Citologia animale

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Lisosomi

I lisosomi sono organuli avvolti da membrana di tipo lipidico. Quando si parla di organuli avvolti da membrana, si intendono organuli la cui membrana ha una composizione del tutto simile alla membrana plasmatica. Quindi, ha un doppio strato fosfolipidico composto da proteine, glicoproteine, residui glucidici e colesterolo che rendono la membrana più rigida.

I lisosomi sono vescicole avvolte da questa membrana e sono stati scoperti all'interno di studi di particelle che allora venivano chiamati microsomi. Oltre alla membrana, contengono al loro interno delle idrolasi, come la fosfatasi acida, che staccano dei gruppi fosfato da altre sostanze contenute all'interno delle cellule. Il loro diametro è tra 0,1-1,2 micron.

Sono costituiti da enzimi digestivi (idrolitici) avvolti da membrana che demoliscono sia le sostanze di rifiuto che hanno il compito di sostituire gli organuli danneggiati, lisandoli, eliminandoli e sostituendoli. Le sostanze tratte che possono essere riutilizzate vengono messe di nuovo a disposizione della cellula.

All'interno della membrana ci sono delle particolari proteine che, legate alla membrana lisosomiale, le LMP, e proteine canale che sono regolate dal punto di vista energetico sono le V-ATPasi che pompano i protoni dallo spazio extracellulare dentro il lisosoma. All'interno del lisosoma sono presenti circa 40 enzimi idrolitici (glicosidasi, peptidasi, fosfatasi).

Funzionamento dei lisosomi

Come fanno a stare dentro a un organulo senza lisare l'organulo stesso? Le membrane creano compartimenti a sé stanti, dove si vanno ad accumulare sostanze litiche che non si devono attivare. Questi enzimi sono attivi solo a pH estremamente acidi, 4,5-5,0, mentre il pH nelle cellule è neutro (come pH del plasma).

Per questo, sulla membrana sono presenti le V-ATPasi che sono delle pompe che pompano attivamente gli ioni H+ presenti nel citoplasma all'interno del lisosoma quando è necessaria l'attivazione di questi enzimi idrolitici. È necessaria energia perché pompiamo contro gradiente.

Questi organuli hanno la capacità di lisare diverse sostanze. Può essere che se le sostanze sono di dimensioni eccessive per le capacità idrolitiche dei lisosomi, questi non riescono a portare a termine la loro funzione, quindi le sostanze non vengono degradate completamente ai loro composti elementari e rimangono all'interno dei lisosomi, tendendo a fondersi gli uni con gli altri per rinnovare la quantità di enzimi idrolitici nel tentativo di completare la digestione.

Se questa fusione rimane insufficiente si formano dei corpi residui, avvolti da membrana, cioè materiale non digerito contenuto nelle cellule. Anche l'accumulo di corpi residui innesca una patologia legata all'ipofunzionamento, chiamata di accumulo, in cui i soggetti hanno mutazioni geniche per cui non si formano tipi di glicosidasi, sfingolipidosi.

Proteine della membrana lisosomiale

Le cellule presentano delle proteine molto simili che possono variare nella composizione aminoacidica di pochi aminoacidi e si creano delle isoforme. Però questa variazione che sembra minima porta a funzioni diverse di queste proteine. Queste molecole avranno la funzione per quelle associate alla membrana di legare tutte le sostanze che devono essere portate all'interno del lisosoma in modo da essere lisate; per quelle intrinseche, funzione di passaggio diretto delle sostanze che devono essere degradate all'interno del lisosoma, questo perché a seconda della sostanza i meccanismi di legame e di passaggio sono diversi. Possono mediare anche interazioni con altre membrane.

Sulla membrana ci sono delle pompe protoniche V-ATPasi che permettono il passaggio di ioni e di metalli. Le proteine della membrana lisosomiale (LMP) sono: LAMP-1 e -2 (associate alla membrana, sia sulla superficie avvolta verso il citoplasma sia sulla superficie avvolta all'interno dell'organulo) e LIMP-1 e -2 (intrinseche).

Formazione dei lisosomi

Nel RER si producono le proteine, poi si aggiunge una sequenza segnale e si trasporta nel Golgi dove subiscono modificazioni (glicosilazioni) per poi essere esocitate tramite vescicole. Una delle modificazioni è l'aggiunta del recettore per il mannosio 6-fosfato (MPR). Questo recettore viene riconosciuto da delle membrane che si sono in parte già formate e quindi la proteina che abbiamo prodotto è indirizzata attraverso le endomembrane. Il legame del mannosio 6-fosfato con questo recettore particolare fa sì che queste proteine vengano trasportate nel luogo a cui sono destinate.

Di tutte queste proteine, in particolare le LAMP e le idrolasi seguono questo tipo di meccanismo. Si assembla il lisosoma partendo dai costituenti fondamentali, però quello che manca era già preesistente: la doppia membrana che nasce dagli endosomi primari che in realtà sono membrane intracellulari che sono state endocitate dal plasmalemma.

Da sole non hanno nessuna funzione ma si fondono con la serie di proteine prodotte dal Golgi e cominciano a formare delle strutture avvolte da membrana rotondeggianti che sono i lisosomi primari, organuli che non sono funzionanti. Perché lo diventi, si deve trasformare in endosoma secondario e poi in lisosoma maturo. Questo avviene con l'accumulo sulla doppia membrana di tutte queste proteine, alcune per via diretta altre indiretta, e soprattutto quando comincia a formarsi all'interno del lisosoma un pH basico perché le ATPasi cominciano a pompare all'interno gli ioni idrogeno. Quindi, le idrolasi si devono stabilizzare silenziando le ATPasi. Il pH diventa acido per il trasporto diretto di queste ATPasi che pompa i protoni dall'esterno all'interno. Queste ATPasi si riattivano quando arriva uno stimolo che sarà il legame con una sostanza considerata non self dalla cellula e che quindi deve essere eliminata dalla cellula stessa.

Alcune proteine vengono prodotte dal Golgi, vanno al plasmalemma, vengono esocitate ed endocitate e poi portate al lisosoma. La formazione dei lisosomi è complessa ed è oggetto di studio.

Protezione delle proteine della membrana

Le proteine che formano la membrana esterna sono quelle a contatto con le idrolasi. È vero che si attivano solo a un pH acido, però il contatto potrebbe essere pericoloso. Quindi, ciò che permette alle proteine di non essere modificate dalle idrolasi è il fatto di essere estremamente glicosidate. Nel Golgi, queste proteine ricevono moltissimi gruppi glucidici; quindi, la glicosilazione e la loro struttura terziaria le protegge dalle idrolasi.

Attivazione degli enzimi digestivi

Questi lisosomi contengono degli enzimi digestivi che si attivano tramite endocitosi da parte della membrana plasmatica di un materiale che deve essere digerito. Si forma un vacuolo o fagosoma che si fonde con il lisosoma. La fusione deriva dalla fusione delle membrane: la parte endocitata, che è l'endosoma, avrà una membrana esterna uguale alla membrana plasmatica della cellula, mentre il lisosoma ha una propria membrana esterna.

Anche in questo caso c'è un legame tra queste proteine recettoriali e le proteine contenute in questo vacuolo finale o lisosoma secondario che si è formato. La formazione dei lisosomi comporta due processi che avvengono all'interno del lisosoma:

• Formazione di lisosoma primario
• Formazione di lisosoma secondario