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. [1] Se encuentra en algunas especies de protozoos , incluidos los Kinetoplastida , que incluyen los subórdenes Trypanosomatida y Bodonina, sobre todo en los tripanosomas patógenos humanos , que pueden causar la enfermedad del sueño , la enfermedad de Chagas y la leishmaniasis . El orgánulo está delimitado por una sola membrana y contiene una matriz proteínica densa . Se cree que ha evolucionado a partir del peroxisoma . [2] Esto ha sido verificado por el trabajo realizado sobre la genética de Leishmania. [3]
Actualmente se está investigando el glucosoma como posible objetivo para terapias farmacológicas.
Los glicosomas son exclusivos de los cinetoplastos y sus diplonémidos hermanos . El término glicosoma también se utiliza para las estructuras que contienen glucógeno que se encuentran en los hepatocitos y que son responsables de almacenar azúcar, pero no son orgánulos unidos a la membrana. [4]
Los glicosomas están compuestos de glucógeno y proteínas. Las proteínas son las enzimas que están asociadas con el metabolismo del glucógeno. Estas proteínas y el glucógeno forman un complejo para formar un orgánulo distinto y separado. [1] Las proteínas para los glicosomas se importan de los ribosomas citosólicos libres. Las proteínas importadas al orgánulo tienen una secuencia específica, una secuencia final PTS1 para asegurarse de que vayan al lugar correcto. [5] Son similares a los gránulos alfa en el citosol de una célula que están llenos de glucógeno. Los glicosomas suelen tener forma redonda u ovalada y su tamaño varía en cada célula. Aunque el glucógeno se encuentra en el citoplasma, el del glicosoma está separado, rodeado por una membrana. La membrana es una bicapa lipídica . El glucógeno que se encuentra dentro del glicosoma es idéntico al glucógeno que se encuentra libremente en el citosol . [6] Los glicosomas pueden estar asociados o adheridos a muchos tipos diferentes de orgánulos. Se ha descubierto que están adheridos al retículo sarcoplásmico y sus filamentos intermedios. Se ha descubierto que otros glucosomas se adhieren a las miofibrillas y mitocondrias, al retículo endoplasmático rugoso, al sarcolema, a los polirribosomas o al aparato de Golgi. La unión de los glucosomas puede otorgar una distinción funcional entre ellos; los glucosomas adheridos a las miofibrillas parecen servir a la miosina al proporcionar sustratos energéticos para la generación de ATP a través de la glucólisis. Los glucosomas del retículo endoplasmático rugoso y liso hacen uso de su glucógeno sintasa y fosfatasas fosforilasas. [1]
Los glicosomas intervienen en muchos procesos celulares, entre ellos la glucólisis, la recuperación de purinas , la betaoxidación de ácidos grasos y la síntesis de éteres lipídicos. [5]
La función principal del glucosoma es la de la vía glucolítica que se lleva a cabo dentro de su membrana. Al compartimentar la glucólisis dentro del glucosoma, la célula puede tener más éxito. En la célula, la acción en el 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 alberga las principales enzimas glucolíticas en la vía de la glucólisis. Esta vía se utiliza para descomponer los ácidos grasos para obtener su carbono y energía. Sin embargo, todo el proceso de glucólisis no tiene lugar en el glucosoma, sino 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 externos al glucosoma. Dentro del glucosoma se necesita NAD+ para funcionar y regenerarse. La fructosa 1,6-bifosfato se utiliza 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. [2]
Otra función de los glicosomas es la recuperación de purinas. Los parásitos que tienen glicosomas presentes en sus células no pueden producir purinas de novo. Esta purina que se produce en el glicosoma se exporta luego fuera del glicosoma para ser utilizada en la célula en forma de ácido nucleico. En otras células, las enzimas responsables de esto están presentes en el citosol. Estas enzimas que se encuentran en el glicosoma para ayudar con la síntesis son la guanina y la adenina fosforribosil transferasa, la hipoxantina y la xantina pho tran. Todas estas enzimas contienen una secuencia PTS1 en su secuencia carboxilo para que sean enviadas al glicosoma. [5]
Las técnicas microscópicas han revelado mucho sobre el glucógeno en la célula y han demostrado que existe un orgánulo unido a la membrana en la célula para el glucógeno y sus procesos. Los hallazgos de Paul Erlich en 1883 indicaron que, desde el microscopio, podía decir que el glucógeno en la célula siempre se encontraba con lo que él llamó un transportador, que más tarde se supo que era proteína. El propio glucógeno también se veía siempre en la célula hacia el polo inferior en un grupo, fijo. Cuando los científicos intentaron teñir lo que se suponía que eran moléculas de glucógeno simples, la tinción tuvo resultados diferentes. Esto se debe al hecho de que no eran moléculas de glucógeno libres sino realmente un glucógeno. El glucógeno se estudió en el microscopio examinando el glucógeno que se tiñó con acetato de uranilo . El U/Pb que se vio teñido era la proteína que formaba parte del glucógeno. El glucógeno en el glucógeno en las células normalmente está asociado con una proteína que es dos a cuatro veces el peso del glucógeno. Sin embargo, el glucógeno en sí, después de purificado, se encuentra con muy poca proteína, menos del tres por ciento normalmente, lo que demuestra que el glucógeno es responsable y funciona al tener las proteínas y enzimas necesarias para el glucógeno en el glucógeno. Con la tinción de uranilo, como un 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 se tiñe, pero se disocia de la proteína con la que normalmente está asociado en el glucógeno. [1]
Se han encontrado diversas evidencias bioquímicas que demuestran la presencia de glicosomas en las células. En el orgánulo que se supone que es un glicosoma, se encuentran numerosas proteínas. Estas incluyen la glucógeno sintasa, la fosforilasa y las 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 glicosomas, un cebador de proteínas. La glucógeno sintasa, como se mencionó, ayuda en la elongación del glucógeno y la eliminación de la glucosa del glucógeno es asistida por las enzimas desramificadoras y la fosforilasa . Todas estas enzimas se encuentran en el glicosoma, lo que demuestra que este orgánulo, que también contiene glucógeno, es responsable de almacenar el glucógeno y separarlo del citosol. [1]
Existen dos tipos de glicosomas que se encuentran en las células que presentan estos orgánulos especializados. Estos dos grupos son los lioglicosomas y los 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.
Los lioglicosomas son glucosomas que se encuentran libres en el citosol de la célula. Estos tipos de glucosomas se ven afectados por el ácido. Suelen ser menos densos en electrones que el otro tipo de glucosomas. Los lioglicosomas también suelen encontrarse en cadenas en el citosol. Como los lioglicosomas no están unidos a los tejidos, es posible extraerlos con agua hirviendo. [1]
Los desmoglicosomas no se encuentran libres en el citosol, sino que se encuentran 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 endoplasmático. Esto explica por qué los desmoglicosomas se encuentran en las células musculares . Estos glicosomas no se ven afectados por el ácido. No se observa que estos glicosomas formen grupos, sino que se mantienen separados como orgánulos individuales. Debido a la gran cantidad de proteína con la que se asocia el glicosoma, generalmente se observa una alta densidad electrónica. Los desmoglicosomas no se pueden extraer del agua hirviendo, ya que están unidos al tejido a través de su conexión con la proteína. [1]
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 los eucariotas superiores son muy similares a los glicosomas y los glioxisomas que se encuentran en algunas plantas y hongos. El glicosoma 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 destino de las proteínas que se envían al glicosoma para la matriz proteica son similares en secuencia a las secuencias de las proteínas que se importan al peroxisoma. Lo mismo se ve en las secuencias reales de las proteínas que entran en las matrices de estos dos orgánulos, no solo en las secuencias de destino. Se ha especulado que, desde que se descubrió que los glicosomas poseen proteínas similares a las de los plástidos , hace mucho tiempo se produjo una transferencia lateral de genes desde un organismo capaz de realizar la fotosíntesis, cuyos genes se transfirieron para generar los peroxisomas y glicosomas resultantes. El propio glicosoma, junto con el peroxisoma, carece de genoma . [2]
A diferencia de los peroxisomas, la mayoría de los tripanosomas necesitan sus glicosomas para poder sobrevivir. Debido a esta necesidad del glicosoma, se ha sugerido como posible diana farmacológica encontrar un fármaco que detenga su función. Cuando el glicosoma no funciona correctamente hay 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 impide 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, lo que hace que las enzimas protegidas por el glicosoma también sean vitales. [2] En su ciclo de vida, la glicólisis parcialmente a través del glicosoma es muy alta en la forma del torrente sanguíneo en comparación con la forma procíclica. La vía de la glucólisis glucosomal 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. Por lo tanto, como este orgánulo es tan esencial para el tripanosoma, si un fármaco pudiera dirigirse a este orgánulo, podría ser una terapia exitosa, como han demostrado los estudios, sin el glucosoma, se produce la muerte del parásito. [7]
