Lisosomas: características, estructura, funciones y tipos
Los lisosomas son organelos celulares rodeadas de membranas que se localizan en el interior de las células animales. Son compartimientos que presentan un pH ácido y son ricos en enzimas digestivas, capaces de degradar cualquier clase de molécula biológica: proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos.
Además, pueden degradar material proveniente del exterior celular. Por ello, los lisosomas poseen múltiples funciones en el metabolismo celular y gracias a su composición rica en enzimas hidrolíticas, suelen denominarse el “estómago” de la célula.
Los lisosomas están formados por la fusión de vesículas que emergen del aparato de Golgi. La célula reconoce ciertas secuencias que funcionan como “etiquetas” en las enzimas hidrolíticas y las envía a los lisosomas en formación.
Estas vacuolas son de forma esférica y su tamaño varia de manera considerable, siendo una estructura celular bastante dinámica.
Índice del artículo
- 1 Descubrimiento y perspectiva histórica
- 2 Características de los lisosomas
- 3 Funciones
- 4 Tipos de lisosomas
- 5 Formación de los lisosomas
- 6 Diferencias entre endosomas y lisosomas
- 7 Enfermedades asociadas
- 8 Referencias
Los lisosomas fueron descubiertos hace más de 50 años por el investigador Christian de Duve. El equipo de De Duve estaba realizando experimentos que involucraban la técnica de fraccionamiento subcelular, con el fin de investigar la localización de ciertas enzimas.
Este protocolo experimental permitió el descubrimiento de las organelas, ya que los investigadores notaron que la liberación de enzimas hidrolíticas incrementaba a medida que añadían compuestos que deterioraban las membranas.
Posteriormente, la mejora de las técnicas en biología molecular y la existencia de mejores equipos – como los microscopios electrónicos, lograron corroborar su presencia. De hecho, se pudo concluir que los lisosomas ocupan un 5% del volumen intracelular.
Tiempo después de su descubrimiento, se pudo evidenciar la presencia de enzimas hidrolíticas en su interior, convirtiendo al lisosoma en una especie de centro de degradación. Además, se relacionó a los lisosomas con la vida endocítica.
Históricamente, los lisosomas eran considerados como el punto final de la endocitosis, usados solamente para la degradación de moléculas. Hoy en día, se conoce que los lisosomas son compartimientos celulares dinámicos, capaces de fusionarse con una variedad de organelas adicionales.
Los lisosomas son compartimientos únicos de las células animales que albergan una variedad de enzimas que son capaces de hidrolizar a las proteínas y digerir ciertas moléculas.
Son vacuolas de formas esféricas y densas. El tamaño de la estructura es ampliamente variado, y depende del material que haya sido previamente captado.
Los lisosomas, junto con el retículo endoplasmático y el aparato de Golgi, forman parte del sistema endomembranoso de la célula. Aunque estas tres estructuras son redes de membranas, no son continuos unas con otras.
La característica principal de los lisosomas es la batería de enzimas hidrolíticas de su interior. Existen alrededor de 50 enzimas que son capaces de degradar una amplia gama de biomoléculas.
Entre estas destacan las nucleasas, proteasas y fosfatasas (las cuales remueven grupos fosfato de mononucleótidos fosfolípidos y otros compuestos). Además, contienen otras enzimas encargadas de la degradación de polisacáridos y lípidos.
Lógicamente, estas enzimas digestivas deben estar espacialmente separadas del resto de los componentes celulares para evitar una degradación descontrolada de los mismos. Así la célula puede “elegir” los compuestos que deben ser eliminados, ya que puede regular los elementos que ingresan al lisosoma.
El interior de los lisosomas es ácido (cercano a 4.8), y las enzimas que contiene trabajan bien a esta condición de pH. Por ello, se les conoce como hidrolasas ácidas.
El pH ácido característico de este compartimiento celular se logra mantener gracias a la presencia de una bomba de protones y a un canal de cloruro en la membrana. Juntos, transportan ácido clorhídrico (HCl) al interior del lisosoma. La bomba se localiza anclada en la membrana de la organela.
La función de este pH ácido es la activación de las diversas enzimas hidrolíticas presentes en el lisosoma y evitar – en la medida de lo posible – su actividad enzimática al pH neutro del citosol.
De este modo, ya tenemos dos barreras que funcionan como protección de la hidrólisis descontrolada: mantener a las enzimas en un compartimiento aislado, y que estas enzimas funcionen bien al pH ácido de este compartimiento.
Aunque la membrana del lisosoma se rompiese, la liberación las enzimas no tendría gran efecto – debido al pH neutro del citosol.
La composición interna de un lisosoma está dominada por las enzimas hidrolíticas, por lo que son una región importante del metabolismo celular donde se llevan a cabo la digestión de proteínas extracelulares que ingresan a la célula por endocitosis, reciclaje de organelos y de proteínas citosólicas.
A continuación exploraremos a fondo las funciones más destacadas de los lisosomas: la degradación de moléculas por autofagia y la degradación por fagocitosis.
¿Qué es la autofagia?
Un mecanismo que logra capturar a las proteínas celulares es denominado autofagia “comerse a sí mismo”. Este evento ayuda a mantener la homeostasis celular, degradando estructuras celulares que ya no son necesarias y contribuye al reciclaje de organelos.
Por medio de este fenómeno se produce la formación de vesículas llamadas autofagosomas. Estas son pequeñas regiones del citoplasma u otros compartimientos celulares, procedente del retículo endoplasmático que se fusionan con los lisosomas.
Ambos organelos tienen la capacidad de fusionarse, ya que están delimitadas por una membrana plasmática de naturaleza lipídica. Es análogo a que intentemos unir dos burbujas de jabón – estás formaran una más grande.
Posterior a la fusión, el contenido enzimático del lisosoma se encarga de degradar los componentes que se encontraban en el interior de la otra vesícula formada. La captura de estas moléculas pareciera ser un proceso que carece de selectividad, ocasionando la degradación de proteínas localizadas en el citosol de vida larga.
La autofagia y los periodos de ayuno
En la célula, el evento de la autofagia pareciera estar regulado por la cantidad de nutrientes disponibles.
Cuando el organismo experimenta alguna deficiencia de nutrientes o experimenta periodos de ayuno prolongados, se activan las vías de degradación. De esta manera, la célula logra degradar proteínas que no son esenciales y logra la reutilización de ciertos organelos.
Conocer que los lisosomas juegan un papel importante durante los periodos de ayuno, ha incrementado el interés de los investigadores en dicho organelo.
La autofagia y el desarrollo de los organismos
Además de su participación activa en los periodos de bajos contenidos nutricionales, los lisosomas tienen un papel importante durante el desarrollo de ciertos linajes de seres orgánicos.
En algunos casos, el desarrollo implica la remodelación total del organismo, lo cual implica que ciertos órganos o estructuras deben ser eliminados durante el proceso. En la metamorfosis de los insectos, por ejemplo, el contenido hidrolítico de los lisosomas contribuye a la remodelación de los tejidos.
La endocitosis y la fagocitosis tienen un papel en la toma de elementos externos a la células y su posterior degradación.
Durante la fagocitosis, ciertas células – como los macrófagos – se encargan de ingerir o de degradar partículas de un tamaño considerable, como bacterias o restos de células.
Dichas moléculas son ingeridas por una vacuola fagocítica, denominada fagosoma, que, al igual que en el caso anterior, se fusionará con los lisosomas. La fusión da lugar a la liberación de enzimas digestivas en el interior del fagosoma y se procede a la degradación de las partículas.
Algunos autores hacen la distinción de este compartimiento en dos tipos principales: de tipo I y de tipo II. Los del tipo I o lisosomas primarios están involucrados en el almacenamiento de enzimas hidrolíticas, mientras que los lisosomas secundarios están relacionados con los procesos de catálisis.
La formación de los lisosomas se inicia con la captación de las moléculas provenientes del exterior por medio de vesícula endocíticas. Estas últimas se fusionan con otras estructuras denominadas endosomas tempranos.
Posteriormente, los endosomas tempranos sufren un proceso de maduración, y dan lugar a endosomas tardíos.
Un tercer componente aparece en el proceso de formación: las vesículas de transporte. Estas contienen las hidrolasas ácidas provenientes de la red trans del aparato de Golgi. Ambas estructuras – las vesículas de transporte y los endosomas tardíos – se fusionan y se transforman en un lisosoma, tras adquirir el juego de enzimas lisosómicas.
Durante el proceso, ocurre el reciclaje de los receptores de membrana por medio de endosomas de reciclaje.
Las hidrolasas ácidas se separan del receptor manosa-6 fosfato durante el proceso de fusión de los organelos que dan lugar a los lisosomas. Estos receptores ingresan nuevamente a la red trans del Golgi.
Es común la confusión entre los términos endosomas y lisosoma. Los primeros son compartimientos celulares rodeados de membrana – como los lisosomas. Sin embargo, la distinción crucial entre ambos organelos es que los lisosomas carecen de receptores de manosa-6-fosfato.
Además de estas dos entidades biológicas, existen otros tipos de vesículas. Una de ellas son las vacuolas, cuyo contenido es principalmente agua.
Las vesículas de transportes, como su nombre lo indica, participan en el desplazamiento de sustancias a otras locaciones de la célula. Las vesículas secretorias, por su parte, eliminan el material de desecho o químicos (como las que participan en la sinapsis de las neuronas.)
En los seres humanos, las mutaciones en los genes que codifican para las enzimas del lisosoma están asociadas a más de 30 enfermedades congénitas. Estas patologías se engloban en el término “enfermedades de depósito lisosómico.”
Sorprendentemente, muchas de estas condiciones surgen por el daño en una sola enzima lisosómica.
En los individuos afectados, la consecuencia de tener una enzima no funcional en el interior de los lisosomas es la acumulación de los productos de desecho.
La alteración de depósito lisosómico más común se conoce como enfermedad de Gaucher, y se asocia a una mutación en el gen que codifica para la enzima encargada de los glicolípidos. Como dato curioso, la enfermedad muestra una frecuencia bastante alta entre la población de judíos, afectado a 1 por cada 2500 individuos.
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