Ruta Endocítica Sergio Cabrera Programa de Biología Celular y Molecular Instituto de Ciencias Biomédicas
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- María Cristina Sosa Villalobos
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1 Ruta Endocítica Sergio Cabrera Programa de Biología Celular y Molecular Instituto de Ciencias Biomédicas
2 Endocitosis Captación celular de Hierro Biogénesis y acción de lisosomas y peroxisomas
3 ENDOCITOSIS: Proceso por el cual la célula INCORPORA macromoléculas, partículas e incluso a otras células, por transporte vesicular. Fagocitosis: Incorporación de partículas grandes (gran vesícula, llamada fagosoma, > 250 nm diámetro) Pinocitosis: Captación de fluido y solutos pequeños (vesículas pequeñas de aprox 100 nm diámetro) Endocitosis : mediada por receptor incorporación de componentes extracelulares por reconocimiento con una proteína de superficie
4 Fagocitosis Células especializadas utilizan grandes vesículas (FAGOSOMAS) para ingerir partículas grandes, tales como microorganismos o células muertas. Neutrófilo fagocitando bacteria Protozoos: Usan fagocitosis para alimentarse (fagocitan grandes partículas, las llevan a degradación en los lisosomas y los productos pasan al citosol para ser usados en el metabolismo) Mamíferos: Usan fagocitosis como defensa contra patógenos o para ingerir células muertas (Macrófagos y neutrófilos). Protozoo fagocitando una levadura Macrófago fagocitando células químicamente modificadas Biology of the Cell (2007) 99, (87 101) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)
5 Mecanismo de fagocitosis Es un proceso REGULADO. Requiere activación de receptores de membrana para iniciarse. Se promueve la formación de pseudopodos por remodelación de la actina, que engloban a la partícula y forman el FAGOSOMA. Fagosomas se fusionan con LISOSOMAS dentro de las células. Se forma el FAGOLISOSOMA. Material ingerido es degradado por enzimas lisosomales. El material no digerible permanece en el lisosoma formando los CUERPOS RESIDUALES, que eliminan el material por exocitosis.
6 Pinocitosis Se utiliza para endocitar fluidos extracelulares ( cell drinking ), con los solutos pequeños presentes en ellos. Ocurre permanentemente, en todo tipo de células. Es un proceso NO REGULADO. La vesícula englobará todo lo que esté en el medio extracelular, sin especificidad. Genera vesículas pequeñas, que se fusionan con los lisosomas para degradar el material.
7 Endocitosis mediada por receptores Endocitosis REGULADA de macromoléculas, por interacción con receptores de la membrana plasmática. Se forman vesículas recubiertas de CLATRINA ( clathrin coated pits ). Por su selectividad, aumenta más de 100 veces la tasa de endocitosis de macromoléculas determinadas, incluso cuando su concentración extracelular sea muy baja. Células de mamíferos usan este método para ingerir hormonas, factores de crecimiento, enzimas, proteínas séricas, anticuerpos, hierro, e incluso algunos virus y toxinas bacterianas.
8 Mecanismo de endocitosis mediada por receptores Ejemplo: Endocitosis del LDL (lipoproteína de baja densidad) (Premio Nobel 1986 para Brown y Goldstein) Si endocitosis del LDL es deficiente: LDL en el plasma Hipercolesterolemia Aterosclerosis
9 HOMEOSTASIS DEL Fe INTRACELULAR: otro buen ejemplo de endocitosis mediada por receptores. Hierro: Alta capacidad de ganar y perder electrones. Componente fundamental de hemoglobina, mioglobina y citocromos. Nature Reviews (2008) 9, (72 81) Fe absorbido por la dieta pasa al plasma y se une a su proteína transportadora TRANSFERRINA. Fe puede ingresar a los eritrocitos, para unirse a la hemoglobina y facilitar el transporte de oxígeno. Macrófagos fagocitan a los eritrocitos envejecidos, degradan la hemoglobina y reciclan el Fe hacia el plasma. El Fe unido a transferrina puede viajar por la sangre e incorporarse en todos los tejidos.
10 Fe se transporta en la sangre unido a la proteína plasmática TRANSFERRINA (Tf). Invaginación cubierta por clatrina Transferrina es reconocida por un receptor (TfR) de la MP de los glóbulos rojos, y se endocita. Al ph ácido de los endosomas, la transferrina libera el Fe, PERO ELLA SE MANTIENE UNIDA A SU RECEPTOR. El complejo transferrinareceptor de membrana se recicla a la superficie. Al ph 7.2 del medio extracelular, transferrina se suelta de su receptor y vuelve al plasma a transportar más Fe. Fe es transportado al citosol y puede almacenarse en moléculas de ferritina o hemoglobina. Reticulocito: célula precursora de glóbulos rojos En células no eritrocitarias Nature Reviews (2008) 9, (72 81)
11 Receptores transmembrana endocitados pueden seguir 3 rutas distintas: 1. RECICLAJE. Regreso a la membrana plasmática. 2. TRANSCITOSIS. Viaje a una región de la membrana plasmática distinta a la que los generó. 3. DEGRADACIÓN. Derivación al lisosoma.
12 Transcitosis Ej: Paso de inmunoglobulinas (antiguerpos) de la leche materna a la sangre del bebé a través del epitelio intestinal. Basolteral (en contacto con la SANGRE) Apical (en contacto con el LUMEN o CAVIDAD del intestino)
13 Vía de degradación Endosomas tempranos. Próximos a la MP, reciben las vesículas de endocitosis. Endosomas de reciclaje. Punto de partida de vesículas de vuelta a la MP o hacia el Golgi. Cuerpos multivesiculares y endosomas tardíos. Se localizan en zonas más internas de las células y reciben vesículas del trans-golgi, cargadas de hidrolasas ácidas. También envían vesículas de vuelta al trans-golgi. El medio interno de los endosomas es más ácido que el citosol (ph 6.5), debido a una bomba de protones dependiente de ATP en su membrana. El bajo ph favorece que muchos receptores endocitados liberen su carga en los endosomas.
14 LISOSOMAS: Biogénesis y función LISOSOMAS: Orgánulos que poseen las enzimas necesarias para degradar las principales macromoléculas biológicas (lípidos, hidratos de carbono, ácidos nucleicos y proteínas). Tienen forma y tamaño heterogéneo. Mantienen su ph ácido (5.0) por acción de una protón-atpasa que bombea H+ desde el citosol. Tiene enzimas llamadas HIDROLASA ACIDAS, porque su ph óptimo es cercano a 5.0 El lisosoma AISLA estas enzimas del resto de la célula, para evitar la degradación general de sus componentes. La membrana interna del lisosoma está protegida de las hidrolasas porque está altamente GLICOSILADA. Los productos de digestión se transportan activa o pasivamente hacia el citosol, para entrar en las rutas catabólicas, o son exportados de la célula.
15 Biogénesis de lisosomas: Fusión de vesículas provenientes del trans-golgi (llevan las hidrolasas ácidas) con endosomas (llevan la carga a degradar). Los endosomas resultantes tienen las enzimas y la carga, pero deben madurar para llegar a lisosoma funcional: Hay intercambio vesicular con el Golgi y la membrana lisosomal. Lumen se va acidificando Enzimas lisosomales (HIDROLASAS) se sintetizan en el RE. Durante su paso por el Golgi, se les adiciona un residuo Manosa 6- fosfato (M6P) que será la señal reconocida por el receptor de M6P que está en la membrana del Golgi y origina las vesículas que irán a formar los lisosomas.
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18 AUTOFAGIA: degradación lisosomal de componentes celulares. Así se eliminan organelos viejos o dañados. Cuando hay privación de nutrientes, célula incrementa la autofagia para obtener metabolitos (comienza a digerirse a sí misma).
19 PEROXISOMAS: Biogénesis y función Organelos citoplasmáticos de membrana simple, especialmente abundantes en hígado y riñón. FUNCIÓN: Metabolismo del peróxido de hidrógeno Tiene enzimas OXIDASA y CATALASA que guían las siguientes reacciones: RH 2 + O 2 R + H 2 O 2 (agua oxigenada) H 2 O 2 + RH 2 R + 2H 2 O 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 Peróxido de hidrógeno se forma y se degrada en el peroxisoma, lo que es muy importante dada su alta toxicidad celular. Detoxificación de compuestos nocivos Puede usar como dador de electrones (RH 2 ) al metanol, etanol, formaldehido, fenoles y nitritos, generando especies mucho menos tóxicas para las células Oxidación de ácidos grasos de cadena larga En mamíferos, el 50% de la oxidación de ácidos grasos ocurre en los peroxisomas (el resto en la mitocondria). En vegetales y levaduras, TODA la oxidación de los ácidos grasos ocurre en los peroxisomas. Metabolización de compuestos nitrogenados Catabolismo de sustancias infrecuentes
20 Biogénesis de los peroxisomas Los peroxisomas se generan por división de un peroxisoma preexistente. Inicialmente el peroxisoma crece, incorporando lípidos y proteínas desde el citosol, además de algunas proteínas del RE. Luego, el peroxisoma original se fisiona, para dar origen a dos peroxisomas hijos.
21 Bibliografía Molecular Biology of the Cell. Bruce Alberts, Alexander Jhonson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts & Peter Walter. Garland Science. 5ª edición El Mundo de la célula. Wayne Becker, Lewis Kleinsmith & Jeff Hardin. Pearson Addison Wesley. 6ª edición VIDA: La Ciencia de la Biología. David Sadava, H.Craig HEditorial Médica Panamericana eller, Gordon H.Orians, William H. Purves & David M.Hillis. 8ª edición Exocytosis and Endocytosis. Andrei Ivanov. Methods in Molecular Biology. Humana Press Lysosome biogenesis and lysosomal membrane proteins: trafficking meets function. Saftig, P and Klumperman, J. Nature Reviews Mol. Cell. Biol. (2009) 10: Regulation of iron acquisition and storage: consequences for iron-linked disorders. De Domenico, I, McVey Ward, D and Kaplan, J. Nature Reviews Mol. Cell. Biol. (2008) 9:
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