Biología (08) · Unidad 4 — El sistema de endomembranas
Lisosomas y digestión celular
El lisosoma es el estómago de la célula: una vesícula con enzimas que digieren casi cualquier molécula, que trabajan en un ambiente ácido (pH cercano a 5) que el propio lisosoma mantiene con una bomba de protones. Digiere lo que entra desde afuera (heterofagia) y las partes viejas de la propia célula (autofagia); lo que no puede digerir queda como cuerpo residual.
La explicación
El problema: digerir sin digerirse
Un glóbulo blanco se come una bacteria. Una neurona tiene que deshacerse de sus mitocondrias gastadas. Las dos necesitan digerir: romper proteínas, grasas, azúcares y ácidos nucleicos en sus piezas. Pero las enzimas que hacen eso, sueltas en el citosol, digerirían a la propia célula. La solución es encerrarlas en un compartimento: el lisosoma, descubierto por Christian de Duve en los años 50.
Qué tiene adentro
Un lisosoma es una vesícula rodeada por una membrana, con unas cuarenta clases de enzimas digestivas. Todas cortan uniones agregando agua: son hidrolasas. Hay proteasas (cortan proteínas), nucleasas (ácidos nucleicos), lipasas (lípidos), glicosidasas (azúcares) y fosfatasas. Una de ellas, la fosfatasa ácida, se usa para teñir y reconocer lisosomas al microscopio.
Esas enzimas son hidrolasas ácidas: trabajan bien a pH cercano a 5 y muy poco a pH 7. Adentro del lisosoma el pH es ácido porque su membrana tiene una bomba de protones que gasta ATP para meter H⁺ (transporte activo, tema 3.4).
¿De dónde vienen las enzimas? Se fabrican en el RER, pasan por el Golgi, donde reciben la marca de manosa-6-fosfato, y llegan en vesículas desde la red trans (tema 4.2). El lisosoma es parte del sistema de endomembranas.
Por qué no se digiere a sí mismo
Las enzimas dependen del pH ácido: si un lisosoma se rompe y sus enzimas salen al citosol (pH ≈ 7,2), trabajan muy poco. Es un segundo seguro.
Están encerradas: mientras la membrana esté sana, el citosol no las ve.
El pH es una escala logarítmica: cada unidad menos es diez veces más H⁺. Para comparar dos pH, restalos y elevá 10 a esa diferencia. pH 5 contra pH 7: 7 − 5 = 2 → 10² = 100 veces más H⁺.
Tipos de lisosomas: el ciclo lisosomal
Los manuales clásicos ordenan los lisosomas según en qué momento de su vida se los mira:
Lisosoma secundario: el que ya se fusionó con algo para digerir. Si viene de afuera (un fagosoma con una bacteria, una vesícula de endocitosis), se llama vacuola heterofágica o vacuola digestiva (fagolisosoma). Si viene de la propia célula, vacuola autofágica.
Cuerpo residual: lo que queda cuando ya se digirió todo lo digerible. Los restos que no se pudieron romper se quedan adentro. En células que no se dividen y viven mucho (neuronas, células del corazón) se van acumulando con los años como un pigmento pardo, la lipofuscina, «el pigmento del envejecimiento». Otras células los expulsan por exocitosis.
Las piezas que salen de la digestión (aminoácidos, azúcares, nucleótidos) cruzan la membrana del lisosoma por transportadores y vuelven al citosol, donde la célula las reutiliza.
1. ¿Todavía no digirió nada? Primario.
2. ¿Está digiriendo algo de afuera? Secundario, heterofágico.
3. ¿Está digiriendo una parte de la propia célula? Secundario, autofágico.
4. ¿Quedan sólo restos sin digerir? Cuerpo residual.
Heterofagia y autofagia
Heterofagia es digerir lo que entra de afuera: es lo que hace el macrófago con la bacteria que fagocitó, o cualquier célula con lo que tomó por endocitosis. Autofagia es digerir lo propio: una membrana doble envuelve una mitocondria gastada o un pedazo de citoplasma y forma un autofagosoma, que se fusiona con un lisosoma. Es la manera que tiene la célula de renovar sus organelas, y se intensifica en el ayuno, cuando la célula se «come» partes propias para sacar energía y piezas. El japonés Yoshinori Ohsumi recibió el Nobel en 2016 por estudiar cómo funciona.
Hay células que usan las enzimas lisosomales afuera: los osteoclastos las sueltan sobre el hueso para disolverlo y remodelarlo.
Cuando falta una enzima
Si por una mutación falta una de las enzimas del lisosoma, la molécula que ella debía romper se acumula adentro: los lisosomas se agrandan y llenan la célula. Son las enfermedades de depósito lisosomal, hereditarias y poco frecuentes. En la de Tay-Sachs se acumulan unos lípidos (gangliósidos) en las neuronas; en la de Pompe, glucógeno en el músculo. Cada una se nombra por lo que se acumula, y lo que se acumula dice qué enzima falta.
1. ¿Qué se acumula? Eso es lo que no se digiere.
2. La enzima que falta es la que rompe esa molécula.
3. ¿Dónde se acumula? En los lisosomas, que se agrandan.
En un macrófago, un lisosoma tiene pH 5 y el citosol que lo rodea, pH 7. a) ¿Cuántas veces más protones hay adentro del lisosoma? b) ¿Cómo se mantiene esa diferencia? c) Si un veneno bloquea la bomba de protones, ¿qué le pasa a la digestión de las bacterias que el macrófago fagocita?
Primero la cuenta, después lo que significa.
b) Cómo se mantiene. Una bomba de protones de la membrana del lisosoma mete H⁺ gastando ATP. Los protones van de donde hay menos (citosol) a donde hay más (lisosoma): en contra de su gradiente, por eso es transporte activo primario.
c) Con la bomba bloqueada. Los protones se escapan de a poco y el pH del lisosoma sube hacia 7. Las hidrolasas ácidas trabajan cada vez peor. El fagosoma se fusiona con el lisosoma, pero las bacterias no se digieren bien: la vacuola heterofágica queda llena de material sin degradar.
Dónde se pierde el punto: en contestar «el doble» o «dos veces» en a). La escala del pH no es lineal: dos unidades son cien veces.
Un control: si el lisosoma tuviera pH 4,5 y el citosol 7,5, la diferencia sería 3 unidades, 10³ = 1000 veces.
En la enfermedad de Tay-Sachs falta una enzima lisosomal que rompe ciertos lípidos de las membranas de las neuronas. Explicá por qué el problema aparece sobre todo en las neuronas y no, por ejemplo, en las células de la piel, que tienen los mismos lisosomas.
La pista está en qué se acumula y en cuánto vive cada célula.
Por qué en las neuronas. Las neuronas casi no se dividen y viven toda la vida: lo que se acumula no se reparte entre células hijas ni se renueva con células nuevas. Los lisosomas se van llenando y agrandando hasta afectar el funcionamiento.
Por qué no en la piel. Las células de la piel tienen poca cantidad de esos lípidos, así que acumulan poco, y además se renuevan seguido: las viejas se desprenden y las reemplazan otras.
Lo que enseña: en las enfermedades de depósito lisosomal, el daño aparece donde más se usa la molécula que no se puede romper y donde las células duran más.
Dónde se pierde el punto: en pensar que las neuronas «tienen otros lisosomas». Los lisosomas son iguales en todas las células; lo que cambia es lo que les llega para digerir.
Dónde se cae la mayoría
- Creer que las enzimas del lisosoma trabajan a pH neutro. Son hidrolasas ácidas: trabajan bien a pH cercano a 5 y muy poco en el citosol, a pH 7,2.
- Pensar que el pH ácido del lisosoma se mantiene solo. Lo mantiene una bomba de protones que gasta ATP.
- Confundir vacuola heterofágica con autofágica. Heterofágica digiere lo que entró de afuera; autofágica, partes de la propia célula.
- Decir que las enzimas lisosomales se fabrican en el lisosoma. Se fabrican en el RER, se marcan en el Golgi y llegan en vesículas.
- Calcular mal la diferencia de pH. Dos unidades no son el doble: son 10² = 100 veces más protones.
Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento.
Practicar Lisosomas y digestión celular →Dónde entra este tema en el parcial
- Primer parcial — La célula que fabrica moco10 puntos · resuelto paso a paso
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