LISOSOMI: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, FUNZIONI E TIPOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

I lisosomi sono membrane cellulari degli organelli che si trovano all'interno delle cellule animali. Sono comparti che hanno un pH acido e sono ricchi di enzimi digestivi, in grado di degradare qualsiasi tipo di molecola biologica: proteine, carboidrati e acidi nucleici.

Inoltre, possono degradare il materiale dall'esterno della cella. Per questo motivo i lisosomi svolgono molteplici funzioni nel metabolismo cellulare e, grazie alla loro composizione ricca di enzimi idrolitici, vengono spesso chiamati "stomaco" della cellula.

I lisosomi sono formati dalla fusione di vescicole che emergono dall'apparato di Golgi. La cellula riconosce alcune sequenze che funzionano come "tag" sugli enzimi idrolitici e le invia ai lisosomi in formazione.

Questi vacuoli sono di forma sferica e la loro dimensione varia notevolmente, essendo una struttura cellulare abbastanza dinamica.

Scoperta e prospettiva storica

I lisosomi sono stati scoperti più di 50 anni fa dal ricercatore Christian de Duve. Il team di De Duve stava conducendo esperimenti che coinvolgevano la tecnica del frazionamento subcellulare, al fine di indagare sulla posizione di alcuni enzimi.

Questo protocollo sperimentale ha permesso la scoperta degli organelli, poiché i ricercatori hanno notato che il rilascio di enzimi idrolitici aumentava con l'aggiunta di composti che danneggiavano le membrane.

Successivamente, il miglioramento delle tecniche di biologia molecolare e l'esistenza di attrezzature migliori, come i microscopi elettronici, sono riusciti a confermare la sua presenza. In effetti, si potrebbe concludere che i lisosomi occupano il 5% del volume intracellulare.

Qualche tempo dopo la sua scoperta, al suo interno è stata evidenziata la presenza di enzimi idrolitici, trasformando il lisosoma in una sorta di centro di degradazione. Inoltre, i lisosomi erano associati alla vita endocitica.

Storicamente, i lisosomi erano considerati il ​​punto finale dell'endocitosi, utilizzati solo per la degradazione delle molecole. Oggi i lisosomi sono noti per essere compartimenti cellulari dinamici, in grado di fondersi con una varietà di organelli aggiuntivi.

caratteristiche

Protone che pompa attraverso la membrana del lisosoma. Fonte: Alejandro Porto

Morfologia dei lisosomi

I lisosomi sono compartimenti unici di cellule animali che ospitano una varietà di enzimi in grado di idrolizzare le proteine ​​e digerire determinate molecole.

Sono vacuoli densi e sferici. La dimensione della struttura è molto varia e dipende dal materiale che è stato precedentemente catturato.

I lisosomi, insieme al reticolo endoplasmatico e all'apparato di Golgi, fanno parte del sistema endomembrana della cellula. Sebbene queste tre strutture siano reti di membrane, non sono continue l'una con l'altra.

I lisosomi contengono più enzimi

La caratteristica principale dei lisosomi è la batteria di enzimi idrolitici al loro interno. Esistono circa 50 enzimi in grado di degradare un'ampia gamma di biomolecole.

Questi includono nucleasi, proteasi e fosfatasi (che rimuovono i gruppi fosfato dai mononucleotidi fosfolipidici e altri composti). Inoltre, contengono altri enzimi responsabili della degradazione di polisaccaridi e lipidi.

Logicamente, questi enzimi digestivi devono essere separati spazialmente dal resto dei componenti cellulari per evitare la loro degradazione incontrollata. La cellula può quindi "scegliere" i composti che devono essere eliminati, poiché può regolare gli elementi che entrano nel lisosoma.

L'ambiente dei lisosomi è acido

L'interno dei lisosomi è acido (vicino a 4,8) e gli enzimi che contiene funzionano bene a questa condizione di pH. Pertanto, sono noti come idrolasi acide.

Il caratteristico pH acido di questo compartimento cellulare viene mantenuto grazie alla presenza di una pompa protonica e di un canale del cloruro nella membrana. Insieme, trasportano l'acido cloridrico (HCl) nel lisosoma. La pompa si trova ancorata nella membrana dell'organello.

La funzione di questo pH acido è quella di attivare i vari enzimi idrolitici presenti nel lisosoma e di evitare - per quanto possibile - la loro attività enzimatica a pH neutro del citosol.

In questo modo, abbiamo già due barriere che funzionano come protezione contro l'idrolisi incontrollata: mantenere gli enzimi in un compartimento isolato e che questi enzimi funzionino bene al pH acido di questo compartimento.

Anche se la membrana del lisosoma fosse rotta, il rilascio degli enzimi non avrebbe molto effetto, a causa del pH neutro del citosol.

Caratteristiche

La composizione interna di un lisosoma è dominata dagli enzimi idrolitici, motivo per cui sono una regione importante del metabolismo cellulare dove avviene la digestione delle proteine ​​extracellulari che entrano nella cellula per endocitosi, il riciclaggio degli organelli e delle proteine ​​citosoliche.

Di seguito esploreremo in profondità le funzioni più importanti dei lisosomi: degradazione delle molecole per autofagia e degradazione per fagocitosi.

L'autofagia

Cos'è l'autofagia?

Un meccanismo che cattura le proteine ​​cellulari è chiamato autofagia "autoalimentata". Questo evento aiuta a mantenere l'omeostasi cellulare, degradando le strutture cellulari che non sono più necessarie e contribuisce al riciclaggio degli organelli.

Attraverso questo fenomeno si verifica la formazione di vescicole chiamate autofagosomi. Si tratta di piccole regioni del citoplasma o di altri compartimenti cellulari, provenienti dal reticolo endoplasmatico, che si fondono con i lisosomi.

Entrambi gli organelli hanno la capacità di fondersi, poiché sono delimitati da una membrana plasmatica di natura lipidica. È analogo a cercare di abbinare due bolle di sapone insieme: ne stai creando una più grande.

Dopo la fusione, il contenuto enzimatico del lisosoma è responsabile della degradazione dei componenti che erano all'interno dell'altra vescicola formata. La cattura di queste molecole sembra essere un processo privo di selettività, che causa la degradazione delle proteine ​​situate nel citosol a vita lunga.

Autofagia e periodi di digiuno

Nella cellula, l'evento autofagico sembra essere regolato dalla quantità di nutrienti disponibili.

Quando il corpo sperimenta una carenza di nutrienti o sperimenta periodi prolungati di digiuno, vengono attivati ​​i percorsi di degradazione. In questo modo, la cellula riesce a degradare proteine ​​non essenziali e ottiene il riutilizzo di alcuni organelli.

Sapere che i lisosomi svolgono un ruolo importante durante i periodi di digiuno ha aumentato l'interesse dei ricercatori per questo organello.

Autofagia e sviluppo degli organismi

Oltre alla loro partecipazione attiva in periodi di basso contenuto nutritivo, i lisosomi svolgono un ruolo importante durante lo sviluppo di alcune linee di esseri organici.

In alcuni casi, lo sviluppo comporta il rimodellamento totale del corpo, il che implica che determinati organi o strutture devono essere eliminati durante il processo. Nella metamorfosi degli insetti, ad esempio, il contenuto idrolitico dei lisosomi contribuisce al rimodellamento dei tessuti.

Endocitosi e fagocitosi

L'endocitosi e la fagocitosi hanno un ruolo nell'assorbimento di elementi esterni alle cellule e nella loro successiva degradazione.

Durante la fagocitosi, alcune cellule, come i macrofagi, sono responsabili dell'ingestione o della degradazione di particelle di grandi dimensioni, come batteri o detriti cellulari.

Queste molecole vengono ingerite da un vacuolo fagocitico, chiamato fagosoma, che, come nel caso precedente, si fonderà con i lisosomi. La fusione provoca il rilascio di enzimi digestivi all'interno del fagosoma e le particelle vengono degradate.

Tipi di lisosomi

Alcuni autori distinguono questo compartimento in due tipi principali: tipo I e tipo II. Quelli di tipo I o lisosomi primari sono coinvolti nella conservazione degli enzimi idrolitici, mentre i lisosomi secondari sono legati ai processi di catalisi.

Formazione di lisosomi

La formazione dei lisosomi inizia con l'assorbimento di molecole dall'esterno attraverso le vescicole endocitiche. Questi ultimi si fondono con altre strutture chiamate endosomi precoci.

Successivamente, gli endosomi precoci subiscono un processo di maturazione, dando origine agli endosomi tardivi.

Un terzo componente appare nel processo di formazione: le vescicole di trasporto. Questi contengono le idrolasi acide dalla rete trans dell'apparato di Golgi. Entrambe le strutture - le vescicole di trasporto e gli endosomi tardivi - si fondono e diventano un lisosoma, dopo aver acquisito l'insieme di enzimi lisosomiali.

Durante il processo, il riciclaggio dei recettori di membrana avviene mediante il riciclaggio degli endosomi.

Le idrolasi acide vengono separate dal recettore del mannosio-6 fosfato durante il processo di fusione degli organelli che danno origine ai lisosomi. Questi recettori entrano di nuovo nella rete trans Golgi.

Differenze tra endosomi e lisosomi

La confusione tra i termini endosomi e lisosoma è comune. I primi sono compartimenti cellulari racchiusi in una membrana, come i lisosomi. Tuttavia, la distinzione cruciale tra i due organelli è che i lisosomi mancano di recettori del mannosio-6-fosfato.

Oltre a queste due entità biologiche, ci sono altri tipi di vescicole. Uno di questi sono i vacuoli, il cui contenuto è principalmente acqua.

Le vescicole di trasporto, come suggerisce il nome, partecipano al movimento di sostanze verso altre posizioni nella cellula. Le vescicole secretorie, da parte loro, rimuovono materiale di scarto o sostanze chimiche (come quelle coinvolte nella sinapsi dei neuroni).

Malattie associate

Negli esseri umani, le mutazioni nei geni che codificano per gli enzimi lisosomi sono associate a più di 30 malattie congenite. Queste patologie sono comprese dal termine "malattie da accumulo lisosomiale".

Sorprendentemente, molte di queste condizioni derivano dal danno a un singolo enzima lisosomiale.

Negli individui affetti, la conseguenza dell'avere un enzima non funzionale all'interno dei lisosomi è l'accumulo di prodotti di scarto.

L'alterazione della deposizione lisosomiale più comune è nota come malattia di Gaucher ed è associata a una mutazione nel gene che codifica per l'enzima responsabile dei glicolipidi. Come fatto curioso, la malattia mostra una frequenza abbastanza alta tra la popolazione ebraica, colpendo 1 individuo su 2.500.

Riferimenti

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