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Autophagie

Аутофагия

Autophagie (von anderen griechisch-auto-self und "ist") ist ein Prozess, bei dem interne Komponenten einer Zelle in ihren Lysosomen (in Säugetieren) oder Vakuolen (Hefezellen) abgegeben und in ihnen abgebaut werden.

Das Wort "Autophagie" bedeutet "sich selbst zu essen". Dies ist ein integrierter Mechanismus für die Abfallentsorgung - unnötige Proteine, alte, abgenutzte Zellen und andere Abfallbiomaterialien sowie Bakterien und Viren, die vom Immunsystem zerstört werden. Ohne diesen Prozess wären unsere Zellen unter einer Lawine toter Bakterien und Viren gestorben, die ihre Proteine ​​und abgenutzten Organellen bearbeitet hatten.

Typen und Mechanismen der Autophagie

Аутофагия
A: Autophagosom-Bildungsmuster: Eine isolierende Membran umgibt die Zellstrukturen und erzeugt ein Autophagosom (AP), das mit dem Lysosom verschmilzt und ein Autolysosom (AL) erzeugt.
F: Elektronenmikrophotographie von Autophagosomenstrukturen im Fettkörper der Larve von Drosophila. C: Markiert durch die fluoreszierende Markierung des Autophagosoms in den Zellen der Leber einer nüchternen Maus

Jetzt werden drei Arten von Autophagie unterschieden: Mikroautophagie, Makroautophagie und Chaperon-abhängige Autophagie. In der Mikroautophagie werden Makromoleküle und Fragmente von Zellmembranen einfach vom Lysosom eingefangen. Auf diese Weise kann die Zelle Proteine ​​bei fehlendem Energie- oder Baumaterial (z. B. beim Hunger) verdauen. Aber die Prozesse der Mikroautophagie finden unter normalen Bedingungen statt und sind in der Regel nicht selektiv. Manchmal werden Organoide während der Mikroautophagie verdaut; So werden in Hefe Mikroautophagie mit Peroxisomen und partielle Mikroautophagie von Kernen beschrieben, bei denen die Zelle lebensfähig bleibt.

In der Makroautophagie ist die cytoplasmatische Stelle (die oft einige Organoide enthält) von einem Membranfach umgeben, ähnlich wie die Zisterne des endoplasmatischen Retikulums. Infolgedessen ist diese Region durch zwei Membranen vom Rest des Cytoplasmas getrennt. Solche Zwei-Membran-Organellen, die die entfernten Organellen und das Cytoplasma umgeben, werden Autophagosomen genannt. Autophagosomen verbinden sich mit Lysosomen, die Autophagolysomen bilden, in denen Organellen und der Rest des Inhalts von Autophagosomen verdaut werden.

Anscheinend ist auch die Makroautophagie wahllos, obwohl oft betont wird, dass die Zelle mit Hilfe dieser Zelle die Organoide, die ihrem Begriff gedient haben (Mitochondrien, Ribosomen usw.), loswerden kann.

Der dritte Typ der Autophagie ist Chaperon-vermittelt. Mit dieser Methode gibt es einen gerichteten Transport von teilweise denaturierten Proteinen aus dem Zytoplasma durch die Lysosomenmembran zu seinem Hohlraum, wo sie verdaut werden. Diese Art von Autophagie, die nur für Säugetiere beschrieben wird, wird durch Stress induziert. Es kommt unter Beteiligung von cytoplasmatischen Chaperonproteinen der hsc-70-Familie, von akzessorischen Proteinen und von LAMP-2 vor, das als Membranrezeptor des Chaperon-Komplexes dient, und das Protein, das zum Lysosom transportiert wird.

Bei der autophagischen Art des Zelltods werden alle Zellorganellen verdaut, wobei nur zelluläre Debris von Makrophagen aufgenommen werden.

Regulation der Autophagie

Autophagie begleitet die lebenswichtige Aktivität einer normalen Zelle unter normalen Bedingungen. Die wichtigsten Anreize zur Stärkung der Autophagieprozesse in Zellen können

  • Mangel an Nährstoffen
  • Vorhandensein von geschädigten Organellen im Zytoplasma
  • Anwesenheit von teilweise denaturierten Proteinen und deren Aggregaten im Zytoplasma

Zusätzlich zum Hunger kann Autophagie durch oxidativen oder toxischen Stress induziert werden.

Derzeit werden genetische Mechanismen, die die Autophagie regulieren, im Detail von Hefe untersucht. Daher erfordert die Bildung von Autophagosomen die Aktivität zahlreicher Proteine ​​der Atg-Familie (Autophagosomen-verwandte Proteine). Homologe dieser Proteine ​​werden in Säugetieren (einschließlich Menschen) und Pflanzen gefunden.

Die Bedeutung der Autophagie bei normalen und pathologischen Prozessen

Autophagie - eine der Möglichkeiten, um Zellen von unnötigen Organellen, sowie den Körper von unnötigen Zellen loszuwerden.

Besonders wichtig ist die Autophagie im Prozess der Embryogenese mit dem sogenannten selbstprogrammierten Zelltod. Diese Variante der Autophagie wird nun häufiger Caspase-unabhängige Apoptose genannt. Wenn diese Prozesse verletzt werden und die zerstörten Zellen nicht entfernt werden, wird der Embryo am häufigsten nicht lebensfähig

Manchmal kann aufgrund der Autophagie die Zelle den Mangel an Nährstoffen und Energie ausfüllen und zu einer normalen Funktion zurückkehren. Im Gegenteil, im Falle der Intensivierung der Autophagieprozesse werden die Zellen zerstört und ihr Platz ist in vielen Fällen vom Bindegewebe besetzt. Solche Verletzungen sind eine der Ursachen für Herzversagen.

Verstöße im Prozess der Autophagie können zu entzündlichen Prozessen führen, wenn Teile von toten Zellen nicht entfernt werden.

Besonders große (wenn auch nicht ganz verständliche) Rolle von Autophagie-Störungen spielt bei der Entwicklung von Myopathien und neurodegenerativen Erkrankungen eine Rolle. So wird bei der Alzheimer-Krankheit in den Vorgängen der Neuronen der betroffenen Hirnareale eine Anhäufung von unreifen Autophagosomen beobachtet, die nicht in den Körper der Zelle transportiert werden und nicht mit Lysosomen verschmelzen. Mutante Hantingtin und Alpha-Sinuklein sind Proteine, deren Akkumulation in Neuronen Huntington-Krankheit und Parkinson-Krankheit verursacht - sie werden in Chaperon-abhängiger Autophagie absorbiert und verdaut, und die Aktivierung dieses Prozesses verhindert die Bildung ihrer Aggregate in Neuronen.

Autophagie: wofür sie den Nobelpreis für Medizin verliehen haben

Аутофагия

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 vom belgischen Biologen Christian de Duve beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mit Hilfe von speziellen Organellen, die de Duve Lysosomen nannte, unnötige Substanzen "verdauen". Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Experimenten von Yoshinori Osumi (derzeit arbeitet er am Tokyo Institute of Technology in Yokohama) deutlich. Um zu bestimmen, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osume mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess mit einer Abweichung von der Norm ablief.

Dieser Prozess wurde erstmals 1963 vom belgischen Biologen Christian de Duve beschrieben, der beobachtete, wie Zellen mit Hilfe von speziellen Organellen, die de Duve Lysosomen nannte, unnötige Substanzen "verdauen". Die Mechanismen der Autophagie wurden jedoch erst nach den Experimenten von Yoshinori Osumi (derzeit arbeitet er am Tokyo Institute of Technology in Yokohama) deutlich. Um zu bestimmen, welche Gene für den Verlauf der Autophagie verantwortlich sind, experimentierte Osume mit Hefestämmen, bei denen dieser Prozess mit einer Abweichung von der Norm ablief.

Die Zelle hat zwei Möglichkeiten, biologischen "Müll" loszuwerden. Zunächst kann es die riesigen Moleküle der Ubiquitin-Protease nutzen, ein Enzym, das Proteine ​​in einzelne Aminosäuren zerlegen kann. Proteasen schweben frei im Zytoplasma. Osumah untersuchte die zweite Methode - Spaltung von "Müll" in Lysosomen; es heißt Autophagie.

Аутофагия
Der Prozess der Autophagie: Zuerst um das Objekt herum - Moleküle, Teile der Organellen, Organellen, Bakterien oder Viren, entsteht eine Membran. Wenn es geschlossen wird, transportiert das gebildete Autophagosom das Objekt zum Lysosom und integriert sich damit in das Autolysosom, wo die Aufspaltung des Objekts stattfindet.

Die Autophagie wird wie folgt realisiert: Zuerst werden die zu zerstörenden Moleküle von der Zelle getrennt (isoliert) und die Membran um sie herum gekleidet. Die resultierende Quasi-Organelle mit einem Molekül oder sogar einer anderen darin eingeschlossenen Organelle wird Autophagosom genannt. Dann nähert sich das Autophagosom dem Lysosom und bildet ein Autolysosom. In ihm wird ein isoliertes Objekt Hydrolasen ausgesetzt, Enzyme, die es auflösen.

Autophagie ist ein normaler Teil des Lebenszyklus der Zelle. Es sorgt für das Überleben der Zellen während des Fastens, ermöglicht Zelldifferenzierung und Wachstumskontrolle und beteiligt sich auch an der Regulation vieler anderer Prozesse in der Zelle. Falsches Austreten von Autophagie ist mit der Entwicklung von Parkinson-Krankheit, Typ-2-Diabetes und anderen Krankheiten verbunden. Die praktische Anwendung der Entdeckung von Osumi und seinen Kollegen wurde jedoch noch nicht gefunden.

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