Lisosoma

Os lisosomas dixiren os materias externos captados pola célula ou reciclan materiais intracelulares. A primeira etapa do diagrama mostra como material externo entra nun vacúolo fagocítico a través da membrana plasmática nun proceso chamado endocitose. Na segunda etapa un lisosoma con encimas hidrolíticos activos achégase ao vacúolo. Na terceira etapa o lisosoma fusiónase co vacúolo e os encimas hidrolíticos entran en contacto co material do seu interior. Na etapa final, os encimas dixiren as partículas fagocitadas.

Os lisosomas son vesículas rodeadas de membranas que conteñen enzimas hidrolíticas encargadas das dixestións intracelulares. Foron descritos por Christian De Duve no ano 1949. Son orgánulos moi heteroxéneos en canto á súa forma e o seu tamaño. A súa diversidade reflicte a ampla variedade de materiais que están dixerindo.

Conteñen arredor duns 40 enzimas diferentes, todos eles hidrolases ácidas, cuxo pH óptimo é próximo a 5. Entre elas están proteases, nucleases, glicosidases, lipases, fosfatases, sulfatases e mais fosfolipases.

Características

A membrana lisosomal é resistente á acción dos enzimas hidrolíticos, xa que a meirande parte das súas proteínas están moi glicosiladas. Dita membrana contén unha bomba de protóns que mantén o pH ácido (arredor do pH 5) no interior do lisosoma e proteínas de transporte que permiten que os produtos resultantes da dixestión pasen ao citosol.

Os lisosomas fórmanse a partir de vesículas que se desprenden do aparello de Golgi. A membrana do lisosoma mantén os enzimas hidrolíticos fóra do contacto co citosol (cuxo pH é aproximadamente 7.2). Ademais, a dependencia ácida da actividade destes enzimas protexe o contido do citosol, aínda que se produza algunha fuga de enzimas lisosomais.

Función

A función dos lisosomas é intervir na dixestión intracelular de macromoléculas. Dependendo da procedencia do material implicado na dixestión, pódense distinguir dous procesos diferentes:

Heterofaxia

Consiste na dixestión de materiais de orixe exóxena, que se incorpora á célula por pinocitose ou fagocitose. Este material incorpórase á célula en vesículas en endocitose e posteriormente é transferido a un lisosoma, onde se dixire. Os produtos resultantes da dixestión (aminoácidos, monosacáridos, nucleótidos etc.) son transportados a través da membrana lisosomal e pasan ao citosol, onde poden ser utilizados pola célula. Se a dixestión é incompleta, fican no interior dos lisosomas substancias non dixeridas, que forman os corpos residuais. Nos protozoos e en moitos invertebrados inferiores, os corpos residuais verten os refugallos ao exterior por exocitose, proceso denominado defecación celular. Nos animais superiores os corpos residuais fican no interior da célula. A heterofaxia intervén en procesos como a nutrición e a defensa dos organismos.

Autofaxia

Consiste na dixestión de material de orixe endóxena, é dicir, de partes da propia célula. Para iso, un orgánulo defectuoso é rodeado de membranas procedentes do retículo endoplasmático, formándose un autofagosoma. O autofagosoma fusiónase cun lisosoma e iníciase a dixestión.

A autofaxia está relacionada co recambio dos compoñentes celulares; por autofaxia destrúense os compoñentes celulares defectuosos ou que xa non son necesarios para a célula. Tamén intervén na destrución de tecidos e órganos durante a metamorfose nos insectos ou en anfibios. A autofaxia asegura a nutrición en condicións desfavorábeis, vivindo a célula dos seus propios materiais.

Formación de lisosomas primarios

Os lisosomas primarios son orgánulos derivados do sistema de endomembranas. O lisosoma primario orixínase como unha vesícula que se desprende do aparello de Golgi, cun contido de enzimas hidrolíticos (hidrolases). As hidrolases son sintetizadas no retículo endoplasmático rugoso e viaxan ata o aparato de Golgi por transporte vesicular. Alí sofren unha glicosilación terminal (na que se lles adiciona un carbohidrato) por efecto da cal pasan a ter cadeas glicídicas ricas en manosa-6-fosfato (manosa-6-P). A manosa-6-P é o marcador molecular que dirixe os enzimas cara á ruta dos lisosomas. Existe unha doenza na cal as hidrolases non levan o seu marcador; as membranas do aparello de Golgi non as recoñecen como tales e empaquétanas en vesículas de secreción para ser exocitadas. Aqueles que padecen esta enfermidade acumulan hidrolases no medio extracelular, á vez que as súas células carecen delas.

Lisosomas secundarios e dixestión celular

Os lisosomas primarios conteñen unha variedade de enzimas hidrolíticos que poden degradar case todas as moléculas orgánicas. Estas hidrolases póñense en contacto cos seus substratos cando os lisosomas primarios se fusionan con outras vesículas. O produto da fusión é un lisosoma secundario ou vacúolo dixestivo. Polo tanto, a dixestión de moléculas orgánicas lévase a cabo nos lisosomas secundarios, xa que estes conteñen á vez os substratos e os enzimas con capacidade de degradalos.

Existen diversas formas de lisosomas secundarios, segundo a orixe da vesícula que se fusiona co lisosoma primario:

• Fagolisosomas. Os fagolisosomas orixínanse da fusión do lisosoma primario cunha vesícula procedente da fagocitose, denominada fagosoma. Atopámolos, por exemplo, nos glóbulos brancos, células que poden fagocitar e dixerir partículas estrañas.
• Endosomas tardíos. Xorden ao unirse os lisosomas primarios con materiais procedentes dos endosomas temperáns. Os endosomas temperáns conteñen macromoléculas que se incorporan polos mecanismos de endocitose inespecífica e endocitose mediada por receptor. Este último é utilizado polas células para incorporar, por exemplo, as lipoproteínas de baixa densidade ou LDL.
• Autofagolisosomas. É o produto da fusión entre un lisosoma primario e unha vesícula autofáxica ou autofagosoma. Algúns orgánulos citoplasmáticos son englobados en vesículas, con membranas que proveñen das cisternas do retículo endoplasmático, para logo ser reciclados cando estas vesículas autofáxicas se unen cos lisosomas primarios.

O que queda do lisosoma secundario despois da absorción é un corpo residual. Os corpos residuais conteñen refugallos non dixeribles que nalgúns casos se exocitan e noutros non, acumulándose no citosol a medida que a célula envellece. Un exemplo de corpos residuais son os gránulos de lipofuscina que se observan en células de longa vida, como as neuronas.

Enfermidades lisosómicas

Son doenzas causadas pola disfunción dalgún enzima lisosómico ou pola liberación incontrolada de ditos enzimas no citosol, o que produce a lise da célula.

Nalgúns casos, a liberación dos enzimas cumpre un papel fisiolóxico, permitindo a reabsorción de estruturas que xa non son útiles, por exemplo a cola dos cágados durante a metamorfose dos anfibios.

Enfermidades de almacenamento lisosómico

Nas enfermidades de almacenamento lisosómico, algún enzima do lisosoma ten actividade reducida ou nula debido a un erro xenético e o substrato de dito enzima acumúlase dentro do lisosoma, o cal aumenta de tamaño a causa do material sen dixerir, e isto interfire cos procesos celulares normais. Algunhas destas enfermidades son:

• Esfingolipidoses. Son enfermidades causadas pola disfunción dalgún dos enzimas da ruta de degradación dos esfingolípidos. Dado que os esfingolípidos abundan no cerebro, varias destas doenzas cursan con atraso mental severo e morte prematura. Entre elas hai que salientar a enfermidade de Tay-Sachs, a enfermidade de Gaucher, a enfermidade de Niemann-Pick, a enfermidade de Krabbe e a fucosidose.
• Carencia de lipase ácida. A lipase ácida é un enzima fundamental no metabolismo dos triglicéridos e do colesterol, que se acumulan nos tecidos. A disfunción deste enzima provoca dúas enferemidades: a enfermidade de almacenamento de ésteres do colesterol, na que o enzima presenta moi pouca actividade, e a enfermidade de Wolman, na que o enzima é totalmente inactivo.
• Glicoxenose tipo II ou enfermidade de Pompe. É un defecto da α(1-4) glicosidase ácida lisosómica, tamén denominada maltase ácida. O glicóxeno aparece almacenado en lisosomas. En nenos destaca por producir insuficiencia cardíaca ao acumularse no músculo cardíaco causando cardiomegalia. En adultos a acumulación é máis acusada en músculo esquelético.
• Mucopolisacaridoses. Causadas pola ausencia ou o mal funcionamento dos enzimas necesarios para a degradación de glicosoaminoglicanos (mucopolisacáridos). Destacan a mucopolisacaridose tipo I, tamén coñecida como gargolismo ou enfermidade de Hurler, na que existe un defecto do enzima α-1-iduronidase, e mucopolisacaridose de tipo II ou síndrome de Hunter, causada por un erro no enzima iduronato-2-sulfatase.

Gota

Artigo principal: Gota (enfermidade).

Na gota, o ácido úrico proveniente do catabolismo das purinas prodúcese en exceso, o que provoca a deposición de cristais de urato nas articulacións. Os cristais son fagocitados polas células e acumúlanse nos lisosomas secundarios; estes cristais provocan a rotura de ditos vacúolos coa conseguinte liberación de enzimas lisosómicos no citosol que causa a dixestión de compoñentes celulares, a liberación de substancias da célula e a autólise celular.

Artrite reumatoide

A membrana dos lisosomas é impermeable aos enzimas e resistente á acción destes. Ambos os feitos protexen normalmente á célula dunha batería enzimática que podería degradala. Existen, non obstante, algúns procesos patolóxicos, como a artrite reumatoide, que causan a destrución das membranas lisosomais, coa conseguinte liberación dos enzimas e a lise celular.