Endocitosis: Proceso celular

• La endocitosis es un proceso celular fundamental donde las células captan macromoléculas, partículas grandes e incluso otras células, transportándolas al interior celular.
• Christian de Duve describió la endocitosis en 1963, le dio el nombre y luego recibió el premio Nobel en 1974 por sus investigaciones.
• Este proceso es esencial para el mantenimiento celular y la digestión de materiales extracelulares dentro de los lisosomas.
• La endocitosis es un fenómeno activo que consume energía en forma de ATP.

Conceptos clave de la endocitosis

• Membrana plasmática: Esta se invagina para formar vesículas que internalizan los materiales.
• ATP: Se requiere energía para el funcionamiento de la endocitosis.
• Vesículas: Son las estructuras que transportan el material captado.

Tipos de endocitosis

• Pinocitosis (bebida celular): Proceso continuo en casi todas las células eucariotas que incorpora fluido extracelular y pequeñas moléculas disueltas.
• Endocitosis mediada por clatrina: Clásicamente conocida como endocitosis mediada por receptor.
• Endocitosis mediada por caveolinas: Ocurre en cavéolas, que son invaginaciones ricas en colesterol.
• Macropinocitosis: No mediada por clatrina ni caveolinas, con incorporación masiva de fluido extracelular.
• Fagocitosis: Endocitosis de partículas grandes, como microorganismos o restos celulares.
• Las vesículas formadas son más grandes que las de pinocitosis.

Endocitosis mediada por clatrina

• Este tipo de pinocitosis es el más estudiado y se realiza en vesículas recubiertas de clatrina.

Proceso de endocitosis mediada por clatrina:

• Formación de depresiones revestidas: Los receptores se agrupan en sitios específicos de la membrana formando depresiones revestidas de clatrina.
• Unión de ligandos y receptores: Las moléculas se unen a sus receptores específicos, por ejemplo, LDL, hormonas, virus, etc.
• Formación de vesículas: La membrana se invagina y estrangula, formando vesículas recubiertas de clatrina que luego se separan.
• Desprendimiento de la clatrina: Las vesículas pierden su recubrimiento de clatrina por la acción de la proteína HSP70.
• Fusión con el endosoma: La vesícula se fusiona con un endosoma, y el contenido es clasificado y distribuido hacia otras vías.

Endocitosis mediada por caveolinas

• Las cavéolas son pequeñas invaginaciones de la membrana plasmática, ricas en colesterol y proteínas como las caveolinas.
• Este tipo de endocitosis se encuentra principalmente en células como adipocitos y células musculares.
• Se encarga de la captación de moléculas y de la señalización celular.

Ejemplo de endocitosis mediada por receptores: captación de LDL

• El colesterol transportado por LDL se une a su receptor en la célula.
• Los receptores se concentran en las depresiones revestidas de clatrina y se internalizan.
• Después de la internalización, las vesículas recubiertas de clatrina pierden su recubrimiento y se fusionan con un endosoma, donde el contenido se libera y el colesterol es liberado en el citoplasma.

Trastornos relacionados con la endocitosis

• Hipercolesterolemia familiar: Enfermedad genética caracterizada por mutaciones en los receptores de LDL, lo que impide su captación eficiente y provoca un aumento de colesterol en la sangre, favoreciendo la formación de ateromas y generando aterosclerosis.

Fases de la endocitosis mediadas por receptores

• Formación de la depresión revestida.
• Unión del ligando al receptor.
• Invaginación y formación de vesículas.
• Desprendimiento de la clatrina.
• Fusión con el endosoma.
• Clasificación y transporte hacia los lisosomas o hacia la membrana.

El endosoma y su función

• El endosoma es un orgánulo clave que clasifica las sustancias endocitadas.
• Este se clasifica en endosomas tempranos (donde se produce la separación de ligando y receptor) y endosomas tardíos (donde se fusionan con lisosomas para la degradación de sustancias).
• La transcitosis es un proceso mediante el cual el material endocitado se transporta de un lado de la célula a otro, utilizado principalmente en células epiteliales para la transferencia de moléculas de un lado a otro.

Regulación de la endocitosis

• La regulación de la endocitosis es esencial para mantener la homeostasis celular.
• A través de procesos como la downregulation (disminución de la sensibilidad celular), como en el caso del EGF (factor de crecimiento epidérmico), se controla el número de receptores disponibles.

Sobre macropinocitosis y fagocitosis

• La macropinocitosis es un tipo de endocitosis de fase fluida que involucra la formación de grandes vesículas denominadas macropinosomas (entre 0.15 y 5.0 µm de diámetro).
• Es un proceso dependiente de la polimerización de la actina, lo que permite la formación de evaginaciones de la membrana celular llamadas lamelipodios.
• El diámetro de los macropinosomas varía entre 0.15 µm y 5.0 µm.

Células que realizan macropinocitosis

• Principalmente las células dendríticas (en su forma inmadura), macrófagos, linfocitos, fibroblastos y células epiteliales.

Función de las células que realizan macropinocitosis

• Capturan fluidos extracelulares y antígenos para su procesamiento y presentación.
• Las células dendríticas inmaduras la realizan como un proceso constitutivo, capturando antígenos y presentándolos con moléculas del complejo principal de histocompatibilidad II (CPH-II).
• La macropinocitosis cesa cuando la célula dendrítica llega a su forma madura.
• La macropinocitosis puede ser inducida en células en cultivo utilizando ésteres de forbol (TPA), que activa a la proteína quinasa C (PKC), esencial para el proceso de macropinocitosis.
• La macropinocitosis también juega un papel en la entrada de microorganismos patógenos, como el virus del Ébola, lo que resalta su importancia en la biología celular y la respuesta inmune.

Fagocitosis

• Es una forma especializada de endocitosis llevada a cabo por fagocitos profesionales, como los macrófagos, neutrófilos y células dendríticas.
• Este proceso es crucial para defender al organismo contra infecciones y eliminar células muertas.

Características clave de la fagocitosis

• Función: Defiende al organismo al ingerir y destruir microorganismos patógenos y restos celulares.
• Mecanismo: Las células fagocíticas identifican y se unen a partículas a través de receptores específicos.
• Seudópodos: Extensiones citoplasmáticas que rodean al patógeno, se fusionan y forman una vesícula llamada fagosoma.
• Fusión con lisosomas: Los lisosomas se fusionan con el fagosoma, formando el fagolisosoma, donde el patógeno es digerido.
• Opsoninas: Moléculas que facilitan la fagocitosis al "marcar" los patógenos para su ingestión por los fagocitos.
• Ejemplos de opsoninas: Anticuerpos y C3b (complemento), fibronectina y fosfatidilserina (expresada en células apoptóticas).
• Las células que sufren apoptosis exponen fosfatidilserina en su membrana, lo que activa a los fagocitos para que las eliminen.
• La exocitosis es el proceso de liberación de sustancias al exterior de la célula, mediante la fusión de vesículas con la membrana plasmática.

Tipos de exocitosis

• Exocitosis constitutiva: Ocurre de forma continua en todas las células, liberando moléculas como proteoglucanos, proteínas de la matriz extracelular y receptores de membrana.
• Exocitosis regulada: Específica de células especializadas (como las células secretoras) y ocurre en respuesta a un estímulo, liberando hormonas, neurotransmisores y enzimas.

Mecanismo de la exocitosis

• Formación de vesículas: Las vesículas secretoras se forman en el complejo de Golgi y contienen sustancias que serán secretadas.
• Fusión de vesículas: Las proteínas SNARE y las proteínas Rab intervienen en la fusión de la vesícula con la membrana plasmática para liberar su contenido.
• La exocitosis regulada es mediada por un estímulo extracelular, como la señalización hormonal o neurotransmisores, y es crítica para la secreción de estas moléculas en células como neuronas y glándulas endocrinas.
• La transcitosis es el transporte de moléculas de un espacio extracelular a otro, a través de células epiteliales polarizadas.

Ejemplos de transcitosis

• Transporte de inmunoglobulina A (IgA) en neonatos: La IgA en el calostro se une a receptores en enterocitos y atraviesa la célula hasta llegar a la circulación del neonato.
• Transporte en endotelio vascular: En el endotelio vascular, las moléculas grandes atraviesan las células endoteliales mediante vesículas recubiertas, como las cavéolas.

Proteínas en endocitosis y exocitosis

• El proceso de formación y fusión de vesículas requiere la intervención de diversas proteínas clave.

Proteínas de recubrimiento

• Clatrina: Participa en la endocitosis y en la exocitosis regulada.
• COPI y COPII: Intervienen en el transporte entre el retículo endoplásmico y Golgi.
• Proteínas GTPasas: ARF y Sar1 participan en la gemación de vesículas cubiertas de clatrina y COPII, respectivamente.
• Rab: Regula la dirección de las vesículas hacia sus membranas diana y facilita la fusión.
• Proteínas SNARE: Son esenciales para la fusión de membranas entre las vesículas y sus compartimentos diana.
• Se dividen en v-SNARE (en la vesícula) y t-SNARE (en la membrana diana).
• Macropinocitosis: Endocitosis fluida en grandes vesículas, importante en células dendríticas inmaduras.
• Fagocitosis: Endocitosis especializada, esencial para la defensa del cuerpo.
• Exocitosis: Liberación de sustancias de la célula al exterior.
• Transcitosis: Transporte celular entre diferentes espacios extracelulares.

Exocitosis y endocitosis en la sinapsis neuronal

• La sinapsis neuronal es la unión entre dos neuronas donde se transmite la señal eléctrica de una célula a otra.
• Esta señal puede ser química o eléctrica, pero en la sinapsis química, las células pre y postsinápticas están separadas físicamente por un espacio llamado hendidura sináptica.

Tipos de neurotransmisores

• Neurotransmisores excitadores: Acetilcolina (Ach), glutamato, serotonina.
• Neurotransmisores inhibidores: Ácido y-aminobutírico (GABA), glicina.
• Neuropéptidos: Neurotransmisores más complejos, involucrados en procesos como memoria y aprendizaje.

Mecanismo de transmisión en la sinapsis química cuando la neurona presináptica es excitada

• Se liberan neurotransmisores que se almacenan en vesículas sinápticas.
• Estos neurotransmisores se unen a receptores específicos en la membrana postsináptica.
• Los receptores pueden ser ionotrópicos (canales iónicos que permiten la entrada de iones como el Na+, K+, o Cl-) o metabotrópicos (actúan sobre proteínas G y vías de señalización intracelular).

Estructura de la sinapsis

• Las vesículas sinápticas son esféricas, de aproximadamente 50 nm de diámetro y se acumulan en las zonas activas de la membrana presináptica.
• Estas vesículas contienen neurotransmisores y se fusionan con la membrana presináptica para liberar su contenido.

Mecanismo de exocitosis en la sinapsis neuronal:

• Exocitosis es el proceso mediante el cual las vesículas sinápticas liberan neurotransmisores en la hendidura sináptica.
• Las vesículas son transportadas por neurotúbulos desde el Golgi al terminal presináptico.
• Fusión de las vesículas con la membrana presináptica: Se produce por la interacción de las proteínas SNARE (sinaptobrevina y sintaxina).
• El calcio (Ca2+) juega un papel crucial al ingresar en el terminal presináptico y permitir la activación de las proteínas que facilitan la fusión de las vesículas.
• El neurotransmisor se libera en la hendidura sináptica y se une a los receptores de la célula postsináptica.
• Después de la liberación del neurotransmisor, la endocitosis recaptura las vesículas para reciclarlas.
• Las vesículas fusionadas con la membrana presináptica son recuperadas a través de vesículas recubiertas de clatrina.
• El neurotransmisor es recargado en las vesículas por un transportador que utiliza un gradiente de protones (H+) generado por mitocondrias.

Teoría "Kiss and Run"

• Es un proceso en el cual las vesículas no se fusionan completamente con la membrana presináptica.
• En cambio, ocurre una fusión temporal, liberando el neurotransmisor y luego recapturando rápidamente la vesícula.

Sinapsis neuromuscular

• Es una sinapsis química que ocurre entre una motoneurona y una fibra muscular, donde el neurotransmisor es acetilcolina (Ach).
• Exocitosis: La Ach se libera y se une a los receptores nicotínicos en la membrana de la fibra muscular (sarcolema).
• Despolarización de la fibra muscular: Esto inicia la contracción muscular.
• Eliminación de neurotransmisores: Para evitar la estimulación continua, la acetilcolinesterasa (AchE) degrada la Ach en acetato y colina.
• La colina es recapturada por el terminal presináptico para reciclarla y sintetizar más Ach.

Patologías relacionadas con la sinapsis:

• Miastenia gravis: Enfermedad autoinmune donde los anticuerpos bloquean o destruyen los receptores de Ach en la fibra muscular.
• Tratamiento: Anticolinesterásicos (ej. neostigmina) para incrementar los niveles de Ach.
• Botulismo: Causado por la toxina botulínica que inhibe la liberación de Ach.
• Tratamiento: Antitoxinas.

Fármacos y terapias

• Antidepresivos inhiben la recaptura de neurotransmisores como serotonina, dopamina, noradrenalina.
• Los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina se usan en el tratamiento de la depresión.
• La aproximación de vesículas a la membrana presináptica.
• La activación del Ca2+, lo cual facilita la unión de las proteínas v-SNARE y t-SNARE.
• La fusión de vesículas con la membrana: El neurotransmisor se libera
• Complejo SNARE se desensamblan y se recaptura las vesículas.

Tipos de infecciones por virus

• Microorganismos patógenos como bacterias, virus, parásitos y otros agentes infecciosos.
• Estos, han desarrollado diversas estrategias para invadir y proliferar dentro de las células del huésped.
• Estos utilizan rutas del " macrotransporte" como : endocitosis , exocitosis para ingresar a las células y obtener los nutrientes necesarios para su supervivencia.

Endocitosis de virus

• Los virus generalmente entran a las células mediante " endocitosis".
• La célula envuelve al virus en una vesícula.

Virus envueltos

• Ejemplo: "Virus de la Gripe"
• Tienen una membrana lipídica que les permite fusionarse con la membrana del orgánulo celular, esto facilitado por proteínas en la envoltura viral.
• Estos se unen a los receptores celulares a través de " hemaglutinina (HA)", lo que induce a la endocitosis mediada por receptor.
• El virus entra a la célula formando una vesícula recubierta de "clatrina" y trasladada hacia el endosoma.
• EI ARN viral se transporta al núcleo para su replicación.
• Los virus "no envueltos" lisan la membrana de los endosomas.
• De este modo aseguran un poro para liberar su genoma en el citoplasma"
• Algunas bacterias, por su tamaño, no pueden utilizar "endocitosis mediada por receptor" como los virus.
• Sin embargo: muchas bacterias intracelulares pueden "sobrevivir y proliferar" dentro de los fagocitos.
• Ejemplo : " mycobacterium tuberculosis". Esta bacteria es fagocitada por los macrófagos alveolares en los pulmones.
• Para sobrevivir M.tuberculosis inhibe la fusión entre "el fagosoma y los lisosomas"
• Permanece en estado latente en los macrófagos, formando un" granuloma tuberculoso".
• Dicha estructura inflamatoria puede persistir durante años.
• El cambio en el estado inmunológico puede reactivar la infección.
• Listeria monocytogenes Patogena que invade las" células no fagocíticas utilizando un proceso denominado "mecanismo de cremallera""
• La bacteria se adhiere a las células del intestino.
• Se utilizan las proteínas de superficie llamadas "internalinas" que se unen a receptores de adhesión celular (cadherina E)
• Esto activa el citoesqueleto de actina para formar una vacuola.
• Tras dicho proceso,la bacteria produce "listeriolisina O y fosfolipasa C", que lisan la membrana del fagolisosoma".
• El lo que provoca la" liberación de la bacteria al citoplasma."
• Listeria puede moverse dentro de la célula gracias a la actina, generando protrusiones que pueden crear una "transmisión a células vecinas.

Microtubulos

• Son estructuras "cilíndricas huecas
• 25 nm exterior y aproximadamente unos 14 nm interior.
• La pared se forma por 13 protofilamentos compuestos por heterodímeros de a- y ß-tubulina.
• Se ensamblan de forma longitudinal y reversible.

Tubulogenesis invito

• El proceso se inicia con la nucleación de "heterodímeros a-/ß-tubulina libres, que forman oligómeros