikel itu menjadi endosom, yang matang dan berinteraksi atau bergabung dengan lisosom. Sel pemakan tertentu, seperti makrofaj dalam sistem pertahanan badan, boleh menelan zarah besar seperti bakteria dalam proses fagositosis, dan vesikel yang terbentuk bergabung dengan lisosom untuk menguraikan kandungannya.

Bahan dari dalam sel dihantar melalui autofagi. Komponen sitoplasma atau organel yang rosak dibungkus oleh membran lalu membentuk autofagosom, yang kemudian bergabung dengan lisosom. Dalam semua laluan ini, kargo berakhir di ruang berasid yang sama untuk diuraikan.

Kitar semula, bukan sekadar pelupusan

Hasil penguraian seperti asid amino, gula ringkas dan asid lemak boleh dipindahkan keluar daripada lisosom dan digunakan semula oleh sel untuk membina molekul baharu atau sebagai sumber tenaga. Autofagi juga meningkat apabila sel kekurangan nutrien, dan ini membantu sel bertahan dengan menggunakan semula komponennya sendiri.

Apabila penguraian terganggu

Keupayaan lisosom bergantung pada enzim, keasidan ruangnya, membran yang berfungsi dan penghantaran kargo yang betul. Jika satu enzim lisosom tidak berfungsi akibat perubahan genetik, bahan yang sepatutnya diuraikan oleh enzim itu boleh terkumpul dalam sel. Kumpulan keadaan ini dipanggil penyakit simpanan lisosom, dan penyakit Gaucher serta penyakit Tay-Sachs ialah antara contohnya. Penyakit ini jarang berlaku, dan diagnosis serta rawatannya dilakukan oleh doktor.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Lisosom tidak ditemui dengan hanya melihat sel di bawah mikroskop. Pada awal 1950-an, Christian de Duve dan rakan sekerjanya mengkaji enzim dalam hati tikus dengan memecahkan sel dan mengasingkan bahagian sel melalui pemusingan berkelajuan tinggi. Mereka mendapati aktiviti enzim yang dipanggil fosfatase asid kelihatan rendah apabila bahagian sel itu dikendalikan dengan lembut, tetapi meningkat selepas membran bahagian itu dirosakkan. Ini menunjukkan bahawa enzim itu terkurung dalam zarah bermembran, dan zarah itu dinamakan lisosom. Mikroskop elektron kemudian memaparkannya sebagai kantung bermembran. De Duve berkongsi Hadiah Nobel dalam Fisiologi atau Perubatan pada 1974 untuk penemuan tentang organel sel, dan Yoshinori Ohsumi menerima hadiah yang sama pada 2016 untuk penemuan mekanisme autofagi.