Lisossomas: características, estrutura, funções e tipos
Os lisossomos são organelas celulares cercadas por membranas que estão localizadas dentro das células animais. São compartimentos que apresentam um pH ácido e são ricos em enzimas digestivas, capazes de degradar qualquer tipo de molécula biológica: proteínas, carboidratos e ácidos nucléicos.
Além disso, eles podem degradar o material do lado de fora da célula. Portanto, os lisossomas têm múltiplas funções no metabolismo celular e, graças à sua composição rica em enzimas hidrolíticas, são freqüentemente chamados de "estômago" da célula.
Os lisossomos são formados pela fusão de vesículas que emergem do aparelho de Golgi. A célula reconhece certas seqüências que funcionam como "marcadores" em enzimas hidrolíticas e as envia para os lisossomas em formação.
Estes vacúolos são de forma esférica e seu tamanho varia consideravelmente, sendo uma estrutura celular bastante dinâmica.
Descoberta e perspectiva histórica
Os lisossomos foram descobertos há mais de 50 anos pelo pesquisador Christian de Duve. A equipe de De Duve estava conduzindo experimentos envolvendo a técnica de fracionamento subcelular, a fim de investigar a localização de certas enzimas.
Esse protocolo experimental permitiu a descoberta das organelas, uma vez que os pesquisadores perceberam que a liberação de enzimas hidrolíticas aumentava à medida que adicionavam compostos que danificavam as membranas.
Posteriormente, o aprimoramento das técnicas em biologia molecular e a existência de melhores equipamentos - como os microscópios eletrônicos - conseguiram corroborar sua presença. De fato, pode-se concluir que os lisossomos ocupam 5% do volume intracelular.
Tempo após a sua descoberta, foi possível demonstrar a presença de enzimas hidrolíticas no interior, transformando o lisossomo em um tipo de centro de degradação. Além disso, os lisossomos estavam relacionados à vida endocítica.
Historicamente, os lisossomas eram considerados como o ponto final da endocitose, usados apenas para a degradação de moléculas. Atualmente, sabe-se que os lisossomos são compartimentos celulares dinâmicos, capazes de se fundirem com uma variedade de organelas adicionais.
Funcionalidades
Morfologia dos lisossomos
Os lisossomos são compartimentos únicos de células animais que abrigam uma variedade de enzimas que são capazes de hidrolisar proteínas e digerir certas moléculas.
Eles são vacúolos de formas esféricas e densas. O tamanho da estrutura é amplamente variado e depende do material que foi previamente capturado.
Os lisossomas, juntamente com o retículo endoplasmático e o aparelho de Golgi, fazem parte do sistema endomembranar da célula. Embora essas três estruturas sejam redes de membrana, elas não são contínuas entre si.
Os lisossomos contêm múltiplas enzimas
A principal característica dos lisossomas é a bateria de enzimas hidrolíticas no interior. Existem cerca de 50 enzimas capazes de degradar uma ampla gama de biomoléculas.
Entre elas estão as nucleases, proteases e fosfatases (que removem grupos fosfato de mononucleotídeos, fosfolipídios e outros compostos). Além disso, eles contêm outras enzimas responsáveis pela degradação de polissacarídeos e lipídios.
Logicamente, estas enzimas digestivas devem estar separadas espacialmente do resto dos componentes celulares para evitar a degradação descontrolada dos mesmos. Assim, a célula pode "escolher" os compostos que devem ser eliminados, pois ela pode regular os elementos que entram no lisossomo.
O ambiente dos lisossomos é ácido
O interior dos lisossomos é ácido (perto de 4, 8), e as enzimas que ele contém funcionam bem nessa condição de pH. Portanto, eles são conhecidos como hidrolases ácidas.
O pH ácido característico deste compartimento celular é mantido graças à presença de uma bomba de prótons e um canal de cloreto na membrana. Juntos, eles transportam o ácido clorídrico (HCl) para o lisossomo. A bomba está localizada ancorada na membrana da organela.
A função deste pH acídico é a activação das várias enzimas hidrolíticas presentes no lisossoma e evitar - tanto quanto possível - a sua actividade enzimática ao pH neutro do citosol.
Dessa forma, já temos duas barreiras que funcionam como proteção contra a hidrólise descontrolada: manter as enzimas em um compartimento isolado e que essas enzimas funcionam bem no pH ácido desse compartimento.
Embora a membrana do lisossoma se decomponha, a liberação das enzimas não teria muito efeito - devido ao pH neutro do citosol.
Funções
A composição interna de um lisossoma é dominada por enzimas hidrolíticas, razão pela qual elas são uma importante região do metabolismo celular onde a digestão de proteínas extracelulares que entram na célula são realizadas por endocitose, reciclagem de organelas e proteínas citosólicas.
A seguir, exploraremos em profundidade as funções mais importantes dos lisossomos: a degradação de moléculas por autofagia e a degradação por fagocitose.
Autofagia
O que é autofagia?
Um mecanismo que consegue capturar proteínas celulares é chamado de autofagia "coma você mesmo". Esse evento ajuda a manter a homeostase celular, degradando as estruturas celulares que não são mais necessárias e contribui para a reciclagem de organelas.
Através deste fenômeno ocorre a formação de vesículas chamadas autofagossomos. Estas são pequenas regiões do citoplasma ou outros compartimentos celulares, a partir do retículo endoplasmático que se fundem com os lisossomos.
Ambas as organelas têm a capacidade de se fundirem, uma vez que são delimitadas por uma membrana plasmática de natureza lipídica. É análogo tentar unir duas bolhas de sabão - você está formando uma maior.
Após a fusão, o conteúdo enzimático do lisossoma é responsável pela degradação dos componentes que estavam dentro da outra vesícula formada. A captura dessas moléculas parece ser um processo que não tem seletividade, causando a degradação de proteínas localizadas no citosol de vida longa.
Períodos de autofagia e jejum
Na célula, o evento da autofagia parece ser regulado pela quantidade de nutrientes disponíveis.
Quando o organismo experimenta alguma deficiência nutricional ou experimenta períodos de jejum prolongados, as vias de degradação são ativadas. Dessa forma, a célula degrada proteínas que não são essenciais e atinge o reuso de determinadas organelas.
Sabendo que os lisossomos desempenham um papel importante durante os períodos de jejum, aumentou o interesse dos pesquisadores na organela.
Autofagia e o desenvolvimento de organismos
Além de sua participação ativa em períodos de baixo teor nutricional, os lisossomos desempenham um papel importante durante o desenvolvimento de certas linhagens de seres orgânicos.
Em alguns casos, o desenvolvimento implica a remodelação total do organismo, o que implica que certos órgãos ou estruturas devem ser eliminados durante o processo. Na metamorfose de insetos, por exemplo, o conteúdo hidrolítico dos lisossomos contribui para a remodelação dos tecidos.
Endocitose e fagocitose
A endocitose e a fagocitose desempenham um papel na captação de elementos externos às células e sua posterior degradação.
Durante a fagocitose, certas células - como macrófagos - são responsáveis pela ingestão ou degradação de partículas de tamanho considerável, como bactérias ou restos celulares.
Essas moléculas são ingeridas por um vacúolo fagocítico, chamado fagossoma, que, como no caso anterior, se fundirá com os lisossomos. A fusão dá origem à libertação de enzimas digestivas no interior do fagossoma e prossegue a degradação das partículas.
Tipos de lisossomos
Alguns autores distinguem este compartimento em dois tipos principais: tipo I e tipo II. Os lisossomas do tipo I ou primários estão envolvidos no armazenamento de enzimas hidrolíticas, enquanto os lisossomos secundários estão relacionados aos processos de catálise.
Formação de lisossomos
A formação de lisossomos começa com a captação de moléculas do exterior pelas vesículas endocíticas. Estes últimos são fundidos com outras estruturas chamadas endossomas iniciais.
Mais tarde, os endossomos iniciais passam por um processo de maturação e dão origem a endossomas tardios.
Um terceiro componente aparece no processo de formação: as vesículas de transporte. Estes contêm hidrolases ácidas da rede trans do aparelho de Golgi. Ambas as estruturas - as vesículas de transporte e os endossomas tardios - se fundem e se transformam em um lisossoma, depois de adquirir o conjunto de enzimas lisossomais.
Durante o processo, a reciclagem de receptores de membrana ocorre através da reciclagem de endossomas.
As hidrolases ácidas são separadas do receptor de manose-6-fosfato durante o processo de fusão das organelas que dão origem aos lisossomos. Esses receptores entram novamente na rede trans do Golgi.
Diferenças entre endossomos e lisossomos
A confusão é comum entre os termos endossomos e lisossoma. Os primeiros são compartimentos celulares rodeados por lisossomas semelhantes a membranas. No entanto, a distinção crucial entre as duas organelas é que os lisossomos não possuem receptores manose-6-fosfato.
Além dessas duas entidades biológicas, existem outros tipos de vesículas. Um deles é o vacúolo, cujo conteúdo é principalmente de água.
As vesículas de transporte, como o nome indica, participam do deslocamento de substâncias para outros locais da célula. As vesículas secretoras, por outro lado, eliminam os resíduos ou produtos químicos (como aqueles que participam das sinapses dos neurônios).
Doenças associadas
Nos seres humanos, as mutações nos genes que codificam as enzimas do lisossoma estão associadas a mais de 30 doenças congênitas. Estas patologias estão incluídas no termo "doenças de depósito lisossomal".
Surpreendentemente, muitas dessas condições surgem de danos a uma única enzima lisossomal.
Nos indivíduos afetados, a consequência de ter uma enzima não funcional dentro dos lisossomos é o acúmulo de produtos residuais.
A alteração de depósito lisossomal mais comum é conhecida como doença de Gaucher e está associada a uma mutação no gene que codifica a enzima responsável pelos glicolipídios. Como um fato curioso, a doença mostra uma frequência bastante alta entre a população judaica, afetada a 1 por 2.500 indivíduos.
