ไลโซโซม

ชีววิทยาเซลล์
เซลล์สัตว์
องค์ประกอบของเซลล์สัตว์โดยทั่วไป: นิวคลีโอลัส นิวเคลียส ไรโบโซม (จุดเล็ก ๆ) เวสิเคิล ร่างแหเอนโดพลาสมิกแบบขรุขระ กอลไจแอปพาราตัส (หรือ กอลไจบอดี) ไซโทสเกเลตัน ร่างแหเอนโดพลาสมิกแบบเรียบ ไมโทคอนเดรียน แวคิวโอล ไซโทซอล (ของเหลวที่บรรจุออร์แกเนลล์ต่าง ๆ ที่รวมกันเป็นไซโทพลาสซึม) ไลโซโซม เซนโทรโซม เยื่อหุ้มเซลล์

ไลโซโซม (อังกฤษ: Lysosome; /ˈlaɪsəˌsoʊm/) เป็นออร์แกเนลล์มีเยื่อหุ้มที่พบในเซลล์สัตว์จำนวนมาก^[1] ไลโซโซมมีลักษณะเป็นเวซิเคิลทรงกลมที่ภายในบรรจุเอนไซม์ไฮโดรไลติกที่สามารถย่อยสลายชีวโมเลกุลหลาย ๆ ชนิดได้ ไลโซโซมหนึ่ง ๆ นั้นมีองค์ประกอบเฉพาะของตน ทั้งโปรตีนเยื่อหุ้ม และโปรตีนลูเมียล (โปรตีนในลูเมน) ของมัน ลูเมนของไลโซโซมมีค่า pH อยู่ที่ประมาณ 4.5–5.0^[2] ซึ่งเป็นภาวะกรดเบสที่เหมาะสมที่สุดต่อการทำงานของเอนไซม์ที่ใช้ในการไฮโดรไลซิส อุปมาอุปไมยได้กับกระบวนการในกระเพาะของมนุษย์ นอกจากหน้าที่ในการย่อยสลายพอลีเมอร์ต่าง ๆ แล้ว ไลโซโซมยังมีหน้าที่ในกระบวนการของเซลล์หลายประการ เช่น การหลั่งสาร (secretion), การซ่อมแซมเยื่อหุ้มพลาสมา, กระบวนการอะพอพทอซิส (apoptosis), การส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ (cell signaling) และการเมตาบอลิซึมพลังงาน^[3]

ภาพแสดงขั้นตอนการย่อยสารของไลโซโซม ขั้นแรกคือการนำสารเข้ามาในเซลล์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ในฟู๊ดแวคคิวโอล (เรียกกระบวนการนี้ว่า “เอ็นโดไซโตซิส”) ขั้นที่สอง ไลโซโซมซึ่งมีเอไซม์ไฮโดรไลติกที่กระตุ้นแล้วเข้ามา พร้อมกับฟู๊ดแวคคิวโอลเคลื่อนที่ออกจากเยื่อหุ้มเซลล์ ขั้นตอนที่สาม ไลโซโซมรวมเข้ากับฟู๊ดแวคคิวโอลและเอนไซม์ไฮโดรไลติกเคลื่อนที่เข้าไปในฟู๊ดแวคคิวโอล และในขั้นตอนที่สี เอนไซม์ไฮโดรไลติกได้ย่อยสารภายในฟู๊ดแวคคิวโอล^[4]

ไลโซโซมมีหน้าที่เปรียบดั่งระบบที่ทิ้งขยะ (waste disposal system) ของเซลล์ ผ่านการย่อยสลายสารหรือองค์ประกอบในเซลล์ที่ไม่ได้ใช้งานแล้วหรือถูกแยกออกมา ทั้งที่เป็นสารจากภายนอกและภายในเซลล์ สารจากภายนอกเซลล์นั้นเข้ามาในเซลล์ผ่านการเอ็นโดไซโตซิส (endocytosis) ส่วนสารภายในเซลล์จะถูกย่อยผ่านการออโตฟากี (autophagy)^[5] ขนาดของไลโซโซมนั้นแตกต่างกันมาก บางไลโซโซมตัวใหญ่อาจมีขนาดกว่าสิบเท่าของไลโซโซมตัวเล็ก^[6] ไลโซโซมนั้นค้นพบและตั้งชื่อโดยนักชีววิทยาชาวเบลเยียม คริสเชียน เดอ ดูเว (Christian de Duve) ผู้ซึ่งในที่สุดได้รับรางวัลโนเบลสาขากายวิภาคศาสตร์หรือการแพทย์ ในปี 1974

จากการศึกษาพบว่าภายในไลโซโซมประกอบเอนไซม์ชนิดต่าง ๆ กว่า 60 ชนิด และมีเมมเบรนโปรตีน (membrane protein) มากกว่า 50 ชนิด^[7][8] เอนไซม์ต่าง ๆ ในไลโซโซมนั้นสังเคราะห์ขึ้นในรัฟเอ็นโดพลาสมิกเรกติคูลัม (rough endoplasmic reticulum) และส่งไปยังกอลไจแอปพาราตัส (Golgi apparatus) ภายในเวสซิเคิล (vesicles) เล็ก ๆ เอนไซม์ที่จะถูกใช้โดยไลโซโซมนั้นจะถูกเติม แมนโนส 6-ฟอสเฟต (mannose 6-phosphate) เพื่อจะถูกแบ่งเป็นเวสซิเคิลที่ถูกทำเป็นกรดแล้ว (acidified vesicles) ได้^[9][10]

การสังเคราะห์เอนไซม์ไลโซโซม (lysosomal enzymes) ต่าง ๆ นั้นควบคุมโดย ยีนนิวเคลียส (nuclear gene) หากเกิดมิวเตชั่นขึ้นในยีนสำหรับสร้างเอนไซม์เหล่านี้ เป็นผลให้เกิดโรคทางพันธุกรรมต่าง ๆ ในมนุษย์กว่า 30 โรคที่ต่างกัน ซึ่งเรียกรวมกันว่ากลุ่มโรคไลโซโซมอลสตอราจ (lysosomal storage diseases)^{[11][12] [13]}

อย่างไรก็ตาม ไลโซโซมนั้นอาจถูกสับสนกับไลโปโซม (liposome) หรือไมเซลล์ (micelle) ได้ ซึ่งทั้งสามสิ่งนี้เป็นคนละสิ่งกัน

อ้างอิง

1. สำหรับประเด็นถกเถียงเกี่ยวกับออร์แกเนลล์ที่มีหน้าที่ใกล้เคียงกันในเซลล์พืชที่เรียกว่าแวคิวโอล ดูเพิ่มที่ en:Lysosome#Controversy in botany
2. Ohkuma S, Poole B (July 1978). "Fluorescence probe measurement of the intralysosomal pH in living cells and the perturbation of pH by various agents". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 75 (7): 3327–31. doi:10.1073/pnas.75.7.3327. PMC 392768. PMID 28524.
3. Settembre C, Fraldi A, Medina DL, Ballabio A (May 2013). "Signals from the lysosome: a control centre for cellular clearance and energy metabolism". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 14 (5): 283–96. doi:10.1038/nrm3565. PMC 4387238. PMID 23609508.
4. Holtzclaw FW, และคณะ (2008). AP* Biology: to Accompany Biology (8th AP ed.). Pearson Benjamin Cummings.
5. Underwood, Emily (2018). "When the brain's waste disposal system fails". Knowable Magazine. doi:10.1146/knowable-121118-1.
6. Lüllmznn-Rauch R (2005). "History and Morphology of Lysosome". ใน Zaftig P (บ.ก.). Lysosomes (Online-Ausg. 1 ed.). Georgetown, Tex.: Landes Bioscience/Eurekah.com. pp. 1–16. ISBN 978-0-387-28957-1.
7. Xu H, Ren D (2015). "Lysosomal physiology". Annual Review of Physiology. 77 (1): 57–80. doi:10.1146/annurev-physiol-021014-071649. PMC 4524569. PMID 25668017.
8. "Lysosomal Enzymes". www.rndsystems.com. R&D Systems. สืบค้นเมื่อ 4 October 2016.
9. Saftig P, Klumperman J (September 2009). "Lysosome biogenesis and lysosomal membrane proteins: trafficking meets function". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10 (9): 623–35. doi:10.1038/nrm2745. PMID 19672277.
10. Samie MA, Xu H (June 2014). "Lysosomal exocytosis and lipid storage disorders". Journal of Lipid Research. 55 (6): 995–1009. doi:10.1194/jlr.R046896. PMC 4031951. PMID 24668941.
11. Platt FM, Boland B, van der Spoel AC (November 2012). "The cell biology of disease: lysosomal storage disorders: the cellular impact of lysosomal dysfunction". The Journal of Cell Biology. 199 (5): 723–34. doi:10.1083/jcb.201208152. PMC 3514785. PMID 23185029.
12. He LQ, Lu JH, Yue ZY (May 2013). "Autophagy in ageing and ageing-associated diseases". Acta Pharmacologica Sinica. 34 (5): 605–11. doi:10.1038/aps.2012.188. PMC 3647216. PMID 23416930.
13. Carmona-Gutierrez, Didac; Hughes, Adam L.; Madeo, Frank; Ruckenstuhl, Christoph (2016-12-01). "The crucial impact of lysosomes in aging and longevity". Ageing Research Reviews. Lysosomes in Aging. 32: 2–12. doi:10.1016/j.arr.2016.04.009. ISSN 1568-1637. PMC 5081277. PMID 27125853.