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Autophagie

Аутофагия

Autophagie (aus anderen griechischen Selbst-Selbst und "ist") ist ein Prozess, bei dem interne Komponenten einer Zelle innerhalb ihrer Lysosomen (bei Säugetieren) oder Vakuolen (Hefezellen) abgegeben und in ihnen abgebaut werden.

Das Wort "Autophagie" bedeutet "sich selbst essen". Dies ist ein integrierter Mechanismus für die Abfallentsorgung - unnötige Proteine, alte, abgenutzte Zellen und andere Abfälle Biomaterial, sowie Bakterien und Viren, die durch das Immunsystem zerstört werden. Ohne diesen Prozess wären unsere Zellen unter einer Lawine von toten Bakterien und Viren gestorben, die ihre Proteine ​​ausgearbeitet und Organellen abgenutzt hatten.

Typen und Mechanismen der Autophagie

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

Nun werden drei Arten von Autophagie unterschieden: Mikroautophagie, Makroautophagie und Chaperon-abhängige Autophagie. In der Mikroautophagie werden Makromoleküle und Fragmente von Zellmembranen einfach vom Lysosom erfasst. Auf diese Weise kann die Zelle Proteine ​​verdauen, wenn es an Energie oder Baustoff fehlt (zB beim Fasten). Aber die Prozesse der Mikroautophagie treten unter normalen Bedingungen auf und sind im Allgemeinen nicht selektiv. Manchmal werden Organoide während der Mikroautophagie verdaut; So werden in Hefe Mikroautophagie mit Peroxisomen und partieller Mikroautophagie von Kernen beschrieben, in denen die Zelle lebensfähig bleibt.

In der Makroautophagie ist die zytoplasmatische Stelle (die oft einige Organoide enthält) von einem Membranabteil umgeben, ähnlich einer Zisterne des endoplasmatischen Retikulums. Als Ergebnis wird diese Region vom Rest des Zytoplasmas durch zwei Membranen getrennt. Solche Zweimembran-Organellen, die die entfernten Organellen umgeben, und das Zytoplasma heißen Autophagosomen. Autophagosomen kombinieren mit Lysosomen, bilden Autophagolysomen, in denen die Organellen und der Rest des Inhalts von Autophagosomen verdaut werden.

Anscheinend ist die Makroautophagie auch wahllos, obwohl es oft betont wird, dass die Zelle mit Hilfe dieser Zelle "Organelliden, die ihrer Zeit gedient haben" (Mitochondrien, Ribosomen usw.) loswerden können.

Die dritte Art von Autophagie ist Chaperon-vermittelt. Bei dieser Methode gibt es einen gerichteten Transport von teilweise denaturierten Proteinen aus dem Zytoplasma durch die Lysosommembran in ihren Hohlraum, wo sie verdaut werden. Diese Art von Autophagie, die nur für Säugetiere beschrieben wird, wird durch Stress hervorgerufen. Es kommt unter Beteiligung der zytoplasmatischen Chaperonproteine ​​der hsc-70-Familie, der Zusatzproteine ​​und der LAMP-2 vor, die als Membranrezeptor des Chaperonkomplexes und des zu dem Lysosom zu transportierenden Proteins dient.

In der autophagischen Art des Zelltods werden alle Zellorganellen verdaut, so dass nur zelluläre Trümmer von Makrophagen absorbiert werden.

Regulierung der Autophagie

Autophagie begleitet die lebenswichtige Aktivität einer normalen Zelle unter normalen Bedingungen. Die Hauptanreize zur Stärkung der Prozesse der Autophagie in Zellen können sein

  • Mangel an Nährstoffen
  • Vorhandensein beschädigter Organellen im Zytoplasma
  • Präsenz im Zytoplasma von teilweise denaturierten Proteinen und deren Aggregaten

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

Gegenwärtig werden genetische Mechanismen, die Autophagie regulieren, im Detail durch Hefe untersucht. So erfordert die Bildung von Autophagosomen die Aktivität zahlreicher Proteine ​​der Atg-Familie (Autophagosomen-verwandte Proteine). Homologe dieser Proteine ​​finden sich bei Säugetieren (einschließlich Menschen) und Pflanzen.

Die Bedeutung der Autophagie in normalen und pathologischen Prozessen

Autophagie ist eine der Möglichkeiten, um loszuwerden, Zellen aus unnötigen Organellen, sowie der Körper aus unnötigen Zellen.

Besonders wichtig ist Autophagie im Prozess der Embryogenese, mit dem sogenannten selbst programmierten Zelltod. Nun wird diese Variante der Autophagie oft Caspase-unabhängige Apoptose genannt. Wenn diese Prozesse verletzt werden und die zerstörten Zellen nicht entfernt werden, dann wird der Embryo am häufigsten unfähig

Manchmal, durch Autophagie, kann die Zelle füllen den Mangel an Nährstoffen und Energie und wieder in das normale Leben. Im Gegenteil, im Falle der Intensivierung der Autophagie-Prozesse werden Zellen zerstört und ihr Platz ist in vielen Fällen von Bindegewebe besetzt. Solche Verletzungen sind eine der Ursachen der Herzinsuffizienz.

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

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

Autophagie: für die sie den Nobelpreis in der Medizin gaben

Аутофагия

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

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

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

Аутофагия
Der Prozess der Autophagie: zuerst um das Objekt - Moleküle, Teile der Organelle, Organellen, Bakterien oder Virus, eine Membran gebildet wird. Wenn es schließt, transportiert das gebildete Autophagosom das Objekt zum Lysosom und verbindet sich mit ihm in das Autolysosom, wo die Aufspaltung des Objekts stattfindet.

Autophagie wird wie folgt realisiert: Erstens, die Zelle Sequester (isoliert) die Moleküle zu zerstören, Auskleiden der Membran um sie herum. Die resultierende Quasi-Organelle mit einem Molekül oder sogar eine andere Organelle, die darin eingeschlossen ist, wird als Autophagosom bezeichnet. Das Autophagosom konvergiert dann mit dem Lysosom und bildet ein Autolysosom. Im Inneren ist ein isoliertes Objekt Hydrolasen ausgesetzt, Enzyme, die es auflösen.

Autophagie ist ein normaler Teil des Lebenszyklus der Zelle. Es sorgt für das Überleben der Zelle während des Hungers, macht die Zelldifferenzierung und die Wachstumssteuerung möglich und beteiligt sich auch an der Regulierung vieler anderer Prozesse in der Zelle. Falsche Leckage von Autophagie ist mit der Entwicklung der Parkinson-Krankheit, Typ-2-Diabetes und anderen Krankheiten verbunden. Allerdings ist die praktische Anwendung der Entdeckung von Osumi und seinen Kollegen noch nicht gefunden worden.

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