Lisosomas y endocitosis: características, ciclo biológico y enfermedades

Lisosomas

Lisosomas Endocitosis Fundamentos de Biología Curso 2018-2019 Dr. Jorge Juan Prieto Cueto ... Departamento de Histología y Anatomía Universidad Miguel HernándezLisosomas

• Concepto.
• Características generales.
• Ciclo biológico.
• Funciones.
• Enfermedades relacionadas.

Concepto de lisosomas

· Organoides citoplásmicos del sistema de endomembranas, que contienen hidrolasas ácidas implicadas en el proceso de digestión celular. · Son puntos de encuentro donde convergen diferentes corrientes de tráfico intracelular:

• Digestión celular: separación del material aprovechable ingerido por la célula eliminando el material no adecuado para las funciones celulares.
• Metabolismo: empleo posterior de los materiales útiles con fines biosintéticos o degradativos.

Características generales de los lisosomas

· Situados dispersos en el citoplasma. · Nº variable: hasta 1000 en un macrofago. · No existen en hematíes. · Muy abundantes en células especializadas en funciones líticas (macrófagos, neutrófilos). · Forma esferoidea y gran polimorfismo.

Ciclo Biológico de los Lisosomas

Lisosomas primarios Lisosomas secundarios Telolisosomas Cuerpos residuales Ly2 M Ly2 Ly1 MB M Ly2 Ly1

Lisosomas primarios

· Contienen más de 50 enzimas distintos, todos hidrolasas ácidas que actúan a pH ácido. · El PH ácido se mantiene por una bomba de hidrógeno en la membrana. · La hemimembrana interna está glicosilada (protección frente al PH ácido y proteasas). · Se conoce poco la organización interna de los enzimas y su funcionamiento. · Membrana contiene más colesterol y esfingomielina que la del Golgi. 0,05-0,5 um HIDROLASAS ACIDAS nucleasas proteasas glucosidasas lipasas fosfatasas sulfatasas fosfolipasas PH~5 PH~7.2 H+ CITOSOL ATP ADP ++ P

Lista de enzimas lisosómicos

Enzyme Substrate Phosphatases Acid phosphatase Acid phosphodiesterase Phosphomonoesters Phosphodiesters Nucleases Acid ribonuclease RNA Acid deoxyribonuclease DNA Proteases Cathepsin Collagenase Proteins Collagen GAG-hydrolyzing enzymes Iduronate sulfatase B-Galactosidase Heparan N-sulfatase a-N-Acetylglucosaminidase Dermatan sulfate Keratan sulfate Heparan sulfate Heparan sulfate Enzyme Substrate Polysaccharidases and oligosaccharidases a-Glucosidase Fucosidase «-Mannosidase Sialidase Glycogen Fucosyloligosaccharides Mannosyloligosaccharides Sialyl oligosaccharides Sphingolipid hydrolyzing enzymes Ceramidase Glucocerebrosidase Ceramide B-Hexosaminidase Glucosylceramide GM2 ganglioside Arylsulfatase A Galactosylsulfatide Lipid hydrolyzing enzymes Acid lipase Phospholipase Triacylglycerols Phospholipids

Génesis de los lisosomas primarios

- Las hidrolasas, fabricadas en RE, se marcan con manosa 6-fosfato y maduran en el Golgi. mannose 6-phosphate (M6P) P-O-CH2 O OH HO HO 0 N-linked oligosaccharide lysosomal hydrolase mezcla de proteínas clasificación DESVÍO MEDIADO POR UNA SEÑAL HACIA LOS LISOSOMAS receptor de manosa 6-fosfato . SECRECIÓN CONSTITUTIVA flujo hacia la superficie celular membrana plasmática red del cis Golgi cis medial red del trans Golgi trans ER complejo de Golgi DESVÍO MEDIADO POR UNA SEÑAL HACIA VESÍCULAS DE SECRECIÓN (PARA LA SECRECIÓN REGULADA)Los lisosomas se forman en zona trans del Golgi como vesículas revestidas de clatrina precursor de una hidrolasa lisosomal TRANSPORTE DEPENDIENTE DE RECEPTOR ATP ADP + P desde el ER UNIÓN AL RECEPTOR M6P H+ ADICIÓN DE FOSFATO O manosa 6- fosfato (M6P) ELIMINACIÓN DEL FOSFATO cubierta de clatrina vesícula de transporte DISOCIACION A PH ÁCIDO hidrolasa lisosomal madura RECICLAJE DEL RECEPTOR receptor M6P en las vesículas recubiertas de clatrina que emergen por gemación red del cis Golgi red del trans Golgi Complejo de Golgi Lisosoma

Lisosomas especiales

• Acrosoma del espermatozoide.
• Melanocitos. Acrosoma Enzimas lisosómicas

Lisosomas secundarios

· Aparecen como resultado de la interacción entre el lisosoma primario y el sustrato, independientemente del origen de este (externo o interno). · Mayor tamaño que los lisosomas primarios, de contorno irregular y contenido más denso. LS

Génesis de lisosomas secundarios

· Cuatro mecanismos básicos: 1- Penetración de moléculas aisladas en LP. 2- Fusión de LP con materiales captados por ENDOCITOSIS (endosomas). 3- Degradación de áreas celulares por los lisosomas (autofagia). 4- Eliminación total de la célula (autolisis). FLLisosoma secundario lysosome 0.3 pm

Autofagia

AUTOPHAGY Golgi y RE Lysosome Mitochondrion Autofagosoma Autofagia · Sirve para el recambio de organoides celulares envejecidos y proteínas citosólicas (marcadas con la secuencia KFERQ: Lys-Phe-Glu-Arg-Gln). · Fundamental en transformaciones celulares: epitelio alveolar del recién nacido, regresión del timo, regresión de la mama tras la lactancia, etc.Autofagosoma

Telolisosomas y Cuerpos residuales

· Morfológicamente indistinguibles. · Diferencia: el telolisosoma todavía no ha agotado su poder lítico. · Gran tamaño y contenido osmiófilo. · El cuerpo residual se elimina por exocitosis o se acumula en el citoplasma como gránulos de LIPOFUCSINA, que aumentan con la edad en algunas células (v.g. neuronas).

Funcionamiento general de los lisosomas

Fagocitosis Exocitosis 3 Corpúsculo residual 1 3 Corpúsculo residual 4 4 2 Gránulo de pigmento de lipofuscina Vacuola fagocitaria (fagosoma) Lisosoma primario 2 Vacuola autofágica (citolisosoma) Complejo de Golgi 1 Mitocondria

Funciones de los lisosomas

· Digestión celular. · Intervienen como mecanismo de defensa en: - Infecciones bacterianas y víricas. - Tóxicos. - Inflamación: artritis. - Neumoconiosis (silicosis, asbestosis). · Intervienen en el mecanismo de acción de diversos fármacos y agentes físicos: - Estabilizan la membrana de lisosomas: aspirina, corticoides, antihistamínicos. - Labilizan la membrana de lisosomas: estreptolisisna, radiaciones U.V., vitamina A.

Enfermedades relacionadas con los lisosomas

- Defecto genético en la fabricación de hidrolasas. Más de 40 descritas. Herencia recesiva. - Hay acúmulo del sustrato en las células. Cuadro 2-1. Principales enfermedades por depósito lisosómico Tipo de enfermedad Nombre de la enfermedad Deficiencia enzimática Metabolito que forman Glucogenosis Enfermedad de Pompe (tipo II) Glucosidasa lisosómica Glucógeno Esfingolipidosis Gangliosidosis GM1 Galactosidasa beta del gan- gliósido GM1 Gangliósido GM1; oligosacá- ridos que contienen galac- tosa Esfingolipidosis Gangliosidosis GM2 (enfer- medad de Tay-Sachs) Hexosaminidasa A Gangliósido GM2 Esfingolipidosis Gangliosidosis GM2 (enfer- medad de Gaucher) Glucocerebrosidasa Glucocerebrósido Esfingolipidosis Gangliosidosis GM2 (enfer- medad de Niemann-Pick) Esfingomielinasa Esfingomielina Mucopolisacaridosis MPS I H (Hurler) Alfa-L-iduronidasa Sulfatos de heparán y der- matán Mucopolisacaridosis MPS II (Hunter) Sulfatasa de L-iduronosul- fato Sulfatos de heparán y der- matán Glucoproteinosis Enzimas que degradan cade- nas laterales de polisacári- dos de glucoproteínas Varios, según sea la enzima

Enfermedad de Pompe

- Es una glucogenosis. - Se ven acúmulos de glucógeno en las imágenes de M.E. 0.5 um

Endocitosis

Concepto de endocitosis

Endocitosis: conjunto de fenómenos relacionados con la entrada citoplásmica de partículas sólidas o líquidas por invaginación de la membrana. - Sirve también para reciclar las proteínas de la membrana plasmática a los compartimentos interiores de la célula.

Tipos de endocitosis

· Pinocitosis (o endocitosis por volumen): captación de líquidos (y moléculas incluidas en ellos) extracelulares de modo inespecífico. · Endocitosis mediada por receptor (interviene clatrina; es específica). Ligandos que entran en la célula: hormonas, factores de crecimiento, enzimas, etc. · Fagocitosis: captura de partículas sólidas y su digestión. Es un proceso regulado (mediado por receptor-ligando). - Bacterias y restos celulares. Dos hematíes fagocitados por un macrófago

Pinocitosis

· Todas las células ingieren continuamente zonas de su membrana en forma de PEQUEÑAS vesículas con líquido pericelular. · Velocidad variable, pero elevada. · Para compensar esta "pérdida" de membrana, se va añadiendo por exocitosis ciclo endocítico-exocítico. 02 um 0.2 um

Fagocitosis

· Constituye un mecanismo de defensa y de nutrición. · Muy desarrollada en macrófagos y neutrófilos (los macrófagos fagocitan más de 1011 eritrocitos viejos al día). · Se ingieren grandes partículas (microorganismos, restos de células), vía GRANDES vesículas llamadas FAGOSOMAS. · También entran nutrientes formando vesículas más pequeñas. 0.5 um Hematie fagocitado

Endosomas

· Son una red de túbulos y vesículas que captan el material de endocitosis. · Son dos compartimentos separados: - Endosomas tempranos (en periferia célula). - Endosomas tardíos (cerca de Golgi y núcleo). · Tienen pH bajo (alrededor de 6,5). · Los endosomas tardíos se unen a los lisosomas primarios. · Diferencias entre endosomas tempranos y tardíos: - pH. - Rab. - Actividad ATPasa. membrana plasmática endosoma temprano microtúbulo TRANSPORTE MEDIADO POR MICROTÚBULOS -0- endosoma tardío 600 lisosoma red del trans Golgi

Funcionamiento general de los lisosomas y endocitosis

Lisosomas: funcionamiento general 1 3 4 5

Suministro de colesterol a las células

· Es un ejemplo de endocitosis mediada por receptor. · El colesterol se transporta en sangre unido a proteínas formando lipoproteínas: - De baja densidad (LDL): llevan colesterol desde el hígado a las células del cuerpo. - De alta densidad (HDL): camino inverso. Ester colesterilo Fosfolípido Colesterol no esterificado Apolipoproteína B-100 Membrana plasmática Receptor de LDL LDL · Clatrina Depresión de la membrana Adaptina plasmática recubierta por clatrina Molécula de colesterol Molécula de éster de colesterol isdelore Motorola Molécula proteica Molécula de fosfolipido Partícula de lipoproteína de baja densidad (LDL) Vesícula recubierta por clatrina LDL

Papel de LDL en arteriosclerosis

• Cuando la célula necesita colesterol produce proteínas receptoras de LDL para la membrana. · Se captura LDL por endocitosis mediada por receptor. • 1/500 individuos tienen mutación en receptores de LDL (hipercolesterolemia familiar) aumenta LDL en sangre riesgo de infarto por arteriosclerosis prematura. LDL clathrin LDL-binding site adaptin EXTRACELLULAR SPACE (A) LDL receptor protein CYTOSOL coated-pit- binding site clathrin-coated pit (B) plasma membrane LDL receptor protein with defective coated-pit-binding site Célula de músculo liso Macrófago Célula endotelial Lesión al endotelio Leucocito Célula espumosa que contiene LDL Formación de una placa