Biología Celular y Sistémica Teórico : Aparato de Golgi, Lisosomas y Peroxisomas. Dr. Roberto Najle

Transcripción

1 Biología Celular y Sistémica 2011 Teórico : Aparato de Golgi, Lisosomas y Peroxisomas. Dr. Roberto Najle

2 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.

3 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

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

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7 Compartimentalización funcional del Golgi Sin contrastar Osmio Nucleósido difosfatasa Fosfatasa ácida Cisternas intermedias Red cis-golgi (RCG) Vesículas de transición llegando desde el RE Red cis-golgi (RCG) Envoltura nuclear Vesículas de transporte partiendo de la red trnasgolgi RTG Red trans- Golgi (RTG) Dictiosoma en una célula animal Dictiosoma en una célula de un alga Red trans- Golgi (RTG)

8 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

9 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.

10 Cara cis Red cis de Golgi Vesícula de transporte Cisterna cis Cisterna media Cisterna trans Red trans de Golgi Cara trans

11 Grupo vesícular tubular RCG cisterna RTG MODELO DE TRANSPORTE VESICULAR MODELO DE MADURACION DE CISTERNA

12 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.

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14 Migración a través del Complejo de Golgi 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. 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.

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17 Clases de proteínas secretorias en mamíferos Tipos de proteínas Ejemplos Sitio de síntesis Proteínas séricas Prot. Matriz extcel. Hormonas peptídicas Enzimas digestivas Tipos de proteínas Ejemplos Sitio de síntesis Proteínas séricas Prot. Matriz extcel. Hormonas peptídicas Enzimas digestivas Proteinas de la leche Proteinas de la leche Albúmina, transferrina Lipoproteínas Inmunoglobulinas Albúmina, transferrina Lipoproteínas Inmunoglobulinas Colágeno, fibronectina Proteoglicanos Colágeno, fibronectina Proteoglicanos Insulina, glucagón Insulina, glucagón Endorfinas, Endorfinas, encefalinas Tripsina, amilasa, ribonucleasa Tripsina, amilasa, ribonucleasa Caseina, lactoalbúmina Caseina, lactoalbúmina Hígado Hígado Linfocitos Linfocitos fibroblastos fibroblastos pancreas cel.neurosecret. pancreas cel.neurosecret. pancreas pancreas gland.mamarias gland.mamarias

18 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.

19 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.

20 RE Rugoso Carbohidrato 1) Sintesis de la enzima lisosomal y adición del azúcar Enzima 2) Fosforilación de manosa, por la acción secuencial de dos enzimas 5) Reciclado del receptor 3) La manosa 6 fosfato se une al receptor y las enzimas se empaquetan en vesículas de transporte. Lisosoma Endosoma tardío 4) El bajo ph de los endosomas tardíos promueve la disociación de enzima y receptor.

21 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.

22 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.

23 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.

24 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.

25 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). FLUIDO EXTRACELULAR Pseudopodo FAGOCITOSIS CITOPLASMA 1 µm Pseudopodium of amoeba Alimento u otra particula Vacuola alimenticia Bacterium Food vacuole An amoeba engulfing a bacterium via phagocytosis (TEM)

26 ENDOCITOSIS a GRANEL Plasma membrane 0.5 µm Pinocytosis vesicles forming (arrows) in a cell lining a small blood vessel (TEM). Vesicle Receptor ENDOCITOSIS MEDIADA POR RECEPTORES Coat protein Coated vesicle Ligando Coated pit Coat protein Plasma membrane A coated pit and a coated vesicle formed during receptormediated endocytosis (TEMs).

27 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

28 Fagocitosis Endocitosis Vacuola fagocítica Vesiculas de endocitosis Endosoma temprano Endosoma temprano Vesiculas con hidrolasas acidas Endosoma tardío Complejo de Golgi Endosoma tardío Cuerpo residual Membrana plasmática Liberación de nutrientes, conforme progresa la digestión Lisosoma Lisosoma Formación de una vacuola autofágica alrededor de una mitocondria 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.

29 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 D- aminoacidos). 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

30 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

31 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 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, 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 (H 2 O 2 ), 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 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2

32 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

33 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).

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