Lisossomo

Biologia celular
C�lula animal
Organelos da c�lula animal Nucl�olo N�cleo celular Ribossomas Ves�cula Ret�culo endoplasm�tico rugoso Complexo de Golgi Citoesqueleto Ret�culo endoplasm�tico liso Mitoc�ndria Vac�olo Citoplasma (composto de Citosol) Lisossomo Centrossoma Membrana plasm�tica Peroxissoma (ausente na imagem)
C�lula vegetal
Organelos da c�lula vegetal a. Plasmodesmo b. Membrana plasm�tica c. Parede celular 1. Cloroplasto d. Tilac�ides e. Gr�nulo de amido 2. Vac�olo f. Vac�olo g. Tonoplasto h. Mitoc�ndrias i. Peroxissoma j. Citoplasma k. Pequenas ves�culas membranosas l. Ret�culo endoplasm�tico rugoso 3. N�cleo m. Poro nuclear n. Envolt�rio nuclear o. Nucl�olo p. Ribossomos q. Ret�culo endoplasm�tico liso r. Ves�culas Golgi s. Complexo de Golgi t. Citoesqueleto
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Lisossomas ^{(portugu�s europeu)} Lisossomos ^{(portugu�s brasileiro)} s�o organelas celulares citoplasm�ticos que possuem a capacidade de degradar part�culas. A partir disso, elas desempenham uma importante fun��o de reciclagem de componentes celulares envelhecidos, al�m de defesa contra agentes externos e participa��o no processo de autofagia. Os lisossomos est�o ainda envolvidos em outros processos celulares, como reparo de membrana e secre��o, por exemplo.

Seu objetivo prim�rio � cumprido atrav�s da clivagem controlada de macromol�culas (como, por exemplo, prote�nas, �cidos nucl�icos, polissacar�deos, e lip�dios), catalisada por cerca de 80 enzimas hidrol�ticas, entre as quais se encontram proteases, nucleases, glicosidases, lipases, fosfolipases, fosfatases, e sulfatases. Todas essas enzimas s�o produzidas no ret�culo endoplasm�tico rugoso, transferidas para as bolsas do Complexo de Golgi e depois armazenadas nos endossomos tardios, de onde ir�o para lisossomos maduros (ou continuar�o l� at� o endossomo amadurecer em um lisossomo). Elas possuem atividade �tima em pH �cido (aproximadamente 5,0) o qual � mantido com efici�ncia no interior do lisossomo. Em fun��o disto, o conte�do do citosol � duplamente protegido contra ataques do conte�do lisossomal, uma vez que a membrana do lisossomo mant�m as enzimas de degrada��o isoladas do citosol (essa fun��o � exercida, aparentemente, pelos carboidratos que ficam associados � face interna da membrana), mas mesmo em caso de vazamento, essas enzimas ter�o sua a��o inibida pelo pH citoplasm�tico (aproximadamente 7,2) causando dano reduzido � c�lula.

Os lisossomos tamb�m possuem uma membrana envolt�ria caracter�stica: prote�nas transportadoras contidas nessa membrana, permitem que os produtos finais da digest�o de macromol�culas (tais como amino�cidos, a��cares, nucleot�deos e at� mesmo pequenos pept�deos) transitem para o citosol onde ser�o excretados ou reutilizados pela c�lula. A membrana do lisossomo possui tamb�m bombas de H⁺, que, atrav�s da hidr�lise de ATP, bombeiam �ons H⁺ para o l�men (como uma ATPase invertida), mantendo assim o pH �cido, ideal para a a��o enzim�tica. A maioria das membranas lisossomais � altamente glicosilada, de modo que lhe � conferida prote��o das enzimas contidas no l�men.

� importante notar, por fim, que a digest�o feita pelos lisossomos em c�lulas animais n�o tem a mesma fun��o da digest�o em um organismo pluricelular em si mesmo. Em metazo�rios em geral, os nutrientes chegam nas c�lulas j� apropriados para a entrada no metabolismo e, portanto, n�o precisam de um an�logo ao est�mago ou duodeno intracelular. Assim, o papel do lisossomo n�o � alimentar a c�lula, embora isso possa ser feito em certa medida na autofagia. Existem 4 vias principais para a entrega de compostos a serem degradados para o lisossomo: endocitose, macropinocitose - que � um tipo de endocitose -, autofagia e fagocitose.

Hist�ria e descoberta

Christian de Duve, o ent�o presidente do laborat�rio de Qu�mica Fisiol�gica na Universidade Cat�lica de Lovaina, na B�lgica, estudava os mecanismos de a��o da insulina em c�lulas hep�ticas. Em 1949, ele e sua equipe estudaram a enzima glicose 6-fosfatase. Eles j� suspeitavam que a enzima desempenhasse um papel fundamental na regula��o de a��car no sangue. Visando isolar a enzima, utilizaram o m�todo de fracionamento celular, que utiliza a centrifuga��o na separa��o dos conte�dos de uma c�lula, preservando a fun��o de cada componente.

A detec��o da atividade enzim�tica ap�s o fracionamento foi bem-sucedida. Esse foi um evento crucial na inesperada descoberta dos lisossomos. Usando uma enzima padr�o �cido fosfatase, eles determinaram que a atividade era apenas 10% do valor esperado. Um dia, foi medida novamente a atividade enzim�tica das fra��es segmentadas que haviam sido refrigeradas durante cinco dias. Surpreendentemente, a atividade enzim�tica daquela primeira amostra havia-se normalizado. Eles obtiveram o mesmo resultado, a cada vez que repetiram o procedimento e chegaram � conclus�o de que alguma barreira membranosa estava limitando o acesso da enzima ao seu substrato. Descreveram essa barreira como uma "bolsa envolta por uma membrana contendo fosfatase �cida."

A enzima provinha de uma fra��o com res�duos membranosos, e tornou-se claro que se tratava de organelas. Em 1955, De Duve as chamou de "lisossomos", refletindo suas propriedades digestivas. No mesmo ano, Alex B. Novikoff, da Universidade de Vermont, visitou o laborat�rio de Duve e obteve com sucesso as primeiras imagens de microsc�pio eletr�nico da nova organela. Usando o microsc�pio �ptico, microsc�pio eletr�nico e um m�todo de colora��o de fosfatases �cidas, Duve e Novikoff confirmaram a localiza��o das enzimas hidrol�ticas dos lisossomos. Gra�as � sua descoberta, De Duve ganhou o pr�mio Nobel de Medicina de 1974.

Originalmente, De Duve havia chamado as organelas de "bolsas suicidas" da c�lula, pelo seu hipotetizado papel na apoptose. Por�m, tem sido demonstrado que participam pouco no processo de morte celular.

Transporte para o lisossomo

Tudo dentro de uma c�lula tende a ser altamente organizado e isso n�o seria muito diferente com o reconhecimento do que deve ou n�o ser direcionado �s organelas. Assim, antes de ser levado ao lisossomo para ser reciclada ou para l� exercer sua fun��o, uma prote�na, organela ou part�cula externa precisa antes ser devidamente endere�ada. Esse endere�amento se d� em tr�s vias para a degrada��o e uma para a entrega de mol�culas pr�prias do lisossomo. A primeira s�o as ves�culas conhecidas como endossomos tardios, formada por material que veio do meio extracelular (atrav�s de endocitose) e enzimas pr�prias de lisossomos. Essas ves�culas entregam seu conte�do pela fus�o com lisossomos (formando os endolisossomos). Ou, ainda, pode ocorrer o amadurecimento de um endossomo tardio para formar um lisossomo novo. A segunda rota � dada a partir da autofagia e se consagra pela fus�o de um autofagossomo ao lisossomo. J� a terceira rota leva corpos fagocitados para a degrada��o a partir da fus�o do fagossomo ao lisossomo. Nessas tr�s vias h� o reconhecimento constitui��odas membranas das ves�culas. E, por fim, cerca de 80% das prote�nas que dever�o compor o lisossomo s�o entregues pelo reconhecimento de manose 6-fostato previamente ligada a elas (mas algumas prote�nas v�o por vias independentes, como as que envolvem LIMP2 e sortilina).

 A manose 6-fosfato � adicionada � prote�na na regi�o cis do aparato de golgi, ap�s ser reconhecida pela configura��o dos amino�cidos de uma regi�o da prote�na. Assim, mediada pelo catalisador N-acetilglicosamina-1-fosfato transferase, o oligossacar�deo ligado ao N da cadeia lateral da asparigina recebe uma manose 6-fosfato. Ap�s isso, na regi�o trans do Complexo de Golgi, dois receptores independentes reconhecem a manose 6-fosfato e se ligam � prote�na marcada, sob pH 6,5 a 6,7. Osreceptores, ent�o, (se ligam a adaptinas, que convocar�o clatrinas) promovem a forma��o de ves�culas que levar�o a hidrolase para endossomos tardios. No endossomo tardio, o ph 6 causa a dissocia��o da prote�na com o receptor de manose 6-fosfato, permitindo que a hidrolase comece a exercer sua fun��o. Enfim, o endossomo tardio pode entregar a prote�na ao se fundir a um lisossomo ou pode ele mesmo amadurecer a um lisossomo.

Forma��o de Endossomos e Endolisossomos

No processo de endocitose, as ves�culas que brotaram da membrana plasm�tica, contendo prote�nas receptoras e seus ligantes, perdem seu revestimento e se fundem com endossomos iniciais, que se localizam pr�ximo � membrana celular. A partir desses endossomos iniciais, as prote�nas podem seguir diferentes vias dentro da c�lula: reciclagem, transcitose e degrada��o.

No processo de reciclagem, prote�nas receptoras retornam ao seu dom�nio original na membrana plasm�tica, por meio de ves�culas de transporte que brotam do endossomo inicial. As prote�nas receptoras podem ser transportadas a um dom�nio diferente do seu original na membrana plasm�tica, no processo de transcitose. E, por fim, as prote�nas podem permanecer no endossomo inicial e seguir a via de degrada��o.

Os endossomos iniciais, por sua vez, migram em dire��o ao interior celular pelos microt�bulos e durante esse percurso, brotam dele muitas ves�culas de transporte, enquanto tamb�m se fundem a ele diversas ves�culas provenientes da membrana plasm�tica e tamb�m do Complexo de Golgi. Por esse motivo, os endossomos passam a ser chamados de corpos multivesiculares, e esses corpos continuam seu percurso at� passarem a se fundir entre si para formar um endossomo tardio, ou se fundir com endossomos tardios preexistentes.

Os endossomos tardios j� possuem hidrolases lisossomais, e ao se fundirem a endossomos preexistentes, formam endolisossomos, que por sua vez, fundem-se uns aos outros. Dessa forma, endossomos tardios e endolisossomos s�o estruturas id�nticas, variando apenas no estado de matura��o no ciclo da digest�o celular. Assim como os pr�prios lisossomos e os endolisossomos, que n�o possuem distin��o real entre si, apenas pelos diferentes est�gios no ciclo, j� que todos eles s�o compartimentos com meio �cido (pH baixo) e que possuem enzimas hidrol�ticas para degrada��o de mol�culas na digest�o celular.

Os endolisossomos, quando completam a degrada��o de seus conte�dos pelas hidrolases, amadurecem em lisossomos, de forma que tamb�m desaparecem, na digest�o no endolisossomo, as ves�culas intraluminais.

Ainda pode haver associa��o de lisossomos prim�rios, aqueles que cont�m apenas enzimas hidrol�ticas, e n�o possuem material para degrada��o em seu interior, com endossomos tardios, formando lisossomos secund�rios. Endossomos terci�rios s�o aqueles que cont�m apenas res�duos n�o digeridos no processo de digest�o celular.

Endossomos terci�rios podem, ent�o, liberar seu conte�do no meio extracelular, pelo processo de clasmocitose, ou ent�o, em alguns tipos de c�lulas como as do tecido muscular e nervoso, pode ser armazenado no citoplasma. O ac�mulo desses endossomos terci�rios, chamados gr�nulos de lipofuscina,  � um dos fatores de envelhecimento da c�lula.

Endocitose

A endocitose � um meio pelo qual a c�lula capta componentes sol�veis do meio externo e os direciona para o interior da superf�cie celular, processo comumente chamado de pinocitose. A membrana plasm�tica, na presen�a ou n�o de revestimento proteico para auxiliar o processo - como ves�culas revestidas por clatrina - , sofre uma invagina��o e, com isso, circunda o material solubilizado. Dessa forma, formam-se fossas na membrana plasm�tica, que se destacam internamente, formando as ves�culas endoc�ticas.

Al�m disso, algumas c�lulas especializadas s�o capazes de realizar uma variante desse processo, denominado fagocitose.

Por meio do processo de endocitose e de sua associação com os lisossomos, a célula consegue captar e realizar a hidrólise de macromoléculas solúveis e, por conseguinte, utilizar seus monômeros para promover o desenvolvimento celular. Além disso, como os receptores da membrana plasmática, além de outras proteínas transmembrânicas, são englobados juntamente ao material, esse processo permite que a célula retire esses elementos da membrana e os recicle. Assim, a composição da membrana plasmática pode ser ajustada, a fim de se adequar às necessidades momentâneas da célula, que são reflexo de mudanças nas condições extracelulares.

Ademais, também é fundamental para o processamento do colesterol, que se encontra no meio extracelular associado a uma lipoproteína, LDL; formando o composto lipoproteico colesterol-LDL, que entra na célula por endocitose. As hidrolases ácidas do lisossomo permitem a separação do colesterol da LDL, permitindo que esse seja utilizado nos processos celulares.

Pinocitose

A Pinocitose ocorre quando há predominância de liquido na substancia a ser transportada ao interior da célula e é subdividida em micropinocitose e macropinocitose. No primeiro caso, serve à interiorização de pequenas porções de substancias do meio extracelular. Já a macropinocitose captura grandes porções.

Lisossomos fazem parte de inúmeras vias de tráfego intracelular que convergem. A macropinocitose é ativada em resposta a receptores da superfície celular que são ativadas por diferentes cargas, e ela é especializada na captura de fluidos não específicos, membranas e partículas ligadas à membrana plasmática. A macropinocitose é um mecanismo de endocitose independente de clatrina e pode ser ativado na maioria dos tipos celulares. Esse mecanismo é induzido com fatores de crescimento, fragmentos celulares resultantes de apoptose e alguns vírus. Esses fatores resultam na ativação de complexos sinalizadores dessa via que, por sua vez, culminam em mudança conformacional dos filamentos de actina no meio intracelular e a formação de protusões na superfície celular. Quando essas estruturas colapsam novamente para a célula, grandes vesículas endocíticas e repletas de fluidos são formadas, chamadas de macropinossomos. Essas vesículas são integrantes de uma via de degradação: elas irão ser acidificadas e, posteriormente, fundidas com endossomos tardios ou endolisossomos, sem que se recicle seu conteúdo de volta para a membrana plasmática.

A Entrada de Vírus nas Células e a Macropinocitose

Muitos vírus que não conseguem adentrar nas células por meio de vesículas ligadas a clatrina entram nas células por micropinocitose. Uma vez dentro do endossomo que teve origem nesse processo, ocorre a fusão do envelope viral com a membrana do endossomo, processo que é mediado por glicoproteínas virais e é de grande semelhança com o mecanismo de fusão de membranas mediado por proteínas SNARE durante o tráfego de vesículas normal.

Exocitose

Os produtos da digestão no lisossomo podem: 1) Ser transferidos para o citoplasma e aproveitados em vias de biossíntese, caso sejam unidades básicas de moléculas do organismo 2) Ficar acumulados nas células (pigmentos de envelhecimento) 3) Ser eliminados por exocitose (ou clasmocitose), no caso dos produtos não digeridos. Assim, o lisossomo não é necessariamente o último destino de substâncias nas vias de transporte celular.

Melanócitos da pele, por exemplo, produzem e armazenam pigmentos em seus lisossomos. Esses melanossomos liberam seus pigmentos no meio extracelular por meio do processo de exocitose, o qual é, posteriormente, englobado por queratinócitos, o que causa a pigmentação normal da pele. Em determinadas disfunções genéticas que prejudicam ou bloqueiam esse processo de exocitose, causando um quadro de albinismo.

Já foram observadas no sangue, vesículas circulando, ou exossomos, que podem estar relacionadas com o transporte de componentes entre as células. Alguns exossomos podem derivar de processos diferentes do brotamento de vesículas na membrana plasmática, sendo, contudo, processos equivalentes ao descrito.

Fagocitose

A fagocitose é uma importante variação do processo de endocitose usado para várias funções e realizado por células especializadas em tal função. Ela é um tipo de transporte ativo mediado por vesículas no qual ocorre a formação de um fagossomo que pode receber componentes enzimáticos vindos do retículo endoplasmático. Através dela se dá a nutrição de organismos unicelulares, como por exemplo protozoários predadores, e ocorre ainda em favor da defesa de seres pluricelulares, nos humanos por meio dos neutrófilos, macrófagos - fagocitam o equivalente a 25% do seu próprio volume a cada hora e remove 3% da sua própria membrana a cada minuto - e as formas modificadas dos neutrófilos em tecidos específicos - osteoclastos no tecido ósseo,micróglias no tecido nervoso e monócitos no sangue - fazem a fagocitose buscando capturar ‘’restos’’ celulares fruto do mecanismo de apoptose, ou então defender o organismo contra parasitas invasores. Portanto, a fagocitose só ocorre para partículas sólidas e com uma dimensão relativamente avantajada (vesículas com diâmetro maior que 250 nm), diferentemente da pinocitose que ocorre para a ingestão de macromoléculas solúveis.

Esse processo é mediado por receptores de membrana que se ligam a proteínas, glicoproteínas ou carboidratos constituintes da membrana de outra célula, bactéria ou vírus. As células fagocitárias reconhecem imunoglobulinas presentes na superfície membranosa do corpo estranho, os receptores da célula se ligam a tais moléculas informacionais e, a partir daí, ocorre a projeção de filamentos de actina que fazem a protrusão da plasmalema formando pseudópodes que culminam por englobar o patógeno. Alguns patógenos possuem por mecanismo de sobrevivência fruto da seleção natural a capacidade de secretar toxinas que rompem o fagossomo, burlando assim o sistema de defesa de uma célula eucariota. A fagocitose também pode remover dos vasos sanguíneos agregados lipídicos, corroborando, dessa forma, no combate à aterosclerose.

As etapas da fagocitose são: 1) Adesão: anticorpos marcam a partícula invasora para fagocitose, a adesão ativa receptores que desencadeiam a montagem da actina 2) Englobamento: montagem de trama de actina impulsiona a formação de pseudópodos. 3) Fusão com vesículas contendo enzimas. 4) Degradação: formação de um lisossomo contendo diversas enzimas hidrolíticas que agem sobre vários substratos específicos, degradando-os.

Autofagia

Uma das vias mais importantes de degradação por meio de lisossomos para a célula é a da autofagia. Ela permite uma intervenção celular para dois contextos potencialmente danosos: falta de alimento e a presença de organelas ou outras estruturas defeituosas. É um processo altamente regulado, dependente de fatores inibitórios ou excitatórios como hormônios, fatores de crescimento ou mesmo jejum. Aliás, a intervenção para esse último contexto, discutivelmente a que foi evolutivamente selecionada primeiro, pode ser considerada uma autofagia não seletiva, porque quaisquer estruturas presentes no citosol poderão ser degradadas para repor as concentrações celulares de metabólitos. Já a autofagia seletiva refere-se especificamente ao empacotamento de organelas como mitocôndrias, retículo endoplasmático e ribossomos defeituosos, seguido pela reciclagem do material. A autofagia específica de mitocôndrias se chama de mitofagia.

A autofagia, em um pouco de maior detalhe, consiste no seguinte: o alvo do citoplasma vai ser envolto por vesículas, de origem ainda não conhecida, que se fundem para formar um autofagossomo. O autofagossomo se fundirá ainda com um lisossomo para formar um autofagolisossomo para que ocorra a degradação. O processo é altamente regulado, com a cinase mTOR1, associada a sensores de nutrientes, fosforilando e inibindo a atividade de ULK1, cinase chave que uma vez ativada mediante a desativação de mTOR mediada pela falta de nutrientes, por exemplo, dará início ao processo de autofagia. Após essa sinalização que permite a ativação de ULK1, um dos passos da autofagia é a delimitação do autofagossomo por vesículas de membranas, mediadas pela proteína ATG9. Eventualmente, conforme já citado, esse autofagossomo se fundirá com um lisossomo de forma a finalmente permitir a degradação e consequente reciclagem do material capturado.

Vacúolo x Lisossomo

De forma simplificada poderia se dizer que vacúolos são os lisossomos em plantas, fungos e algas. Essas organelas, no entanto, acabaram assumindo uma alta versatilidade, de forma que uma definição restrita de lisossomos se torna insuficiente. Os vacúolos ocupam, geralmente, mais de 30% do volume celular (podendo chegar a 90% em algumas células especializadas) e são tão importantes que a sua presença é um checkpoint no processo de divisão celular. De fato, além de degradação molecular, os vacúolos são essenciais para o armazenamento, controle do tamanho celular, pH citosólico e pressão de turgescência. Eles são úteis até para a coloração de pétalas e estocagem de proteínas em sementes.

É útil observar, porém, que, apesar de gigantes, os vacúolos não ocupam todo o volume e funções citadas como um único compartimento. Assim, é comum haver vacúolos de tamanhos e funções diferentes na mesma célula. Mas de qualquer forma eles ainda são grandes o suficiente para acomodar corpos residuais que não cabem em lisossomos de mamíferos ou serem vistos com facilidade.

Doenças relacionadas ao lisossomo

Lisossomos estão intimamente associados com um grupo de doenças geneticamente determinadas chamadas de doenças de depósito lisossômico. De forma geral, essas doenças se resumem em problemas metabólicos relacionados com o não-funcionamento ou mal funcionamento de alguma enzima. A doença de Pompe é um exemplo desse tipo de disfunção, sendo ela uma condição autossômica recessiva metabólica relacionada com o acúmulo de glicogênio em lisossomos devido à falta de alfa-glicosidase ácida. Pacientes com Pompe têm perda progressiva de força muscular, que acaba evoluindo em problemas cardíacos e respiratórios podendo levar também à morte quando não tratada. De toda forma, as doenças de depósito lisossômico, por meio do acúmulo de alguma macromolécula específica em lisossomos ou endossomos, o que acaba levando a transdução anormal de sinais, culminando em desordens patológicas. Os mais diversos tecidos podem ser afetados por esse tipo de doença, incluindo o cérebro.

Apesar desse tipo de doença mais icônico que são relacionadas com lisossomos, e tendo em mente a sua atividade ser tão fundamental para a célula, há ainda um número de doenças complexas que têm sido apontados fatores de influência em sua patogênese relacionados com lisossomos, como o Mal de Alzheimer.  

Ver também

• Organelas
• Citologia
• Célula
• Degradação