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Función del lisosoma

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¿Alguna célula tiene lisosomas? O tal vez hay otros orgánulos que hacen la misma función. Leo mucho sobre esto y no puedo encontrar una buena respuesta.


La función de un lisosoma es esencialmente digerir y descomponer moléculas (a menudo en comparación con el estómago de la célula).

Por ejemplo, una célula con altas proporciones de lisosomas sería un macrófago, ya que su función es neutralizar patógenos. Después de que el patógeno es engullido por el macrófago, la vesícula formada, llamada fagosoma, se fusiona con un lisosoma, y ​​las enzimas digestivas del lisosoma trabajan para descomponer el patógeno en pedazos inofensivos.

En la mayoría de las células, sin embargo, los lisosomas también funcionan para reciclar los propios componentes de la célula, lo que se denomina autofagia. El lisosoma descompone los orgánulos dañados y los recicla.

Entonces, sí, hay muchas células que tienen lisosomas.

La importancia del lisosoma se muestra cuando hay un mal funcionamiento en el lisosoma. Estas enfermedades, llamadas enfermedades de almacenamiento lisosómico, ocurren cuando el lisosoma no funciona correctamente y la célula finalmente se ve afectada por la acumulación de una molécula que debería haber sido degradada por el lisosoma (por ejemplo, enfermedad de Tay-Sachs).

Referencias

El libro de texto de Biología AP

  • Campbell Biology 7th Edition, Chapter 6 - "Lisosomes: Digestive Compartments", aunque esto es más o menos lo mismo en cualquier edición de este libro de texto
  • Campbell Biology in Focus, Capítulo 4 - "Lisosomas: Compartimentos digestivos"

¿Cuál es la función de los lisosomas?

los función de los lisosomas consiste en eliminar los desechos y destruir una célula después de su muerte, lo que se denomina autólisis. Un lisosoma es un orgánulo que contiene enzimas digestivas que utiliza para funcionar como digestión y eliminación de desechos de células, partículas de alimentos, bacterias, etc.

Las células tanto de plantas como de animales tienen muchos orgánulos diferentes. Los orgánulos realizan diferentes funciones que ayudan a la célula a sobrevivir y replicarse, y uno de los orgánulos, el lisosoma, lleva a cabo una amplia variedad de funciones. Los lisosomas son responsables de una serie de funciones diferentes, incluido el reciclaje de células viejas, la digestión de materiales que se encuentran tanto dentro como fuera de la célula y la liberación de enzimas. Vamos a sumergirnos en profundidad en los lisosomas y explorar sus diversas funciones importantes con mayor detalle.


Contenido

Christian de Duve, presidente del Laboratorio de Química Fisiológica de la Universidad Católica de Lovaina en Bélgica, había estado estudiando el mecanismo de acción de una hormona pancreática insulina en las células del hígado. En 1949, él y su equipo se habían centrado en la enzima llamada glucosa 6-fosfatasa, que es la primera enzima crucial en el metabolismo del azúcar y el objetivo de la insulina. Ya sospechaban que esta enzima desempeñaba un papel clave en la regulación de los niveles de azúcar en sangre. Sin embargo, incluso después de una serie de experimentos, no lograron purificar ni aislar la enzima de los extractos celulares. Por lo tanto, probaron un procedimiento más arduo de fraccionamiento celular, mediante el cual los componentes celulares se separan en función de sus tamaños mediante centrifugación.

Lograron detectar la actividad enzimática de la fracción microsomal. Este fue el paso crucial en el descubrimiento fortuito de los lisosomas. Para estimar esta actividad enzimática, utilizaron la de la enzima fosfatasa ácida estandarizada y encontraron que la actividad era solo el 10% del valor esperado. Un día, se midió la actividad enzimática de las fracciones de células purificadas que se habían refrigerado durante cinco días. Sorprendentemente, la actividad enzimática aumentó a la normalidad de la de la muestra fresca. El resultado fue el mismo sin importar cuántas veces repitieron la estimación, y llevaron a la conclusión de que una barrera similar a una membrana limitaba la accesibilidad de la enzima a su sustrato, y que las enzimas podían difundirse después de unos días (y reaccionan con su sustrato). Describieron esta barrera similar a una membrana como una "estructura en forma de saco rodeada por una membrana y que contiene fosfatasa ácida". [18]

Quedó claro que esta enzima de la fracción celular provenía de fracciones membranosas, que definitivamente eran orgánulos celulares, y en 1955 De Duve los llamó "lisosomas" para reflejar sus propiedades digestivas. [19] El mismo año, Alex B. Novikoff de la Universidad de Vermont visitó el laboratorio de Duve y obtuvo con éxito las primeras micrografías electrónicas del nuevo orgánulo. Utilizando un método de tinción para fosfatasa ácida, de Duve y Novikoff confirmaron la ubicación de las enzimas hidrolíticas de los lisosomas mediante estudios de microscopía óptica y electrónica. [20] [21] de Duve ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1974 por este descubrimiento.

Originalmente, De Duve había llamado a los orgánulos las "bolsas suicidas" o "sacos suicidas" de las células, por su papel hipotético en la apoptosis. [22] Sin embargo, desde entonces se ha concluido que solo juegan un papel menor en la muerte celular. [23]

Los lisosomas contienen una variedad de enzimas, lo que permite a la célula descomponer varias biomoléculas que engulle, incluidos péptidos, ácidos nucleicos, carbohidratos y lípidos (lipasa lisosomal). Las enzimas responsables de esta hidrólisis requieren un ambiente ácido para una actividad óptima.

Además de poder descomponer polímeros, los lisosomas son capaces de fusionarse con otros orgánulos y digerir grandes estructuras o desechos celulares mediante la cooperación con los fagosomas, son capaces de realizar autofagia y eliminar las estructuras dañadas. De manera similar, pueden descomponer partículas de virus o bacterias en la fagocitosis de macrófagos.

El tamaño de los lisosomas varía de 0,1 μm a 1,2 μm. [24] Con un pH que oscila entre

4.5-5.0, el interior de los lisosomas es ácido en comparación con el citosol ligeramente básico (pH 7.2). La membrana lisosomal protege el citosol, y por lo tanto el resto de la célula, de las enzimas degradantes dentro del lisosoma. Además, la célula está protegida de las hidrolasas ácidas lisosómicas que drenan al citosol, ya que estas enzimas son sensibles al pH y no funcionan bien o en absoluto en el entorno alcalino del citosol. Esto asegura que las moléculas citosólicas y los orgánulos no se destruyan en caso de que haya una fuga de enzimas hidrolíticas del lisosoma.

El lisosoma mantiene su diferencial de pH bombeando protones (iones H +) desde el citosol a través de la membrana a través de bombas de protones y canales de iones cloruro. Las vacuolar-ATPasas son responsables del transporte de protones, mientras que el contra transporte de iones cloruro lo realiza el antiportador ClC-7 Cl - / H +. De esta manera se mantiene un ambiente ácido estable. [25] [26]

Obtiene su capacidad versátil de degradación mediante la importación de enzimas con especificidad para diferentes sustratos. Las catepsinas son la clase principal de enzimas hidrolíticas, mientras que la alfa-glucosidasa lisosómica es responsable de los carbohidratos, y la fosfatasa ácida lisosómica es necesaria para liberar grupos fosfato de fosfolípidos.

Muchos componentes de las células animales se reciclan transfiriéndolos al interior o incrustados en secciones de la membrana. Por ejemplo, en la endocitosis (más específicamente, macropinocitosis), una porción de la membrana plasmática de la célula se pellizca para formar vesículas que eventualmente se fusionarán con un orgánulo dentro de la célula. Sin la reposición activa, la membrana plasmática disminuiría continuamente de tamaño. Se cree que los lisosomas participan en este sistema dinámico de intercambio de membranas y se forman mediante un proceso de maduración gradual a partir de los endosomas. [27] [28]

La producción de proteínas lisosomales sugiere un método de sostenimiento del lisosoma. Los genes de proteínas lisosomales se transcriben en el núcleo en un proceso que está controlado por el factor de transcripción EB (TFEB). [14] Las transcripciones de ARNm salen del núcleo hacia el citosol, donde son traducidas por los ribosomas. Las cadenas de péptidos nacientes se traslocan al retículo endoplásmico rugoso, donde se modifican. Las proteínas solubles lisosomales salen del retículo endoplásmico a través de vesículas recubiertas de COPII después del reclutamiento por el complejo EGRESS (miR-a-GRAMOolgi relaying de minzimas del lysosomal system), que se compone de proteínas CLN6 y CLN8. [9] [10] Las vesículas COPII luego entregan enzimas lisosomales al aparato de Golgi, donde se agrega una etiqueta lisosomal específica, manosa 6-fosfato, a los péptidos. La presencia de estas etiquetas permite la unión a los receptores de manosa 6-fosfato en el aparato de Golgi, un fenómeno que es crucial para el empaquetamiento adecuado en vesículas destinadas al sistema lisosómico. [29]

Al salir del aparato de Golgi, la vesícula llena de enzima lisosomal se fusiona con un endosoma tardío, un orgánulo relativamente ácido con un pH aproximado de 5,5. Este ambiente ácido provoca la disociación de las enzimas lisosomales de los receptores de manosa 6-fosfato. Las enzimas se empaquetan en vesículas para su posterior transporte a los lisosomas establecidos. [29] El endosoma tardío en sí mismo puede eventualmente convertirse en un lisosoma maduro, como lo demuestra el transporte de componentes de la membrana endosomal desde los lisosomas de regreso a los endosomas. [27]

Como punto final de la endocitosis, el lisosoma también actúa como salvaguardia para evitar que los patógenos puedan alcanzar el citoplasma antes de ser degradados. Los patógenos a menudo secuestran vías endocitóticas como la pinocitosis para poder entrar en la célula. El lisosoma evita la entrada fácil en la célula al hidrolizar las biomoléculas de patógenos necesarias para sus estrategias de replicación. La actividad lisosómica reducida da como resultado un aumento de la infectividad viral, incluido el VIH. [30] Además, AB5 toxinas como el cólera secuestran la vía endosomal mientras evitan la degradación lisosomal. [30]

Los lisosomas están involucrados en un grupo de deficiencias heredadas genéticamente, o mutaciones llamadas enfermedades de almacenamiento lisosómico (LSD), errores innatos del metabolismo causados ​​por una disfunción de una de las enzimas. Se estima que la tasa de incidencia es de 1 de cada 5.000 nacimientos, y se espera que la cifra real sea mayor, ya que es probable que muchos casos no se diagnostiquen o se diagnostiquen erróneamente. La causa principal es la deficiencia de una hidrolasa ácida. Otras afecciones se deben a defectos en las proteínas de la membrana lisosómica que no pueden transportar la enzima, proteínas lisosomales solubles no enzimáticas. El efecto inicial de tales trastornos es la acumulación de macromoléculas específicas o compuestos monoméricos dentro del sistema endosómico-autofágico-lisosómico. [15] Esto da como resultado vías de señalización anormales, homeostasis del calcio, biosíntesis y degradación de lípidos y tráfico intracelular, lo que en última instancia conduce a trastornos patogénicos. Los órganos más afectados son el cerebro, las vísceras, los huesos y los cartílagos. [31] [32]

No existe un tratamiento médico directo para curar el LSD. [33] El LSD más común es la enfermedad de Gaucher, que se debe a la deficiencia de la enzima glucocerebrosidasa. En consecuencia, el sustrato enzimático, el ácido graso glucosilceramida, se acumula, particularmente en los glóbulos blancos, lo que a su vez afecta al bazo, hígado, riñones, pulmones, cerebro y médula ósea. La enfermedad se caracteriza por hematomas, fatiga, anemia, plaquetas bajas en sangre, osteoporosis y agrandamiento del hígado y el bazo. [34] [35] A partir de 2017, la terapia de reemplazo enzimático está disponible para tratar 8 de las 50 a 60 LD conocidas. [36]

La enfermedad de almacenamiento lisosomal más grave y rara vez encontrada es la enfermedad de células de inclusión. [37]

La leucodistrofia metacromática es otra enfermedad de almacenamiento lisosómico que también afecta el metabolismo de los esfingolípidos.

La actividad disfuncional de los lisosomas también está fuertemente implicada en la biología del envejecimiento y en enfermedades relacionadas con la edad como el Alzheimer, el Parkinson y las enfermedades cardiovasculares. [38] [39]

No Señor Enzimas Sustrato
1 Fosfatos
A- Fosfatasa ácida La mayoría de los fosfomonoésteres
B- fosfodiesterasa ácida Oligonucleótidos y fosfodiesterasa
2 Nucleasas
A- Ribonucleasa ácida ARN
B- Desoxirribonucleasa ácida ADN
3 Polisacáridos / mucopolisacáridos hidrolizando enzimas
A- beta galactosidasa Galactósidos
B- alfa glucosidasa Glucógeno
C-alfa manosidasa Manósidos, glicoproteínas
D- beta glucoronidasa Polisacáridos y mucopolisacáridos
E- Lisozimas Paredes celulares bacterianas y mucopolisacáridos
F- Hialuronidasa Ácidos hialurónicos, condroitín sulfatos
H- arilsulfatasa Sulfatos orgánicos
4 Proteasas
A- Catepsina (s) Proteínas
B- Colagenasa Colágeno
C- peptidasa Péptidos
5 Enzimas degradantes de lípidos
A- Esterasa Ésteres de acilo grasos
B- Fospolipasa Fosfolípidos

Lisosomotropismo Editar

Las bases débiles con propiedades lipofílicas se acumulan en compartimentos intracelulares ácidos como los lisosomas. Mientras que el plasma y las membranas lisosomales son permeables a las especies neutras y no cargadas de bases débiles, las especies protonadas cargadas de bases débiles no penetran en las biomembranas y se acumulan dentro de los lisosomas. La concentración dentro de los lisosomas puede alcanzar niveles de 100 a 1000 veces más altos que las concentraciones extracelulares. Este fenómeno se denomina lisosomotropismo [41], efecto de "atrapamiento de ácido" o "bomba de protones". [42] La cantidad de acumulación de compuestos lisosomotrópicos puede estimarse utilizando un modelo matemático basado en células. [43]

Una parte significativa de los fármacos aprobados clínicamente son bases débiles lipofílicas con propiedades lisosomotrópicas. Esto explica una serie de propiedades farmacológicas de estos fármacos, como gradientes altos de concentración de tejido a sangre o semividas prolongadas de eliminación tisular. Estas propiedades se han encontrado para fármacos como haloperidol, [44] levomepromazina, [45] y amantadina. [46] Sin embargo, las altas concentraciones tisulares y las largas semividas de eliminación se explican también por la lipofilia y la absorción de fármacos en las estructuras del tejido graso. Las enzimas lisosomales importantes, como la esfingomielinasa ácida, pueden ser inhibidas por fármacos acumulados lisosómicamente. [47] [48] Dichos compuestos se denominan FIASMA (inhibidor funcional de la esfingomielinasa ácida) [49] e incluyen, por ejemplo, fluoxetina, sertralina o amitriptilina.

Ambroxol es un fármaco lisosomotrópico de uso clínico para tratar condiciones de tos productiva por su acción mucolítica. El ambroxol desencadena la exocitosis de los lisosomas mediante la neutralización del pH lisosómico y la liberación de calcio de las reservas ácidas de calcio. [50] Presumiblemente por esta razón, también se encontró que Ambroxol mejora la función celular en algunas enfermedades de origen lisosómico como el Parkinson o la enfermedad de almacenamiento lisosómico. [51] [52]

Lupus eritematoso sistémico Editar

La función deficiente de los lisosomas es prominente en el lupus eritematoso sistémico, lo que evita que los macrófagos y los monocitos degraden las trampas extracelulares de los neutrófilos [53] y los complejos inmunes. [54] [55] [56] La incapacidad para degradar los complejos inmunitarios internalizados se debe a la actividad crónica de mTORC2, que altera la acidificación de los lisosomas. [57] Como resultado, los complejos inmunes en el lisosoma se reciclan a la superficie de los macrófagos causando una acumulación de antígenos nucleares corriente arriba de múltiples patologías asociadas al lupus. [54] [58] [59]

Por convención científica, el término lisosoma se aplica a estos orgánulos vesiculares solo en animales, y el término vacuola se aplica a los de plantas, hongos y algas (algunas células animales también tienen vacuolas). Los descubrimientos en células vegetales desde la década de 1970 comenzaron a desafiar esta definición. Se ha descubierto que las vacuolas de las plantas son mucho más diversas en estructura y función de lo que se pensaba anteriormente. [60] [61] Algunas vacuolas contienen sus propias enzimas hidrolíticas y realizan la actividad lisosomal clásica, que es la autofagia. [62] [63] [64] Por lo tanto, se considera que estas vacuolas cumplen la función del lisosoma animal. Basándose en la descripción de De Duve de que "sólo cuando se considera como parte de un sistema involucrado directa o indirectamente en la digestión intracelular, el término lisosoma describe una unidad fisiológica", algunos botánicos argumentaron firmemente que estas vacuolas son lisosomas. [65] Sin embargo, esto no se acepta universalmente ya que las vacuolas no son estrictamente similares a los lisosomas, como en sus enzimas específicas y la falta de funciones fagocíticas. [66] Las vacuolas no tienen actividad catabólica y no experimentan exocitosis como lo hacen los lisosomas. [67]

La palabra lisosoma (/ ˈ l aɪ s oʊ s oʊ m /, / ˈ l aɪ z ə z oʊ m /) es el nuevo latín que usa las formas de combinación liso- (refiriéndose a lisis y derivado del latín lisis, que significa "aflojar", a través del griego antiguo λύσις [lúsis]), y -algunos, de soma, "cuerpo", dando "cuerpo que lisa" o "cuerpo lítico". La forma de adjetivo es lisosomal. Las formas * liosoma y * liosomal son mucho más raros usan el lyo- forma del prefijo, pero a menudo son tratados por lectores y editores como meras réplicas irreflexivas de errores tipográficos, lo que sin duda ha sido cierto en la mayoría de los casos.


Transporte anterógrado

Las quinesinas son motores de microtúbulos involucrados en el movimiento de múltiples orgánulos citoplasmáticos, incluidos los lisosomas (Hirokawa y Noda, 2008). Los genomas de mamíferos codifican alrededor de 45 proteínas de la superfamilia de quinesinas (KIF), y se generan muchas más variantes mediante el corte y empalme alternativo de los ARNm correspondientes. Todos los KIF comprenden un dominio motor globular que se adhiere a los microtúbulos y un dominio de la cola que interactúa con adaptadores o cargas específicas. La hidrólisis de ATP por el dominio motor proporciona la fuerza motriz para la translocación de kinesinas y cargas asociadas desde el extremo negativo al extremo positivo de los microtúbulos (es decir, transporte anterógrado), con la excepción de los miembros de la kinesina-14, que se mueven en el extremo positivo a negativo. dirección del extremo negativo (Hirokawa y Noda, 2008). En las células no polarizadas, los extremos positivos de los microtúbulos se encuentran generalmente en el citoplasma periférico y en las neuronas apuntan hacia los terminales del axón, por lo que, en estas células, las cinesinas median el transporte desde el centro celular hacia la periferia (conocido como transporte centrífugo). En algunas células polarizadas, sin embargo, los microtúbulos pueden apuntar en otras direcciones, como es el caso de las dendritas neuronales, que tienen microtúbulos con orientaciones mixtas (Baas et al., 1988 Yau et al., 2016). En estos casos, las quinesinas pueden mediar potencialmente tanto en el transporte centrífugo como en el centrípeto.

Sorprendentemente, se ha demostrado que el movimiento de los lisosomas depende no de una, sino de múltiples quinesinas, incluida la kinesina-1 (KIF5A, KIF5B y ​​KIF5C) (Nakata e Hirokawa, 1995 Tanaka et al., 1998 Rosa-Ferreira y Munro, 2011), kinesin- 2 (KIF3) (Brown et al., 2005 Loubéry et al., 2008) y kinesin-3 (KIF1A y KIF1B) (Matsushita et al., 2004 Korolchuk et al., 2011 Bentley et al., 2015), también como los miembros de la familia de la kinesina-13 (KIF2) (Santama et al., 1998 Korolchuk et al., 2011) (Fig. 3). En la actualidad no está claro por qué tantas kinesinas han evolucionado para mover el mismo orgánulo. Las posibles explicaciones son (1) redundancia funcional, (2) expresión específica del tipo celular (por ejemplo, células no neuronales frente a neuronales), (3) participación en diferentes funciones lisosomales (por ejemplo, autofagia frente a exocitosis), (4) regulación diferencial y (5) transporte a lo largo de diferentes pistas de microtúbulos. Con respecto a esta última posibilidad, varias cinesinas exhiben asociación preferencial con pistas de microtúbulos que se caracterizan por modificaciones postraduccionales específicas (PTM) de tubulina, proteínas asociadas a microtúbulos (MAP) o proteínas de unión a cinesina (KBP) (Marx et al. , 2005). Por ejemplo, los motores de kinesina-1 se mueven más rápido en las pistas de microtúbulos enriquecidas en tubulina acetilada y unida a GTP, pero se han observado motores más lentos que hacen ciclos de procesamiento más largos en microtúbulos destirosinados (Reed et al., 2006 Dunn et al., 2008 Hammond et al., 2008 Hammond et al. al., 2008 Konishi y Setou, 2009 Nakata et al., 2011). Los miembros de la familia Kinesin-2 (KIF17) y -3 (KIF1A) no muestran preferencias por microtúbulos acetilados o destirosinados (Cai et al., 2009), pero el transporte dependiente de KIF1A está influenciado por la poliglutamilación de tubulina (Ikegami et al., 2007) . Los MAP a menudo inhiben el transporte dependiente de quinesina actuando como obstáculos para el movimiento. Un buen ejemplo de este comportamiento está mediado por la proteína tau, que bloquea la motilidad dependiente de la kinesina-1 (Dehmelt y Halpain, 2005 Al-Bassam et al., 2007). Sin embargo, otros MAP (por ejemplo, ensconsin y DCLK1) promueven el reclutamiento y la activación de quinesinas en poblaciones específicas de microtúbulos (Sung et al., 2008 Lipka et al., 2016). Finalmente, las KBP pueden modular la actividad de la quinesina, como se muestra para la inactivación de los dominios motores de la kinesina-3 KIF1A y la kinesina-8 KIF18A por la proteína KBP (también conocida como KIF1BP y KIAA1279) (Kevenaar et al., 2016). Queda por determinar cómo todos estos factores influyen en la capacidad de diferentes kinesinas para mediar en diferentes patrones de movimiento de lisosomas.

Kinesinas implicadas en el movimiento de los lisosomas. Se indican los apellidos, dominios y números de aminoácidos. CC, bobina enrollada Gl, FHA globular, UDR asociada a la cabeza de horquilla, PH de región indefinida, homología pleckstrin.

Kinesinas implicadas en el movimiento de los lisosomas. Se indican los apellidos, dominios y números de aminoácidos. CC, bobina enrollada Gl, FHA globular, UDR asociada a la cabeza de horquilla, PH de región indefinida, homología pleckstrin.

Con mucho, la quinesina mejor caracterizada involucrada en el transporte de lisosomas es la kinesina-1 (Figuras 3 y 4). Esta cinesina es un heterotetrámero compuesto por dos cadenas pesadas (KIF5A, KIF5B o KIF5C) y dos cadenas ligeras (KLC1, KLC2, KLC3 o KLC4) (DeBoer et al., 2008). La kinesina-1 se recluta en los lisosomas mediante una cadena de proteínas que interactúan, incluido el complejo relacionado con BLOC-1 de múltiples subunidades (BORC), la pequeña GTPasa Arl8 similar a Arf (que tiene dos isoformas en los mamíferos, Arl8a y Arl8b, en lo sucesivo denominada genéricamente como Arl8), y el efector Arl8 SifA y la proteína que interactúa con la cinesina (SKIP, también conocida como PLEKHM2) (Boucrot et al., 2005 Bagshaw et al., 2006 Hofmann y Munro, 2006 Rosa-Ferreira y Munro, 2011 Pu et al. ., 2015) (Figura 4). BORC es un complejo octamérico que comprende subunidades BLOS1, BLOS2 (también conocidas como BLOC1S1 y BORCS1, y BLOC1S2 y BORCS2, respectivamente) y snapin (también conocidas como BORCS3) (las tres compartidas con el complejo BLOC-1 involucrado en la biogénesis de orgánulos relacionados con lisosomas) (Falcon-Perez et al., 2002 Moriyama y Bonifacino, 2002 Starcevic y Dell'Angelica, 2004), más las subunidades únicas KXD1 (también conocidas como BORCS4), MEF2BNB (también conocidas como BORCS8), myrlysin (también conocido como LOH12CR1 y BORCS5), lyspersin (también conocido como C17orf59 y BORCS6) y diaskedin (también conocido como C10orf32 y BORCS7) (Pu et al., 2015). BORC se asocia con la cara citosólica de los lisosomas en parte a través del N-terminal miristoilado de mirlisina, y posteriormente se requiere para el reclutamiento de Arl8 del citosol (Pu et al., 2015). Esta función de BORC sería consistente con ser un factor de intercambio guanina-nucleótido (GEF) (Rosa-Ferreira y Munro, 2011) para Arl8, pero actualmente no hay evidencia bioquímica de esta actividad. SKIP, a su vez, se une a Arl8 a través de un dominio RUN N-terminal (Rosa-Ferreira y Munro, 2011). Un motivo WD en una región no estructurada de SKIP luego interactúa con el dominio de repetición tetratricopeptide (TPR) del KLC (Rosa-Ferreira y Munro, 2011), completando así el enlace de los lisosomas con las proteínas KIF5. Varias formas de interferir negativamente con esta cadena de interactores inhiben el movimiento del lisosoma hacia la periferia celular, lo que da como resultado el colapso de toda la población lisosómica hacia el centro celular (Fig. 2). Por el contrario, la sobreexpresión de algunos componentes de esta cascada, como SKIP, provoca la acumulación de lisosomas en la periferia celular (Fig. 2). Un mecanismo alternativo para el acoplamiento de los endosomas tardíos a la cinesina-1 implica la protrudina de la proteína anclada al ER, que se une simultáneamente a la pequeña GTPasa Rab7 (que tiene dos isoformas en los mamíferos, Rab7a y Rab7b, en lo sucesivo denominada genéricamente Rab7) y fosfatidilinositol 3 -fosfato [PtdIns (3)PAG] para unir el RE y las membranas lisosomales. La protrudina luego transfiere los endosomas tardíos al efector FYVE de Rab7 y la proteína que contiene el dominio de la bobina enrollada (FYCO1) y la kinesina-1 para el movimiento tardío del endosoma hacia la periferia celular (Matsuzaki et al., 2011 Raiborg et al., 2016) ( Figura 4).

Mecanismos de transporte tardío de endosomas y lisosomas a lo largo de los microtúbulos. El transporte anterógrado de endosoma tardío (LE) y lisosoma está mediado por un conjunto de BORC, Arl8, SKIP y kinesin-1 (un heterotetrámero compuesto por dos cadenas KLC y dos KIF5). Un mecanismo alternativo de transporte anterógrado utiliza Rab7 y FYCO1 como adaptadores a la kinesina-1. FYCO1 se carga en los endosomas tardíos por la acción de la protrudina anclada en ER. También se ha demostrado que otras cinesinas representadas en la Fig. 3 impulsan el transporte anterógrado de lisosomas, pero sus mecanismos de acoplamiento son menos conocidos. El transporte retrógrado está mediado por Rab7, RILP, ORP1L y dineína-dinactina. Se indican los nombres de algunas de las subunidades de dinactina (pegado con p150, Arp1). En concentraciones bajas de colesterol, ORP1L interactúa con la proteína VAPA anclada al ER, lo que conduce a la disociación de dineína y la redistribución de los lisosomas a la periferia celular.

Mecanismos de transporte tardío de endosomas y lisosomas a lo largo de los microtúbulos. El transporte anterógrado del endosoma tardío (LE) y el transporte de lisosomas está mediado por un conjunto de BORC, Ar18, SKIP y kinesin-1 (un heterotetrámero compuesto por dos cadenas KLC y dos KIF5). Un mecanismo alternativo de transporte anterógrado utiliza Rab7 y FYCO1 como adaptadores a la kinesina-1. FYCO1 se carga en los endosomas tardíos por la acción de la protrudina anclada en ER. También se ha demostrado que otras cinesinas representadas en la Fig. 3 impulsan el transporte anterógrado de lisosomas, pero sus mecanismos de acoplamiento son menos conocidos. El transporte retrógrado está mediado por Rab7, RILP, ORP1L y dineína-dinactina. Se indican los nombres de algunas de las subunidades de dinactina (pegado con p150, Arp1). En concentraciones bajas de colesterol, ORP1L interactúa con la proteína VAPA anclada al ER, lo que conduce a la disociación de dineína y la redistribución de los lisosomas a la periferia celular.

Un estudio reciente ha demostrado que el reclutamiento de las proteínas kinesina-3 KIF1A y KIF1Bβ también depende de BORC y Arl8 (Guardia et al., 2016), así como de varias partes del dominio de cola C-terminal (Bentley et al. , 2015 Guardia et al., 2016). Se sabe mucho menos sobre los mecanismos que unen otras quinesinas a los lisosomas. Para la kinesina-2 KIF3A, la proteína accesoria KAP3 se ha implicado en el movimiento del lisosoma (Brown et al., 2005), pero quedan por identificar otros reguladores y adaptadores potenciales. Sería de particular interés investigar si las vías reguladas por Ar18 y Rab7 también operan para otras quinesinas involucradas en el movimiento de lisosomas.


¿Por qué estudiar biología de lisosomas?

Los lisosomas son orgánulos degradantes presentes en todos los tipos de células eucariotas y realizan múltiples funciones críticas además de su papel como & lsquoincinerator & rsquo en la célula. Los lisosomas son el epicentro de todas las vías de tráfico e integran el metabolismo celular para permitir decisiones críticas sobre la vida y la muerte, y el crecimiento o la inactividad. Son orgánulos de importancia crítica, como lo demuestran los errores genéticos innatos, denominados colectivamente enfermedades de almacenamiento de esquolisosomas y rsquo que resultan de la deficiencia de proteínas estructurales o enzimáticas en los lisosomas y desencadenan una disfunción global de los lisosomas. Estas enfermedades afectan el sistema nervioso central y / o el corazón en todos los casos, lo que indica cuán crítica es la función del lisosoma de estos tipos de células primarias diferenciadas. El interés principal de mi laboratorio es definir el papel de los lisosomas en la homeostasis celular y la respuesta al estrés. El trabajo de nuestro laboratorio y otros ha descubierto evidencia de disfunción del lisosoma adquirida en enfermedades cardiovasculares, metabólicas y neurodegenerativas. Hemos demostrado que la disfunción del lisosoma adquirida es un contribuyente importante a la pérdida de miocitos cardíacos en la lesión por isquemia-reperfusión miocárdica y en la miocardiopatía y la insuficiencia cardíaca. Nuestro trabajo también ha ampliado estos hallazgos para descubrir evidencia de disfunción de lisosomas en varios tipos de células del SNC en la enfermedad de Alzheimer y rsquos y en células beta pancreáticas en diabetes inducida por obesidad. Sorprendentemente, todas estas enfermedades están predispuestas por un conjunto común de factores de riesgo. Por ejemplo, el envejecimiento es un factor de riesgo común para todas estas enfermedades y se ha relacionado con la causa de la disfunción progresiva del lisosoma. Como investigador principal o co-investigador en estudios financiados a través de mecanismos de financiación nacionales, hemos desarrollado la experiencia y las herramientas para perturbar y evaluar experimentalmente la biología de los lisosomas, de forma concomitante con el modelado de enfermedades en sistemas in vitro e in vivo. Nuestro objetivo es comprender los mecanismos de la disfunción del lisosoma adquirida en enfermedades humanas, evaluar la eficacia y seguridad de la biogénesis y función del lisosoma dirigido terapéuticamente en modelos animales y desarrollar terapias que puedan traducirse en humanos para tratar enfermedades caracterizadas por disfunción del lisosoma adquirida.


Lisosomas

Los lisosomas son orgánulos citoplásmicos vesiculares unidos a la membrana que contienen enzimas hidrolíticas. Entonces, los lisosomas son vesículas especializadas dentro de las células que digieren moléculas grandes mediante el uso de enzimas hidrolíticas. Se encuentran en casi todas las células animales y permanecen dispersos en el citoplasma. Los lisosomas no se ven en las células vegetales, excepto en las del tejido meristemático. El número de lisosomas en las células animales es variable. Estos están presentes en grandes cantidades en las células secretoras y los glóbulos blancos.

Origen de los lisosomas

Por la acción conjunta del retículo endoplásmico y el cuerpo de Golgi se forman los lisosomas. Las enzimas hidrolíticas de los lisosomas se sintetizan en el retículo endoplásmico rugoso y luego pasan al cuerpo de Golgi, desde donde, en conclusión, mediante un proceso de gemación, las vesículas unidas a la membrana y llenas de enzimas se liberan en el citoplasma llamado lisosomas.

Estructura de los lisosomas

Al igual que las vesículas encerradas en una membrana, los lisosomas generalmente se ven. La membrana circundante es una sola membrana como la membrana celular. El diámetro medio varía de 0,2 a 0,8 urn. La forma, el tamaño y la estructura interna de los lisosomas son de naturaleza variable. En algunos casos, la parte interior es más densa que su parte exterior, mientras que en otros la parte exterior es más densa que la parte interior. Hay gránulos y se ven diminutas vacuolas dentro de los lisosomas. Los lisosomas contienen enzimas hidrolíticas, mientras que los microorganismos contienen enzimas oxidativas. De modo que, aunque los lisosomas y los microcuerpos tienen estructuras similares porque ambos están unidos a una sola membrana, son pequeños orgánulos vesiculares que contienen enzimas específicas, pero no deben confundirse.

Funciones de los lisosomas

En resumen, los lisosomas tienen los siguientes tipos de funciones:
i) Digestión extracelular
ii) Digestión intracelular
iii) Acción bactericida
iv) Fertilización
v) Secreción hormonal
vi) Protección contra enfermedades.

Digestión extracelular

Los lisosomas recién formados se denominan lisosomas primarios que contienen un tipo específico de enzima. Algunas células exudan enzimas lisosomas a su entorno para la hidrólisis o digestión de materiales extracelulares. Se llama digestión extracelular. Los hongos saprofitos obtienen su nutrición mediante este tipo de digestión extracelular.

Digestión intracelular

La digestión de un material dentro de una célula se llama digestión intracelular. Dependiendo de si el material a digerir es exógeno o endógeno, puede ser de los dos tipos respectivamente: -
a) heterofagia
b) autofagia

Heterofagia

Este es un proceso en el que un material engullido por una célula se digiere en su interior. The material engulfed by phagocytosis or pinocytosis forms a digestive vacuole or phagosome which then fuses with a primary Lysosomes to form a secondary Lysosomes or heterophagosome. Inside it, the food particles are hydrolysed and the, digestion products are absorbed into the cytoplasm across its membrane. If some undigested residue is left in the heterophagosome, such Lysosomes are called residual body which expels the excretory materials from the cell.

Autophagy

Autophagy is a process by which the old, non-functional and spoiled organelles of a cell are digested by its own lysosomal enzymes. In this process, a primary Lysosomes engulfs a non-functional organelle to form an autophagosome within which the organelle is digested and its constituents are absorbed into the cytoplasm. The hydrolytic enzymes of Lysosomes remain enclosed within its membrane so that the living and active mechanism of a cell are protected from autolysis. It to be noted that the hydrolytic enzymes are released in the cytoplasm and the entire cell is self digested which is called autolysis of a cell.

Bactericidal action

Lysosomes of phagocytic cells contain bactericidal agents that help to kill and destroy the bacteria engulfed by the cell.

Fertilización

Throughout fertilization, the lysosomal enzyme secreted from the sperms disperses the cells covering the ovum so as to make possible union of gametes. This is a extracellular digestion by lysosomal enzymes.

Hormone secretion

Discharge of thyroid hormone-from its site of storage in the gland is mediated by the action of lysosomal enzymes of thyroid cells.

Protection from diseases

Not working of Lysosomes is associated with a number of diseases like inflammation, arthritis, storage disease, cancer etc.


A lysosome has three main functions: the breakdown/digestion of macromolecules (carbohydrates, lipids, proteins, and nucleic acids), cell membrane repairs, and responses against foreign substances such as bacteria, viruses and other antigens. When food is eaten or absorbed by the cell, the lysosome releases its enzymes to break down complex molecules including sugars and proteins into usable energy needed by the cell to survive. If no food is provided, the lysosome&rsquos enzymes digest other organelles within the cell in order to obtain the necessary nutrients.

In addition to their role as the digestive component and organelle-recycling facility of animal cells, lysosomes are considered to be parts of the endomembrane system. Lysosomes also use their hydrolytic enzymes to destroy pathogens (disease-causing organisms) that might enter the cell. A good example of this occurs in a group of white blood cells called macrophages, which are part of your body&rsquos immune system. In a process known as phagocytosis or endocytosis, a section of the plasma membrane of the macrophage invaginates (folds in) and engulfs a pathogen. The invaginated section, with the pathogen inside, then pinches itself off from the plasma membrane and becomes a vesicle. The vesicle fuses with a lysosome. The lysosome&rsquos hydrolytic enzymes then destroy the pathogen.

Figure: Lysosomes digest foreign substances that might harm the cell: A macrophage has engulfed (phagocytized) a potentially pathogenic bacterium and then fuses with a lysosomes within the cell to destroy the pathogen. Other organelles are present in the cell but for simplicity are not shown.

A lysosome is composed of lipids, which make up the membrane, and proteins, which make up the enzymes within the membrane. Usually, lysosomes are between 0.1 to 1.2&mum, but the size varies based on the cell type. The general structure of a lysosome consists of a collection of enzymes surrounded by a single-layer membrane. The membrane is a crucial aspect of its structure because without it the enzymes within the lysosome that are used to breakdown foreign substances would leak out and digest the entire cell, causing it to die.

Lysosomes are found in nearly every animal-like eukaryotic cell. They are so common in animal cells because, when animal cells take in or absorb food, they need the enzymes found in lysosomes in order to digest and use the food for energy. On the other hand, lysosomes are not commonly-found in plant cells. Lysosomes are not needed in plant cells because they have cell walls that are tough enough to keep the large/foreign substances that lysosomes would usually digest out of the cell.


Lysosome

Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

Lysosome, subcellular organelle that is found in nearly all types of eukaryotic cells (cells with a clearly defined nucleus) and that is responsible for the digestion of macromolecules, old cell parts, and microorganisms. Each lysosome is surrounded by a membrane that maintains an acidic environment within the interior via a proton pump. Lysosomes contain a wide variety of hydrolytic enzymes ( acid hydrolases) that break down macromolecules such as nucleic acids, proteins, and polysaccharides. These enzymes are active only in the lysosome’s acidic interior their acid-dependent activity protects the cell from self-degradation in case of lysosomal leakage or rupture, since the pH of the cell is neutral to slightly alkaline. Lysosomes were discovered by the Belgian cytologist Christian René de Duve in the 1950s. (De Duve was awarded a share of the 1974 Nobel Prize for Physiology or Medicine for his discovery of lysosomes and other organelles known as peroxisomes.)

Lysosomes originate by budding off from the membrane of the trans-Golgi network, a region of the Golgi complex responsible for sorting newly synthesized proteins, which may be designated for use in lysosomes, endosomes, or the plasma membrane. The lysosomes then fuse with membrane vesicles that derive from one of three pathways: endocytosis, autophagocytosis, and phagocytosis. In endocytosis, extracellular macromolecules are taken up into the cell to form membrane-bound vesicles called endosomes that fuse with lysosomes. Autophagocytosis is the process by which old organelles and malfunctioning cellular parts are removed from a cell they are enveloped by internal membranes that then fuse with lysosomes. Phagocytosis is carried out by specialized cells (e.g., macrophages) that engulf large extracellular particles, such as dead cells or foreign invaders (e.g., bacteria), and target them for lysosomal degradation. Many of the products of lysosomal digestion, such as amino acids and nucleotides, are recycled back to the cell for use in the synthesis of new cellular components.

Lysosomal storage diseases are genetic disorders in which a genetic mutation affects the activity of one or more of the acid hydrolases. In such diseases, the normal metabolism of specific macromolecules is blocked and the macromolecules accumulate inside the lysosomes, causing severe physiological damage or deformity. Hurler syndrome, which involves a defect in the metabolism of mucopolysaccharides, is a lysosomal storage disease.

Los editores de Encyclopaedia Britannica Este artículo fue revisado y actualizado más recientemente por Kara Rogers, editora principal.


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Can somebody help me regarding the best concentration of lysosomes to lysis the protein. Thank you in advance. anon336301 May 27, 2013

@TreeMan and titans62: The cell uses diffusion and osmosis to get rid of waste. -- Sophomore at UW-Madison jcraig October 15, 2011

@jmc88 - I tried to look up some information about Tay-Sachs disease, but I couldn't really find anything about the exact mechanisms that cause it. All I could find out was that it is a disease of the nervous system.

As far as the function of the lysosomes, is there any interaction with vacuoles in terms of either transferring materials or pH balance in the cell?

Also, the article mentioned quite a few different molecules you could expect to find in a lysosome that help break down proteins and other molecules. Where are the enzymes created in the first place? Are there other organelles that are responsible for building the enzymes and then passing them on to the lysosome, or does the lysosome create enzymes itself? jmc88 October 14, 2011

@TreeMan - I may be completely wrong about this, but I seem to remember something in my high school biology class about there being special cells that are designed to seek out old or unnecessary cells and "eat" them. I'm sure during that process, the lysosome materials from one cell and transferred to another.

Since a ruptured lysosome would be dangerous for a cell, I'm curious if there are any diseases or viruses that specifically target the wall of the lysosome and cause it to burst and destroy cells. Maybe that is what Tay-Sachs does. Does anyone know? TreeMan October 14, 2011

@titans62 - I am not certain, but my best guess would be that the lysosome connects with the cell membrane and releases the waste materials into the lymph system where the molecules are picked up by white blood cells and carried to other parts of the lymph system to eventually be excreted by the body.

Along those same lines, do white blood cells tend to have more lysosomes compared to something like a nerve cell, for instance?

What happens to the material inside the lysosomes when a cell is destroyed or accidentally ruptures? How does an organism make sure that cells around it aren't damaged?

I had heard of Tay-Sachs disease, but didn't have any idea it was caused by a problem with an organelle in the cell. What exactly happens in Tay-Sachs disease, and how are the lysosomes involved? Is there any way to prevent the disease? If I remember correctly, it is usually something that affects you when you are young.

Something else I was wondering about the lysosome function is how the lysosome actually gets rid of waste materials after it is done breaking them down. Does it just release them into the blood stream somehow, or what happens, since the article mentions the waste materials being very acidic?


Lysosome

The main function of these microscopic organelles is to serve as digestion compartments for cellular materials that have exceeded their lifetime or are otherwise no longer useful. In this regard, the lysosomes recycle the cell's organic material in a process known asautophagy. Lysosomes break down cellular waste products, fats, carbohydrates, proteins, and other macromolecules into simple compounds, which are then transferred back into the cytoplasm as new cell-building materials. To accomplish the tasks associated with digestion, the lysosomes utilize about 40 different types of hydrolytic enzymes, all of which are manufactured in the endoplasmic reticulum and modified in the Golgi apparatus. Lysosomes are often budded from the membrane of the Golgi apparatus, but in some cases they develop gradually from late endosomes, which are vesicles that carry materials brought into the cell by a process known as endocytosis.

Like other microbodies, lysosomes are spherical organelles contained by a single layer membrane, though their size and shape varies to some extent. This membrane protects the rest of the cell from the harsh digestive enzymes contained in the lysosomes, which would otherwise cause significant damage. The cell is further safeguarded from exposure to the biochemical catalysts present in lysosomes by their dependency on an acidic environment. With an average pH of about 4.8, the lysosomal matrix is favorable for enzymatic activity, but the neutral environment of the cytosol renders most of the digestive enzymes inoperative, so even if a lysosome is ruptured, the cell as a whole may remain uninjured. The acidity of the lysosome is maintained with the help of hydrogen ion pumps, and the organelle avoids self-digestion by glucosylation of inner membrane proteins to prevent their degradation.

The discovery of lysosomes involved the use of a centrifuge to separate the various components of cells. In the mid-twentieth century, the Belgian scientist Christian René de Duve was investigating carbohydrate metabolism of liver cells and observed that that the cells released an enzyme called acid phosphatase in larger amounts when they received proportionally greater damage in the centrifuge. To explain this phenomenon, de Duve suggested that the digestive enzyme was encased in some sort of membrane-bound organelle within the cell, which he dubbed the lysosome. After estimating the probable size of the lysosome, he was able to identify the organelle in images produced with an electron microscope.

Lysosomes are found in all animal cells, but are most numerous in disease-fighting cells, such as white blood cells. This is because white blood cells must digest more material than most other types of cells in their quest to battle bacteria, viruses, and other foreign intruders. Several human diseases are caused by lysosome enzyme disorders that interfere with cellular digestion. Tay-Sachs disease, for example, is caused by a genetic defect that prevents the formation of an essential enzyme that breaks down complex lipids calledgangliosides. An accumulation of these lipids damages the nervous system, causes mental retardation, and death in early childhood. Also, arthritis inflammation and pain are related to the escape of lysosome enzymes.


Ver el vídeo: LISOSOMAS: Qué son y para qué sirven (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Gumi

    ¿Se puede completar el espacio en blanco?

  2. Ulz

    Bravo, que la frase necesaria..., el pensamiento admirable

  3. Dousida

    que gran frase

  4. Yozshuramar

    ¡Saludos para las fiestas! Deseo salud al administrador ya todos los visitantes. ¡Habrá salud, habrá todo lo demás!



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