Lisosomas son vesículas de membrana única que presentan en casi todas las células animales. Su diámetro es de aproximadamente 0.5 micrómetros y la cantidad es alrededor de varios cientos. Contienen varias hidrolasas para descomponer proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos, pero estas enzimas solo funcionan en un ambiente ácido. Por lo tanto, bombas de protones en su membrana inyectan continuamente iones de hidrógeno en el interior para mantener un pH de alrededor de 5. Proteínas de canal permiten que ciertas moléculas pequeñas entren y también asisten en el transporte de productos hidrolíticos al citoplasma. Estas proteínas de membrana están fuertemente recubiertas con carbohidratos para prevenir su degradación por hidrolasas.
Normalmente, el contenido no se filtraría porque la membrana rica en colesterol es muy estable. El citosol neutro también reduce la catálisis de las enzimas filtradas, incluso si una pequeña cantidad escapa. Sin embargo, es notable que aunque la catálisis se reduce en el citoplasma, algunas hidrolasas ácidas aún están activas para causar descomposición. Particularmente en casos de fuga masiva, la estructura celular inevitablemente está sujeta a destrucción fatal. Este escenario es común en daños físicos y químicos, muerte celular programada e infecciones virales. La fuerte heterogeneidad de los lisosomas se manifiesta en sus variados tamaños, formas y números en diferentes células, e incluso en diferentes etapas dentro de una misma célula. Diferentes hidrolasas también pueden ser sintetizadas para adaptarse a las vías metabólicas específicas. En plantas, su función es reemplazada por la gran vacuola central.
Función: Lisosomas son sistema digestivo de células animales
Heterofagia degrada sustancias extracelulares
Proteínas y sus derivados naturalmente pierden actividad con el tiempo. Esto es porque las frágiles estructuras terciarias y cuaternarias son destruidas por vibraciones atómicas intramoleculares, colisiones con agua y algunos radicales libres oxidativos. Si estos no son eliminados prontamente, se acumularán en el cuerpo para resultar en la degradación de funciones biológicas. Enzimas en lisosomas son liberadas en la matriz extracelular para disolver colágeno, elastina y otras proteínas. Sus fragmentos son comidos por células circundantes. Vesículas envuelven los materiales engullidos y se fusionan con lisosomas donde son digeridos en bloques de construcción para reciclaje. Esto explica por qué procedimientos cosméticos como Thermage solo tienen unos pocos meses de eficacia.
Lisosomas también pueden digerir nutrientes macromoleculares para nutrir al organismo. Algunos oligopéptidos largos entran en células intestinales vía endocitosis. Esto es particularmente cierto para infantes que dependen mucho de este mecanismo para obtener proteínas. Sin embargo, anticuerpos escapan de la degradación y son directamente secretados en el torrente sanguíneo para la inmunidad pasiva del infante. Complejos esféricos compuestos de lipoproteínas, fosfolípidos, colesterol y grasas son degradados de manera similar. Para eucariotas unicelulares como las amebas, los lisosomas sirven como su sistema digestivo.
Fagocitos son análogos a amebas dentro del cuerpo animal, y responsables de engullir invasores. En lisosomas, enzimas hidrolíticas actúan como jugos gástricos para digerir bacterias y virus. Además, NADPH oxidasa reduce oxígeno a anión superóxido para generar otras especies reactivas de oxígeno (H₂O₂, HClO, ·OH) durante el estallido respiratorio. Las ROS fuertemente oxidativas dañan ADN bacteriano, proteínas y membranas lipídicas. Aparte de la degradación completa, las células dendríticas presentan antígenos en sus superficies para despertar a las células T apropiadas que encuentran. Si un fagocito comen demasiado, sus lisosomas pueden romperse y resultar en muerte. Sin embargo, el sacrificio no es en vano; citoquinas en sus cadáveres reclutarán más guerreros para continuar la batalla. Además, células envejecidas también son engullidas por el sistema inmunológico. Por ejemplo, los glóbulos rojos solo viven 120 días, y nuestras células inmunes necesitan comer todos los glóbulos rojos envejecidos todos los días.
Autofagia digiere sustancias intracelulares
Otro tipo de vesícula se origina en el citoplasma. Algunas proteínas pequeñas desnaturalizadas o mal plegadas dentro de eucariotas son recicladas ya sea en la vía de ubiquitina o en microautofagia. Lisosoma invagina directamente su membrana para engullirlas. Algunas sustancias son demasiado grandes, como mitocondrias envejecidas o retículo endoplasmático que necesita eliminarse después de la desintoxicación. Serán marcadas, y luego el RE liso las envolverá para formar una vesícula de doble membrana con un diámetro de varios cientos de nanómetros. Finalmente, las vesículas se fusionan con lisosomas. Este proceso se llama macroautofagia. Algunos sustratos con secuencias especiales de aminoácidos son reconocidos por chaperonas, y penetran en el lisosoma directamente a través de proteínas de membrana.
La vida media de biomacromoléculas varía de unas pocas horas a varios días. La vida media de mitocondrias toma aproximadamente 10 días. Autofagia está en un nivel muy bajo en condiciones normales, pero ciertas condiciones pueden desencadenar su ocurrencia masiva. En un estado de inanición, aparte de grasa y glucógeno para energía, los orgánulos de la célula comienzan a ser comidos por sí misma, especialmente los envejecidos. Por lo tanto, se cree que el ayuno moderado puede obviamente eliminar orgánulos envejecidos y extender la vida útil. La vida útil de monos con restricción calórica se extiende en un 30-40% en experimentos. En glóbulos rojos en maduración, los lisosomas eliminan todos los orgánulos a través de autofagia.
Cuando el daño es severo o durante el desarrollo de organismos multicelulares, las hidrolasas son liberadas de los lisosomas para degradar células y tejidos innecesarios. Este proceso autodestructivo se llama autólisis, ejemplificado en la formación de dedos de manos y pies, así como en la degeneración de la cola de un renacuajo. Si la autólisis es inhibida durante el desarrollo, el tejido que no logra separarse entre los dedos hace que estén parcial o completamente fusionados.
Hay numerosos enlaces de hidrógeno entre moléculas de elastina y colágeno. Algunos lípidos se agrupan para minimizar el área superficial debido a interacciones hidrofóbicas. Estos sustratos difíciles de digerir serán expulsados de la célula vía exocitosis.