Lisosomas trabajando: células funcionando

Lisosomas trabajando: células funcionando
Edgar Reyna Rosas
Las complicaciones de evolucionar
Cuando la célula eucariota evolucionó --en contraste con las células
procariotas que, como las bacterias, son menos complejas en cuanto a
componentes celulares--, adquirió diversos organelos que no sólo le
traerían beneficios sino también muchas complicaciones. Les pasa algo
análogo a lo que sucedió con esta historia de una persona y sus
automóviles; a Juan sus padres le regalaron un coche cuando era
adolescente, era sencillo; para hacerlo funcionar sólo le ponía gasolina y
lo
limpiaba.
Más adelante se
compró
uno
más lujoso
y
con más
aditamentos: calefacción, motor más grande y rápido, estéreo, luces en el
interior y un sinfín de comodidades. Lo que él no sabía es que para que
su nuevo auto funcionara tenía que proporcionarle múltiples cuidados. Pero
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Juan no le prestó la atención necesaria y al cabo de algunos años el
auto no arrancaba, ni las múltiples comodidades funcionaban. Él no sabía
por qué había sucedido esto, pues suponía que era un coche mejor al que
tenía anteriormente, así que decidió venderlo y quedarse con el que sabía
utilizar.
Veamos este ejemplo como un sistema de regulación, donde Juan es
el responsable de regular el buen funcionamiento de sus autos para que
no se descompongan. Y justo como en este ejemplo, muchas partes de las
células y organismos se basan en sistemas de regulación, algunos de ellos
son autorregulables, pues no dependen de ningún componente externo
para ser regulados. Los mecanismos principales de estos sistemas sólo
funcionan óptimamente si su mecanismo de regulación propio o ajeno
funciona bien. Además de que se debe considerar la complejidad del
sistema, ya que mientras más complejo es un sistema, la regulación lo es
también, como en el caso de los dos carros de Juan. La célula eucariota
es un sistema muy complejo que si no se autorregula apropiadamente
puede sufrir alteraciones mortales.
¿Qué tanto conoces a la célula eucariota?
A diferencia de las procariotas, las células eucariotas tienen muchos más
componentes u organelos que le sirven para regular mejor sus funciones y
que éstas se realicen con mayor eficiencia. Algunos de estos componentes
no suelen ser mencionados debido a que su función no se considera tan
importante.
Por
ejemplo,
siempre
nos
mencionan
el
núcleo
y
el
indispensable ADN, la membrana, las mitocondrias y en algunos casos los
ribosomas, pero pocas veces se mencionan organelos como el aparato de
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Golgi, el retículo endoplásmico y rara vez se mencionan a los lisosomas
(fig 1). Este organelo está presente en todas las células; y aunque no
siempre tiene la misma forma en todas, sí posee las mismas funciones.
Los lisosomas se describen principalmente en el caso de las células
animales, y su proporción varía dependiendo del órgano del animal, y
dependiendo de qué tanto se requiere su función en ese órgano.
De manera desatinada, a los lisosomas se les llama el basurero de
la célula, debido a que su función más conocida es la de eliminar todos
los
residuos
que
ya
no
sirven
o
que
se
necesita
degradar
para
reutilizarlos. Sin embargo, su función es más importante y compleja y tiene
una gran relevancia.
Fig.1. Esquema representativo de una célula eucariota donde se señala a los lisosomas.
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Los lisosomas y sus funciones
Los
lisosomas
son
vesículas
intracelulares
(semejantes
a
pequeñas
burbujas) que se caracterizan porque tienen un pH de cinco (lo que quiere
decir que en su interior el ambiente es muy ácido) y contienen una
variedad de proteínas específicas llamadas hidrolasas ácidas (HA). Estas
proteínas se encargan de degradar a otras o a componentes celulares
como lípidos o ácidos grasos (como el colesterol), ya sea porque ya no
funcionan o porque en su descomposición pueden adquirir nuevas formas
reutilizables por la célula. Las HA se clasifican dependiendo del tipo de
componente que degradan: las glicosidasas descomponen azúcares, las
proteasas proteínas, las lipasas lípidos y las nucleasas ácidos nucléicos,
por dar sólo algunos ejemplos. Por esta función de degradación los
lisosomas son considerados el basurero de la célula; sin embargo están
involucrados
en
diversos
mecanismos
celulares
que
forman
nuevos
componentes a partir de reciclar los degradados para regresarlos a los
compartimentos donde se forman las proteínas (fig 2).
Fig.2. Esquema representativo de la función de degradación de los lisosomas. A)
Lisosomas con diversos componentes celulares y no celulares que van a ser degradados
por las HA representadas como puntitos negros. B) Los componentes ya degradados. C)
Excreción de los componentes celulares a través de pequeñas vesículas.
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La teoría de la formación de los lisosomas menciona que se originan a
partir
de
un
proceso
de
intercambios
vesiculares
entre
algunos
compartimentos de la célula: el aparato de Golgi, el retículo endoplásmico,
los endosomas, y los intermediarios entre estos compartimentos y la
membrana celular que finalmente dan origen a los lisosomas (fig 3).
Fig.3. Esquema representativo donde se muestran los distintos organelos que procesan a
las HA, además de su transporte a los lisosomas.
La relación entre estos compartimentos radica principalmente en el hecho
de que cada uno de ellos puede crear vesículas y están implicados en la
modificación
o
procesamiento
de
proteínas.
En
cada
uno
de
estos
compartimentos se van procesando las proteínas para que lleguen a su
forma final; esta forma se va creando una vez que ya se tiene a la
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proteína pero falta agregarle cadenas de carbohidratos (fig.4). Estos
carbohidratos son aditamentos que indican a qué sitio en la célula va a ir
la proteína a realizar su función, ya que muchas de ellas no la realizan en
el
lugar
donde
se
crean.
Por
lo
tanto,
las
proteínas
llevan
los
carbohidratos como si éstos fueran el mapa de su destino.
Fig.4. Esquema en donde se ejemplifica, cómo en cada compartimento se les añaden
distintos carbohidratos a las proteínas. Éstas pueden seguir siendo modificados a su paso
hasta llegar a su destino, el cual puede ser un organelo como los lisosomas.
De esta misma manera se procesan las HA pertenecientes a los lisosomas.
A éstas las transportan los endosomas que “reconocen” sus carbohidratos
y les señalan la ruta a los lisosomas. Una vez que los lisosomas están
formados y tienen sus variedades de HA, se encargan de recibir otras
proteínas de la célula o también de fuera de la célula para degradarlas
(romperlas o disgregarlas). Este proceso es fundamental, pues se ha
observado
que
en
células
donde
los
lisosomas
no
funcionan
correctamente, no se degradan todas las proteínas y se acumulan dentro
de las vesículas siendo perjudiciales para la célula (fig 5). Estos efectos
negativos son de tal magnitud que se reflejan en forma de enfermedades
en la mayoría de los casos mortales.
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Fig.5. Esquema comparativo entre la función correcta de los lisosomas (explicado en la
fig.2) con los casos donde hay una ausencia de una HA que provoca la acumulación de
cierto componente celular que conduce a un agrandamiento de los lisosomas.
¿Cómo se descubrieron las enfermedades lisosomales?
Como suele suceder en muchos de los episodios de la historia de la
ciencia, el efecto ocasionado por cierta entidad o mecanismo es el
detonante para descubrir su causa. En el caso de los lisosomas, primero
se describieron ciertas enfermedades mortales asociadas a ellos, se
analizaron y se dieron cuenta de que la principal característica de estas
enfermedades era la presencia de vesículas muy grandes en distintos
tejidos de los pacientes. Estas enfermedades se llamaron desórdenes de
almacenaje lisosomal (Lysosomal Storage Disorders), un término acuñado
en 1965 por Henri G. Hers. Este científico belga se dedicó a investigar la
acumulación celular de glucógeno conocida como enfermedad de Pompe,
la cual atribuyó a la ausencia de la proteína α- glucosidasa ácida, una de
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las tantas HA de los lisosomas. Al igual que para el caso de la
enfermedad de Pompe, posteriormente se describieron nuevos desórdenes
de almacenaje correspondientes a la ausencia de diferentes proteínas, los
cuales en muchos de los casos implicaban la acumulación de distintos
tipos de ácidos grasos en la célula (fig 6). Todos estos desórdenes
lisosomales son consecuencia de defectos congénitos, lo que significa que
todas
las
células
de
la
persona
que
padece
alguna
de
estas
enfermedades, carecen de un tipo de HA debido a que son incapaces de
producirla. En determinados órganos del cuerpo la carencia es más grave
porque existe una mayor demanda de la función de la proteína faltante.
Esta carencia de HA en los lisosomas se debe a que durante los procesos
de adición de sacáridos, las personas con estas enfermedades no son
capaces de añadirlas, por lo que nunca llegan a su destino final que son
los lisosomas. Este defecto ha sido observado en 60 diferentes tipos de
desórdenes, entre los que podemos mencionar la enfermedad de NiemannPick tipo C, la Mucolipidosis IV, la enfermedad de Danon, la Lipofuscinosis
neuronal que repercuten principalmente en el cerebro, además de afectar
el hígado, el bazo, los huesos y el cartílago. Estas repercusiones dan lugar
a serias deficiencias en el aprendizaje, a retraso mental, a deformidades, a
retraso en el desarrollo, y en muchos de los casos a la muerte a los
pocos años de vida. Afortunadamente, en los últimos veinte años se han
podido desarrollar terapias de reemplazo de enzimas para algunas de
estas enfermedades, en donde se ha podido combatir muchos de los
daños a partir de dotar a los pacientes de medicamentos que permitan
sintetizar las proteínas ausentes.
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Fig. 6. Fotografías de células con un aumento en la cantidad de lisosomas además de su
agrandamiento a causa de la acumulación de componentes celulares sin degradarse.
La importancia de los sistemas autorregulables
Retomando la idea de los sistemas de autorregulación y las funciones que
ejecutan los lisosomas en la célula, podemos concluir lo siguiente. Los
diversos
organelos
funcionamiento
no
donde
tienen
los
en
la
célula
un
orden
lisosomas
estén
al
final
jerárquico
en
orden
de
de
importancia. Más bien, en el funcionamiento de la célula los organelos y
sus funciones son todos igual de importantes y el mal funcionamiento de
uno de ellos repercute en todo el sistema. Los lisosomas no sólo ayudan
a que la célula no se vuelva un caos por la acumulación de componentes
inservibles, sino que también ayudan a recuperar componentes, a procesar
otros y están involucrados en muchos otros procesos de igual importancia.
Tal vez sea imposible prevenir queeste tipo de desórdenes celulares sean
heredados, sin embargo el estudio y el realce de las funciones e
importancia de los lisosomas han permitido que se puedan combatir estas
enfermedades que pueden llegar a ser mortales.
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Para saber más
1.
http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/
Bibliografía
1.
Braulke T. y Bonifacio JS. 2008.Sorting of lysosomal proteins. Biochim. Biophys,
Acta.
2.
Mullins C. y Bonifacino JS. 2001. The molecular machinery for lysosome biogenesis.
BioEssays 23: 333-343.
3.
Andrew P. Lieberman et. al. 2012. Autophagy in lysosomal storage disorders.
Landes Bioscience, Autophagy 8:5, 719–730.
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