Características de los lisosomas

Membrana monocapa que contiene una variedad de hidrolasas.

Funciones en las células: 1. Descomponer los orgánulos envejecidos y dañados. 2. Fagocitar los patógenos que invaden las células.

Características de las enzimas lisosomales

(1) Las proteínas de la membrana lisosomal son en su mayoría glicoproteínas y la superficie interna de la membrana lisosomal está cargada negativamente. Por lo tanto, ayuda a mantener libres las enzimas de los lisosomas. Es de gran importancia para realizar funciones normales y evitar que las células sean digeridas.

(2) Todas las hidrolasas tienen la mejor actividad cuando el valor de pH es alrededor de 5, pero el valor de pH en el citoplasma circundante es 7,2. La membrana lisosomal contiene un transportador especial que utiliza la energía de la hidrólisis del ATP para bombear H+ (iones de hidrógeno) del citoplasma al lisosoma para mantener su pH 5.

(3) Sólo cuando las sustancias hidrolizadas entran en los lisosomas, las enzimas de los lisosomas pueden descomponerlas. Una vez que se daña la membrana lisosomal, las hidrolasas escaparán, lo que provocará la autólisis celular.

Función de los lisosomas

Los lisosomas tienen dos funciones: una es fusionarse con las vacuolas de los alimentos y digerir partículas grandes, como alimentos o bacterias patógenas consumidas por las células, en macromoléculas y residuos biológicos. se descargan de la célula a través del eflujo; en segundo lugar, durante el proceso de diferenciación celular, algunos orgánulos y macromoléculas biológicas envejecidas quedan atrapados en los lisosomas para la digestión, que es la necesidad del cuerpo para renovar sus propios tejidos.

La función principal de los lisosomas es la digestión y es el órgano digestivo de las células. La autólisis celular, la defensa y la utilización de determinadas sustancias están relacionadas con la digestión lisosomal.

Digestión intracelular: En los animales superiores, los nutrientes celulares provienen principalmente de macromoléculas en la sangre. Algunas macromoléculas ingresan a las células mediante endocitosis, como la endocitosis de lipoproteínas de baja densidad para obtener colesterol. Para algunos eucariotas unicelulares, la digestión lisosomal es aún más importante.

Apoptosis: la ontogenia suele implicar la transformación o reconstrucción de tejidos u órganos, como el desarrollo anormal en insectos y ranas. Este proceso se realiza bajo el control de genes y se denomina muerte celular programada. Las células destinadas a la eliminación forman cuerpos apoptóticos en forma de yemas, que son fagocitadas y digeridas por los macrófagos.

Autofagia: elimina macromoléculas biológicas inútiles y orgánulos envejecidos de las células. Por ejemplo, la vida media de muchas macromoléculas biológicas es de sólo unas pocas horas a unos pocos días, y la vida media de las mitocondrias en las células del hígado es de unos 10 días.

Función de defensa: si los fagocitos pueden fagocitar a los patógenos, los matarán y degradarán en los lisosomas.

Participa en la regulación de procesos secretores, como la degradación de la tiroglobulina en tiroxina activa.

El acrosoma forma los espermatozoides: El acrosoma es equivalente a un taladro químico que puede disolverse a través de la corteza del óvulo, permitiendo que los espermatozoides entren en el óvulo.

Todos los glóbulos blancos contienen gránulos lisosomales, que pueden destruir los microorganismos invasores. Sin embargo, también existen algunas bacterias patógenas (como Mycobacterium leprae, Mycobacterium tuberculosis, etc.) que pueden tolerar la acción de las enzimas lisosomales, por lo que pueden vivir en macrófagos. Los lisosomas también juegan un papel importante en los procesos patológicos. A medida que los macrófagos pulmonares ingieren sílice inhalada o polvo de amianto, los lisosomas se rompen, liberan enzimas hidrolíticas y estimulan el aumento de las fibras del tejido conectivo, lo que provoca silicosis. La hipoxia tisular (como el infarto de miocardio) también puede provocar la liberación aguda de lisosomas, lo que hace que la concentración de enzimas relacionadas en la sangre aumente rápidamente.

Lisosomas y enfermedades

Silicosis

Las partículas de polvo de sílice (polvo de sílice[xο]) son inhaladas hacia los alvéolos y fagocitadas por los macrófagos, que contienen fagosomas de polvo de sílice. fusionarse con los lisosomas para formar lisosomas secundarios. Los grupos hidroxilo del sílice forman enlaces de hidrógeno con fosfolípidos o proteínas en la membrana lisosomal, lo que provoca la desintegración de los lisosomas en los fagocitos, la destrucción de las propias células, la liberación de polvo de sílice y luego la fagocitosis por otros macrófagos, etc. Los macrófagos dañados o destruidos liberan "factores de fibroblastos" y activan los fibroblastos, lo que provoca el depósito de fibras de colágeno y la fibrosis pulmonar.

Tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis no produce toxinas endógenas ni exógenas, ni posee cápsula ni enzimas invasivas. El componente bacteriano sulfato de cerebrósido puede resistir la lisis y la muerte intracelular, lo que permite que Mycobacterium tuberculosis crezca y se multiplique en grandes cantidades en los alvéolos, lo que provoca que los macrófagos se disuelvan y el Mycobacterium tuberculosis liberado pueda fagocitarse y se repita el proceso anterior, lo que finalmente provocará. calcificación y fibrosis del tejido pulmonar.

Diversas enfermedades por almacenamiento lisosomal

Las enfermedades por almacenamiento lisosomal (LSD) son causadas por defectos genéticos.

Debido a la mutación y pérdida de función de las enzimas lisosomales, se almacenan grandes cantidades de sustratos en los lisosomas, lo que afecta aún más la función celular. Las enfermedades de almacenamiento comunes incluyen principalmente las siguientes categorías:

Síndrome de Tay-Sachs: llamada amaurosis, demencia familiar, deficiencia lisosomal de hexosaminidasa A (β-N-hexosa Aminasa), que conduce a la acumulación del gangliósido GM2 (Figura 6). -30), afectando la función celular, provocando demencia mental y muerte entre los 2 y 6 años de edad. Los pacientes presentan ceguera progresiva, letargo y parálisis, principalmente entre los judíos.

Enfermedad por almacenamiento de glucógeno tipo ⅱ (enfermedad de Pompe o enfermedad de Pompe): los lisosomas carecen de α-1,4-glucosidasa y el glucógeno se acumula en los lisosomas, provocando paro cardíaco, hinchazón del hígado, lengua y debilidad del músculo esquelético. . Este es un trastorno genético defectuoso autosómico. La mayoría de los pacientes son niños, que suelen morir antes de los dos años.

Enfermedad de Gaucher: también conocida como cerebrosidosis, está causada por la falta de β-glucosidasa en los lisosomas de los macrófagos y las neuronas cerebrales. Una gran cantidad de glucocerebrósido se deposita en los lisosomas de estas células y los macrófagos se convierten en células de Gaucher. El hígado, el bazo y los ganglios linfáticos del paciente aumentan de tamaño, el sistema nervioso central se degenera y el paciente a menudo muere al cabo de 1 año. edad.

Enfermedad de las células del cuerpo de inclusión (enfermedad de las células I): una enfermedad de almacenamiento más grave causada por una mutación de un solo gen en la N-acetilglucosamina fosfotransferasa. Debido a una mutación genética, la preenzima lisosomal procesada en el aparato de Golgi no puede formar la señal de clasificación M6P y la enzima se transporta fuera de la célula (vía predeterminada). La ausencia de enzimas hidrolíticas en los lisosomas de los fibroblastos en estos pacientes conduce a la acumulación de sustratos en los lisosomas, formando los llamados "cuerpos de inclusión". Además, la presencia de lisosomas normales en las células hepáticas de estos pacientes sugiere que los lisosomas se forman de una manera distinta a la M6P.

Enfermedades genéticas

La síntesis de hidrolasa ácida en lisosomas, al igual que otros procesos biosintéticos en proteínas, está determinada por los genes. La deficiencia de enzimas lisosomales puede ocurrir cuando mutaciones genéticas causan trastornos en la síntesis de proteínas enzimáticas. Debido a defectos genéticos, el cuerpo puede carecer de algunas hidrolasas en los lisosomas, de modo que las sustancias correspondientes no pueden degradarse y acumularse en los lisosomas, lo que conduce a trastornos del metabolismo celular y enfermedades de almacenamiento lisosomal. Su principal manifestación patológica es la sobrecarga lisosomal en órganos relacionados (hígado, riñón, músculo cardíaco, músculo esquelético), es decir, las células absorben demasiadas sustancias o no son digeribles, o debido a la reducción de la actividad de las enzimas lisosomales y al envejecimiento del cuerpo, la acumulación intracelular masiva de lisosomas conduce. para sobrecargar. Actualmente se conocen más de 40 enfermedades de este tipo y hay más de 30 enfermedades detectables en China (ver entrada: enfermedades por depósito lisosomal). La primera descubierta fue la enfermedad de almacenamiento de glucógeno tipo ⅱ. Debido a un defecto genético en los cromosomas autosómicos de las células del hígado, hay una falta de α-glucosidasa en los lisosomas, lo que resulta en la incapacidad del glucógeno para degradarse en glucosa, lo que resulta en una gran acumulación de glucógeno en el hígado y los músculos. Esta enfermedad ocurre principalmente en bebés. Las manifestaciones clínicas son debilidad muscular, agrandamiento del corazón, insuficiencia cardíaca progresiva y muerte antes de los dos años, por lo que la enfermedad también se denomina enfermedad cardiogénica por almacenamiento de glucógeno.

Helios

Se desconoce la causa de la artritis reumatoide, pero se cree que los cambios inflamatorios en el periostio articular y la erosión de las células del cartílago articular son la liberación local de lisosomas intracelulares causada por . La razón puede ser que ciertos factores reumatoides, como los anti-IgG, son fagocitados por macrófagos y neutrófilos, lo que provoca el escape de enzimas lisosomales. Algunas de estas enzimas, como la colagenasa, pueden corroer el cartílago y causar daño local a las articulaciones, mientras que los metabolitos de la digestión del cartílago, como el sulfato de condroitina, pueden promover la producción de cininas y participar en la respuesta inflamatoria de las articulaciones.

Choque

Durante el proceso de shock, los trastornos de la microcirculación del cuerpo, la isquemia tisular y la hipoxia afectan el sistema de suministro de energía, desestabilizando la membrana y provocando la fuga de enzimas lisosomales, lo que es perjudicial para la salud. el cuerpo. Provoca daño a las células y al cuerpo. Durante el shock, la cantidad de lisosomas en las células del cuerpo aumenta, el volumen aumenta y la cantidad de fagocitos aumenta significativamente. Las enzimas de los lisosomas se liberan dentro y fuera de los tejidos, principalmente en el hígado y el mesenterio, provocando la autólisis de células y tejidos. Por lo tanto, durante el shock, la medición de las enzimas lisosomales en la linfa y la sangre puede servir como indicador cuantitativo de la gravedad del daño celular. Como indicadores se utilizan habitualmente la fosfatasa ácida, la betaglucuronidasa y las catepsinas. En cuanto al mecanismo de liberación lisosomal durante el shock, algunas personas creen que se debe a la disminución del valor del pH y a la obstrucción del ciclo del ácido tricarboxílico. Durante el shock, la isquemia y la hipoxia provocan una disminución del pH celular (aproximadamente pH 5), la activación de la hidrolasa ácida y la hidrólisis de las membranas lisosomales, lo que en última instancia conduce a la disolución de las membranas lisosomales, la liberación de lisosomas y la autólisis de células y tejidos.

Tumor

La relación entre lisosomas y tumores ha atraído cada vez más atención.

En general, hay varios puntos de vista:

(1) Los carcinógenos causan disfunción en la regulación de la división celular y aberraciones cromosómicas, que pueden estar relacionadas con la liberación de hidrolasas de los lisosomas;

(2) Algunos Sustancias que afectan la permeabilidad de la membrana lisosomal, como el aceite de crotón, ciertos detergentes, oxígeno hiperbárico, etc. , es un factor auxiliar que promueve el cáncer y también puede causar una división celular anormal;

(3) Cuando la membrana nuclear está incompleta, el efecto protector nuclear de la membrana nuclear se pierde y los lisosomas pueden disolver la cromatina, causando mutación celular

(4) Ciertos productos del metabolismo lisosomal son la base material para la proliferación de células tumorales

(5) Los carcinógenos ingresan a las células y se almacenan antes de integrarse con los cromosomas en los lisosomas; , esto ha sido confirmado por autorradiografía.

En resumen, queda por explorar más a fondo si los lisosomas están directamente relacionados con la tumorigénesis.