Atlas de histología vegetal y animal
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La célula. 5. Tráfico vesicular.

LISOSOMAS

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Los lisosomas son orgánulos donde se produce degradación de moléculas.

La degradación es llevada a cabo por enzimas denominadas hidrolasas ácidas que tienen una alta actividad a pH ácido. Estos enzimas llegan a los lisosomas desde el TGN, con los endosomas tardíos siendo un paso intermedio.

Hay tres vías para llegar a los lisosomas:

Endocítica: endosomas tempranos, cuerpos multivesiculares, endosomas tardíos y lisosomas

Fagocitosis: fagosomas y fusión con los lisosomas.

Autofagia: orgánulos o contenido citosólico son englobados en vesículas o autofagosomas que se fusionan con los lisosomas.

Los lisosomas pueden, bajo ciertas circunstancias, liberar su contenido al exterior celular por exocitosis.

Los lisosomas son orgánulos donde se produce la degradación de moléculas que provienen vía endocitosis o del interior celular a partir de autofagia. Se diferencian de los endosomas porque no poseen receptores para la manosa 6-fosfato, los cuales transportan las hidrolasas ácidas englobados en vesículas desde el TGN del aparato de Golgi. Metchnikoff y sus colaboradores articularon a finales del siglo XIX la idea de que el material fagocitado era digerido en compartimentos intracelulares acidificados. Estos compartimentos fueron denominados lisosomas y aparecen en todas las células eucariotas. Son corpúsculos generalmente esféricos de dimensiones variables, de unos 100 a 150 nm de diámetro, con una unidad de membrana y pueden llegar a representar el 5 % del volumen celular, dependiendo de la tasa de digestión que se esté llevando en la célula.

El pH interno de los lisosomas es ácido, en torno a 5, y es en ese valor donde las enzimas lisosomales muestran su máxima actividad, por lo que se llaman hidrolasas ácidas. Se han encontrado aproximadamente 60 tipos de enzimas lisosomales que degradan proteínas (proteasas), lípidos (lipasas), sacáridos (glicosidasas) y nucleótidos (nucleasas). La membrana de los lisosomas protege al resto de la célula de esta actividad destructora. Esta protección se cree que se lleva a cabo por la capa de glúcidos unidos a las proteínas de la membrana, en el dominio intraluminal, que forman una especie de "glicocálix lisosomal" con los azúcares muchos más compactados pero de tan sólo unos 8 nm de espesor. Es decir, los glúcidos asociados a la monocapa interna actuaría como barrera para impedir el contacto entre las enzimas y la membrana lisosomal. Pero si ésta se rompiese, el pH citoplasmático, próximo a 7,2, sería un obstáculo para la actividad de estas enzimas.

No todos los lisosomas son iguales y pueden contener juegos diferentes de enzimas. Cualquier defecto en alguna de las enzimas que existen en los lisosomas puede acarrear graves consecuencias, puesto que los productos que ellas deberían degradar quedarían almacenados en la célula como productos residuales. Por ejemplo, la enfermedad de la glucogenosis tipo II. En estos individuos la β-glucosidasa, que cataliza la degradación del glucógeno, está ausente y por ello hay grandes cúmulos de glucógeno en los órganos, que suelen ser letales. Los lisosomas reciben distintos nombres según el estado de degradación de las moléculas que contienen: primarios, secundarios y cuerpos residuales. Los cuerpos residuales contienen material que ya no puede ser degradado y quedan almacenados en el interior celular o, como veremos más adelante, se fusionan con la membrana plasmática expulsando dicho material el medio extracelular.

Los lisosomas contienen transportadores de membrana específicos que van a permitir que los productos de la degradación, tales como aminoácidos, azúcares, nucleótidos, puedan ser transportados al citosol. También poseen en su membrana bombas de protones (v-ATPasa: bomba de protones vacuolar) para regular su acidez interior.

Hay tres vías por las que llegan a los lisosomas las moléculas que se tienen que degradar:

a) Los lisosomas son considerados como la estación final de la vía endocítica. La mayoría de las moléculas que van a ser degradadas por esta vía tienen que pasar previamente por los endosomas. Las proteínas que no se reciclan de nuevo a la membrana plasmática o al TGN del aparato de Golgi desde los compartimentos endosomales son degradas en los lisosomas. La formación de los lisosomas es un asunto controvertido. Unos autores proponen que se forman por gemación o maduración a partir de los endosomas tardíos que ya contienen todas las enzimas degradativas necesarias así como las moléculas a degradar. Otros autores proponen que los lisosomas son orgánulos independientes de los endosomas y que la llegada de moléculas al lisosoma se produce por fusión entre endosomas tardíos y lisosomas. Ambos procesos prodrían ocurrir en la misma célula.

Para que las proteínas integrales de la membrana plasmática sean dirigidas a los lisosomas se ha de producir una ubiquitinación de su parte citosólica, es decir, la adición de una molécula denominada ubiquitina. Ello es necesario para que las proteínas de membrana interaccionen con la maquinaria de reparto que se encuentran en los endosomas y no vuelvan a la membrana citoplasmática en vesículas de reciclado. Las interacciones con diversos complejos proteicos mantienen a las proteínas ubiquitinadas en zonas limitadas de la membrana endosomal, que poseen una cubierta en la que está presente la clatrina. Todo ello hace que sean retenidas en los endosomas tempranos y después transportadas a los cuerpos multivesiculares, a los endosomas tardíos, y de ahí a los lisosomas, donde se degradan. Este mecanismo afecta a receptores, transportadores, canales, etcétera. Los receptores que no son ubiquitinados, pero sí endocitados, cuando llegan a los endosomas tempranos suelen reciclarse hacia la membrana celular.

b) Las partículas obtenidas por fagocitosis siguen una vía propia. Las partículas como bacterias o restos celulares quedan en el interior celular englobadas por membrana formando un compartimento que madurará y se convertirá en el denominado fagosoma. La degradación de estas partículas se produce cuando se fusionan los fagosomas con los lisosomas.

Autofagia
Autofagia

c) Una tercera vía de llegada de moléculas a los lisosomas es la autofagia. Es un proceso ubicuo por el que los orgánulos deteriorados o material interno celular son eliminados. Los lisosomas participan en los diferentes tipos de autofagia (ver página de ampliación). En la macroautofagia cisternas del retículo endoplasmático engloban material interno celular que va a ser degradado formándose un compartimento denominado macroautofagosoma. Este compartimento se fusionará con lisosomas y el material que contiene será degradado.

Pero además a los lisosomas han de llegar las hidrolasas ácidas encargadas de la degradación. Éstas se empaquetan en vesículas en el TGN del aparato de Golgi, las cuales se fusionarán con los endosomas tardíos y desde ahí llegan a los lisosomas. El mecanismo de selección de estas enzimas lo vimos en el apartado dedicado a los endosomas (ver figura =>). En el aparato de Golgi se añade a las enzimas lisosomales un grupo glucídico fosfatado, la manosa-6-fosfato, que es reconocido por un receptor en el TGN del aparato de Golgi. La interacción del dominio citosólico de este receptor con la cubierta de clatrina permite englobar al receptor más la hidrolasa en vesículas que se dirigirán hacia los endosomas tardíos, y desde ahí hasta los lisosomas. Aunque éste sea el mecanimso principal existen otras proteínas que no requieren la fosforilación de las manosas para ir a los lisosomas. Estas proteínas son las integrales de la membrana. Estas proteínas contienen una secuencia de aminoácidos de destino que se encuentra en la cara citosólica de la proteína. Cuando alguna de estas hidrolasas están mutadas los lisosomas no pueden degradar ese molécula concreta y se producen diversas enfermedades según la acumulación de productos determinados. Cuando se acumulan lípidos hay además daños colaterales en mitocondrias y una inhibición de la autofagia.

Se ha creído tradicionalmente que los lisosomas tienen una intercomunicación muy limitada en la ruta vesicular cuando se compara con cualquier otro compartimento membranoso y se han considerado como un compartimento terminal. Durante los últimos años se han ido acumulando evidencias acerca de otra función de los lisosomas: su capacidad de participar en una exocitosis regulada. Por ejemplo, en el hígado se secretan enzimas lisosómicas a la bilis. También se ha observado la exocitosis de orgánulos con características similares a los lisosomas como es el caso de los melanocitos (los gránulos de melanina que pasarán a los queratinocitos que darán el color moreno a la piel). El acrosoma de los espermatozoides, una vesícula cargada de numerosas enzimas hidrolíticas, se libera durante la fecundación. Se ha propuesto desde hace tiempo que las células eucariotas son capaces de eliminar las sustancias que no pueden degradas más y esto sería posible si los lisosomas terminan por expulsar su material cuando se fusionan con la membrana plasmática. En las células de mamíferos donde sólo se produce secreción constitutiva se ha visto que bajo ciertas condiciones pueden realizar exocitosis regulada, por ejemplo, por una elevación de la concentración de calcio intracelular, lo cual ocurre, por ejemplo, durante las pequeñas roturas de la membrana citoplasmática, como vimos en el apartado dedicado a las membranas (Asimetría y reparación).

A los lisosomas también se les atribuyen funciones metabólicas como sensor de nutrientes. Por ejemplo, la quinasa mTORC1, implicada en el crecimiento celular y metabolismo se asocia con la membrana de los lisosomas. En esta membrana parece haber dos sensores, uno que detecta la concentración interna de aminoácidos procedentes de la degradación de las hidrolasas y otro la citosólica de aminoácidos. El resultado de estos sensores activa o no mTORC1 para iniciar procesos biosintéticos e inhibición de procesos degradativos como la macroautofagia. Este complejo también favorece la síntesis de lípidos.

Orgánulos relacionados con los lisosomas (LRO lysosomal related organules)

Algunas células tienen orgánulos que se pueden relacionar con los lisosomas por su composición molecular y características fisiológicas, o son directamente lisosomas modificados. Entre ellos están los melanosomas de los melanocitos, gránulos azurófilos y basófilos de los leucocitos y mastocitos, gránulos líticos de los linfocitos T, gránulos densos de los megacariocitos, cuerpos lamelares de las células tipo II del pulmón, cuerpo Weibel-Palade de las células entoteliales y gránulos de los osteoclastos.


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Actualizado: 06-11-2017. 22:39