Biología Celular y Sistémica 2011 Teórico : Aparato de Golgi, Lisosomas y Peroxisomas.

Dr. Roberto Najle

Las organelas delimitadas por membranas importan proteínas por uno de tres mecanismos posibles: 1)transporte a través de los poros nucleares. 2)transporte a través de membranas y 3) transporte por vesículas. Los códigos señal dirigen las proteínas hacia el compartimiento correcto.

Transporte de proteínas entre compartimento Transporte regulado: Entre citoplasma y núcleo Transporte transmembrana: Citoplasma a peroxisomas, mitocondrias, plastos y RE

Transporte vesicular: De RE a Golgi De Golgi a membrana plasmática, vesículas de secreción, lisosomas De membrana plasmatica a endosomas

Rutas entre compartimentos celulares: Ruta biosíntetica Ruta endocítica Rutas de recuperación

Compartimentalización funcional del Golgi

Sin contrastar

Osmio

Nucleósido difosfatasa

Fosfatasa ácida

Red cis-Golgi (RCG)

Vesículas de transición llegando desde el RE

Cisternas intermedias

Vesículas de transporte partiendo de la red trnasGolgi RTG

Dictiosoma en una célula animal

Red cis-Golgi (RCG)

Red transGolgi (RTG)

Dictiosoma en una célula de un alga

Red transGolgi (RTG)

Envoltura nuclear

La cara cis (o de formacion): mira hacia los elementos de transición del RE. El compartimento del Golgi mas próximo a los elementos de transición es una red tubular denominada red cis- Golgi (RCG). cara opuesta La cara trans (o de maduración) los compartimentos de este lado forman red de túbulos red trans-Golgi (RTG).

Las cisternas cis, intermedias y trans son bioquímica y funcionalmente diferentes, cada compartimiento tiene su propia dotación de enzimas

Tanto el RE como el complejo de Golgi están rodeados de multitud de vesículas de transporte, que portan lípidos y proteínas desde los elementos de transición

del RE al complejo de Golgi, entre las cisternas del propio

dictiosoma y desde el complejo de Golgi hasta varios destinos celulares(como

gránulos

de

secreción,

los

endosomas,

los

lisosomas

y

membrana

plasmática).

La mayoría de las vesículas implicadas en la transferencia de lípidos y proteínas , se consideran vesículas cubiertas (Capas de proteínas), son responsables de encurvar la membrana, facilitando la vesiculacion y desaparecen de la vesícula antes de que esta se fusione con la membrana de destino.

Cara cis Vesícula de transporte

Red cis de Golgi Cisterna cis Cisterna media Cisterna trans Red trans de Golgi

Cara trans

Grupo vesícular tubular

MODELO DE TRANSPORTE VESICULAR

cisterna RCG

MODELO DE MADURACION DE CISTERNA

RTG

Papel del RE y el complejo de Golgi en la glicosilación de proteínas

Glicosilación : es la adición de cadenas laterales de hidratos de carbono, a residuos aminoacílicos específicos de proteínas , para formar las Glicoproteínas.

Existen dos tipos de glicosilaciones: a) La glicosilacion asociada a N: adicion de una unidad especifica de oligosacarido al grupo amino terminal de ciertos residuos de aspargina

b) La glicosilacion asociada a O: adicion del oligosacarido al grupo hidroxilo de residuos de serinas o treoninas. La primera etapa es la glicosilacion central se verifica en el RE. Oligosacarido: dos unidades de GlcNAc, nueve de manosa y tres de glucosa.

•Biosíntesis del oligosacarido central para la glicosilacion en N de residuos de aspargina . •Procesamiento inicial del oligosacarido central. •Identificación y eliminación de proteínas mal plegadas.

Migración a través del Complejo de Golgi

RCG

•Unión de N-acetilgalactosamina a serina o treonina. •Primera etapa en la fosforilacion de proteínas lisosomales. •Eliminación de manosa. •Segunda etapa en la fosforilacion de proteínas lisosomales.

•Eliminación de manosa •Unión de N-acetilglucosamina •Adición de galactosa. •Adición de ácido siálico.

RTG

•Adición de acido sialico. •Sulfatación de tirosina.

Clases de proteínas secretorias en mamíferos

Tipos de proteínas

Ejemplos

Proteínas séricas

Albúmina, transferrina Tipos de proteínas Ejemplos Lipoproteínas Proteínas séricas Albúmina, Inmunoglobulinas transferrina Prot. Matriz Lipoproteínas Inmunoglobulinas extcel. Colágeno, Prot. Matriz fibronectina extcel. Colágeno, Proteoglicanos fibronectina Proteoglicanos Hormonas Hormonas peptídicas Insulina, glucagón peptídicas Insulina, glucagón Endorfinas, Endorfinas, encefalinas encefalinas Enzimas Enzimas digestivas Tripsina, amilasa, digestivas Tripsina, amilasa, ribonucleasa ribonucleasa Proteinas de la leche

Proteinas de la leche

Caseina, lactoalbúmina

Caseina, lactoalbúmina

Sitio de síntesis Hígado Sitio de síntesis Hígado

Linfocitos

Linfocitos

fibroblastos fibroblastos

pancreas

pancreas cel.neurosecret. cel.neurosecret. pancreas

pancreas

gland.mamarias

gland.mamarias

Trafico en el sistema de endomembranas. Las vesículas que transportan lípidos y proteínas pueden seguir varias rutas desde el RE y el complejo de Golgi, dando lugar a vesiculas de secreción, endosomas y lisosomas.1 las proteínas se sintetizan en los ribosomas unidos a la cara citosolica del RE rugoso. 2 Las etapas iniciales de la glicosilación tienen lugar en la luz del RE. Las vesiculas de transición llevan hacia la RCG a los lípidos y glicoproteínas recién sintetizadas. 3 Los lípidos y proteínas se desplazan por el dictiosoma gracias a vesiculas o cisternas que van madurando. Desde la RTG parten las que serán las vesiculas de secreción 4 y las que formaran parte de los endosomas 5, en función de su contenido proteico. Las vesiculas de secreción se dirigen hacia la membrana plasmática, donde liberan, su contenido por exocitosis, bien 4a constitutiva bien 4b como respuesta a una señal. 6 La célula toma por endocitosis proteína y otros materiales, fabricando así vesiculas de endocitosis, que se fusionan con los endosomas tempranos. 7 Los componentes no destinados a la digestión que sigue a la endocitosis, son reciclados hacia la membrana plasmática. 8 Los endosomas tempranos, con el material destinado a la digestión, maduran dando lugar, primero a los endosomas tardíos, y luego a los lisosomas.9 El trafico retrogrado permite el retorno de proteínas especificas a sus compartimentos correspondientes.

LISOSOMAS Los Lisosomas son organelas acidas que contienen una batería de enzimas degradativas.

Las plantas y las células fungicidas contienen la mayor parte de los organelas encontrados en una célula animal pero carecen de lisosomas. En lugar, contienen una vacuola central grande que favorece muchas de las funciones de lisosoma.

1) Sintesis de la enzima lisosomal y adición del azúcar RE Rugoso

Carbohidrato

Enzima

2) Fosforilación de manosa , por la acción secuencial de dos enzimas

3) La manosa 6 fosfato se une al receptor y las enzimas se empaquetan en vesículas de transporte.

5) Reciclado del receptor

Endosoma tardío Lisosoma

4) El bajo pH de los endosomas tardíos promueve la disociación de enzima y receptor.

1) En la superficie interna RTG (pH 6,4) hay receptores manosa 6 fosfato el pH favorece la unión de enzimas solubles lisosomales.

2) Los complejos receptor-ligando se empaquetan en vesículas de transporte y se distribuyen hacia los endosomas. 3) Las enzimas lisosomales necesarias para la degradación del material tomado por endocitosis se transportan desde RTG hasta los endosomas tardíos(pH5,5). 4) Los endosomas tardíos son la evolución de los endosomas tempranos formados por vesículas originadas en la RTG y en la membrana plasmática.

Lisosomas: Compartimentos Digestivo

•

Un lisosoma es un saco membranoso con enzimas hidroliticas

•

Las enzimas lisosomales pueden hidrolizar proteinas, lipidos, hidratos de carbonos y acidos nucleicos.

•

Todas las enzimas lisosomales son hidrolasas acidas (pHoptimo cercano a 5,0 ).5 fosfatasas, 14 proteasas y peptidasas, 2 ,nucleasas, 6 lipasas, 13 glicosidasas y 7sulfatasas.

Enfermedades lisosomales •Exceso de actividad lítica debido al aumento y a la falta de control de la autofagia. •Daño y cambios en la permeabilidad de la membrana del lisosoma •Excesiva liberación de hidrolasas hacia el exterior de la célula. las enzimas se sintetizan en forma normal , pero en lugar de ser dirigidas hacia los lisosomas , son segregadas hacia el medio extracelular. •Actividad lítica inadecuada: en Silicosis y ASBETOSIS , GOTA •Silicosis o enfermedad de los mineros se debe a la captación de fibras de silice por las celulas fagocitarias de los pulmones. Las fibras quedan encerradas en los lisosomas ,

pero no pueden degradarse, provocando fugas en la membrana lisosomica ,derrame del contenido de enzimas dentro de la célula y daño al tejido pulmonar. •Ocurre algo similar cuando las células carroñeras captan fibras de asbesto y ocasionan la enfermedad llamada asbestosis, ambos padecimientos son debilitantes e incluso pueden causar muerte.

•Enfermedades de almacenaje debidas a anormalidades genéticas de los lisosomas: se conocen unas 40 enfermedades lisosomales de acumulación ,de carácter hereditario , cada una de ellas caracterizada por la acumulación anómala de una o de múltiples sustancias, habitualmente polisacáridos o lípidos, que en condiciones normales son catalizados por hidrolasas lisosomales.

Las células captan materiales del medio extracelular dentro de vesículas derivadas de pliegues o invaginaciones, de la membrana plasmática, dividiéndose la captación de materiales extracelulares en dos categorías FAGOCITOSIS : captación partículas materiales. Vesículas (1 a 2 um de diámetro). ENDOCITOSIS: captación de líquidos, solutos disueltos y macromoléculas suspendidas. Vesículas (1 a 2 um de diámetro). a) endocitosis a granel y b) endocitosis mediada por receptores (ligandos especificos). FAGOCITOSIS FLUIDO EXTRACELULAR

CITOPLASMA

1 µm

Pseudopodo Pseudopodium of amoeba

“Alimento” u otra particula

Bacterium Vacuola alimenticia Food vacuole An amoeba engulfing a bacterium via phagocytosis (TEM)

ENDOCITOSIS a GRANEL 0.5 µm Plasma membrane

Pinocytosis vesicles forming (arrows) in a cell lining a small blood vessel (TEM). Vesicle

ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES Coat protein Receptor

Coated vesicle

Coated pit Ligando Coat protein

Plasma membrane

A coated pit and a coated vesicle formed during receptormediated endocytosis (TEMs).

Los lisosomas son necesarios para actividades celulares tan variadas como la nutrición, defensa, reciclado de componentes celulares y diferenciación. Aunque la digestión es, casi siempre, intracelular, en algunos casos las enzimas lisosomales son segregadas por exocitosis. Con respecto al origen del material si proviene del exterior se habla de lisosomas heterofágicos, si es de origen intracelular se denominan lisosomas autofágicos.

ial

Fagocitosis Endocitosis Vacuola fagocítica

Vesiculas de endocitosis Endosoma temprano

Endosoma temprano

Vesiculas con hidrolasas acidas Complejo de Golgi

Endosoma tardío Endosoma tardío Cuerpo residual Lisosoma Liberación de nutrientes , conforme progresa la digestión

Membrana plasmática

Formación de una vacuola autofágica alrededor de una mitocondria

Lisosoma

Exocitosis, liberando hidrolasas acidas al medio extracelular

Formación de lisosomas y su papel en los procesos de digestión celular. En este esquema se muestran los principales procesos en los que participan los lisosomas. Las rutas mostradas son A fagocitosis B endocitosis mediada por receptores, C autofagia y D digestión extracelular.

Peroxisomas: Oxidación • Peroxisomas son compartimentos metabólicos especializados rodeados de una simple membrana. Aparecen en células de vegetales superiores y animales así como hongos, protozoos y algas. En los animales , los peroxisomas se encuentran en la mayoría de las células , pero son especialmente abundantes en la del hígado y riñón. • Además de su papel en la detoxificación del peróxido de hidrogeno, los peroxisomas animales cumplen otras funciones, incluyendo la neutralización de los compuestos peligrosos (como el metanol, el etanol, el formol y el formaldehido ) y el catabolismo de sustancias extrañas (tales como los Daminoacidos). • Los peroxisomas animales intervienen también en la degradación oxidativa de los ácidos grasos , que son componentes de los traiacilgliceroles, los fosfolípidos y los glicolípidos. • Peroxisomas son pequeños organelas que contienen enzimas que oxida varios compuestos orgánicos sin la producción de ATP. Los subproductos de la oxidación se utilizan dentro reacciones biosintéticas. • Peroxisomas producen peróxido de hidrogeno y convierte a este en agua

Peroxisomas Vesículas importantes que se encuentran en el citoplasma de las células eucarióticas.

Miden: 0,5 a 1um de diámetro y presentan en algunas células un nucleoide cristalino Urato de oxidasa, d-aminoácido-oxidasa y oxidasa del ácido a-hidroxílico oxidan los sutratos y reducen el oxígeno a peróxido de hidrógeno y la CATALASA lo descompone en agua y oxígeno

Peroxisomas degradan los ácidos grasos y compuestos tóxicos. Todas las células animales (excepto eritrocitos) y muchas células de la planta contienen peroxisomas, una clase de organelas áspero esféricos, 0.2-1.0 m de diámetro . Peroxisomas contienen varias enzimas-oxidasas- que utilizan el oxígeno molecular para oxidar sustancias orgánicas, en el proceso se forma peróxido de hidrógeno (H2O2), una sustancia corrosiva. Peroxisomas también contienen cantidades de copias de la enzima catalasa que degrada el peróxido de hidrógeno para rendir el agua y el oxígeno: 2 H2O2 → 2 H2O + O2

Al contrario de la oxidación de ácidos grasos en mitocondrias, que produce el CO2 y esta acoplada a la generación de ATP, oxidación peroxisomal de ácidos grasos produce grupos acetilos y no se ligan a la formación del ATP

FUNCIONES DEL PEROXISOMA •Catabolismo de ácidos grasos de cadena larga •Metabolismo de radicales libres de oxígeno •Síntesis de lípidos de colesterol y éter •Formación de ácidos biliares •Catabolismo de purinas, prostaglandinas, leucotrienos •Detoxificación de alcohol en el hígado •Metabolismo de estradiol

• Algunas enfermedades congénitas humanas se asocian con la ausencia de peroxisomas y/o con la disfunción de sus enzimas como es: • Adrenoleucodistrofia neonatal (NALD)alteracion ligada al sexo solo en los varones alteraciones neurologicas profundas y finalmente la muerte. falla en la b-oxidación de los ácidos grasos, almacenamiento anormal de lípidos en cerebro, médula, glándulas adrenales) • Diversas sustancias químicas (drogas, contaminantes industriales) inducen una proliferación marcada de peroxisomas. • El estradiol parece tener un efecto depresivo sobre los peroxisomas (por lo menos en hepatocitos de pez).