Organelos Membranosos

Distribución y Exportación de Proteínas • Las proteínas, al igual que los lípidos y los polisacáridos, son transportadas desde el aparato de Golgi a sus destinos finales a través de la vía secretora.

• Algunas proteínas se transportan del Golgi a la membrana plasmática por una vía secretora constitutiva, que es responsable de la incorporación de proteínas y lípidos a la membrana plasmática y de la secreción continua de proteínas al exterior de la célula.

• Otras proteínas son transportadas a la superficie celular a través de una vía diferente llamada secreción regulada. • Finalmente otras dirigidas en forma específica a otros organelos celulares como los lisosomas o las vacuolas.

Retención de Proteínas en el Golgi Las proteínas que realizan su función en el aparato de Golgi deben retenerse en el organelo, en lugar de ser transportadas a través de la vía secretora.

• A diferencia del RE, todas las proteínas retenidas en el complejo de Golgi están asociadas con la membrana del Golgi en lugar de ser proteínas solubles en su interior. • Las señales responsables para la retención de algunas proteínas en el Golgi son los dominios transmembrana de las proteínas, que retienen las proteínas en la membrana del aparato de Golgi. • Pero además, existen señales en el dominio citoplásmico de algunas proteínas del Golgi que permiten que estas proteínas sean recuperadas desde compartimentos posteriores a lo largo de la vía secretora.

Distribución de Proteínas a los Lisosomas Las proteínas destinadas a los lisosomas están marcadas con manosa-6-fosfato, que se origina por la modificación de sus oligosacáridos al entrar al aparato de Golgi.

Las proteínas destinadas a la membrana de los lisosomas están señalizadas por secuencias en sus dominios citoplásmicos, en vez de por residuos de manosa-6-fosfato.

La manosa-6-fosfato es reconocida específicamente por un receptor ubicado en la membrana del Golgi.

Los complejos formados por el receptor más la enzima lisosómica se empaquetan en vesículas de transporte destinadas a los lisosomas.

Distribución de Proteínas a las Vacuolas

A diferencia de las proteínas destinadas a los lisosomas, las proteínas se destinan a las vacuolas mediante secuencias peptídicas cortas en lugar de señales formadas por carbohidratos.

Mecanismo de transporte de las Vesículas

invaginación de la membrana

formación de la vesícula

• Las vesículas de transporte tienen un papel central en el transporte de moléculas entre los diferentes organelos membranosos y en el transporte del material captado en la superficie celular. • El transporte de las vesículas es una actividad celular fundamental, responsable del tráfico molecular entre diversos compartimentos rodeados por membrana específicos. • Por lo tanto, la selectividad de dicho transporte resulta clave para mantener la organización funcional de la célula.

Proteínas de revestimiento y gemación de Vesículas • Se han caracterizado tres tipos de vesículas revestidas de proteínas que intervienen en diferentes tipos de transporte vesicular.

Vesículas revestidas COP: se originan a partir del RE y del complejo de Golgi.

COPII: se originan a partir del RE y transportan su carga hasta el aparato de Golgi.

COPI: se originan a partir del compartimento intermedio RE-Golgi o del aparato de Golgi, y participan en las vías de recuperación que sirven para retener a las proteínas residentes en el Golgi y en el RE.

Vesículas revestidas de clatrina: permiten la captación de moléculas extracelulares desde la membrana plasmática mediante endocitosis y del transporte de moléculas desde el Golgi a los lisosomas.

Vesículas Revestidas por Clatrina • Las vesículas revestidas por clatrina están compuestas por dos clases de complejos proteicos, clatrina y proteínas adaptadoras, que se unen aliado citosólico de las membranas. • La clatrina desempeña un papel estructural, forma una estructura semejante a la red de basket que distorsiona la membrana y dirige la gemación de las vesículas. • La unión de la clatrina a las membranas está mediada por proteínas adaptadoras, pero actúan diferentes proteínas adaptadoras en la formación de vesículas en la membrana plasmática y en el Golgi.

• En la formación de vesículas que van a los lisosomas, la proteína adaptadora se denomina AP-1. • Esta se une al receptor de la manosa-6fosfato, dirigiendo a las proteínas al interior de las vesículas cubiertas por clatrina.

Vesículas Revestidas COP • Están constituidas por complejos proteicos diferentes, que funcionan como la clatrina y las proteínas adaptadoras. • El ensamblaje de la cubierta de la vesícula requiere de proteínas de unión a GTP, que regulan la unión de las proteínas de revestimiento a la membrana. • La gemación de las vesículas de clatrina y las vesículas COPI requiere una proteína de unión a GTP denominada ARF (factor de ribosilación del ADP). • La gemación de las vesículas revestidas COPII requiere una proteína de unión a GTP diferente, denominada Sar1.

Formación de Vesículas COPI El primer paso es la asociación de ARF, unido a GDP, con la membrana del Golgi.

Luego las proteínas de la membrana del Golgi estimulan el intercambio del GDP por GTP, y las proteínas de cubierta COPI se unen al complejo ARF/GTP.

La formación de la cubierta continúa con la deformación de la membrana y la gemación de una vesícula.

Por último, el ARF hidroliza su GTP, que pasa a GDP y se disocian las proteínas de la cubierta de la membrana de la vesícula.

Fusión de Vesículas La fusión de una vesícula de transporte implica dos tipos de acontecimientos: 1. En primer lugar, la vesícula de transporte debe reconocer específicamente la membrana diana correcta; por ejemplo, una vesícula que transporta enzimas lisosómicas tiene que llevar su carga sólo a los lisosomas. 2. En segundo lugar, la membrana de la vesícula y la membrana diana deben fusionarse, entregándose el contenido de la vesícula al orgánulo diana.

Según el modelo actual, el reconocimiento entre una vesícula y su blanco está mediado por la interacción específica entre pares de proteínas transmembrana, seguido por la fusión entre las bicapas lipídicas de la vesícula y de la membrana diana.

Fusión de Vesículas – Hipótesis SNARE

• la fusión de las vesículas está mediada por la interacción entre un par específico de proteínas, denominadas SNAREs, que se ubican en la membrana de la vesícula y en la membrana diana (v-SNAREs y t-SNAREs, respectivamente).

• Además de las SNAREs, la fusión de vesículas requiere otro tipo de proteína llamado Rab, que son una familia de proteínas de unión a GTP (existen más de 30 tipos diferentes y se ha demostrado que intervienen en procesos específicos del transporte de vesículas).

Fusión de Vesículas – Hipótesis SNARE

• Tras la unión de las SNAREs y la fusión de las membranas, se requiere un complejo de otras dos proteínas (el complejo NSF/SNAP) para completar el proceso del transporte de vesículas.

• Las proteínas NSF/SNAP no se requieren la fusión de las membranas, sino que actúan después de la fusión de la membrana para desmontar el complejo SNARE, y permitir que las SNAREs se puedan reutilizar en ciclos posteriores.

Lisosomas •

organelos rodeados de membrana presente sólo en los animales

•

función de digestión intracelular (degradan material captado por la célula y componentes obsoletos de la propia célula)

•

son polimorfos y de tamaño variable, entre 20 nm y 1 µm

•

poseen un pH bajo (4,5-5)

•

la membrana tiene proteínas protectoras llamadas Igp-A e Igp-B

•

desempeñan una función muy importante en los organismos unicelulares, ya que constituyen el estómago del organismo

•

en los animales, los lisosomas tienen una función fundamental en las células fagocitarias.

Organización del Lisosoma •

contienen casi 50 enzimas hidrolíticas que degradan cualquier polímero orgánico (carbohidratos, acidos nucleicos, lípidos y proteínas)

•

todas as las enzimas lisosómicas son hidrolasas ácidas

•

son activas al pH ácido (4,5- 5) del interior de los lisosomas pero no al pH neutro del resto del citoplasma

•

ello proporciona una doble protección para el citosol, si se rompiera la membrana, las hidrolasas serían inactivas

•

para mantener el pH ácido, los lisosomas tienen una bomba de protones en la membrana del lisosoma

•

ello mantiene una concentración de H aproximadamente cien veces más elevada en el interior del lisosoma.

Acrosoma

Fagocitosis • Los lisosomas no sólo digieren los materiales que entran a la célula, sino que también cumplen una función importante en la fagocitosis. • En la fagocitosis, células especializadas como los macrófagos, ingieren y degradan partículas grandes, incluyendo bacterias, restos de células, y células envejecidas que han de ser eliminadas del organismo. • Estas partículas grandes son ingeridas en vesículas fagocíticas (fagosomas), que posteriormente se fusionan con los lisosomas, dando lugar a la digestión de su contenido. • Los lisosomas formados de esta manera (fagolisosomas) pueden ser bastante grandes y heterogéneos, ya que su tamaño y forma viene determinado por el contenido del material que esté siendo digerido.

Autofagia • Los lisosomas son responsables de la autofagla, que es la destrucción de organelos celulares viejos para realizar la renovación de los componentes de la célula. • Primero el organelo viejo es rodeado por una membrana proveniente del RE, con lo cual se forma un autofagosoma. • Luego es digerido por los lisosomas que se unen a esta membrana. • En las células hepáticas se calcula que una mitocondria sufre autofagia cada 10 minutos aproximadamente. • El número de vesículas autofágicas de una célula varia según el estado fisiológico. • Si a una célula se la priva de nutrientes, se observa un marcado incremento de la autofagia. • Ante la escasez de nutrientes, la autofagia permite obtener energía para mantener viva a la célula mediante la digestión de organelos que ya no se utilizan.

Formación del Lisosoma • los lisosomas se forman por fusión de vesículas originadas del Golgi con los endosomas formados por endocitosis a partir de la membrana plasmática • en primer lugar, el material exterior es ingerido en vesículas endocíticas que se se funden con los endosomas primarios • luego los endosomas primarios van madurando a endosomas tardíos, que son los precursores de los lisosomas • las hidrolasas ácidas sintetizadas por la red trans del Golgi se liberan en forma de vesículas que se fusionan con los endosomas tardíos • los endosomas tardíos maduran a lisosomas a medida que adquieren las hidrolasas ácidas, las cuales van a digerir las moléculas ingeridas originalmente por endocitosis.

Peroxisomas •

están en todas las células eucariotas

•

tienen forma ovalada

•

limitados por una membrana simple

•

tamaño varía 0,5-1 µm

•

hay entre 70-100 por célula

•

no son parte del sistema de endomembranas

•

los peroxisomas contienen enzimas oxidativas (utilizan el O como aceptor de electrones para oxidar sustancias orgánicas)

•

durante la oxidación de los distintos sustratos se produce peróxido de hidrógeno (H2O2) como producto final

•

una de las funciones de los peroxisomas es precisamente inactivar el peróxido de hidrógeno producido, de ahí el nombre de peroxisomas

•

la enzima encargada es la catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno convirtiéndolo en agua o bien utilizándolo para oxidar otro compuesto orgánico.

Oxidación de Ácidos Grasos

•

en los peroxisomas se degradan mediante reacciones oxidativas diversos sustratos, incluyendo el ácido úrico, aminoácidos y ácidos grasos

•

la oxidación de los ácidos grasos es importante ya que proporciona una fuente fundamental de energía metabólica

•

en las células animales los ácidos grasos se oxidan tanto en los peroxisomas como en las mitocondrias, pero en levaduras y plantas está restringido a los peroxisomas.

Otras Funciones de los Peroxisomas • además de reacciones de oxidación, los peroxisomas intervienen en la biosíntesis de lípidos • en las células animales el colesterol y el dolicol se sintetizan en los peroxisomas y en el RE • en el hígado, los peroxisomas también intervienen en la síntesis de los ácidos biliares, que derivan del colesterol • los peroxisomas también contienen enzimas para la síntesis de los plasmalógenos, una familia de fosfolípidos en los que una de las cadenas está unida al glicerol mediante un enlace éter en lugar de por un enlace éster • los plasmalógenos son componentes importantes de la membrana en algunos tejidos, particularmente en el corazón y en el cerebro, aunque están ausentes en otros.

Peroxisomas Vegetales

• en las semillas son responsables de convertir los ácidos grasos almacenados en carbohidratos, lo que proporciona energía para el desarrollo del embrión • esto ocurre a través de una serie de reacciones denominadas ciclo del glioxilato, que es una variante del ciclo del ácido cítrico • los peroxisomas en los que tiene lugar este ciclo a veces se denominan glioxisomas

Formación de los Peroxisomas

Importación de Proteínas a los Peroxisomas Se sabe que hay dos tipos de señales que indican el transporte al peroxisoma (peroxisomal transport sequence) PTS1: es una secuencia de 3 aminoácidos, Ser-Lys-Leu en el extremo C-terminal PTS2: posee 20-30 aa en el extremo Nterminal, siendo la secuencia consenso Arg/Lys-Leu/Ile-5X-His/Gln-Leu Los receptores de cada una de las dos clases se han identificado y corresponden a Pex5p y a Pex7p. Una vez reconocidas por receptores se transfieren a un complejo de translocación que media su transporte a través de la membrana del peroxisoma.

Vacuolas 

presentes en las plantas, donde ocupan la mayor parte del citoplasma de la célula



almacenan sustancias en forma transitoria (iones, azúcares, aminoácidos, proteínas y polisacáridos).



sirven de depósito de sustancias tóxicas (no hay sistema excretor)



participan en el metabolismo y crecimiento de la célula



realizan la digestión intracelular (enzimas hidrolíticas y pH bajo)



constituyen el punto final de la vía biosintética de la célula

Vacuolas 

la membrana que rodea la vacuola es llamada tonoplasto



tiene sistemas de transporte activo que bombean iones al interior de la vacuola



la alta concentración de iones hace que entre agua por ósmosis



la presión generada por la vacuola permite que la célula conserve la forma y aumente su tamaño

Captación de Partículas y Macromoléculas

Incorporación de Macromoléculas Endocitosis Mediada por Receptores

Endocitosis Inespecífica o Pinocitosis

es la entrada de líquidos, solutos disueltos o macromoléculas en suspensión

Fagocitosis

es la captación de partículas sólidas

Fagocitosis • en la fagocitosis las células incorporan partículas grandes como bacterias, desechos celulares, o incluso células intactas.

• la unión de la partícula a unos receptores sobre la superficie de la célula fagocítica produce la formación de pseudópodos. • los seudópodos acaban rodeando a la partícula y sus membranas se funden para formar una gran vesícula intracelular (>0,25 µm de diámetro) llamada fagosoma. • los fagosomas luego se fusionan con los lisosomas, dando lugar a los fagolisosomas • en los fagolisosomas, el material ingerido se digiere por la acción de las hidrolasas ácidas de los lisosomas.

Fagocitosis La fagocitosis desempeña distinta función en los diferentes tipos de células.

en los protozoarios se utiliza para capturar partículas alimenticias, como bacterias u otros protozoarios

en los animales pluricelulares la fagocitosis es un mecanismo de defensa que permite eliminar microorganismos y células viejas o dañadas

• en los mamíferos la fagocitosis es realizada por dos tipos de glóbulos blancos, macrófagos y neutrófilos, que tienen un papel importante en la defensa del organismo, eliminando los microorganismos de los tejidos infectados • un notable ejemplo de fagocitosis son los macrófagos del bazo y el hígado humanos, que destruyen diariamente más de 1011 células sanguíneas envejecidas

Endocitosis Endocitosis inespecífica • se produce la captación de líquidos o solutos disueltos que la membrana plasmática no reconoce • ocurre en cualquier área de la MP, es decir en regiones no especializadas de la membrana.

Endocitosis específica o EMR • se produce la entrada de macromoléculas específicas por medio de receptores ubicados en la cara externa de la membrana plasmática • constituye un mecanismo eficiente para la captación de moléculas que suelen estar presentes en bajas concentraciones en el medio extracelular.

Endocitosis Mediada por Receptor proporciona un mecanismo para la entrada selectiva de macromoléculas específicas

• En primer lugar, las macromoléculas se unen a receptores específicos de la superficie celular. • Los receptores se acumulan en regiones especializadas de la membrana plasmática denominadas fosas revestidas • Estas depresiones se invaginan a partir de la membrana para formar pequeñas vesículas revestidas con clatrina que contienen los receptores y sus macromoléculas unidas (ligandos). • Luego las vesículas se fusionan con endosomas tempranos y su contenido se distribuye a los lisosomas o a la membrana plasmática.

Endocitosis Mediada por Receptor • La endocitosis mediada por receptor es característica de la membrana de las células eucariotas. • Se han encontrado más de 20 receptores diferentes que se introducen de forma selectiva por esta ruta.

• Las depresiones pueden ocupar entre el 1 % y 2 % de la superficie de la membrana plasmática y se estima que tienen una vida media de uno a dos minutos. • Se calcula que la endocitosis produce la internalización de una superficie equivalente a la totalidad de la membrana plasmática aproximadamente cada dos horas.

Endosomas 

una vez formadas, las vesículas se fusionan con los endosomas



los endosomas clasifican las sustancias ingresadas y deciden el camino que deben seguir



algunas son desechadas, otras pasan al aparato de golgi y otras a los lisosomas

Ribosomas

Ribosomas Procariotas y Eucariotas

Envoltura Nuclear

• tiene la función de rodear el ADN y separarlo del resto de la célula • es una estructura doble, con una membrana interna y otra externa • se encuentra perforada por poros que permiten el intercambio de

sustancias entre el núcleo y el citoplasma (complejo del poro)

Envoltura Nuclear

• el poro tiene 9 nm de diámetro, pero se adapta a moléculas de 25 nm • está formado por tres anillos proteicos: citoplasmático, nuclear y distal • el anillo distal se une al anillo nuclear por proyecciones similares a una red de basquet