Bioquímica y mecanismos de protección de la membrana
El lisosoma contiene más de 60 tipos de hidrolasas lisosómicas, enzimas capaces de degradar biopolímeros. Para su funcionamiento eficaz se requiere un medio ácido.
En la membrana del orgánulo hay bombas de protones especializadas (bombas de $H^+$). Utilizando la energía del ATP, intercambian iones de sodio intracelulares ($Na^+$) por protones de hidrógeno ($H^+$), bombeando estos últimos al interior de la vesícula.
A pesar del medio agresivo, el lisosoma está protegido contra la autodigestión. La superficie interna de su membrana está cubierta por una densa capa de carbohidratos debido al alto grado de glicosilación de las proteínas de la membrana.
Funciones de los lisosomas
La tarea principal del orgánulo es la digestión intracelular de macromoléculas. Dependiendo de la fuente del material digerido, se distinguen dos procesos:
- Autofagia: proceso de autorrenovación celular. Se produce la destrucción de las propias macromoléculas dañadas y orgánulos envejecidos, lo que permite sintetizar nuevos componentes.
- Heterofagia: degradación de productos exógenos de endocitosis. Pueden ser nutrientes o partículas sólidas capturadas, incluidos microorganismos, lo que garantiza la nutrición y protección de la célula.
Clasificación tradicional
Históricamente, la clasificación se basaba en la etapa del proceso digestivo que determina la morfología del orgánulo.
- Lisosomas primarios: vesículas recién formadas. En las microfotografías electrónicas tienen un contenido homogéneo y contienen el conjunto inicial de enzimas todavía inactivas.
- Lisosomas secundarios: se forman al fusionarse el lisosoma primario con el sustrato. Son más grandes y su contenido es heterogéneo.
Entre las estructuras secundarias se distinguen los fagolisosomas (que contienen material de vesículas de pinocitosis o fagocitosis) y los autofagosomas (que contienen estructuras propias de la célula, cuyo número aumenta drásticamente en caso de daño celular).
Concepto moderno: la vía endosomal
La nueva terminología describe la maduración de los lisosomas mediante el cambio en el nivel de pH. Los lisosomas primarios ahora se denominan vesículas hidrolásicas, y los secundarios, lisosomas propiamente dichos. También se distinguen las «vesículas de protones», que contienen exclusivamente bombas para la acidificación.
Etapas del ciclo endosomal:
- Endosoma temprano: se forma en la periferia de la célula a partir de vesículas de pinocitosis. Su pH es neutro y corresponde al medio extracelular.
- Endosoma tardío: se desplaza hacia el interior del citoplasma. Al fusionarse con las vesículas de protones y hidrolásicas, se acidifica hasta un pH de 5.5–6.0, lo que desencadena la activación de las enzimas.
- Lisosoma: la entrada masiva de vesículas de protones reduce el pH a valores < 5.0. Comienza la hidrólisis intensa.
Telolisosomas y pigmento de la edad
Si las enzimas no logran degradar completamente el material, el proceso pasa a su etapa final.
- Telolisosomas (cuerpos residuales): estructuras con hidrólisis incompleta. Su contenido se compacta y se pierde la actividad enzimática.
- Lipofuscina: el llamado «pigmento de la edad». Es un conglomerado complejo e inerte de restos proteico-lipídicos no digeridos, de color marrón debido a la peroxidación lipídica. Se acumula en células de larga vida que no son capaces de dividirse, como las neuronas, las fibras musculares y los cardiomiocitos.
In vivo, el trabajo del aparato lisosómico se demuestra a menudo mediante el método de introducción de tinta china. En las preparaciones de membranas cutáneas se puede ver cómo los macrófagos fagocitan activamente el colorante (en el citoplasma se acumulan gránulos azules: fagosomas y fagolisosomas), mientras que los fibroblastos vecinos no capturan la tinta.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué clases de enzimas contienen los lisosomas?
Los lisosomas contienen alrededor de 60 tipos de enzimas hidrolíticas (hidrolasas) que degradan las macromoléculas hasta convertirlas en monómeros.
En los lisosomas están presentes las siguientes clases de hidrolasas:
- Proteasas: degradan las proteínas.
- Nucleasas: degradan los ácidos nucleicos.
- Lipasas: degradan los lípidos.
- Glicosidasas: degradan los carbohidratos.
- Esterasas: degradan los ésteres.
Heterofagia: digestión de lo ajeno («hetero» — otro sustrato del exterior). Autofagia: digestión de lo propio («auto» — uno mismo, orgánulos propios).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cómo está protegido el lisosoma de la acción de sus propias enzimas?
La superficie interna de su membrana es resistente a las hidrolasas debido a un alto grado de glicosilación; las proteínas de la membrana están cubiertas por una capa de carbohidratos.
¿En qué se diferencian el endosoma temprano y el tardío?
El endosoma temprano tiene un pH neutro. El endosoma tardío, al fusionarse con vesículas hidrolásicas y de protones, se acidifica a un pH de 5.5–6.0, tras lo cual comienza la activación de las enzimas en su interior.
¿Qué es la lipofuscina?
Es un pigmento marrón de la edad, que consiste en un conglomerado proteico-lipídico de restos no digeridos. Se acumula en forma de telolisosomas en células que no se dividen (por ejemplo, cardiomiocitos).
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo molecular de acción de las ATPasas de protones de membrana
- Diferencias en la formación de autofagosomas y fagolisosomas
- Procesos de peroxidación lipídica en la formación de lipofuscina
- Visualización de la fagocitosis in vivo: diferencias histológicas entre macrófagos y fibroblastos
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