Cualquiera que sea la ruta de endocitosis, las vesículas formadas en la membrana plasmática se fusionarán con los endosomas. Son unos compartimentos membranosos de forma irregular con aspecto de grandes "bolsas" y túbulos membranosos. Se comportan en la vía de endocitosis de manera similar al TGN (trans Golgi network) en la vía de exocitosis, es una estación de llegada, clasificación y reparto de moléculas que se comunica con otros compartimentos de la célula. En los endosomas convergen las vesículas que provienen del TGN del aparato de Golgi y, sobre todo, las que provienen de la membrana plasmática vía endocitosis. De los endosomas salen vesículas hacia otros endosomas camino de los lisosomas, hacia el aparato de Golgi y hacia la membrana plasmática, estos dos últimos son procesos de reciclado .

Hay dos propuestas sobre la organización del comportimento endosomal. En la primera se propone la existencia de diferentes subcompartimentos endosomales: a) endosomas tempranos próximos a la membrana plasmática que reciben las vesículas de endocitosis; b) endosomas de reciclaje desde los que parten vesículas a la membrana plasmática y al aparato de Golgi; c) los endosomas tardíos y cuerpos multivesiculares que se localizan en zonas más internas de la célula y reciben vesículas cargadas de hidrolasas ácidas desde el TGN del aparato de Golgi, y envían otras recicladas de vuelta al TGN. Los endosomas tardíos serían resultado de la maduración de los cuerpos multivesiculares y en ellos se produce el inicio de la degradación de las moléculas incorporadas por endocitosis. En el segundo modelo se propone que la convergencia y fusión de las vesículas de endocitosis crean endosomas próximos a la membrana que se desplazarían hacia el interior celular. Durante su trayecto van madurando y produciendo vesículas de reciclado hacia la membrana plasmática y al TGN, y finalmente se convierten en los lisosomas. De manera que todos los tipos de endosomas descritos son sólo estados de un proceso continuo de maduración.

Tipos de endosomas y principales rutas de comunicación vesicular en las que participan.

Los endosomas tempranos son los encargados de recibir las vesículas de endocitosis. Desde ellos o desde los endosomas de reciclaje se da un intenso proceso de reciclado de moléculas que vuelven a la membrana plasmática, pudiendo representar hasta el 90 % de las proteínas y el 60 % de los lípidos endocitados. No está totalmente clara la diferencia entre los endosomas tempranos y los de reciclaje. Unos autores proponen que los endosomas de reciclado están más próximos al núcleo y son la verdadera estación de reparto que reciben el material de los endosomas tempranos, mientras que otros proponen que los endosomas tempranos actúan también como endosomas de reciclaje. El interior del compartimento endosomal se mantiene a pH más ácido (aproximadamente 6.5) que el del citosol (aproximadamente 7.2) gracias a las bombas de protones dependientes de ATP que se encuentran en sus membranas. El medio ácido del endosoma permite que muchos receptores liberen su carga en el interior del endosoma. Los receptores liberados vuelven a la membrana plasmática en vesículas de reciclado y el ligando sigue hacia otros compartimentos para su degradación. Normalmente la salida de estas vesículas recicladas se realiza en un dominio del endosoma físicamente segregado del resto del espacio endosomal. En realidad se propone que el endosoma temprano posee varios dominios en sus membranas: uno donde se fusionan las vesículas de endocitosis procendentes de la membrana plasmática, otro desde donde se reciclan vesículas hacia la membrana plasmática, otro desde donde parten complejos membranosos que forman los cuerpos multivesiculares, otro desde el que parten vesículas al aparato de Golgi y algunos autores proponen la existencia de otros menos conocidos.

Formación y fusión de vesículas.

Los cuerpos multivesiculares y posteriormente los endosomas tardíos son la antesala de la degradación de las moléculas endocitadas, la cual se realiza finalmente en los lisosomas. Las moléculas destinadas a la degradación las reciben desde los endosomas tempranos (bien mediante vesículas o bien mediante la transformación de los endosomas tempranos en cuerpos multivesiculares). La manera de poner en contacto estas moléculas con las enzimas hidrolíticas ácidas es mediante la llegada de vesículas cargadas con dichos enzimas desde el TGN del aparato de Golgi hasta los cuerpos multivesiculares o endosomas tardíos. Desde éstos se producirá un último reciclado mediante vesíclulas hacia endosomas tempranos y hacia el TGN del aparato de Golgi. La acción de las bombas de protones localizadas en las membranas de estos endosomas irán acidificando más el pH interno y por tanto favoreciendo la acción de las hidrolasas ácidas, cuya actividad óptima se da a un pH próximo a 5, el cual se alcanza en los lisosomas. El aspecto multivesicular que se observa a microscopía electrónica de los cuerpos multivesiculares se debe a que en sus membranas se producen invaginaciones que darán vesículas en su interior. De esta manera se pueden degradar las moléculas que forman parte integral de las membranas, aunque en dichas invaginaciones entra además parte del fluido citosólico, que también será degradado. Como dijimos anteriormente los endosomas tardíos se forman por maduración de los cuerpos multivesiculares.

Ruta de las hidrolasas ácidas. Estas enzimas se sintetizan en el retículo endoplasmático (1) y son trasladadas hasta el aparato de Golgi (1) donde se le añade un grupo fosfato a un residuo de manosa (2). En el TGN esta manosa-6-fosfato es reconocida por receptores específicos (3), receptor-hidrolasa son englobadas en vesículas (3) y transportadas hasta los cuerpos multivesiculares y endosomas tardíos. En estos orgánulos hay una acidez mayor que hace que la hidrolasa se desligue de su ligando (4). El receptor es devuelto al TGN en vesículas de reciclado (5)..

El reparto de las hidrolasas ácidas, necesarias para la degradación en los lisosomas, hacia los cuerpos multivesiculares y endosomas tardíos se produce en el TGN gracias a un mecanismo de reconocimiento por receptor. Así, estas enzimas son sintetizadas en el retículo endoplasmático y al pasar por el lado cis del aparato de Golgi son modificadas por otras enzimas que le añaden una manosa-6-fosfato. En el TGN son segregadas del resto de moléculas de la vía de exocitosis gracias a la existencia de un receptor transmembrana que reconoce este residuo glucídico. El complejo receptor-hidrolasa se concentra en zonas recubiertas con clatrina y son finalmente incorporadas en vesículas. Estas vesículas viajan hasta los cuerpos multivesiculares y endosomas tardíos con quienes se fusionan. El pH más ácido de estos endosomas respecto al que hay en el TGN hace que las hidrolasas se desliguen de su receptor, el cual puede volver a ser incluido en vesículas de reciclado que se dirigen de nuevo al TGN del aparato de Golgi.

El destino de las moléculas del interior de los endosomas tardíos es ser degradadas en los lisosomas. Hay dos maneras no excluyentes en que esto puede ocurrir: una maduración de los endosomas tardíos que con la disminución del pH se convierten en lisosomas o mediante la fusión de endosomas tardíos con lisosomas ya existentes en el citoplasma.

En algunos tipos celulares las moléculas que llegan a los endosomas tempranos no se desligan de su receptor y ambos, receptor y ligando, son de nuevo empaquetados en otras vesículas para ser transportadas a otros lugares de la membrana citoplasmática, donde se fusionan y liberan su contenido al espacio extracelular. A esta ruta se le llama transcitosis y suele ocurrir en las células polarizadas como las epiteliales. Así, se incorporan moléculas unidas a sus receptores en vesículas formadas en la membrana apical que se fusionan con los endosomas y desde aquí el complejo ligando-receptor es de nuevo empaquetados en otras vesículas que viajan hasta las membranas plasmáticas basales y laterales de la célula donde se fusionan y liberan su contenido. Por este mecanismo se incorpora hierro en el organismo asociado a una molécula denominada transferrina.

Liberación de las vesículas internas de los cuerpos mutivesiculares por fusión con la membrana plasmática, que una vez en el exterior celular se denominan exosomas..

Algunos tipos celulares como las células hematopoyéticas, los linfocitos, las células dendríticas, las células epiteliales intestinales, los mastocitos y las células tumorales, realizan un tipo de tráfico vesicular un tanto extraño. Los cuerpos multivesiculares, en vez de convertirse en lisosomas, se fusionan con la membrana plasmática liberando sus vesículas internas (de 30 a 60 nm en diámetro) al espacio extracelular. A estas vesículas liberadas se les denomina exosomas y poseen una composición molecular distinta a otros compartimentos intracelulares, por ejemplo poseen mucho colesterol y esfingomielina.