Riassunto dettagliato ed esaustivo di lisosomi, mitocondri e perossisomi

Lisosomi

I lisosomi sono organuli cellulari identificati negli anni '50 contenenti enzimi idrolitici che esplicano la loro attività a pH acido (compreso tra 4,5-5) e, perciò, sono chiamati idrolasi acide (si intendono gli enzimi idrolitici). I lisosomi sono organuli tondeggianti, vere e proprie sacche di 0,2-1 μm di diametro, che rappresentano la sede della digestione intracellulare di materiale di natura diversa.

Il funzionamento delle idrolasi acide a pH basso ne impedisce il funzionamento al valore di pH del citosol (circa 7,2). Questa proprietà è protettiva nei confronti della cellula nel caso di eventuale rottura della membrana del lisosoma. Il numero dei lisosomi presenti in una cellula varia notevolmente in funzione dell'attività endocitica più o meno intensa. La variabilità del contenuto da digerire provoca cambiamenti di forma e di dimensione.

Quale materiale viene ingerito nei lisosomi?

Il materiale digerito nei lisosomi è:

• Quello che viene introdotto per endocitosi e, in questo caso, la digestione serve per scindere i componenti macromolecolari per ricavare le molecole semplici utili.
• Microorganismi o cellule danneggiate o morte introdotte attraverso la fagocitosi che devono essere degradati.
• Strutture intracellulari che, per diversi motivi, devono essere eliminate.

I lisosomi sono, appunto, coinvolti nel processo di degradazione e di riciclo di:

• Materiale extracellulare: attraverso l'endocitosi.
• Materiale intracellulare: attraverso l'autofagia.

Autofagia

È un processo finemente regolato di rimozione selettiva di componenti citoplasmatici danneggiati. L'autofagia permette la degradazione e il riciclo dei componenti cellulari. L'autofagia è essenzialmente un meccanismo protettivo, e nella maggior parte dei casi, costituisce un meccanismo di adattamento allo stress. In particolare, l'autofagia è considerata una risposta a stress nutrizionali (carenza di molecole nutritive a seguito, ad esempio, di un digiuno prolungato) per mantenere un adeguato livello intracellulare di nutrienti.

Vi sono tre differenti tipologie di meccanismi operanti (a seconda della collocazione della cellula viene attivato un meccanismo o l'altro):

1. Macroautofagia: è il meccanismo principale, finalizzato allo smaltimento di organuli danneggiati o proteine inutilizzate. La macroautofagia è caratterizzata dalla comparsa di vescicole: autofagosomi, a doppia o multi-membrana di derivazione dal RE. Gli autofagosomi si fondono con i lisosomi formando gli autofagolisosomi, dove i componenti inglobati sono degradati e i prodotti in essi presenti sono riciclati per rifornire la cellula di differenti molecole che saranno riutilizzate.
2. Microautofagia: il cui citoplasma è inglobato direttamente nei lisosomi attraverso un’invaginazione di membrana del lisosoma, che si estende in profondità all'interno dello stesso lisosoma finché non si stacca come vescicola nel lume lisosomiale.
3. Autofagia mediata da chaperon molecolari: attuano il trasporto selettivo di proteine citosoliche nei lisosomi.

Idrolasi acide

All'interno dei lisosomi sono contenuti circa 40 tipi diversi di enzimi idrolitici. I più importanti:

• Nucleasi: idrolizzano legami fosfodiesteri di DNA e RNA.
• Lipasi: degradano i lipidi.
• Fosfolipasi: degradano i fosfolipidi.
• Glicosidasi: degradano i carboidrati.
• Proteasi: degradano proteine e peptidi in aminoacidi.
• Fosfatasi: rimuovono gruppi fosfato.
• Solfatasi: rimuovono gruppi solfato.

In tutti i casi, però, è sempre presente la fosfatasi acida, che è quindi l'enzima marcatore dei lisosomi. Le idrolasi sono prodotte nel RER e sono secrete al Golgi dove vengono addizionate con mannosio-6-fosfato per il riconoscimento ed il trasporto ai lisosomi da parte di uno specifico recettore, anch'esso trasportato nei lisosomi, dai quali è però recuperato per essere riutilizzato.

Per permettere l'efficace attività degli enzimi idrolitici è necessario un pH acido (4,5-5) all'interno dei lisosomi che è mantenuto da una continua e attiva concentrazione di H⁺ (protoni). Ciò è possibile per la presenza nella membrana lisosomiale di una pompa protonica o a idrogeno, che trasporta protoni dal citoplasma all'interno del lisosoma, idrolizzando ATP. Dunque, le idrolasi acide necessitano di un pH acido per un’attività ottimale e, per questo, sono inattive al pH del citosol.

Membrana lisosomiale

La membrana lisosomiale è composta da un singolo strato fosfolipidico di 7-10 nm. Una caratteristica della membrana lisosomiale è il suo alto contenuto di carboidrati dovuto a proteine di membrana fortemente glicosilate rivolte verso la faccia non citosolica, quindi verso il lume del lisosoma (creando una specie di “glicocalice”) non consentendo, così, alle idrolasi di riversare nel citosol.

Dunque, la membrana lisosomiale ha diverse funzioni:

• Mantiene il pH acido per mezzo delle pompe protoniche.
• Impedisce l’uscita delle idrolasi.
• Trasporta i prodotti degradati fuori dal lisosoma.

Genesi lisosomiale

Il lisosoma si forma per gemmazione dall'apparato di Golgi. Gli enzimi lisosomiali, sintetizzati nel RER, sono tutti contraddistinti da un residuo di mannosio-6-fosfato (che viene aggiunto nel cis-Golgi). La proteina marcata con M6P è riconosciuta da recettori presenti sulla membrana dell’apparato di Golgi e viene inclusa in una vescicola idrolasica rivestita di clatrina e adattina, rimanendo legata al recettore. Questa vescicola si fonderà con un precursore del lisosoma: endosoma tardivo formando un endolisosoma che maturerà in lisosoma con l’azionamento delle pompe protoniche e l’attivazione degli enzimi litici.

I recettori, dopo aver rilasciato le rispettive idrolasi grazie all’acidificazione dell’ambiente, verranno recuperati all’interno di vescicole che, gemmando dall’endosoma tardivo, ritornano all’apparato di Golgi.

Mitocondri

I mitocondri, gli organuli responsabili della produzione di energia, variano molto nella forma, da lunghi e sottili a corti e larghi. La morfologia e le dimensioni variano.