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UNIDAD 5. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO El Retículo Endoplasmático (RE) es una organela dinámica esencial para la vida celular (1). Es un compartimento que comprende una red de túbulos y sacos (cisternas) rodeados de membrana que se extiende desde la membrana nuclear a través del citoplasma (Figura 5.1 ) (2). Estos túbulos y sacos están interconectados, así que la membrana del RE forma una lámina continua que encierra un único espacio intermembrana llamado lumen (3). La membrana del RE separa el lumen del citosol y media la transferencia selectiva de moléculas entre estos dos compartimentos. La membrana del retículo constituye típicamente la mitad de la membrana total de una célula animal promedio (3).

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UNIDAD 5. RETCULO ENDOPLASMTICO

El Retculo Endoplasmtico (RE) es una organela dinmica esencial para la vida celular (1). Es un compartimento que comprende una red de tbulos y sacos (cisternas) rodeados de membrana que se extiende desde la membrana nuclear a travs del citoplasma (Figura 5.1) (2). Estos tbulos y sacos estn interconectados, as que la membrana del RE forma una lmina continua que encierra un nico espacio intermembrana llamado lumen (3).

La membrana del RE separa el lumen del citosol y media la transferencia selectiva de molculas entre estos dos compartimentos. La membrana del retculo constituye tpicamente la mitad de la membrana total de una clula animal promedio (3).

Figura 5.1 Esquema de una clula donde se muestra el Retculo endoplsmico

El RE es una organela clave en la denominada ruta de secrecin de protenas (Figura 5.2). Algunas de las protenas recin sintetizadas entran a esta ruta ingresando al RE desde el citosol. Posteriormente se transportan por medio de vesculas desde el RE hacia el aparato de Golgi y desde all hacia el exterior celular (3).

Figura 5.2 Ruta de secretora

La membrana del RE es el sitio de produccin de las protenas transmembrana y lpidos para la mayora de las organelas celulares. Adems, casi todas las protenas que sern secretadas al exterior celular o destinadas al lumen del RE, aparato de Golgi o lisosomas son inicialmente situadas en el lumen del RE (3).

RETCULO ENDOPLASMTICO LISO

Estructura

Se caracteriza porque no posee ribosomas adheridos a su superficie. En la mayora de las clulas estas regiones son escasas y frecuentemente son parcialmente lisas y parcialmente rugosas (3).

Funciones

El Retculo Endoplasmtico liso es el principal sitio en el cual se sintetizan lpidos en las clulas eucariotas. Las membranas de los eucariotas se componen de tres tipos principales de lpidos: los fosfolpidos, los glicolpidos y el colesterol (2).

El RE liso tambin contiene enzimas que catalizan una serie de reacciones para detoxificar drogas liposolubles y varios compuestos dainos producidos por el metabolismo (3).

En ciertas clulas especializadas el RE liso es abundante y tiene funciones adicionales. En particular, es usualmente prominente en clulas que se especializan en el metabolismo lipdico (3).

Sntesis de derivados lipdicos

Sntesis de hormonas esteroideas: el primer paso se realiza en el interior de las mitocondrias y consiste en la rotura de las cadenas laterales de colesterol para producir pregnenolona. Los siguientes pasos se realizan gracias a enzimas del RE liso y conducen a la formacin de testosterona, estrona, estradiol, corticosterona y desoxicortisol. Estas dos ltimas pueden penetrar en la mitocondria para transformarse en aldosterona y cortisol respectivamente (4).

Sntesis de quilomicrones intestinales: la lipasa pancretica degrada la grasa de la luz intestinal hasta glicerol, cidos grasos y monoglicridos. As la absorben los enterocitos, mediante protenas de transporte de cidos grasos (FATP) presentes en la membrana plasmtica. Dentro de las clulas los cidos grasos quedan unidos a las protenas de unin de cidos grasos (FABP), que forman una bolsa en la que se introducen los cidos grasos, que interaccionan de forma no covalente con la protena.

Los enterocitos transforman los cidos grasos y el glicerol en triglicridos, que son exportados unidos a protenas en forma de quilomicrones. En su sntesis participan tanto el RE rugoso como le RE liso, formando membranas que van a parar al Aparato de Golgi (AG), desde donde las lipoprotenas son segregadas como vesculas con un contenido denso, al espacio extracelular lateral de los enterocitos. Desde all penetran en los extremos ciegos de los vasos linfticos, que los conducen a la sangre.

Sntesis de lipoprotenas en el hgado: en la sangre, los quilomicrones segregados por los enterocitos son convertidos por las lipasas de lipoprotenas de los vasos sanguneos en cidos grasos y glicerol (unidos a transportadores extracelulares de lpidos como la albmina) y remanentes de quilomicrones (enriquecidos en colesterol), que alcanzan los sinusoides hepticos. Los cidos grasos y el glicerol son transportados al citosol del hepatocito mediante las protenas FATP presentes en la membrana plasmtica. Dentro de las clulas los cidos grasos quedan unidos a las protenas FABP. Los remanentes de quilomicrones son endocitados y degradados por los hepatocitos. En los hepatocitos se sintetizan lipoprotenas hepticas, principalmente las de muy baja densidad (VLDL), que contienen triglicridos y colesterol. En este proceso intervienen tanto el RE liso como el rugoso y el AG, donde se renen ambos componentes para emigrar en vesculas que se vierten por exocitosis del lado de un sinusoide, terminando en sangre (4).

Sntesis de cidos biliares: son derivados del colesterol y se sintetizan a partir de ste en el RE liso de los hepatocitos. Los cidos biliares se difunden por el citoplasma, ligados a protenas de unin de lpidos tipo FABP hasta la membrana plasmtica (no se desplazan dentro de vesculas), donde hay transportadores de membrana del tipo ABC que los vierten a los canalculos biliares (no al espacio sinusoidal) (4).

Destoxificacin

Un ejemplo de clulas con abundante RE liso son los hepatocitos, donde el RE liso es extenso y consiste de una red de tbulos interconectados (1). Las enzimas en el RE liso del hgado modifican o detoxifican qumicos hidrofbicos tales como pesticidas y carcingenos por medio de una conversin qumica que los hace ms solubles al agua y pueden ser secretados del cuerpo. Altas dosis de esos compuestos resultan en una gran proliferacin del RE liso de las clulas de hgado (5).

Regulacin del nivel de calcio

Otra funcin del RE liso en la mayora de clulas eucariotas es el secuestro de iones calcio (Ca2+) del citosol. La liberacin de calcio desde el retculo al citosol y su posterior retencin, est involucrada en muchas respuestas rpidas a seales extracelulares (3, 6).

RETCULO ENDOPLASMTICO RUGOSO

Estructura

El RE rugoso se denomina de esta manera debido a que poseen ribosomas unidos a su membrana. Estos ribosomas estn encargados de sintetizar ciertas protenas de membrana y de las organelas, y virtualmente todas las protenas que van a ser secretadas de la clula (5). Muchas clulas sintetizan tambin protenas para la exportacin, como son los componentes estructurales extracelulares de los tejidos.

Funciones

Sntesis de protenas

La sntesis proteica es una actividad esencial y continua de todas las clulas (7). Las principales organelas que intervienen en la sntesis proteica son el ncleo y los ribosomas. La sntesis de protenas consta de dos pasos (8):

Transcripcin: se sintetiza una molcula de ARN complementaria a la cadena de ADN transcrita o patrn. Las molculas de ARN mensajero (ARNm) contienen informacin que especifican las secuencias de aminocidos de las cadenas polipeptdicas.

Traduccin: una vez que el ARNm atraviesa el ncleo hacia citoplasma, se une a los ribosomas los cuales traducen el ARNm a una secuencia especfica de aminocidos.

Los ribosomas que fabrican protenas destinadas a algunas organelas como los lisosomas, la membrana plasmtica o las que van a ser secretadas, se unen al retculo endoplasmtico rugoso. La cadena polipeptdica naciente atraviesa la membrana del retculo con ayuda de protenas de membrana especficas y entran a la luz del retculo endoplasmtico a medida que se produce la traduccin (9).

En clulas de mamfero, la importacin de protenas al RE comienza antes de que la cadena polipeptdica est completamente sintetizada; un proceso denominado co-traduccional. As, en contraste a la importacin de protenas post-traduccional dentro de las mitocondrias y los cloroplastos, las protenas no son liberadas al citosol y por lo tanto no sufren plegamiento antes de alcanzar el translocador del RE (3).

Existen, por lo tanto 2 poblaciones separadas de ribosomas en el citosol:

Ribosomas unidos a membrana: adheridos al lado citoslico de la membrana del RE. Estn involucrados en la sntesis de protenas que estn siendo translocadas al RE, el destino de estas protenas puede ser la membrana plasmtica, vesculas secretoras, el RE, el aparato de Golgi o lisosomas (3).

Ribosomas libres: no estn unidos a ninguna membrana. Sintetizan otras protenas codificadas por el genoma nuclear que tendrn destinos como el ncleo, las mitocondrias, los cloroplastos o los peroxisomas (Figura 5.3) (3).

No obstante es importante sealar que un ribosoma puede sintetizar una protena adherido al RE y en otro momento sintetizar una protena libre en el citosol.

Figura 5.3 Posible destino de las protenas sintetizadas en ribosomas unidos a membrana y ribosomas libres.

La sntesis de todas las protenas comienza en el citosol, sin embargo, las protenas que deben seguir su sntesis en el RE rugoso tienen una seal molecular en forma de una secuencia peptdica sintetizada al inicio del extremo amino terminal. Cuando existe esta secuencia peptdica llamada pptido seal se interrumpe la sntesis proteica en el citosol gracias a su reconocimiento por una SRP (Partcula de Reconocimiento de la Seal RE) y no prosigue sino hasta que el ribosoma encuentra el RE rugoso y se organiza el translocn en la membrana; el cual permite que la cadena peptdica naciente pase del citosol al lumen del RE. Este translocn es un complejo proteico dinmico que forma un poro acuoso que atraviesa la membrana del RE rugoso facilitando el paso de protenas a travs de dicha membrana (10).

Por el contrario, si la protena carece del pptido seal, el ribosoma permanece libre, la sntesis proteica contina en el citosol y el producto es descargado all (3).

Todos los eucariotas contienen RE rugoso debido a que este es necesitado para la sntesis de protenas de la membrana plasmtica y protenas de la matriz extracelular. El RE rugoso es particularmente abundante en las clulas que se especializan en producir protenas secretadas. Por ejemplo, las clulas acinares pancreticas sintetizan enzimas digestivas, las cuales posteriormente son transportadas al intestino. En este tipo de clulas, una gran parte del citosol est ocupado por el RE rugoso (5). Otras clulas que tienen mucha demanda en cuanto a sntesis de protenas y por lo tanto tienen un RE de gran extensin, son las clulas plasmticas y las clulas del hgado (11).

El plegamiento de las cadenas polipeptdicas en sus conformaciones tridimensionales correctas, el ensamblaje de los polipptidos en protenas constituidas por varias subunidades y las modificaciones covalentes implicadas en el procesamiento de protenas, puede ocurrir durante la translocacin a travs de la membrana del RE o en el lumen. Uno de estos procesos es el rompimiento proteoltico de la secuencia seal a medida que la cadena polipeptdica se transloca (2).

Las protenas se translocan a travs de la membrana a modo de cadenas polipeptdicas sin plegarse mientras prosigue su traduccin. Por lo tanto, estos pptidos se pliegan en su conformacin tridimensional en el RE, asistidos por unas protenas especiales denominadas chaperonas que facilitan el plegamiento de los polipptidos (Figura 5.4) (2). nicamente las protenas que estn correctamente plegadas son capaces de alcanzar su destino (12).

Figura 5.4 Plegamiento de las protenas en el RE

El RE es tambin el sitio donde tiene lugar el ensamblaje de protenas de varias subunidades, la formacin de los puentes disulfuro, las primeras etapas de la glicosilacin y la adicin de anclajes de glicolpidos a algunas protenas de la membrana plasmtica (2).

Uno de los fenmenos ms conocidos de modificacin post-traduccional es la formacin de puentes disulfuro, los cuales permiten a la cadena polipeptdica replegarse y adquirir su estructura terciaria (10). Estos puentes se forman entre las cadenas laterales de los residuos cistena. Estos enlaces no se forman en el citosol, que se caracteriza por ser un ambiente reductor que mantiene los residuos de cistena en su estado reducido (-SH) (2). El lumen del RE, sin embargo, tiene un ambiente altamente oxidante que facilita la formacin de puentes disulfuro (S-S) (13).

Adicionalmente, muchas de las protenas sintetizadas en el RE rugoso sufren un proceso de glicosilacin que es de vital importancia para su plegamiento (10, 14). En este proceso, se aaden unidades de oligosacridos a los aminocidos asparagina de las cadenas polipeptdicas en crecimiento, mientras estn siendo translocadas al RE (2). La glicosilacin tiene varias implicaciones importantes: la naturaleza hidroflica de los carbohidratos aumenta la solubilidad de las glicoprotenas y estabiliza su conformacin (15, 16).

Eficacia de la sntesis de protenas

La sntesis de protenas requiere un control que asegure una funcin adecuada de estas en su destino final (10). Mientras las protenas que son adecuadamente plegadas y ensambladas salen del RE y progresan a travs de la ruta secretora; las protenas plegadas incorrectamente son retenidas en el RE para que se plieguen correctamente o son marcadas para sufrir un proceso de degradacin (15, 16).

En ocasiones, los procesos de modificacin y plegamiento de las protenas en el RE presentan errores que llevan a una incorrecta estructura final produciendo protenas inactivas aberrantes (10). En el caso especfico de protenas no plegadas, se ha encontrado que estas exponen sus aminocidos hidrofbicos y tienden a formar agregados proteicos txicos que perturban la homeostasis en el RE y crean una condicin de estrs (6).

Se ha estimado que alrededor del 30% de las protenas nacientes no se pliegan o son mal plegadas, por lo que deben ser degradadas (12). Un sistema de control de la eficacia de la sntesis en el RE detecta las protenas mal plegadas o con errores en la glicosilacin y las dirige hacia sistemas de eliminacin presentes en el citosol (10).

Estas protenas aberrantes del RE sufren un proceso de eliminacin dependiente del sistema citoslico ubiquitina-proteasoma por lo que deben translocarse a travs de la membrana de esta organela hacia el citosol. Una vez en este sitio, las protenas son marcadas por medio de la ubiquitinacin para su posterior degradacin (10).

Las ubiquitinas son protenas pequeas altamente conservadas que son aadidas a las protenas que deben ser eliminadas por protelisis en el proteasoma. En general es requerida una cadena que contenga por lo menos cuatro ubiquitinas para la activacin de la degradacin. El proteasoma es un complejo proteoltico en forma de cilindro, donde son dirigidas las protenas aberrantes poliubiquitinadas; una vez la protena entra, la cadena de poliubiquitinas es hidrolizada, la protena es degradada y los pequeos pptidos resultantes salen por el otro extremo del proteasoma (10).

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UNIDAD 6. EL APARATO DE GOLGI

El aparato de Golgi (AG) es el principal sitio de sntesis de carbohidratos; es considerada una estacin de clasificacin y envo de productos proteicos a diferentes lugares celulares. La mayora de protenas sintetizadas en el retculo endoplasmtico (RE) pueden ser incorporadas en vesculas de transporte para ser enviadas al AG (1).

Muchos de los polisacridos de las clulas son hechos en el aparato de Golgi, incluyendo la pectina y la hemicelulosa de la pared celular de las plantas y la mayora de los glucosaminoglicanos de la matriz extracelular en animales. Muchos de los oligosacridos sintetizados en el AG se unen a protenas y lpidos que son enviados desde el RE (2). Algunos de estos oligosacridos sirven como etiquetas para dirigir protenas especficas a vesculas que luego las transportarn a diferentes destinos como lisosomas, membrana plasmtica o secrecin (3, 4).

ESTRUCTURA

Morfolgicamente el AG est compuesto de sacos aplanados rodeados de membranas (cisternas) y asociados a vesculas (4). Cada cisterna se caracteriza por poseer una regin central (lumen) y por tener adems espacios entre las cisternas (5). Adicionalmente, cada cisterna cuenta con un set de enzimas importantes para la funcin del AG (6).

El AG tiene una caracterstica sorprendente: su polaridad en cuanto a estructura y funcin. Las protenas provenientes del RE entran por la cara cis, la cual es convexa y usualmente orientada hacia el ncleo; son transportadas a travs de Golgi por la regin medial y salen desde la cara trans que es cncava (Figura 6.1) (4, 6).

Figura 6.1 Aparto de Golgi

Tanto la cara cis como la trans estn asociadas con compartimentos especiales, cada uno compuesto de una red de estructuras tubulares y cisternales: la red cis Golgi y la red trans Golgi, respectivamente. Ambas redes son importantes para la clasificacin de las protenas; las protenas entran a la red cis y se pueden mover a travs del AG o regresar al RE (Figura 6.2). Similarmente, las protenas que salen de la red trans pueden ser clasificadas de acuerdo a si son destinadas a lisosomas, vesculas secretoras o a la superficie celular; o pueden ser devueltas al compartimento anterior (2).

Figura 6.2 Movimiento de las protenas a travs del RE y del AG

La asimetra de las caras del AG se refleja en la morfologa de las membranas de las cuales se forma. La cara cis est hecha de membranas de 5.5 nm de grueso como las del RE; mientras que las de la cara trans tienen 10 nm (5).

Una de las caractersticas del AG es su posicin adyacente al ncleo, lo cual es debido a la accin de los microtbulos (7). Esta organela es especialmente prominente en las clulas que son especializadas en la secrecin, tal como las clulas del epitelio intestinal, las cuales secretan grandes cantidades de sustancias mucosas ricas en polisacridos. En tales clulas, se encuentran grandes vesculas en la cara trans del AG, la cual est orientada hacia la membrana plasmtica donde ocurre la secrecin (2).

FUNCIONES

Glicosilacin de protenas

A medida que las protenas se mueven a travs del AG, los oligosacridos que ya estn unidos pueden ser modificados y oligosacridos adicionales pueden ser adheridos. Esta glicosilacin desempea un rol importante ya que est involucrada en la decisin de clasificacin en la red trans-Golgi, para el envo de las protenas a su destino final (5).

La modificacin de las protenas ocurre en una secuencia organizada, con cada cisterna conteniendo varias enzimas involucradas. Las diferencias funcionales entre las regiones cis, medial y trans del Golgi yacen en las diferentes enzimas relacionadas con el proceso de glicosilacin (2).

Las protenas son modificadas en el RE por la adicin de un oligosacrido que tiene 14 residuos de azcar; de estos, 3 residuos de glucosa y uno de manosa son removidos mientras los polipptidos todava se encuentran en el RE. Dentro del AG los oligosacridos N-ligados de estas glicoprotenas estn sujetos a modificaciones adicionales (4).

Diferentes glicoprotenas son modificadas en distinto grado durante su paso a travs de Golgi dependiendo tanto de la estructura de la protena como de la cantidad de enzimas involucradas en el procesamiento que estn presentes en el complejo de Golgi de diferentes tipos de clulas. Consecuentemente, las protenas pueden emerger del AG con una variedad de oligosacridos N-ligados (4).

Cul es el propsito de la glicosilacin?

Mientras los cidos nuclicos y las protenas son copiadas a partir de un molde en una serie repetida de pasos idnticos usando la misma enzima o set de enzimas, los carbohidratos complejos requieren diferentes enzimas en cada paso.

La glicosilacin N-ligada es prevalente en todos los eucariotas pero ausente en los procariotas. Debido a que uno o ms oligasacridos N-ligados estn presentes en la mayora de las protenas transportadas a travs del RE y el AG, se sospecha que ellos funcionan ayudando en el plegamiento y el proceso de transporte (2).

Debido a que las cadenas de azcares tienen flexibilidad limitada, incluso un pequeo oligosacrido que sobresale de la superficie de la glicoprotena puede limitar la aproximacin de otras macromolculas a la superficie de la protena. De esta manera, la presencia de oligosacridos tiende a hacer las protenas ms resistentes a la digestin por proteasas. Adicionalmente, algunos oligosacridos adheridos a protenas de superficie celular son reconocidos por las selectinas, unas protenas que estn involucradas en el proceso de adhesin clula a clula (2).

Clasificacin de las protenas

La red trans-Golgi es la principal estacin de clasificacin del trfico intracelular de protenas y de lpidos (8). Aunque hay algn procesamiento final de las protenas en la red trans-Golgi, la mayora que llegan a este punto han recibido todas las modificaciones necesarias para hacerlas completamente funcionales y especificar su destino final. Adems, la red trans-Golgi es el lugar donde las protenas son clasificadas en varias vesculas apropiadas y enviadas a una de las siguientes rutas principales: secrecin, membrana plasmtica, lisosomas y recuperacin de protenas residentes en el RE o en el AG (5, 9). En los dos primeros casos; las vesculas son dirigidas hacia la membrana plasmtica y cuando entra en contacto con ella, se fusiona. En el punto de fusin la membrana se rompe y el contenido de la vescula sale al espacio extracelular. Este proceso se denomina exocitosis e implica que la membrana de la vescula se incorpore tambin en la membrana plasmtica; consecuentemente las protenas integrales y los lpidos de la vescula llegan a pertenecer a la membrana plasmtica. Esta es la principal manera en que las protenas integrales fabricadas en el retculo endoplasmtico son aadidas a la membrana plasmtica (5).

Existen dos tipos de secrecin:

1. Secrecin constitutiva: esta ruta siempre est encendida, es decir, las vesculas que contienen protenas de secrecin continuamente realizan exocitosis.

1. Secrecin regulada: la vescula que contiene protenas de secrecin se acumula en el citoplasma hasta que reciben una seal especfica, usualmente un incremento en la concentracin de iones calcio en torno al citosol, y es entonces cuando se lleva a cabo la exocitosis de forma rpida (Figura 6.3).

Figura 6.3 Trasporte de protenas desde el AG

La ruta mejor caracterizada de clasificacin de protenas en el AG es el transporte selectivo de protenas a los lisosomas. En levaduras y clulas vegetales, con carencia de lisosomas, las protenas son transportadas del AG a un destino adicional: la vacuola, la cual asume las funciones del lisosoma y adems ejecutan otro tipo de tareas, tal como almacenamiento de nutrientes.

La adicin de grupos fosfato a la posicin 6 de residuos de manosa es la seal que dirige las protenas lisosmicas, en contraste las protenas que van dirigidas a vacuolas son marcadas por una secuencia peptdica corta en lugar de carbohidratos (4).

Las protenas residentes en el RE y en el AG tienen secuencias cortas de aminocidos que sirven de seal de retencin o recuperacin de estas protenas desde compartimentos posteriores.

Metabolismo de los lpidos y los polisacridos

En adicin a las actividades relacionadas con el procesamiento y clasificacin de las glicoprotenas, el AG participa en el metabolismo lipdico, en particular en la sntesis de glicolpidos y esfingomielina. Los glicerol-fosfolpidos, el colesterol y la ceramida son sintetizados en el RE; por su parte, la esfingomielina y los glicolpidos son sintetizados a partir de la ceramida en el AG (4).

Los lpidos unidos a protenas (lipoprotenas), como los quilomicrones producidos en los enterocitos y las lipoprotenas hepticas, pasan por el AG, desde all emigran en vesculas que se vierten por exocitosis al exterior. Lo que se ignora es si, en estos casos, el AG sirve nicamente de embalaje para el transporte o si desempea algn papel bioqumico importante en la liberacin de estas sustancias (10).

En las plantas, el AG tiene una tarea adicional de servir como el sitio de sntesis de polisacridos complejos de la pared celular. La hemicelulosa y la pectina, componentes importantes de la pared celular, son molculas sintetizadas en el AG que luego son transportadas en vesculas a la superficie de la clula. La sntesis de estos polisacridos de las plantas es una tarea importante de esta organela: Aproximadamente el 80% de la actividad metablica del AG en las clulas vegetales puede ser dedicada a la sntesis de polisacridos (4).

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UNIDAD 7. LISOSOMAS

Son organelas que funcionan como el sistema digestivo de las clulas, sirviendo tanto para degradar material proveniente del exterior de la clula, como componentes obsoletos de la misma clula (1).

ESTRUCTURA

Los lisosomas son compartimentos encerrados por una nica membrana, estos contienen enzimas hidrolticas que se utilizan para la digestin intracelular controlada de macromolculas: protenas, cidos nucleicos, carbohidratos y lpidos (2, 1). El transporte de protenas a travs de esta membrana permite que los productos finales de la digestin de las macromolculas, tales como aminocidos, azcares y nucletidos, sean transportados hacia el citosol desde donde pueden ser excretados o reutilizados por la clula (2, 3). Este transporte hacia fuera del lisosoma se realiza mediante difusin pasiva y transportadores especficos (3, 4, 5).

Esta organela fue descubierta a mediados de los aos 50 por Christian de Duve quin la reconoci bioqumicamente en hgados de rata como una estructura vacuolar que contiene varias enzimas hidrolticas que funcionan ptimamente a un pH cido (6, 7). Actualmente se reconoce un sistema lisosomal/vacuolar en el que se incluyen estructuras carentes de hidrolasas como los endosomas tempranos (8). En su forma ms simple los lisosomas son visualizados como vacuolas esfricas densas, pero pueden mostrar una variacin considerable en tamao y forma como un resultado de las diferencias en los materiales tomados para la digestin (1). Esto contrasta con las estructuras relativamente uniformes de la mayora de las organelas (2). De esta manera, los lisosomas representan morfolgicamente diversas organelas definidas por la funcin comn de degradar material celular (1).

Los lisosomas estn presentes en muchas clulas eucariotas y contienen alrededor de 50 tipos de enzimas hidrolticas incluyendo proteasas, nucleasas, glicosidasas, lipasas, fosfolipasas, fosfatasas y sulfatasas (1, 2).

Para su actividad ptima las enzimas requieren un ambiente cido y el lisosoma lo provee por medio de una bomba de protones que mantiene un pH interior de alrededor de 5.0 (Figura 7.1). La membrana del lisosoma mantiene las enzimas digestivas fuera del citosol; adicionalmente el citosol de la clula posee un pH neutro aproximadamente de 7.2, por lo cual es un ambiente protector contra las enzimas del lisosoma; estos dos fenmenos evitan que el resto de la clula sea atacado por el sistema digestivo propio (2).

Figura 7.1 Organizacin del lisosoma

La bomba de protones ubicada en la membrana lisosomal utiliza la energa proveniente de la hidrlisis del ATP para bombear iones H+ al interior del lisosoma, manteniendo de esta manera el lumen con un pH cido. La mayora de protenas de la membrana lisosomal estn inusualmente altamente glicosiladas, lo cual les ayuda a protegerlas de las proteasas lisosomales del lumen (2).

Mutaciones en los genes que codifican las enzimas del lisosoma son responsables de alrededor de 50 enfermedades genticas diferentes causadas por la acumulacin de material no degradado dentro de los lisosomas, debido a que se afectan enzimas involucradas directa o indirectamente en la degradacin de varios compuestos (1, 9). La disfuncin lisosomal resultante conduce a una patologa celular y luego cambios en la estructura y funcin de tejidos y rganos. En muchos casos, estas enfermedades son fatales con un promedio de vida corto (a veces tan poco como algunos meses) (9).

ENDOCITOSIS Y FORMACIN DE LOS LISOSOMAS

Una de las principales funciones de los lisosomas es la digestin de material tomado desde el exterior celular por medio de endocitosis. Particularmente los lisosomas son formados por la fusin de vesculas de transporte originadas desde la red trans-Golgi con endosomas formados por molculas tomadas por endocitosis en la membrana plasmtica. Es as como la formacin de los lisosomas representa una interseccin entre la va secretora en la cual las protenas lisosomales son procesadas, y la va endoctica en la que molculas extracelulares son tomadas de la superficie celular (Figura 7.2).

El material proveniente desde el exterior es tomado en vesculas endocticas que surgen de la membrana plasmtica y luego se fusionan con endosomas tempranos. Los componentes de la membrana plasmtica son luego reciclados y los endosomas tempranos gradualmente maduran a endosomas tardos (1). En momento su interior es medianamente cido (pH ~ 6) y es aqu donde el material endocitado comienza su digestin. Los lisosomas maduros se forman a partir de los endosomas tardos, acompaados por una disminucin adicional en el pH interno. Se cree que los lisosomas se producen por un proceso gradual de maduracin, durante el cual las protenas de la membrana endosomal son selectivamente recuperadas del lisosoma en desarrollo por vesculas de transporte que las regresan a los endosomas o a la red trans-Golgi (2).

Figura 7.2 Endocitosis y formacin de los lisosomas

En la endocitosis mediada por receptores, molculas especficas se combinan con protenas receptoras incluidas en la membrana plasmtica. Los receptores se concentran en depresiones recubiertas por una capa de la protena denominada clatrina, una vez que una molcula se une de manera especfica a un receptor (ligando), la depresin forma una vescula por endocitosis (10).

Las clulas animales captan el colesterol sanguneo mediante endocitosis mediada por receptor, el colesterol se transporta por la sangre unido a protenas formando las lipoprotenas de baja densidad (LDL). Las molculas de colesterol quedan rodeadas por una monocapa lipdica que contiene una nica molcula proteica, uno de cuyos extremos sobresale de la esfera para unirse a los receptores de la membrana plasmtica, los individuos con carencia congnita de estos receptores presentan hipercolesterolemia, que produce aterosclerosis prematura, lo que aumenta el riesgo de ataque cardiaco (11).

Luego de que la vescula entra al citoplasma, el recubrimiento de clatrina se disocia de ella y deja libre en el citoplasma una vescula descubierta, llamada endosoma, que forma dos vesculas, una con los receptores y otra con la partcula de LDL. Los receptores regresan a la membrana plasmtica, donde se les recicla, y la vescula restante se fusiona con un lisosoma, de modo que su contenido se digiere y se libera en el citosol (10).

TRANSPORTE DE HIDROLASAS A LOS LISOSOMAS

Tanto las hidrolasas como las protenas de membrana de los lisosomas son sintetizadas en el RE rugoso y transportadas a travs del AG a la red trans-Golgi (2). Protenas receptoras ubicadas en este sitio reconocen grupos manosa 6-fosfato que son marcadores que dirige las hidrolasas cidas a los lisosomas, por lo que las protenas son empaquetadas en vesculas que se transportan y se fusionan con los endosomas tardos. Las hidrolasas son as liberadas en el lumen del endosoma, mientras que las protenas receptoras son eventualmente recicladas al Golgi. Los endosomas tardos luego maduran a lisosomas a medida que adquieren un complemento completo de hidrolasas cidas, las cuales digieren las molculas originalmente tomadas por endocitosis (1).

FAGOCITOSIS Y AUTOFAGIA

Los lisosomas digieren material derivado de otras diferentes rutas, dos de ellas son fagocitosis y autofagia (Figura 7.3). En la fagocitosis, clulas especializadas, tales como macrfagos y neutrfilos, toman y degradan partculas grandes incluyendo bacterias, desechos celulares y clulas viejas que deben ser eliminadas del cuerpo. Estas partculas son tomadas en vacuolas fagocticas (fagosomas) que luego se fusionan con lisosomas llevndose a cabo la digestin de sus contenidos.

Figura 7.3 Rutas de degradacin en lisosomas

Los lisosomas tambin son responsables de la autofagia, un proceso en el que se eliminan las partes obsoletas de la clula (1, 2). Las protenas de vida corta son conjugadas con ubiquintina y degradadas por el proteosoma; sin embargo, ms del 90% de las protenas celulares son de larga vida (12, 13). Estas protenas, otras macromolculas, membranas biolgicas, retculo endoplasmtico, ribosomas y otras organelas como mitocondrias, y peroxisomas son degradadas por autofagia (14). De esta manera, tanto el lisosoma como el proteosoma trabajan en conjunto en el desdoblamiento de las protenas incorrectamente plegadas ilustrando la interdependencia de las funciones de diferentes compartimentos subcelulares (15).

El primer paso de la autofagia parece ser el secuestro de una organela o parte celular en una membrana derivada del RE. La vescula resultante (autofagosoma) se fusiona luego con un lisosoma, y sus contenidos son digeridos (1). Este proceso es altamente regulado y los componentes celulares seleccionados pueden de alguna manera ser marcados para su destruccin lisosomal (2).

ALGUNOS LISOSOMAS PUEDEN PRODUCIR EXOCITOSIS

El direccionamiento de material a los lisosomas no es necesariamente el final de la ruta. La secrecin lisosomal del contenido no digerido posibilita a las clulas eliminar los desechos no digeribles. Para la mayora de las clulas, esto parece ser una ruta de poca importancia, utilizada slo para las clulas que estn bajo estrs. Algunos tipos de clulas, sin embargo, contienen lisosomas especializados que han adquirido la maquinaria necesaria para la fusin con la membrana plasmtica. Los melanocitos en la piel, por ejemplo, producen y almacenan pigmentos en sus lisosomas que son liberados al espacio extracelular por exocitosis. El pigmento es tomado luego por los queratinocitos, conduciendo la pigmentacin normal de la piel (2).

BIBLIOGRAFIA

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