Lysosome
개요
Lysosome은 세포 내 소화의 주요 장소인 막으로 둘러싸인 기관소이다. 거대분자를 소화하는 가용성 가수분해 효소로 가득 차 있다.
구조
Lysosome은 내부 pH가 약 4.5-5.0으로 유지되는 산성 환경을 제공한다. 이는 vacuolar H+ ATPase (V-type ATPase)에 의해 유지되며, 이 펌프는 ATP 가수분해의 에너지를 사용하여 H+를 lysosome으로 펌핑한다.
Lysosome 막
Lysosome 막 단백질의 특징:
- 대부분 highly glycosylated
- Lysosome 내강의 protease로부터 보호
- Transport 단백질 포함: 거대분자 소화의 최종 산물(amino acid, sugar, nucleotide)을 세포질로 운반
Lysosomal Hydrolase
Lysosomal 가수분해 효소를 참조하라.
형태학적 다양성
Lysosome의 이질적인 형태는 다음을 반영한다:
- 산성 가수분해 효소가 매개하는 다양한 소화 기능
- Lysosome이 형성되는 방식
전형적으로 더 밀도가 높고, 둥글며, 작은 “classical” lysosome은 천천히 소화되는 잔류물만 남을 때까지 내용물이 대부분 소화된 후의 형태이다.
Lysosome으로의 전달 경로
여러 경로가 lysosome으로 물질을 전달한다:
1. Endocytic Pathway
Endocytosis를 통해 plasma membrane과 세포외 공간에서 물질이 endosome으로 전달되고, endosome이 성숙하여 lysosome과 융합한다.
2. Biosynthetic Pathway
Lysosomal hydrolase의 endosome으로의 운반을 참조하라.
3. Phagocytosis
Phagocytosis로 큰 입자와 미생물이 phagosome으로 섭취되고, phagosome이 lysosome과 융합한다.
4. Autophagy
Autophagy로 세포질 성분이 autophagosome으로 포획되어 lysosome으로 전달된다.
Endolysosome과 Lysosome
Plasma membrane에서 endocytosis로 받은 물질을 포함하는 late endosome과 ER에서 새로 합성된 lysosomal hydrolase를 포함하는 late endosome은 기존 lysosome과 융합하여 endolysosome을 형성한다.
Endolysosome 내에서 내용물의 대부분이 소화되어 저항성 또는 천천히 소화되는 잔류물만 남으면, 이러한 기관소는 “classical” lysosome이 된다.
Endolysosome과 lysosome 사이에 실질적인 구별은 없다. 둘 다 maturation cycle의 다른 단계에 있다는 점을 제외하고는 동일하다.
기능
1. Macromolecule 분해
Lysosome은 다음을 분해하고 재활용한다:
- 단백질
- 핵산
- 지질
- 전체 기관소
2. 품질 관리
ER에서 올바르게 folding되지 않은 단백질을 세포질로 운반하여 proteasome에서 분해하는 데 중요한 역할을 한다.
3. 영양소 제공
Lysosome에서 분해된 물질의 building block은 세포질로 운반되어 다양한 생합성 과정에 사용된다.
pH의 중요성
Lysosome 내부의 낮은 pH (4.5-5.0):
- Acid hydrolase의 최적 활성에 필요
- 세포질 보호: lysosome이 파괴되더라도 중성 pH의 세포질에서는 효소 활성이 낮음