LISOSOMES: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, FUNCIONS I TIPUS - BIOLOGIA - 2025

Els lisosomes són orgànuls cel·lulars envoltades de membranes que es localitzen a l'interior de les cèl·lules animals. Són compartiments que presenten un pH àcid i són rics en enzims digestius, capaços de degradar qualsevol classe de molècula biològica: proteïnes, carbohidrats i àcids nucleics.

A més, poden degradar material provinent de l'exterior cel·lular. Per això, els lisosomes tenen múltiples funcions en el metabolisme cel·lular i gràcies a la seva composició rica en enzims hidrolítics, solen denominar el "estómac" de la cèl·lula.

Els lisosomes estan formats per la fusió de vesícules que emergeixen de l'aparell de Golgi. La cèl·lula reconeix certes seqüències que funcionen com "etiquetes" en els enzims hidrolítics i les envia als lisosomes en formació.

Aquestes vacúols són de forma esfèrica i la seva grandària varia de manera considerable, sent una estructura cel·lular bastant dinàmica.

Descobriment i perspectiva històrica

Els lisosomes van ser descoberts fa més de 50 anys per l'investigador Christian de Duve. L'equip de De Duve estava realitzant experiments que involucraven la tècnica de fraccionament subcel·lular, per tal d'investigar la localització de certs enzims.

Aquest protocol experimental va permetre el descobriment de les organel·les, ja que els investigadors van notar que l'alliberament d'enzims hidrolítics incrementava a mesura que afegien compostos que deterioraven les membranes.

Posteriorment, la millora de les tècniques en biologia molecular i l'existència de millors equips - com els microscopis electrònics, van aconseguir corroborar la seva presència. De fet, es va poder concloure que els lisosomes ocupen un 5% de l'volum intracel·lular.

Temps després del seu descobriment, es va poder evidenciar la presència d'enzims hidrolítics al seu interior, convertint a l'lisosoma en una mena de centre de degradació. A més, es va relacionar als lisosomes amb la vida endocítica.

Històricament, els lisosomes eren considerats com el punt final de l'endocitosi, usats només per a la degradació de molècules. Avui en dia, es coneix que els lisosomes són compartiments cel·lulars dinàmics, capaços de fusionar-se amb una varietat de organel·les addicionals.

Característiques

Bombament de protons a través de la membrana de l'lisosoma. Font: Alejandro Porto

Morfologia dels lisosomes

Els lisosomes són compartiments únics de les cèl·lules animals que alberguen una varietat d'enzims que són capaços d'hidrolitzar a les proteïnes i digerir certes molècules.

Són vacúols de formes esfèriques i denses. La mida de l'estructura és àmpliament variat, i depèn de l'material que hagi estat prèviament captat.

Els lisosomes, juntament amb el reticle endoplasmàtic i l'aparell de Golgi, formen part de sistema endomembranós de la cèl·lula. Encara que aquestes tres estructures són xarxes de membranes, no són continus unes amb les altres.

Els lisosomes contenen múltiples enzims

La característica principal dels lisosomes és la bateria d'enzims hidrolítics del seu interior. Existeixen al voltant de 50 enzims que són capaços de degradar una àmplia gamma de biomolècules.

Entre aquestes destaquen les nucleases, proteases i fosfatases (les quals remouen grups fosfat de mononucleòtids fosfolípids i altres compostos). A més, contenen altres enzims encarregats de la degradació de polisacàrids i lípids.

Lògicament, aquests enzims digestius han d'estar espacialment separades de la resta dels components cel·lulars per evitar una degradació descontrolada dels mateixos. Així la cèl·lula pot "triar" els compostos que han de ser eliminats, ja que pot regular els elements que ingressen a l'lisosoma.

L'ambient dels lisosomes és àcid

L'interior dels lisosomes és àcid (proper a 4.8), i els enzims que conté treballen bé a aquesta condició de pH. Per això, se'ls coneix com hidrolases àcides.

El pH àcid característic d'aquest compartiment cel·lular s'aconsegueix mantenir gràcies a la presència d'una bomba de protons ia un canal de clorur a la membrana. Junts, transporten àcid clorhídric (HCl) a l'interior de l'lisosoma. La bomba es localitza ancorada a la membrana de la organel·la.

La funció d'aquest pH àcid és l'activació de les diverses enzims hidrolítics presents en el lisosoma i evitar - en la mesura del possible - la seva activitat enzimàtica a l'pH neutre de l'citosol.

D'aquesta manera, ja tenim dues barreres que funcionen com a protecció de la hidròlisi descontrolada: mantenir als enzims en un compartiment aïllat, i que aquests enzims funcionin bé a l'pH àcid d'aquest compartiment.

Tot i que la membrana de l'lisosoma es trenqués, l'alliberament dels enzims no tindria gran efecte - causa de l'pH neutre de l'citosol.

funcions

La composició interna d'un lisosoma està dominada pels enzims hidrolítics, pel que són una regió important de l'metabolisme cel·lular on es duen a terme la digestió de proteïnes extracel·lulars que ingressen a la cèl·lula per endocitosi, reciclatge de organel·les i de proteïnes citosòliques.

A continuació explorarem a fons les funcions més destacades dels lisosomes: la degradació de molècules per autofàgia i la degradació per fagocitosi.

autofàgia

Què és l'autofàgia?

Un mecanisme que aconsegueix capturar les proteïnes cel·lulars és denominat autofàgia "menjar-se a si mateix". Aquest esdeveniment ajuda a mantenir l'homeòstasi cel·lular, degradant estructures cel·lulars que ja no són necessàries i contribueix a l'reciclatge de organel·les.

Per mitjà d'aquest fenomen es produeix la formació de vesícules anomenades autofagosomes. Aquestes són petites regions de l'citoplasma o altres compartiments cel·lulars, procedent de l'reticle endoplasmàtic que es fusionen amb els lisosomes.

Les dues organel·les tenen la capacitat de fusionar-se, ja que estan delimitades per una membrana plasmàtica de naturalesa lipídica. És anàleg a que intentem unir dues bombolles de sabó - estàs formessin una més gran.

Posterior a la fusió, el contingut enzimàtic de l'lisosoma s'encarrega de degradar els components que es trobaven a l'interior de l'altra vesícula formada. La captura d'aquestes molècules semblés ser un procés que no té de selectivitat, ocasionant la degradació de proteïnes localitzades al citosol de vida llarga.

La autofàgia i els períodes de dejuni

En la cèl·lula, l'esdeveniment de l'autofàgia semblés estar regulat per la quantitat de nutrients disponibles.

Quan l'organisme experimenta alguna deficiència de nutrients o experimenta períodes de dejuni prolongats, s'activen les vies de degradació. D'aquesta manera, la cèl·lula aconsegueix degradar proteïnes que no són essencials i aconsegueix la reutilització de certes organel·les.

Conèixer que els lisosomes juguen un paper important durant els períodes de dejuni, ha incrementat l'interès dels investigadors en aquesta organel·la.

La autofàgia i el desenvolupament dels organismes

A més de la seva participació activa en els períodes de baixos continguts nutricionals, els lisosomes tenen un paper important durant el desenvolupament de certs llinatges d'éssers orgànics.

En alguns casos, el desenvolupament implica la remodelació total de l'organisme, la qual cosa implica que certs òrgans o estructures han de ser eliminats durant el procés. A la metamorfosi dels insectes, per exemple, el contingut hidrolític dels lisosomes contribueix a la remodelació dels teixits.

Endocitosi i fagocitosi

La endocitosi i la fagocitosi tenen un paper en la presa d'elements externs a la cèl·lules i la seva posterior degradació.

Durant la fagocitosi, certes cèl·lules - com els macròfags - s'encarreguen d'ingerir o de degradar partícules d'una mida considerable, com bacteris o restes de cèl·lules.

Aquestes molècules són ingerides per un vacúol fagocítica, anomenada fagosoma, que, al 'igual que en el cas anterior, es fusionarà amb els lisosomes. La fusió dóna lloc a l'alliberament d'enzims digestius a l'interior de l'fagosoma i es procedeix a la degradació de les partícules.

Tipus de lisosomes

Alguns autors fan la distinció d'aquest compartiment en dos tipus principals: de tipus I i de tipus II. Els de el tipus I o lisosomes primaris estan involucrats en l'emmagatzematge d'enzims hidrolítics, mentre que els lisosomes secundaris estan relacionats amb els processos de catàlisi.

Formació dels lisosomes

La formació dels lisosomes s'inicia amb la captació de les molècules provinents de l'exterior per mitjà de vesícula endocítiques. Aquestes últimes es fusionen amb altres estructures denominades endosomes primerencs.

Posteriorment, els endosomes primerencs pateixen un procés de maduració, i donen lloc a endosomes tardans.

Un tercer component apareix en el procés de formació: les vesícules de transport. Aquestes contenen les hidrolases àcides provinents de la xarxa trans de l'aparell de Golgi. Les dues estructures - les vesícules de transport i els endosomes tardans - es fusionen i es transformen en un lisosoma, després d'adquirir el joc d'enzims lisosómicas.

Durant el procés, ocorre el reciclatge dels receptors de membrana per mitjà d'endosomes de reciclatge.

Les hidrolases àcides se separen de l'receptor manosa-6 fosfat durant el procés de fusió de les organel·les que donen lloc als lisosomes. Aquests receptors ingressen novament a la xarxa trans de l'Golgi.

Diferències entre endosomes i lisosomes

És comú la confusió entre els termes endosomes i lisosoma. Els primers són compartiments cel·lulars envoltats de membrana - com els lisosomes. No obstant això, la distinció crucial entre els dos orgànuls és que els lisosomes no tenen receptors de manosa-6-fosfat.

A més d'aquestes dues entitats biològiques, hi ha altres tipus de vesícules. Una d'elles són els vacúols, el contingut és principalment aigua.

Les vesícules de transports, com el seu nom indica, participen en el desplaçament de substàncies a altres locaciones de la cèl·lula. Les vesícules secretorias, per la seva banda, eliminen el material de rebuig o químics (com les que participen en la sinapsis de les neurones.)

malalties associades

En els éssers humans, les mutacions en els gens que codifiquen per enzims de l'lisosoma estan associades a més de 30 malalties congènites. Aquestes patologies s'engloben en el terme "malalties de dipòsit lisosòmic."

Sorprenentment, moltes d'aquestes condicions sorgeixen pel dany en una sola enzim lisosómica.

En els individus afectats, la conseqüència de tenir un enzim no funcional a l'interior dels lisosomes és l'acumulació dels productes de rebuig.

L'alteració de dipòsit lisosòmic més comú es coneix com a malaltia de Gaucher, i s'associa a una mutació en el gen que codifica per l'enzim encarregada dels glicolípids. Com a dada curiosa, la malaltia mostra una freqüència força alta entre la població de jueus, afectat a 1 per cada 2500 individus.

referències

1. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). The cell: a molecular approach. ASM press.
2. Holtzman, I. (2013). Lysosomes. Springer Science & Business Mitjana.
3. Hsu, VW, Lee, SI, & Yang, JS (2009). The Evolving understanding of COPI vesicle formation. Nature reviews Molecular cell biology, 10 (5), 360.
4. Kierszenbaum, A EL, & Tres, L. (2015). Histology and Cell Biology: an introduction to pathology E-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Luzio, JP, Hackmann, I., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). The Biogenesis of lysosomes and lysosome-related organelles. Cold Spring Harbor perspectives in biology, 6 (9), a016840.
6. Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lysosomes: fusion and function. Nature reviews Molecular cell biology, 8 (8), 622.
7. Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Lysosome-endosome fusió and lysosome Biogenesis. J Cell Sci, 113 (9), 1515-1524.