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TEMA 13: LISOSOMAS 1. Introducción Están más desarrolladas en las células animales y su función es la digestión intracelular. A nivel estructural, son orgánulos membranosos, de 50-500 nm y normalmente tienen un contenido heterogéneo. Para llevar a cabo su función, tanto de componentes extracelulares como intracelulares, en su interior contienen enzimas que degradan todo tipo de polímeros biológicos (proteínas, péptidos, ácidos nucleicos…) Hay hasta 50 tipo de enzimas distintas en los lisosomas, y hay algunas de ellas que no solo degradan, sino que quitan grupos como grupos sulfato, fosfato… Estas enzimas son todas hidrolasas ácidas; hidrolasas porque hidrolizan compuestos orgánicos y acidas porque actúan a un pH entorno a 5. Esto supone que en el interior de los lisosomas el pH debe de ser ácido sino no podría funcionar, y ocurre así porque los lisosomas en su membrana tienen una bomba de protones que bombea protones hacia el interior y baja el pH. Los lisosomas (enzimas lisosomales) actúan a pH ácido para evitar la digestión de los componentes celulares; si los lisosomas se rompen, las hidrolasas acidas perderían su función porque el pH de la célula es 7 y estas no podrían trabajar. Los lisosomas constituyen puntos de convergencia donde convergen varias rutas de tráfico intracelular. Cuando las enzimas lisosomales emergen del Golgi, pierden la clatrina y se fusionan con endosomas y endolisosomas y vierten su contenido en el interior de estos últimos. Ahí, el pH es algo más ácido y esto hace que las enzimas lisosomales se disocien de su receptor de manosa-6-P, de manera que quedan libres en el interior, se elimina el fosfato (para prevenir que los receptores puedan interceptarlos de nuevo, ya que los receptores de manosa-6-P son reciclados de vuelta al TGN (red trans del Golgi) a través de vesículas) y comienzan a actuar. Los productos que se van a digerir pueden llegar a los lisosomas por tres vías diferentes: -Endocitosis: Las células ingieren moléculas del exterior y las engloban en vesículas endocíticas que se fusionan con vesículas cargadas de enzimas procedentes del Golgi dando lugar a lisosomas. -Autofagia: Los orgánulos celulares que están dañados o envejecidos son rodeados por membranas del retículo endoplásmico formándose autofagosomas que se fusionan con vesículas cargadas de enzimas lisosomales procedentes del Golgi, dando lugar a lisosomas. -Fagocitosis: Algunas células especializadas son capaces de captar o ingerir grandes partículas, fragmentos de células o de virus… formando un fagosoma que se fusiona con vesículas cargadas de enzimas lisosomales procedentes del Golgi dando lugar a lisosomas.

2. Endocitosis Las pequeñas moléculas pueden atravesar las membranas plasmáticas a través de transportadores, pero las moléculas grandes (más que la glucosa) se transportan al interior celular mediante un sistema de transporte en masa o endocitosis. Lo encontramos de dos tipos: -Pinocitosis: Permite la incorporación de fluidos y solutos pequeños mediante la formación de vesículas de pequeño tamaño, entorno a 150 nm o inferior. Es a este proceso al que se denomina de forma genérica endocitosis (captar desde fuera en vesículas pequeñas) -Fagocitosis: Permite que las células ingieran partículas sólidas grandes dando lugar a la formación de vesículas mayores de 250 nm. supone la incorporación de vesículas de gran tamaño, visibles al microscopio óptico. Es llevada a cabo por células específicas. -Macropinocitosis: Solo se activan en condiciones determinadas, por ejemplo, en células del sistema inmune, dendríticas. Emiten unas prolongaciones denominadas ruffles (volantes) que tienen un citoesqueleto de actina, y captan una gran cantidad de antígenos (un gran volumen), en el caso de esas células. En ese caso, se forman macropinosomas, que tienen un tamaño de 1 micrómetro.

2.1 Pinocitosis Todas las células ingieren de forma constante fluidos y solutos, y en consecuencia, regiones de la membrana plasmática en forma de pequeñas vesículas de endocitosis o vesículas endocíticas, que posteriormente retornan a la superficie celular. La endocitosis-exocitosis también sirve para que la célula se mantenga en equilibrio, es decir, recupere membrana plasmática. La formación de las vesículas comienza en regiones especializadas de la membrana plasmática que reciben el nombre de depresiones envestidas, y se denominan así porque están ligeramente envaginadas hacia el interior y la cara citosólica de la membrana está cubierta o revestida por clatrina. En estas regiones se acumulan solutos y fluidos de manera que esa depresión se va invaginando hasta formar una vesícula que se separa de la membrana plasmática (se endocita) llevando en su interior las moléculas que había en la superficie. Una vez separadas, pierde la cubierta de clatrina y se fusionan con lo que se denomina endosoma temprano, que es un compartimento cercano a la superficie celular que recibe las vesículas de endocitosis de varios sitios, y que tiene un pH ligeramente ácido, pero no llega a ser ácido. En ese endosoma temprano se produce la clasificación de las moléculas según su contenido. Algunas de ellas son recicladas a través de vesículas que emergen del endosoma temprano y viajan a la superficie celular; esos son los endosomas de reciclaje. Todo esto permite el reciclado de la membrana plasmática. Otras viajan al interior de la célula a través de la ruta endosomal para ser degradadas. Las moléculas a degradar se interiorizan en vesículas que sufren un proceso de

maduración, y lo que sucede es que en esas vesículas se empieza a envaginar zonas de membrana dando lugar a vesículas que contienen vesículas en su interior y forma lo que se denomina cuerpos multivesiculares. Estos cuerpos multivesicualres se trasladan hacia el interior celular gracias a la red de microtúbulos, que sirven de guía de transporte. A lo largo de esto se transforman en endosomas tardíos, que tienen un pH más ácido porque reciben vesículas procedentes del Golgi cargadas con enzimas lisosomales. Los endosomas tardíos se fusionan unos con otros (entre sí) y con endolisosomas (estructuras iguales pero que han empezado la digestión) para degradar el contenido endocitado. Este proceso se denomina endocitosis de la fase fluida, porque permite degradar a los fluidos que se encuentra en la depresión. Las células tienen un mecanismo que permite aumentar la eficacia en la endocitosis, que es conocido como la endocitosis mediada por receptor. En este caso, en las depresiones revestidas se acumulan receptores para determinadas sustancias que permiten la captación selectiva de las mismas aumentando la eficacia de su incorporación de hasta 1000 veces. En este proceso las células deciden que captar. Esto permite que las células capten colesterol a partir de las LDL (lipoproteínas de baja densidad). En esta endocitosis, en las depresiones revestidas se acumulan receptores para determinar sustancias como las LDL que permiten que se condensen el soluto a endocitar aumentando hasta 1000 veces la concentración. Una vez endocitada, las vesículas de endocitosis pierden la clatrina, se fusionan con endosomas tempranos y en estos, por una parte, los receptores son devueltos a la membrana mediante endosomas de reciclaje, y por otra parte, las LDL viajan al interior de la ruta por el sistema endolisosomal y estas son hidrolizadas para dar lugar, en este caso, a colesterol. Hay un proceso de endocitosis adicional que se llama endocitosis mediada por caviolina, que forman vesículas llamadas caviosolas.

2.2 Transcitosis En algunos casos, el producto que las células endocitan no tienen como destino la degradación, es decir, no va al lisosoma. Este proceso es conocido como transcitosis que ocurre en células polarizadas (tienen extremo apical y basal), como las epiteliales. Por tanto, se utiliza para transportar sustancias o moléculas desde un dominio de la célula a otro a través de la misma. Este proceso permite la transferencia de moléculas de un espacio extracelular a otro. Por ejemplo, en el intestino, la luz intestina es ácida y en esas condiciones los anticuerpos que vienen de la leche materna se unen a receptores para esos anticuerpos que están en la superficie apical de esos epitelios. Los complejos receptoranticuerpo son endocitados en endosomas, transferidos a endosomas tempranos y de ahí a vesículas de transporte que los llevan hasta la superficie basal de la célula, donde

sufren procesos de exocitosis que exponen los anticuerpos en la superficie basal, donde el pH es neutro, por lo que los anticuerpos se sueltan del receptor y están disponibles para pasar a los capilares y distribuirse por el cuerpo.

3. Fagocitosis Lo realizan células especializadas, de tipo macrófago (250 nm). Estás células eliminan fragmentos de célula o células enteras (envejecidas o dañadas). Consiste en la incorporación de grandes moléculas (bacterias, restos celulares o células esteras), formando lisosomas de gran tamaño que se llaman fagosomas. Esos fagosomas se fusionan con los endosomas, que aportan hidrolasas y bombas de protones, para crear un lisosoma. Las células emiten una especie de pseudópodos que envuelven a la sustancia que se va a fagocitar. La misión de la fagocitosis es la defensa y eliminación de sustancias celulares (en organismo pluricelulares), mientras que en organismos unicelulares la misión es de alimentación

4. Autofagia Permite a las células eliminar células envejecidas o dañadas, o reciclar componentes celulares para mantenerse vivas. En los orgánulos celulares dañados, como en las mitocondrias, se rodean por membranas del retículo endoplásmico formándose un autofagosoma, que en mamíferos puede ser de 1000-1500 nm que se fusiona con vesículas procedentes del Golgi y da lugar a lisosomas. Se activa en condiciones de estrés celular. Por ejemplo, en el estrés oxidativo. La autofagia reconoce el estrés oxidativo, y elimina aquellas mitocondrias que creen que estén contribuyendo al envejecimiento. Otro caso de estrés es el ayuno, es decir, que está en un estado de ausencia de nutrientes (no llegan a una zona). En esas condiciones, las células digieren componentes celulares por autofagia para mantener la viabilidad celular. Las enfermedades neurodegenerativas son las que están relacionadas con alteraciones en la autofagia. En autofagia y fagocitosis, los productos de la digestión son reutilizados para reciclaje.

EN CÉLULAS VEGETALES La estructura encargada de la digestión celular en las células vegetales son las vacuolas, que contienen enzimas hidrolíticas que provienen del Golgi. Cuando las células son jóvenes (meristemáticas), existen varias pequeñas vacuolas que se van fusionando a medida que la célula crece, de manera que normalmente estas células contienen solo una gran vacuola, que puede ocupar hasta el 90% del volumen celular. Las vacuolas

están rodeadas por membranas que reciben un nombre especial que se llama tonoplasto enriquecido en enzimas hidrolíticas y otras sustancias. Las vacuolas tienen, por tanto, tres funciones: 

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Permiten a las plantas tener un gran tamaño sin adquirir componentes celulares. Estos orgánulos permiten aumentar la relación entre la superficie de membrana respecto al volumen del citoplasma, lo que facilita el intercambio entre las células y el medio. Almacenamiento celular: Contiene pigmentos, cationes, aniones… Turgencia: Todas las sustancias que contiene la vacuola (azúcares, sales…) hace que se genere una presión osmótica y entre el agua dentro de la célula, y hace que se forme turgencia. Esto es ventajoso porque le permite tener un gran tamaño sin la necesidad de tener que sintetizar muchos componentes celulares. Además, gracias a esto también aumenta la superficie celular para los intercambios, se puede acoplar perfectamente a la pared celular rígida… Digestión...