3.24: Endocitosis

En la endocitosis, la célula envuelve parte de su fluido extracelular (ECF) incluyendo material disuelto o suspendido en él. Una porción de la membrana plasmática se invagina, se recubre con moléculas de la proteína clatrina y se pellizca formando una vesícula unida a la membrana llamada endosoma (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): La endocitosis (IPA: [ɛndəːsaɪˈtəsɪs]) es un proceso mediante el cual las células absorben material (moléculas como proteínas) del exterior envolviéndolo con su membrana celular. Es utilizado por todas las células del cuerpo porque la mayoría de las sustancias importantes para ellas son polares y consisten en grandes moléculas, y así no pueden pasar a través de la membrana plasmática hidrofóbica. (Dominio público; Mariana Ruiz Villarreal LadyOfHats)

Fagocitosis

La fagocitosis (“alimentación celular”) da como resultado la ingestión de partículas (p. ej., bacterias) de la ECF. El endosoma es tan grande que se le llama fagosoma o vacuola. La fagocitosis ocurre solo en ciertas células especializadas (p. ej., neutrófilos, macrófagos, ameba) y ocurre esporádicamente.

Figura\(\PageIndex{2}\): conejillo de indias Fagocito cortesía del Dr. Robert J. North

Esta micrografía electrónica muestra un fagocito de cobayo que ingiere perlas de poliestireno. Varias cuentas ya están encerradas en fagosomas mientras que las otras están en proceso de ser engullidas. A su debido tiempo, los fagosomas entregan su contenido a los lisosomas. Las membranas de los dos orgánulos se fusionan. Una vez dentro del lisosoma, los contenidos del fagosoma, por ejemplo las bacterias ingeridas, son destruidos por las enzimas degradativas del lisosoma.

Juegos parásitos juegan

Las células fagocíticas, como los macrófagos y los neutrófilos, son una línea temprana de defensa contra las bacterias invasoras. Sin embargo, algunas bacterias han desarrollado mecanismos para evitar la destrucción incluso después de haber sido engullidas por fagocitos.

Ejemplos:

• La Salmonella enterica es una bacteria que causa intoxicación alimentaria en humanos. Una vez engullido por la fagocitosis, secreta una proteína que impide la fusión de su fagosoma con un lisosoma.
• Las micobacterias (por ejemplo, el bacilo tuberculoso que causa la tuberculosis) utilizan un truco diferente.
  • Cuando el fagosoma se pellizca por primera vez de la membrana plasmática, se recubre con una proteína llamada “TACO” (para proteína de cubierta que contiene triptófano-aspartato).
  • Esto debe ser removido antes de que el fagosoma pueda fusionarse con un lisosoma.
  • Las micobacterias que se toman en un fagosoma son capaces, de alguna manera, de evitar que se elimine el pelaje TACO.
  • Por lo tanto, no hay fusión con lisosomas y las micobacterias pueden continuar viviendo en esta ubicación intracelular protegida.

Algunos parásitos intracelulares explotan la endocitosis mediada por receptores para colarse en su célula hospedadora. Han evolucionado moléculas superficiales que sirven como ligandos señuelo para receptores en la superficie de la célula diana. La unión a estos receptores engaña a la célula para que engulle al parásito.

Ejemplos:

• Virus de Epstein-Barr (VEB). Este virus causa mononucleosis y es un factor contribuyente en el desarrollo del linfoma de Burkitt, un cáncer de linfocitos B. Se une a un receptor presente en la superficie de las células B.
• Virus de la influenza. La hemaglutinina en la superficie del virus se une a los carbohidratos en la superficie de la célula diana engañando a la célula para que la engulle.
• Listeria monocytogenes. Esta bacteria transmitida por los alimentos puede ser peligrosa para las personas con sistemas inmunológicos defectuosos, así como para las mujeres embarazadas y sus bebés recién nacidos. Tiene dos tipos de moléculas de superficie, cada una de ellas un ligando para un receptor diferente en la superficie de la célula diana.
• Streptococcus pneumoniae. Las células epiteliales como las de la nasofaringe tienen receptores que se encargan de transportar los anticuerpos IgA e IgM de la sangre a la superficie apical de la célula. El neumococo se lleva a cuestas en este receptor en su viaje de regreso a la célula. Este es el organismo que llevó al descubrimiento de que los genes son ADN.

Pinocitosis

En la pinocitosis (“consumo de células”), la gota engullida es relativamente pequeña (Figura\(\PageIndex{1}\)). La pinocitosis ocurre en casi todas las células y de forma continua.

Figura\(\PageIndex{3}\): Pinocitosis cortesía de Fawcett, La célula: sus orgánulos e inclusiones, W. B. Saunders Co., 1966

Esta micrografía electrónica muestra una sección de la pared de un capilar (el más pequeño de los vasos sanguíneos). A la derecha se encuentra el interior o lumen del capilar. En el medio se encuentra el espacio tisular que separa la pared capilar de una célula muscular cercana (izquierda). Se observan claramente las pequeñas entradas de la membrana plasmática (flechas). La mayoría de estos están abiertos al espacio tisular pero algunos también se pueden ver en el otro lado de la célula aparentemente envolviendo fluido desde el interior del capilar. Quizás la mayoría de las vesículas enfrentadas al espacio tisular no están absorbiendo material por endocitosis sino que están descargando material por exocitosis. Si es así, las vesículas pinocíticas formadas en una superficie de la célula pueden, después de desprenderse, moverse a través de la célula hacia la superficie opuesta y allí descargar su contenido. De esta manera los materiales se pueden mover eficientemente a través de la pared capilar. Las vesículas de pinocitosis en esta imagen representan un subtipo llamado caveolas. Además de su función en endo y exocitosis, también pueden servir como reservorio de membrana plasmática. Cuando una célula se expande (p. ej., por hinchazón osmótica) o se estira, las caveolas se aplanan proporcionando más membrana plasmática.

Una célula sorbiendo en la ECF por pinocitosis adquiere una muestra representativa de las moléculas e iones disueltos en la ECF. Pero las celdas también tienen un método mucho más elegante para recoger componentes críticos de la ECF que pueden estar en escaso suministro como veremos ahora.

Endocitosis mediada por receptores

Algunas de las proteínas integrales de membrana que una célula muestra en su superficie son receptores para componentes particulares de la ECF (Figura\(\PageIndex{1c}\)). Por ejemplo, el hierro se transporta en la sangre complejado a una proteína llamada transferrina. Las células tienen receptores para la transferrina en su superficie. Cuando estos receptores se encuentran con una molécula de transferrina, se unen fuertemente a ella. El complejo de transferrina y su receptor es entonces envuelto por endocitosis. En última instancia, el hierro se libera en el citosol. La fuerte afinidad del receptor de transferrina por la transferrina (su ligando) asegura que la célula obtendrá todo el hierro que necesita incluso si la transferrina representa solo una pequeña fracción de las moléculas de proteína presentes en la ECF. La endocitosis mediada por receptores es miles de veces más eficiente que la pinocitosis simple para permitir que la célula adquiera las macromoléculas que necesita.

Receptor de lipoproteínas de baja densidad (LDL)

Las células captan el colesterol por endocitosis mediada por receptores. El colesterol es un componente esencial de todas las membranas celulares. La mayoría de las células pueden, según sea necesario, sintetizar el colesterol o adquirirlo de la ECF. Las células humanas obtienen gran parte de su colesterol del hígado y, si tu dieta no es estrictamente "100% libre de colesterol”, por absorción desde el intestino.

El colesterol es una molécula hidrófoba y bastante insoluble en agua. Por lo tanto, no puede pasar del hígado y/o el intestino a las células simplemente disueltas en sangre y ECF. En cambio, se transporta en diminutas gotitas de lipoproteína. Los portadores de colesterol más abundantes en humanos son las lipoproteínas de baja densidad o LDL s.

Las partículas de LDL son esferas cubiertas con una sola capa de moléculas de fosfolípidos con sus cabezas hidrófilas expuestas al fluido acuoso (por ejemplo, sangre) y sus colas hidrófobas dirigidas hacia el interior. Unas 1,500 moléculas de colesterol (cada una unida a un ácido graso) ocupan el interior hidrófobo de las partículas de LDL. Una molécula de una proteína llamada apolipoproteína B (ApoB) se expone en la superficie de cada partícula de LDL.

Figura\(\PageIndex{4}\): Receptor de LDL

El primer paso para adquirir partículas de LDL es que se unan a receptores de LDL expuestos en la superficie celular. Estas proteínas transmembrana tienen un sitio que reconoce y se une a la apolipoproteína B en la superficie de la LDL. La porción de la membrana plasmática con LDL unida es internalizada por endocitosis. Una caída en el pH (de ~7 a ~5) hace que el LDL se separe de su receptor. Luego, la vesícula se separa en dos vesículas más pequeñas: una que contiene LDL libres y la otra contiene receptores ahora vacíos. La vesícula con los LDLs se fusiona con un lisosoma para formar un lisosoma secundario. Las enzimas del lisosoma luego liberan colesterol libre en el citosol. La vesícula con receptores desocupados regresa y se fusiona con la membrana plasmática, volviéndose del revés a medida que lo hace (exocitosis). De esta manera los receptores de LDL son devueltos a la superficie celular para su reutilización.

Las personas que heredan dos genes defectuosos (mutantes) para el receptor de LDL tienen receptores que funcionan mal o no funcionan en absoluto. Esto crea niveles excesivamente altos de LDL en su sangre y los predispone a aterosclerosis y ataques cardíacos. La dolencia se llama hipercolesterolemia familiar (porque se hereda).

Las mutaciones en APOB, el gen apoB, causan otra forma de hipercolesterolemia hereditaria.

Otras pequeñas moléculas hidrófobas también se transportan en la sangre mientras se unen a proteínas solubles:

• la vitamina A retinoide (retinol) unida a la proteína de unión al retinol
• los esteroides
  • 25 [OH] vitamina D ₃ unida a la proteína de unión a la vitamina D
  • cortisol unido a la globulina de unión a corticosteroides
  • testosterona y estrógenos unidos a la globulina fijadora de hormonas sexuales

Cada vez hay más evidencias de que, al igual que el colesterol, son ingresados a la célula por endocitosis mediada por receptores.

La endocitosis elimina porciones de la membrana plasmática y las lleva dentro de la célula. Para mantener el equilibrio, la membrana debe ser devuelta a la membrana plasmática. Esto ocurre por exocitosis.