Glucosoma - Glycosome

El glucosoma es un orgánulo encerrado en una membrana que contiene las enzimas glucolíticas . El término fue utilizado por primera vez por Scott y Still en 1968 después de que se dieron cuenta de que el glucógeno en la célula no era estático sino una molécula dinámica. Se encuentra en unas pocas especies de protozoos, incluida la Kinetoplastida, que incluye los subórdenes Trypanosomatida y Bodonina, sobre todo en los tripanosomas patógenos humanos , que pueden causar enfermedad del sueño , enfermedad de Chagas y leishmaniasis . El orgánulo está delimitado por una sola membrana y contiene una matriz proteica densa . Se cree que ha evolucionado a partir del peroxisoma . Esto ha sido verificado por el trabajo realizado sobre la genética de Leishmania.

Actualmente, se está investigando el glucosoma como posible objetivo de las terapias farmacológicas.

Los glicosomas son exclusivos de los cinetoplastidos y sus diplonemidos hermanos . El término glucosoma también se utiliza para las estructuras que contienen glucógeno que se encuentran en los hepatocitos responsables de almacenar el azúcar, pero estos no son orgánulos unidos a la membrana.

Glucosomas en el tripanosomátido

Estructura

Los glicosomas están compuestos de glucógeno y proteínas. Las proteínas son las enzimas asociadas con el metabolismo del glucógeno. Estas proteínas y el glucógeno forman un complejo para formar un orgánulo distinto y separado. Las proteínas de los glicosomas se importan de ribosomas citosólicos libres. Las proteínas importadas al orgánulo tienen una secuencia específica, una secuencia final de PTS1 para asegurarse de que vayan al lugar correcto. Son similares a los gránulos alfa en el citosol de una célula que están llenos de glucógeno. Los glicosomas son típicamente de forma redonda u ovalada con tamaños que varían en cada célula. Aunque el glucógeno se encuentra en el citoplasma, el glucosoma está separado, rodeado por una membrana. La membrana es un lípido bicapa. El glucógeno que se encuentra dentro del glucosoma es idéntico al glucógeno que se encuentra libremente en el citosol . Los glicosomas pueden asociarse o unirse a muchos tipos diferentes de orgánulos. Se ha descubierto que están adheridos al retículo sarcoplásmico y sus filamentos intermedios. Se ha encontrado que otros glicosomas están unidos a miofibrillas y mitocondrias, retículo endoplásmico rugoso, sarcolema, polirribosomas o el aparato de Golgi. La unión de glucosomas puede otorgar una distinción funcional entre ellos; los glucosomas unidos a las miofibrillas parecen servir a la miosina proporcionando sustratos energéticos para la generación de ATP a través de la glucólisis. Los glucosomas del retículo endoplásmico rugoso y liso utilizan su glucógeno sintasa y fosforilasa fosfatasas.

Función

Los glicosomas funcionan en muchos procesos en la célula. Estos procesos incluyen glucólisis, recuperación de purinas , beta oxidación de ácidos grasos y síntesis de lípidos de éter.

Glucólisis

La función principal que cumple el glucosoma es la vía glucolítica que se realiza dentro de su membrana. Por compartimentar la glucólisis en el interior de la glicosoma, la célula puede ser más exitosa. En la célula, la acción del citosol, las mitocondrias y el glucosoma completan la función del metabolismo energético. Este metabolismo energético genera ATP a través del proceso de glucólisis. El glucosoma es un anfitrión de las principales enzimas glucolíticas en la vía de la glucólisis. Esta vía se utiliza para descomponer los ácidos grasos por su carbono y energía. Sin embargo, todo el proceso de glucólisis no tiene lugar en el glucosoma. Más bien, solo el segmento de Embden-Meyerhof donde la glucosa ingresa al glucosoma. Es importante destacar que el proceso en el orgánulo no tiene síntesis neta de ATP. Este ATP proviene más tarde de procesos fuera del glucosoma. El interior del glucosoma necesita NAD + para su funcionamiento y su regeneración. La fructosa 1,6-bifosfato se usa en el glucosoma como una forma de ayudar a obtener agentes oxidantes para ayudar a iniciar la glucólisis. El glucosoma convierte el azúcar en 3-fosfoglicerato.

Salvamento de purina

Otra función de los glicosomas es la recuperación de purinas. Los parásitos que tienen glucosomas presentes en sus células no pueden producir purina de novo. Esta purina que se produce en el glicosoma luego se exporta fuera del glicosoma para ser utilizada en la célula en ácido nucleico. En otras células, las enzimas responsables de esto están presentes en el citosol. Estas enzimas que se encuentran en el glucosoma para ayudar con la síntesis son guanina y adenina fosforribosil transferasa, hipoxantina y xantina photrans. Todas estas enzimas contienen una secuencia de PTS1 en su secuencia de carboxilo para que se envíen al glucosoma.

Evidencia

Evidencia microscópica

Las técnicas microscópicas han revelado mucho sobre el glucosoma en la célula y de hecho han demostrado que existe un orgánulo unido a la membrana en la célula para el glucógeno y sus procesos. Los hallazgos de Paul Erlich ya en 1883 señalaron que por el microscopio podía decir que el glucógeno en la célula siempre se encontraba con lo que él llamó un portador, más tarde conocido como proteína. El glucógeno en sí también siempre se vio en la célula hacia el polo inferior en un grupo, fijo. Cuando los científicos intentaron teñir lo que se suponía que eran moléculas simples de glucógeno, la tinción tuvo diferentes resultados. Esto se debe al hecho de que no eran moléculas de glucógeno libres, sino un glucosoma. El glucosoma se estudió en el microscopio examinando el glucosoma que se tiñó con acetato de uranilo . El U / Pb que se vio teñido fue la proteína que formaba parte del glucosoma. El glucógeno en el glucosoma de las células normalmente está asociado con una proteína que es de dos a cuatro veces el peso del glucógeno. Sin embargo, el glucógeno en sí mismo, después de purificado, se encuentra con muy poca proteína, menos del tres por ciento normalmente, lo que demuestra que el glucosoma es responsable y funciona al tener las proteínas y enzimas necesarias para el glucógeno en el glucosoma. Con la tinción de uranilo, como ácido, provocaría la disociación de la proteína del glucógeno. El glucógeno sin la proteína formaría grandes agregados y la mancha sería la proteína. Esto da la ilusión de que el glucógeno desaparece ya que no está teñido, pero se disocia de la proteína con la que normalmente está asociado en el glucosoma.

Evidencia bioquímica

Se ha encontrado una variedad de pruebas bioquímicamente que dan evidencia de que los glicosomas están presentes en las células. En el orgánulo que se supone que es un glucosoma, se encuentran numerosas proteínas. Estos incluyen glucógeno sintasa, fosforilasa y enzimas de ramificación y desramificación del glucógeno. Todas estas son enzimas reguladoras que se necesitan en la síntesis de glucógeno. El inicio de la síntesis de glucógeno requiere glucogenina , que se encuentra en los glucosomas, un cebador proteico. La glucógeno sintasa como se mencionó ayuda en el alargamiento del glucógeno y la eliminación de la glucosa del glucógeno es ayudada por enzimas desramificantes y fosforilasa . Todas estas enzimas se encuentran en el glucosoma, lo que demuestra que este orgánulo completo con glucógeno también es responsable de almacenar glucógeno y separarse del citosol.

Tipos

Hay dos tipos de glicosomas que se encuentran en las células que exhiben estos orgánulos especializados. Estos dos grupos son lioglicosomas y desmoglicosomas. Se diferencian en su asociación con otros orgánulos de la célula, junto con su abundancia relativa. Los estudios han demostrado que las células sanas tienen más lioglicosomas, mientras que las células hambrientas tienen más desmoglicosomas.

Lioglicosomas

Los lioglicosomas son glicosomas que están libres en el citosol de la célula. Estos tipos de glicosomas se ven afectados por el ácido. Tienden a ser menos densos en electrones que el otro tipo de glucosoma. Los lioglicosomas también se encuentran generalmente en cadenas en el citosol. Debido a que los lioglicosomas no están unidos al tejido, es posible extraer estos glicosomas con agua hirviendo.

Desmoglicosomas

Los desmoglicosomas no están libres en el citosol, sino con otros orgánulos o estructuras de la célula. Estas estructuras se relacionan con los otros orgánulos mencionados como las miofibrillas, las mitocondrias y el retículo endoplásmico. Esto explica por qué los desmoglicosomas se encuentran en las células musculares . Estos glicosomas no se ven afectados por el ácido. Estos glicosomas no forman grupos, sino que permanecen separados como orgánulos individuales. Debido a la gran cantidad de proteína con la que se asocia el glucosoma, generalmente se observa una alta densidad de electrones. Los desmoglicosomas no se pueden extraer del agua hirviendo, ya que están unidos a los tejidos a través de su conexión con las proteínas.

Origen del peroxisoma

Los glicosomas son los más divergentes de los diferentes tipos de orgánulos que se derivan de los peroxisomas, especialmente como se ve en los tripanosomas . Los peroxisomas de eucariotas superiores son muy similares a los glicosomas y los glioxisomas que se encuentran en algunas plantas y hongos. El glucosoma comparte la misma estructura de nivel básico de una sola membrana y una matriz proteica muy densa. Algunos estudios han demostrado que algunas de las enzimas y vías que se encuentran en el peroxisoma también se ven en los glicosomas de algunas especies de tripanosomas. Además, las secuencias de dirección de las proteínas que se envían al glucosoma para la matriz de la proteína son similares en secuencia a las secuencias de las proteínas que se importan al peroxisoma. Lo mismo se observa en las secuencias reales de las proteínas que entran en las matrices de estos dos orgánulos, no solo en las secuencias de dirección. Se ha especulado que, dado que se ha descubierto que los glicosomas poseen proteínas similares a los plástidos , hace mucho tiempo que ocurrió una transferencia lateral de genes de un organismo capaz de realizar la fotosíntesis cuyos genes se transfirieron para tener los peroxisomas y glicosomas resultantes. El glucosoma en sí, junto con el peroxisoma, carece de genoma .

Objetivo farmacológico potencial

A diferencia de los peroxisomas, para la mayoría de los tripanosomas, sus glicosomas son necesarios para que puedan sobrevivir. Debido a esta necesidad del glucosoma, se ha sugerido como posible objetivo farmacológico encontrar un fármaco que detenga su función. Cuando el glucosoma no funciona correctamente, existe una grave falta de enzimas en la célula. Estas enzimas son las asociadas con la síntesis de éter-lípidos o la beta oxidación de ciertos ácidos grasos. Las células sin glicosomas son deficientes en estas enzimas, ya que sin la compartimentación del glicosoma, las enzimas se degradan en la célula en el citosol. El orgánulo evita que se produzca el metabolismo de las enzimas. Para los parásitos , la síntesis de éter-lípidos es vital para poder completar su ciclo de vida, por lo que las enzimas protegidas por el glucosoma también son vitales. En su ciclo de vida, la glucólisis en parte a través del glucosoma es muy alta en el torrente sanguíneo en comparación con la forma procíclica. La vía de la glucólisis glucosómica es necesaria en situaciones de estrés para el patógeno, ya que la glucólisis puede iniciarse cuando los sustratos para la vía están disponibles incluso cuando el ATP aún no está disponible. Entonces, como este orgánulo es tan esencial para el tripanosoma, si un fármaco pudiera apuntar a este orgánulo, podría ser una terapia exitosa, como han demostrado los estudios sin que se produzca la muerte del parásito del glucosoma.

Aprovechando los poros de la membrana del glucosoma, un fármaco puede entrar en el orgánulo y utilizarse para matar el tripanosoma brucei.

Referencias

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