CAPITULO 6 SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS ÍNDICE SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO GRANULAR (REG) RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO AGRANULAR (REA) COMPLEJO DE GOLGI ENVOLTURA NUCLEAR LISOSOMAS CICLO SECRETOR DIGESTIÓN INTRACELULAR FORMACIÓN DE VESÍCULAS ENDOCÍTICAS ENDOSOMAS PEROXISOMAS
SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS La identificación de las enzimas lisosomales fue imprescindible para los tratamientos de ciertas enfermedades En ciertos estados patológicos como la artritis reumatoidea, la silicosis y la asbestosis (afecciones producidas por la inhalación de partículas de sílice o de amianto) y también en la gota (acumulación de ácido úrico en las articulaciones), se produce la liberación de las enzimas contenidas en los lisosomas a partir de los macrófagos. Esto ocasiona una inflamación aguda de los tejidos. Esta puede llevar a la fibrosis (aumento de la síntesis de colágeno). La liberación de enzimas lisosómicas también ocurre en estados de anoxia, acidosis y shock, y se las encuentra aumentadas en la sangre. Un caso común es el del infarto de miocardio. Hay también varias enfermedades congénitas en las que la principal alteración es la acumulación intracelular de glucógeno y Glucolípidos que no pueden degradarse debido a mutaciones que afectan a enzimas lisosomales involucradas en el catabolismo de estas moléculas. Muchas de estas enfermedades afectan al tejido cerebral, por ejemplo la enfermedad de Tay-Sachs. La identificación de las enzimas lisosomales y el conocimiento de cómo se lleva a cabo su síntesis fue imprescindible para los tratamientos de estas enfermedades. Estructura del sistema de endomembranas o Sistema Vacuolar Citoplasmático MARCO TEÓRICO El sistema de endomembranas o sistema vacuolar citoplasmático consiste fundamentalmente en un conjunto de membranas intracelulares (en eucariontes) que se encuentran relacionadas física y funcionalmente. Algunas de ellas son continuas, es decir que tienen continuidad o comunicación directa. El SVC comprende: Envoltura nuclear o carioteca Retículo endoplasmático rugoso o agranular (REL) Retículo endoplasmático rugoso o granular (REG) Sistema de Golgi Lisosomas Endosomas Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 2
1- Envoltura nuclear: está formada por dos membranas concéntricas separadas por un espacio. La membrana externa está en contacto con el citosol y posee ribosomas adheridos. Una expansión de la misma da origen REG. La membrana interna es la que está en contacto con el interior del núcleo. La envoltura presenta poros que permiten la comunicación entre el núcleo y el citoplasma. Esquema de la envoltura nuclear y su relación con el REG 2- Retículo endoplasmático liso: está constituido por túmulos membranosos delgados que carecen de ribosomas. Desempeña las siguientes funciones: Síntesis de lípidos: fosfolípidos, triglicéridos, colesterol y otros esteroides, etc. las enzimas para la síntesis de lípidos se encuentran en la membrana del REL Detoxificación: por medio de una serie de reacciones químicas tiene la capacidad de detoxificar algunas drogas como otros compuestos peligrosos producidos por el metabolismo. La detoxificación consiste básicamente en transformar moléculas tóxicas liposolubles (que penetran y se integran a las membranas) en compuestos ionizables altamente hidrofílicos y así fácilmente eliminables, por ejemplo por la orina. Movilización de glucosa: participa en uno de los pasos de la degradación del glucógeno o glucogenólisis (la defosforilación de la glucosa). Almacenamiento y liberación de calcio: posee bombas de calcio que permiten la acumulación de este ión en su interior. Esto es particularmente importante en las células del músculo estriado. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 3
Consulta la bibliografía e investiga la acción de la bomba de Ca en el músculo Retículo Endoplasmático Liso Envoltura nuclear con poros 3- Retículo endoplasmático rugoso: se origina a partir de la membrana externa del núcleo por lo que posee ribosomas adheridos a su membrana. Consiste de una serie de sacos membranosos aplanados o cisternas. Su función es la síntesis de algunas proteínas, a saber: Proteínas de membrana Proteínas de exportación o secreción Enzimas que pertenecen al SVC Enzimas hidrolíticas o lisosomales Síntesis de proteínas en el REG Retículo Endoplasmático Rugoso a. La síntesis comienza en un ribosoma libre en el citosol. Si la futura proteína será de exportación o de membrana o Riboforina lisosomal o del SVC, los primeros aminoácidos del péptido que emerge constituyen una señal: el péptido señal que indica que la síntesis deberá continuar en el REG. El péptido señal es reconocido por la partícula de reconocimiento de la señal (PRS) que se PRS une a ella y la síntesis de la proteína se detiene. Todo este complejo (péptido, ribosoma, PRS) migra hacia el REG. Dentro del REG hay una peptidasa que elimina el péptido señal. Péptido señal Lumen del REG Peptidasa señal Ribosoma Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 4
b. Este complejo se une específicamente a una proteína receptora de la membrana del REG, la riboforina. La PRS se disocia y se reanuda la síntesis proteica con la particularidad que a medida que la cadena polipeptídica crece, va ingresando hacia la luz del REG por un proceso conocido como descarga vectorial (es con consumo de energía y siempre en dirección hacia la luz del REG). c. Como ya se mencionó, en la luz del REG el péptido señal es removido por la peptidasa señal. Dentro del REG las proteínas pueden sufrir ciertas modificaciones como el agregado de grupos oxidrilo en el caso del colágeno. En al mayoría de los casos las proteínas son glucosiladas en la luz del REG. Consiste en el agregado de un oligosacárido presintetizado que se modificará finalmente en el Golgi. d. La proteína glucosilada sale del REG en una vesícula y se traslada hacia el sistema de Golgi antes de dirigirse al destino celular correspondiente. Mecanismo de descarga vectorial 4- Sistema de Golgi: está compuesto por varias cisternas apiladas en forma bastante regular. Cada una posee dos caras: una convexa, la cis o de formación (en general orientada hacia los retículos) y otra cóncava, la trans o de maduración (generalmente orientada hacia la membrana plasmática). Se piensa que el Golgi es el principal distribuidor de macromoléculas en la célula. REG GOLGI Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 5
Muchas de estas moléculas pasan a través del Golgi para completar así su maduración. Este proceso incluye proteólisis específicas, adición de ácidos grasos, y fundamentalmente la glucosilación definitiva de las Glucoproteínas y Glucolípidos como así también la segregación y direccionamiento de productos hacia sus destinos finales. Investiga en la bibliografía a qué se refiere la orientación polarizada del sistema de Golgi Ciclo secretor: ejemplo de síntesis de una proteína de exportación REG Golgi vacuola condensante gránulo se secreción exocitosis Fluido extracelular Vacuola secretora con moléculas a secretar Esquema del ciclo secretor. Las moléculas producidas por la célula se eliminan por exocitosis En base a la bibliografía, elabora un texto explicando el ciclo secretor Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 6
5- Lisosomas: son vesículas membranosas que en su interior contienen enzimas hidrolíticas. Se encargan de la digestión intracelular de macromoléculas. Se caracterizan por tener un interior con ph 5 (que se mantiene gracias a una bomba de protones en su membrana). Hay dos tipos de lisosomas: Lisosoma secundario Lisosoma primario Sistema de Golgi Lisosomas primarios: son aquellos que todavía no tienen en sustrato a digerir Lisosomas secundarios: son los que ya contienen el sustrato a digerir. Hay tres tipos de lisosomas secundarios: Heterofagosoma o vacuola digestiva: es el que aparece después de una fagocitosis o pinocitosis de material extraño. Este material es digerido progresivamente por las enzimas hidrolíticas. Cuerpos residuales: son los que resultan de una digestión incompleta. Serán eliminados por exocitosis Vacuola autofágica o autofagosoma: caso en que el lisosoma contiene partes celulares en vías de digestión. Digestión intracelular Fagocitosis fagosoma lisosoma secundario exocitosis de desechos 6- Endosomas: son las organelas encargadas de recibir el material que ingresa a la célula por endocitosis. Se transforman en lisosomas una vez que incorporan ciertas enzimas hidrolíticas que provienen del Golgi (y que se sintetizaron en el REG). Se los clasifica en endosomas tempranos (los recién formados y que por lo tanto están cerca de la membrana) y endosomas tardíos (cuando ya están alejándose de la membrana). Realiza un cuadro comparativo entre la endocitosis mediada por receptor y la endocitosis inespecífica. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 7
Peroxisomas y glioxisomas Es importante aclarar que estas organelas no tienen ningún tipo de relación con el SVC ya que sus enzimas son sintetizadas en el citosol. Peroxisomas Son organelas presentes en todas las células eucariontes. Contienen enzimas oxidativas (oxidan por ejemplo ácido úrico, oxalacetatos, ácidos grasos, purinas, aminoácidos, etc.). A diferencia de lo que ocurre en las mitocondrias, en estas oxidaciones no se genera ATP. Como resultado las oxidaciones del peroxisoma se produce H 2 O 2 (peróxido de hidrógeno), que es una molécula altamente tóxica. Pero los peroxisomas poseen una enzima que neutraliza al H2O2 por medio de la siguiente reacción: Glioxisomas 2 H 2 O 2 2 H 2 O + O 2 Son organelas exclusivas de las células eucariontes vegetales y se relacionan con el metabolismo de los triglicéridos. Poseen enzimas que se utilizan para transformar los lípidos contenidos en las semillas en hidratos de carbono por la vía del glioxilato. Cuestionario 1. El péptido señal: a) Es una partícula de reconocimiento de ribosomas que se ubica en la membrana del REG b) Se encuentra ubicado en el extremo carboxilo terminal de algunas proteínas eucariontes c) Se encuentra ubicado en el extremo amino terminal de todas las proteínas eucariontes. d) Es una secuencia corta de aminoácidos que presentan las proteínas que se sintetizarán en el REG. 2. Son sintetizadas en el REG las proteínas contenidas en: a) Peroxisomas b) Mitocondrias c) Lisosomas d) Núcleo 3- Entre las funciones del Golgi se encuentran: a-producción de las proteínas de la glucólisis b-degradación de glucógeno c-glicosilación de proteínas d-síntesis de lípidos Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 8
4-Una célula que produce activamente hormonas proteicas tendrá bien desarrollado: a-el REL b-los lisosomas c-el REG d-la envoltura nuclear 5- Cuál de las siguientes proteínas debería tener un péptido señal? a-receptor de adrenalina y enzimas lisosomales b-enzimas de glucólisis, actina y miosina c-proteína carrier, tubulina y miosina d-enzimas del ciclo de Krebs, histonas y tubulina 6-En el proceso de elaboración de proteínas extracelulares: a-el péptido señal es removido en el REG b-la proteína es glicosilada en los lisosomas c-el péptido señal es reconocido por el REL d-la proteína es gicosilada en los ribosomas 7- Cuál de las siguientes proteínas NO pasa por el REG ni por el Golgi antes de llegar a su destino final? a-una hormona proteica b-un carrier de membrana c-una enzima del catabolismo lipídico de un peroxisoma d-una enzima lisosomal 8-Señale la opción que presenta el orden cronológico correcto: a-traducción en REG, glicosilación,empaquetamiento en vesículas, exportación b-glicosilación, traducción en el REG, empaquetamiento en vesículas, exportación c-exportación, traducción en el REG, glicosilación, empaquetamiento en vesículas. d-traducción en el REG, empaquetamiento en vesículas, glicosilación, exportación 9-Las células caliciformes del intestino secretan mucoproteínas, las células plasmáticas secretan anticuerpos, hay células que producen esteroides a partir del colesterol. Qué componentes del sistema de endomembranas están involucrados en cada caso? Justifique. 10- Qué diferencias existen entre las proteínas sintetizadas en los ribosomas del REG y en los ribosomas libres? 11- Qué ocurriría si la membrana de los lisosomas se dañaran y las enzimas contenidas en su interior se derramaran en el citoplasma? 12-Señale si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifique: a-en el REG se empaquetan enzimas hidrolíticas que se formaron en otras organelas del citoplasma b-la riboforina presente en el REL es la enzima que caracteriza la membrana de dicho retícula c-el aparato de Golgi se relaciona con el REL a través de los lisosomas. Queda hecho el depósito que marca la ley 11.723. Prohibida su reproducción total o parcial 9