Lisosomas, endocitosis, fagocitosis y autofagia en biología celular

Introducción a los Lisosomas

Tema 9: Lisosomas - Endocitosis, fagocitosis y autofagia Introducción

1. Lisosomas a. Estructura b. Membrana lisosomal C. Enzimas lisosomales d. Diferentes tipos de lisosomas
2. Endocitosis, fagocitosis y autofagia a. Endocitosis b. Fagocitosis C. Autofagia

Lysosomes Nucleus Cytoplasm CEU Universidad Cardenal Herrera

El Lisosoma: Centro de Reciclaje Celular

1. El Lisosoma Christian René de Duve, 1955 Origen del griego: lysis, perdido y soma, cuerpo GOLGI BODY Se le conoce comúnmente como el centro de reciclaje de la célula porque procesa el material no deseado y lo convierte en sustancias que la célula puede reutilizar. Los lisosomas descomponen esta materia no deseada mediante enzimas hidrolíticas (autofagia). Los lisosomas suelen formarse desde la membrana del aparato de Golgi, y en algunos casos, a partir de endosomas tardíos (vesículas que transportan materiales introducidos en la célula mediante el proceso de endocitosis) Endocytosis Transport vesicle carrying acid hydrolases Golgi apparatus Early endosome Rough ER Release of hydrolases Mannose- 6-phosphate receptor Late endosome Recycling of receptor Lysosome CEU Universidad Cardenal Herrera Se diferencian de las endosomas porque no poseen receptores para la manosa 6-fosfato y por poseer un pH más ácido.

Estructura del Lisosoma

1. El lisosoma Lysosome a. Estructura v-ATPase SNAREs lon channels. transporters LAMPS Organelle fusion H+ Tethering factors pH 4.5-5.0 Organelle contacts Small GTPases Hydrolases Cholesterol transporters Enzyme activators/ protective factors Motility Motor adaptors Transport proteins Signalling complexes Sugar transporters Metabolic signalling Nucleoside transporters Transcription factors Gene regulation Amino acid transporters Plasma Membrane Lipid Bilayer Figure 1 Hydrolytic Enzyme Mixture Glycosylated Membrane Transport Proteins

• Contienen varias enzimas hidrolíticas acidas que descomponen moléculas grandes gracias a su reacción con el agua a medida que se fusionan con otras vesículas. Su actividad óptima se produce a pH cercano a 5.
• Hay muchas proteínas y canales iónicos en la membrana de los lisosomas. Pueden bombear H+ hacia el interior para mantener ambientes ácidos para las enzimas hidrolasas.

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Membrana Lisosomal y su Función

1. Los lisosomas b. Membrana lisosomal Contiene proteínas de transporte que permiten que se transloquen los productos finales de la digestión de macromoléculas (aminoácidos, azúcares, nucleótidos) para que puedan ser excretados o reutilizados. Contiene una bomba de protones H+ que utiliza la energía de hidrólisis de ATP para bombear H+ al interior del lisosoma, manteniendo así el lumen a PH ácido. Transporters v-ATPase ADP+ Pi Hydrolases ATP Lipid bilayer membrane H+ H 5 H+ PH5 pH7.2 www.rsscience.com Lysosome ADP + Pi H+ pH 7.2 -V-ATPase ATP Cytoplasm Lipid bilayer membrane Lysosome lumen H+ H+ H+ H+ H+ PH 5 CEU Universidad Cardenal Herrera La mayoría de las proteínas de la membrana lisosomal están altamente glucosiladas (tienen un número inusualmente grande de carbohidratos), lo que les ayuda a protegerse de las proteasas lisosomales del lumen.

Enzimas Lisosomales y su Actividad

1. Los lisosomas c. Enzimas lisosomales

• Los lisosomas contienen más de 60 tipos de enzimas hidrolíticas: ⁻ nucleasas - proteasas ⁻ glucosidasas ⁻ lipasas ⁻ fosfatasas ⁻ sulfatasas ⁻ fosfolipasas
• No todos los lisosomas contienen todas las enzimas, pero tienen una enzima común: fosfatasa ácida

0.2-0.5 um PH~7.2 transportador de metabolitos PH~5.0 HIDROLASAS ÁCIDAS nucleasas proteasas glucosidasas lipasas fosfatasas sulfatasas fosfolipasas H lisosoma Bomba de H+ ATP ADP + Pi Las hidrolasas o enzimas hidrolíticas catalizan reacciones de hidrólisis. Este grupo de enzimas permite romper moléculas de alto peso molecular, haciéndolas reaccionar con moléculas de agua. CEU Universidad Cardenal Herrera CITOSOL

Transporte de Hidrolasas y Proteínas Lisosomales

¿Cómo llegan las hidrolasas y proteínas lisosomales hasta los lisosomas? . Tanto las enzimas hidrolíticas como las proteínas de la membrana lisosomal son sintetizadas en el RE rugoso y son transportadas a través del complejo de Golgi. Retículo endoplasmático Aparato de Golgi 1 1 2 Manosa-6-fosfato 2) ERGIC 3 TGN Y Receptor de manosa-6 fostato 1 Reciclado 5 5 3 3 Lisosoma Endosoma tardío Cuerpo multivesicular PH Ácido Básico 5 te CEU Universidad Cardenal Herrera 4 4 3 4 HIDROLASA ÁCIDA Manosa 1

Reconocimiento y Selección de Proteínas Lisosomales

¿Cómo son reconocidas y seleccionadas las proteínas lisosomales? Ruta de las hidrolasas ácidas · Las hidrolasas se sintetizan en el RE, una vez en el Golgi, se le añade un marcador en forma de grupos de manosa- 6-fosfato (M6P) - lumen del Golgi. . En el TGN los grupos M6P son reconocidos por receptores M6P, que ayudan a incluir las proteínas lisosomales en las vesículas que llegan a los endosomas tardíos. 1 Síntesis de la enzima lisosomal y adición del azúcar RE rugoso Azúcar Enzima Red Cis Golgi P 2 Fosforilación de manosa, por la acción secuencial de dos enzimas Red Trans Golgi Receptor 3 La manosa-6-fosfato se une al receptor y las enzimas se empaquetan en vesículas de transporte 5c O 5 8 3 4 4 Lisosoma Endosoma tardío Cuerpo multivesicular PH Ácido CEU Universidad Cardenal Herrera Básico

Tipos de Lisosomas y sus Funciones

1. Los lisosomas d. Diferentes tipos de lisosomas · Los lisosomas son variables en cuanto a forma y tamaño (a diferencia de la mayoría de los demás orgánulos celulares). · La diversidad refleja la amplia variedad de funciones digestivas mediadas por las hidrolasas ácidas. ¡¡ Los lisosomas no sólo son lugares de degradación !! También participan en la percepción del estado metabólico de la célula. Hay dos poblaciones de lisosomas: una perinuclear más involucrada en la degradación, y otra periférica relacionada con la intercepción de la disponibilidad de recursos. Esta población periférica también participa en la reparación de la membrana plasmática tras roturas. L 200 nm CEU Universidad Cardenal Herrera

Clasificación de Lisosomas por Morfología y Función

1. Los lisosomas d. Diferentes tipos de lisosomas 4 tipos de lisosomas, clasificados sobre su morfología y función. 1- LISOSOMAS PRIMARIOS: vesículas recién formadas desde el aparato de Golgi (trans). Los lisosomas primarios son de tamaño pequeño y contienen enzimas liticas inactivas. 2-LISOSOMAS SECUNDARIOS: También llamados heterofagosoma o vacuola digestiva. Un lisosoma secundario se forma mediante la fusión de un fagosoma que contiene "alimento" con un lisosoma primario. En los lisosomas secundarios, las enzimas se activan y comienzan a descomponer los materiales encerrados. Autolysosome Precursors Dead/Injured cell \ Autophagy O Fusion Secondary lysosome Cuerpo residual 0 Primary lysosome 0 Exocytosis Precursors processing Fusion O Phagosome Endosome 500 Cell Membrane Phagocytosis Endocytosis 3- CUERPOS RESIDUALES (Lisosomas Residuales o Terciarios): Son aquellos lisosomas en los que sólo han quedado materiales alimenticios no digeribles. 4-VACUOLAS AUTOFÁGICAS (Autofagosoma, Autolisosomas): Se producen por la fusión de varios lisosomas alrededor de orgánulos intracelulares desgastados o degenerados y digeridos. El fenómeno también llamado autofagia o autodigestión ayuda en la eliminación de restos celulares. Por eso los lisosomas también se denominan bolsas de eliminación o unidades de eliminación. CEU Universidad Cardenal Herrera

Resumen del Lisosoma

1. El lisosoma, en resumen: Transporters v-ATPase Hydrolases Lipid bilayer membrane H+ H+ pH 5 H www.rsscience.com Lysosome · Es una esfera rodeada de membrana llena de enzimas digestivas y funciona como un centro de reciclaje en la célula. Ausentes en células vegetales (pero ... vacuola). · Las enzimas lisosomales descomponen cualquier sustancia que ingrese a los lisosomas en materias primas, como aminoácidos, nucleótidos, lípidos y azúcares, de modo que la célula pueda reutilizar estas materias primas para construir nuevos orgánulos. · Dentro del lisosoma hay un ambiente ácido (pH 5), que activa las enzimas digestivas. Estas enzimas no pueden ser activas en el citosol (pH 7). Este es un mecanismo de seguridad en la célula en caso de que los lisosomas tengan fugas o se lisen de alguna manera. CEU Universidad Cardenal Herrera

Sistema de Endomembranas

Tema 9: Lisosomas - Endocitosis, fagocitosis y autofagia Introducción 1. Lisosomas a. Estructura b. Membrana lisosomal C. Enzimas lisosomales d. Diferentes tipos de lisosomas 2. Endocitosis, fagocitosis y autofagia a. Endocitosis b. Fagocitosis C. Autofagia Lysosomes Nucleus Cytoplasm CEU Universidad Cardenal Herrera Sistema de endomembranas (endo="dentro") Las membranas de los orgánulos comparten composición y están interconectadas físicamente mediante "puentes" de membrana, o transitoriamente mediante vesículas. Las vesículas al desprenderse de la superficie de un orgánulo llevan consigo parte de su membrana y el contenido interno del orgánulo del que derivan. Al fusionarse con otro orgánulo o con la membrana plasmática, entran a ser parte del orgánulo destino. El sistema constituido por estas membranas interconectadas se denomina sistema de endomembranas. Aunque técnicamente no está dentro de la célula, la membrana plasmática también es parte del sistema endomembranoso. Recycling endosome Endosoma Tardío (ET) Fusión ET/lisosoma MT Maduración ET Endolysosome Endosoma primario TGN Plasma membrane 0 Golgi CEU Universidad Cardenal Herrera Lysosome Nuclear envelope Endoplasmic reticulum Golgi apparatus Vesicle Lysosome 0) Plasma membrane Exocytosis Endocytosis

Endocitosis, Fagocitosis y Autofagia: Rutas Lisosomales

2. Endocitosis, fagocitosis y autofagia Los lisosomas conectan las 3 rutas !!! Las sustancias que deben ser digeridas llegan a los lisosomas a través de diferentes vías:

1. La mejor estudiada es aquella que siguen las macromoléculas que son endocitadas (incorporadas desde el exterior de la célula).

bacteria fagosoma fagocitosis membrana plasmática endosoma temprano 1 - endocitosis LISOSOMA ENDOSOMA TARDÍO reticulo endoplasmático mitocondria - autofagosoma autofagia CEU Universidad Cardenal Herrera

Rutas de Materiales hacia los Lisosomas

2. Endocitosis, fagocitosis y autofagia Los lisosomas conectan las 3 rutas !!!

1. Otra de las rutas que proporciona materiales a los lisosomas sólo tiene lugar en células especializadas: fagocitosis.
2. Todas las células disponen también de otra ruta que aporta materiales a los lisosomas para su degradacion, mediante la cual pueden ser destruidas partes obsoletas de la propia célula: autofagia.

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