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Clase 14. Compartimentos intracelulares y transporte 1. Introducción 2. Trasporte de proteínas al núcleo 3. Trasporte de proteínas a las mitocondrias. 4. Distribución y transporte de proteínas utilizando vesículas

Las proteínas se sintetizan en los ribosomas y luego tienen que ser dirigidas hasta su lugar de destino. – Un orgánulo. – La membrana. – El citoplasma. – Ser excretada. Cuando la proteína es sintetizada lleva una secuencia señal que (grupo de aminoácidos) que la lleva a su destino.

1. Introducción Una célula tiene una media de 10.000 proteínas diferentes. Estrategias de la célula para separar y organizar las reacciones químicas: 1. Unir diferentes enzimas de un proceso en un complejo multienzimático. 2. Conferir a las enzimas en zonas determinadas aumentando la viscosidad del medio. 3. Aislar conjunto de enzimas dentro de orgánulos.

Las proteínas son importadas hacia el interior de los orgánulos por medio de tres mecanismos 1. Las proteínas que se desplazan desde el citosol hacia el interior del núcleo son transportadas a través de los poros nucleares. 2. Las proteínas que se desplazan desde el citosol hacia el interior del RE, de las mitocondrias, peroxisomas… son transportadas a través de la membrana mediante proteínas traslocadoras localizadas en la membrana. La proteína tiene que desplegarse para poder atravesar la membrana. 3. Las vesículas que se desplazan desde el RE hacia otros compartimentos lo hacen dentro de vesículas de transporte que se fusionan con la membrana de otro orgánulo y liberándose las proteínas dentro del nuevo compartimento.

Las secuencias señal dirigen a las proteínas hasta el compartimento correcto. Son un tramo de 15-60 aminoácidos de longitud. Experimento en el que a una misma proteína se le cambia la secuencia señal y se demuestra que esto es lo que decide su destino. A menudo, la secuencia señal es eliminada de la proteína cuando ya ha llegado a su destino.

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2. Trasporte de proteínas al núcleo 1. Es lo que diferencia a las células eucariotas de las procariotas. 2. Es almacén de información genética. 3. Centro de control celular.

Estructura de la envoltura nuclear. Compuestas por: dos membranas , una lámina interna y complejos de poros nucleares.

Envuelta nuclear y tráfico entre el núcleo y el citoplasma. 1. Separa al núcleo del citoplasma. 2. Proporciona un armazón estructural al núcleo

Membrana externa: se continúa con la membrana del retículo endoplásmico rugoso. Tiene ribosomas adheridos Membrana interna: contiene proteínas únicas. Ambas membranas unidas en el complejo del Poro: único lugar por dónde pueden pasar iones y moléculas grandes.

Lámina nuclear Red de proteínas fibrosas que proporciona soporte estructural al núcleo. Se une a proteínas y lípidos de la membrana interna. También se unen a proteínas de la cromatina o incluso directamente al DNA.

Complejo del Poro nuclear Estructura de gran tamaño que controla el tráfico entre el núcleo y el citoplasma. Compuesto por 30-50 proteínas diferentes. Mecanismo de transporte: 1. Difusión simple (iones y proteínas pequeñas). 2. Transporte activo: RNA, proteínas más grandes.

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El poro está compuesto de 8 radios ensamblados a un canal central. Los radios están unidos a dos anillos uno nuclear y otro citoplasmático. Se forma una estructura característica en forma de cesta en el lado nuclear.

Varios millones de macromoléculas pasan selectivamente entre el núcleo y el citoplasma cada minuto. Ejemplos: Histonas, DNA polimerasas, RNA polimerasas, factores de transcripción,etc. Las proteínas nucleares llevan una señal (que las guían hasta el núcleo: Señales de localización nuclear. Las señales de localización son reconocidas por proteínas de la membrana nuclear.

3. Trasporte de proteínas a las mitocondrias

Las proteínas entran al núcleo a través de los poros nucleares de forma totalmente plegada 1. Unas proteínas citosólicas especializadas, denominadas receptores de importación nuclear, se unen a las futuras proteínas nucleares. 2. El complejo es guiado al poro nuclear por medio de fibrillas que se extienden en el citosol. 3. La unión del complejo al poro hace que éste se abra y las deje pasar. 4. Una vez dentro se separan y el receptor sale de nuevo al citosol para su reutilización.

Las mitocondrias pueden sintetizar proteínas en la matriz mitocondrial ya que tienen todo lo necesario pero la mayoría de sus proteínas son importadas. Los lípidos que necesita la mitocondria son importados unidos a proteínas transportadoras de lípidos.

La proteína entra completamente plegada

Para entrar en las mitocondrias, las proteínas se despliegan

1.La secuencia señal es reconocida por un receptor de la membrana mitocondrial externa. El complejo del receptor y la proteína unida difunden lateralmente hasta el lugar de contacto. 2. La proteína se une a proteínas chaperonas que la desenrollan y 3. La proteína es traslocada a través de las membranas externa e interna por medio de una proteína traslocadora. 4. La secuencia señal es eliminada en el interior del orgánulo por una peptidasa de señal. 5. Chaperonas interna ayudan a la proteína a volverse a enrollar.

4. Distribución y transporte de proteínas utilizando vesículas 1.

Retículo endoplásmico 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

2.

Aparato de Golgi 1. 2. 3. 4.

3. 4.

Reticulo endoplásmico y secreción de proteínas Marcaje de proteínas para dirigirse al retículo endoplásmico. Inserción de las proteínas en la membrana del RE. Plegamiento y procesamiento de las proteínas en el RE Control de calidad en el RE RE liso y síntesis de lípidos Exportación de proteínas y lípidos desde el RE

Organización del golgi Glicosilación de proteínas en Golgi Metabolismo de lípidos y polisacáridos en Golgi Distribución y exportación de proteínas desde el aparato de Golgi

Mecanismo de transporte de vesículas Lisosomas

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Las proteínas que formarán parte de la membrana, las que se van a excretar y las que están destinadas a ciertos orgánulos como los lisosomas se sintetizan en el RER.

Las proteínas van entrando en el retículo endoplásmico a medida que van siendo sintetizadas

Las de membrana quedan “cosidas” a las vesículas. Estas también tienen secuencia señal.

Las proteínas solubles son liberadas al lumen del RE La secuencia señal del RE es guiada hacia la membrana del RE por dos componentes como mínimo: 1.Una partícula de reconocimiento de señal que está presente en el citosol y que se une a la secuencia señal del RE cuando se expone en el ribosoma. 2.Un receptor SRP que forma parte de la membrana del RE

1. La SRP 8partícula de reconocimiento de señal) se une se a la secuencia señal. 2. El complejo (con ribosoma y todo) se une a una proteína receptora situada sobre la membrana del RE. 3. La SRP es liberada y la proteína se inserta en un canal de traslocación situado en la membrana del RE y empieza a ser tranferida a través de la bicapa lipídica.

Ver Animación

La presencia de señales de inicio y paro determinan la disposición de las proteínas transmembrana en la bicapa lipídica

Una vez que la cadena peptídica está en el lumen, una peptidasa corta el segmento señal. Integración de una proteína transmembrana en la membrana del RE

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Transporte vesicular

Integración en la membrana del RE de una proteína transmembrana de doble paso.

El transporte desde el RE hasta el complejo de Golgi y desde el complejo de Golgi hacia otros compartimentos del sistema de endomembranas, se lleva a cabo mediante la gemación continuada y la fusión de vesículas de transporte.

Ruta de secreción: flechas rojas. Las moléculas transportadas van sufriendo modificaciones. Ruta endocítica: flechas verdes. Estas vesículas se fudionan con los lisosomas

En la formación de una vesícula intervienen varias proteínas: 1. Las vesículas que se forman por gemación van cubiertas de proteínas específicas (vesículas recubiertas).Las más conocidas son las vesículas recubiertas de clatrina. 2. Dinamina: Estrangula a la vesícula para que se desprenda. 3. Adaptinas: Intervien en el reclutamiento de moléculas a transportar. 4. Receptores de carga: proteínas específicas de membrana a las que se unen las moléculas a transportar.

Una vez formada la vesícula se separan las proteínas que la recubren Ahora la vesícula tiene que encontrar su lugar de destino. 1. Por difusión simple si la distancia es corta. 2. Si la distancia es larga intervienen una familia de proteinas llamadas SNARE V-SNARE y t-SNARE (se reconocen entre sí).

Cuando una vesícula se fusiona con una membrana ocurren 2 cosas: 1.Se vierte el contenido de la vesícula. 2.La membrana a la que se ha fusionado aumenta de tamaño.

La fusión de la vesícula a una membrana es un proceso que necesita energía.

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Rutas de secreción

La salida desde el RE está controlada, asegurando la calidad proteica.

Proteínas Lípidos Carbohidratos 1. Retículo endoplásmico 2. Aparato de Golgi 3. Exocitosis 4. Lisosomas

Retículo endoplásmico La mayoría de las proteínas son modificadas covalentemente aquí: 1. Formación de enlaces disulfuro. 2. Glucosilación: Adición de polisacáridos (14 azúcares). Se forman glucoproteínas.

Aparato de Golgi

Las proteínas mal plegadas se unen a proteínas chaperonas del lumen del RE, por lo que son retenidas dentro de él, mientras que las proteínas bien plegadas son transportadas en vesículas de transporte hasta el complejo de Golgi. Si las proteínas mal plegadas no consiguen plegarse correctamente, son transportadas hasta el citosol y son degradadas.

Sólo pueden abandonar el RE las proteínas bien formadas (plegamiento correcto, agrupación entre cadenas, etc.)

Las chaperonas atrapan a las proteínas mal plegadas y no pueden abandonar el RE

El proceso de secreción es la exocitosis: 2 tipos

1.

2. Se terminan de procesar (añaden más azúcares). Se clasifican para diferentes destinos. Las vesículas van pasando de un compartimento a otro desde la cara Cis a la Trans, siempre en vesículas

Las vesículas se procesan de manera diferente. Las de secreción regulada tienden a agregarse y se rellenan con más cantidad de proteínas para excretar

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Rutas de endocitosis

Pinocitosis: ingestión de Endocitosis

fluídos y moléculas pequeñas.

La endocitosis suele estar mediada por proteínas celulares. Las macromoléculas: proteínas, lípidos, ácidos nucleícos… son reconocidas específicamente. Ejemplo el colesterol. Viaja unido a una proteína (LDL= lipoproteína de baja densidad). Esta proteína se une a receptores específicos y el conjunto es endocitado.

Fagocitosis: Ingestión de partículas grandes (células muertas…)

Las macromoléculas endocitadas son clasificadas en los ENDOSOMAS.

Los lisosomas son los principales lugares de digestión intracelular Las hidrolasas ácidas son enzimas hidrolíticas que son activas en condiciones ácidas. El lumen del lisosoma se mantiene en un pH ácido por una ATPasa de H+ de la membrana que bombea H+ hacia el lumen.

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