Lisosomas: Estructura y función

• Los lisosomas son orgánulos celulares unidos a la membrana que contienen enzimas hidrolíticas.
• Estas enzimas son esenciales para la digestión intracelular de macromoléculas, orgánulos viejos y otros desechos celulares.
• Los lisosomas son críticos para el funcionamiento celular normal y el mantenimiento de la homeostasis.

Estructura de los lisosomas

• Los lisosomas son orgánulos esféricos con un diámetro que varía entre 0,1 y 1,2 μm.
• Están rodeados por una sola membrana que contiene proteínas de membrana altamente glucosiladas.
• Esta glucosilación protege la membrana del ataque de las enzimas digestivas dentro del lisosoma.
• El interior del lisosoma es ácido, con un pH de alrededor de 4,5 a 5,0, mantenido por una bomba de protones (ATPasa de protones de la vacuola o V-ATPasa) en la membrana.
• Este ambiente ácido es óptimo para la actividad de las enzimas hidrolíticas.
• Los lisosomas contienen una amplia variedad de enzimas, incluidas proteasas, lipasas, glucosidasas, fosfatasas y sulfatasas, que son capaces de degradar proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos.
• Estas enzimas se sintetizan en el retículo endoplásmico rugoso y se transportan al aparato de Golgi, donde se modifican y empaquetan en lisosomas.

Funciones de los lisosomas

• La función principal de los lisosomas es la digestión intracelular.
• Están involucrados en varios procesos, incluida la endocitosis, la fagocitosis y la autofagia.
• En la endocitosis, las células internalizan sustancias del entorno extracelular invaginando su membrana plasmática.
• El material internalizado se encierra en una vesícula, que luego se fusiona con un lisosoma, lo que permite que las enzimas lisosomales degraden el material.
• En la fagocitosis, las células engullen partículas grandes, como bacterias o restos celulares.
• La partícula engullida se encierra en una vesícula llamada fagosoma, que luego se fusiona con un lisosoma para formar un fagolisosoma, donde se digiere el material.
• La autofagia es un proceso por el cual las células degradan sus propios componentes, como orgánulos dañados o proteínas agregadas.
• Durante la autofagia, se forma una estructura de doble membrana llamada autofagosoma alrededor del material objetivo.
• El autofagosoma luego se fusiona con un lisosoma, lo que permite que las enzimas lisosomales degraden el contenido.
• Los productos de la digestión lisosomal, como aminoácidos, azúcares y nucleótidos, se transportan de regreso al citosol, donde la célula puede reutilizarlos.

Enfermedades lisosomales

• Las enfermedades de almacenamiento lisosomal (LSD) son un grupo de trastornos genéticos raros que resultan de deficiencias en enzimas lisosomales.
• Estas deficiencias conducen a la acumulación de sustratos no digeridos dentro de los lisosomas, lo que provoca disfunción celular y daño tisular.
• Hay más de 50 LSD diferentes, cada una causada por una mutación en un gen diferente que codifica una enzima lisosomal.
• Los LSD se clasifican según el tipo de material que se acumula en los lisosomas, como esfingolípidos, mucopolisacáridos o glucógeno.
• Ejemplos comunes de LSD incluyen la enfermedad de Tay-Sachs, la enfermedad de Gaucher, la enfermedad de Niemann-Pick y la enfermedad de Hurler.
• Los síntomas de las LSD varían según la enfermedad específica, pero pueden incluir retraso en el desarrollo, discapacidad intelectual, problemas de movimiento, agrandamiento de órganos y rasgos faciales anormales.
• El diagnóstico de las LSD generalmente implica pruebas enzimáticas para identificar la enzima deficiente y pruebas genéticas para identificar la mutación causante.
• El tratamiento de las LSD varía según la enfermedad específica, pero puede incluir terapia de reemplazo enzimático, terapia de reducción de sustrato y trasplante de médula ósea.

Mecanismos de transporte lisosomal

• El transporte de proteínas y otras moléculas hacia y desde los lisosomas es esencial para su función.
• Varias vías participan en este transporte, incluida la vía de la manosa 6-fosfato (M6P), la vía de la macroautofagia y la vía de la mediada por chaperonas.
• La vía M6P es la principal vía para la entrega de enzimas lisosomales desde el aparato de Golgi a los lisosomas.
• Las enzimas lisosomales están marcadas con residuos de M6P en el aparato de Golgi.
• Estos residuos de M6P son reconocidos por los receptores de M6P en la membrana del Golgi.
• Los receptores de M6P se unen a las enzimas lisosomales y las transportan a los lisosomas en vesículas.
• La vía de la macroautofagia implica la formación de autofagosomas, que entregan componentes citoplásmicos a los lisosomas para su degradación.
• La vía mediada por chaperonas implica el reconocimiento de proteínas diana por proteínas chaperonas, que luego las entregan a los lisosomas para su degradación.
• Las proteínas de la membrana lisosomal también se transportan a los lisosomas a través de vías específicas, como la vía lisosomal integral de proteínas de membrana (LIMP).

Papel de los lisosomas en la autofagia

• La autofagia es un proceso catabólico esencial que degrada los componentes celulares.
• Tiene un papel vital en el mantenimiento de la homeostasis celular, la eliminación de orgánulos dañados y la respuesta al estrés.
• Los lisosomas son fundamentales para la autofagia, ya que son el lugar donde se degradan los autofagosomas y su contenido.
• La autofagia está regulada por una compleja red de genes y vías de señalización.
• La vía mTOR (diana de rapamicina en mamíferos) es un regulador central de la autofagia.
• La activación de mTOR inhibe la autofagia, mientras que la inhibición de mTOR promueve la autofagia.
• La autofagia puede ser selectiva o no selectiva.
• La autofagia selectiva implica la degradación de componentes celulares específicos, como mitocondrias (mitofagia), retículo endoplásmico (reticulofagia) y ribosomas (ribofagia).
• La autofagia no selectiva implica la degradación a granel de los componentes citoplásmicos.
• La autofagia tiene un papel en muchas enfermedades, incluido el cáncer, las enfermedades neurodegenerativas y las infecciones.
• En el cáncer, la autofagia puede actuar tanto como un supresor tumoral como como un promotor de la supervivencia tumoral, según el contexto.
• En las enfermedades neurodegenerativas, la autofagia es esencial para eliminar las proteínas agregadas que pueden dañar las neuronas.
• En las infecciones, la autofagia puede destruir patógenos intracelulares y activar las respuestas inmunitarias.