Biología Celular: Estructura y Función de las Células

Biología Celular: Estructura y Función de las Células

• El bloque 2 se enfoca en la estructura y función de las células.
• La unidad didáctica 5 aborda la distribución y el transporte de proteínas, específicamente en el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi y los lisosomas.

Guion de la Unidad Didáctica 5

• La unidad didáctica 5 está dividida en 4 secciones:
  • Retículo endoplásmico
  • Aparato de Golgi
  • Mecanismo de transporte de las vesículas
  • Lisosomas

Aparato de Golgi (Complejo de Golgi)

• Las proteínas procesadas en el retículo endoplasmático (RE) son recibidas y procesadas, distribuidas a su destino final: lisosomas, membrana plasmática o secreción.
• Se sintetizan glicolípidos y esfingomielina.
• Participa en el procesamiento de una amplia variedad de componentes celulares que viajan en la vía secretora.

Organización del Golgi

• El aparato de Golgi está formado por sacos aplanados (cisternas) y vesículas asociadas.
• Es un orgánulo polar (cara cis y cara trans).
• Las proteínas del RE entran por la cara cis (convexa) y se desplazan a la cara trans (cóncava).
• Durante su paso por el Golgi, las proteínas se modifican y se distribuyen a sus destinos finales en la célula.

Transporte de proteínas a través del Golgi

• Existe un modelo de cisternas estables donde las proteínas se transportan entre cisternas en vesículas.
• Hay otro modelo de maduración de cisternas donde las proteínas se transportan a través de compartimentos del Golgi.

Glicosilación de proteínas en el Golgi

• El aparato de Golgi realiza la modificación de las porciones carbohidratos de las glicoproteínas.
• Se añaden unidades de oligosacáridos (14 residuos de azúcares) a los azúcares de Asn de las cadenas polipeptídicas del RE.
• El oligosacárido se transfiere a los residuos de Asn a través de un transportador lipídico (dolicol).
• Hay tres residuos de glucosa que se eliminan antes de entrar al Golgi, donde hay más modificaciones.

Procesamiento de N-oligosacáridos en el Golgi

• Los N-glicosacáridos de las glicoproteínas son modificados mediante reacciones enzimáticas en diferentes compartimentos del Golgi..
• Las distintas glucoproteínas se modifican de diferentes maneras, según la estructura de la proteína y las enzimas procesadoras, de modo que tienen distintos oligosacáridos unidos a su grupo terminal.

Marcado y dirección de proteínas lisosómicas

• Las proteínas destinadas a los lisosomas se modifican añadiendo grupos fosfatos a la posición 6 de los residuos de manosa.
• Esta reacción se produce en el compartimiento cis del Golgi.
• El receptor de manosa-6-fosfato en la red trans del Golgi dirige el transporte de estas proteínas al lisosoma.

O-glicosilación

• En las glicoproteínas se unen carbohidratos a los átomos de oxígeno de los aa Ser o Thr.
• Los azúcares que se unen a estos sitios incluyen N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina.
• Algunos oligosacáridos O-ligados constan de pocos o muchos azúcares.
• Los proteoglicanos son ejemplos de O-glicosilación extendida (muchos azúcares unidos a proteínas).

Metabolismo de lípidos y polisacáridos

• Se sintetizan glicolípidos y esfingomielina en el aparato de Golgi a partir de la ceramida.
• La esfingomielina es el único fosfolípido no glicérico en las membranas celulares.
• La síntesis de esfingomielina ocurre en la cara luminal del Golgi.
• Los glicolípidos y la esfingomielina se ubican en una sola capa de la membrana del Golgi (la mitad luminal).

Distribución y exportación de proteínas

• Las proteínas se distribuyen en vesículas de transporte, que se desprenden de la cara trans del Golgi y se mueven a sus localizaciones celulares apropiadas.
• Algunas proteínas se transportan directamente a la membrana plasmática o a través de endosomas de reciclaje.
• Otras proteínas se dirigen a compartimentos como lisosomas.

Mecanismo de transporte de las vesículas

• El transporte vesicular es vital para mantener la organización celular.
• La especificidad del transporte depende del empaquetamiento selectivo de la carga en las vesículas.
• Los mecanismos moleculares de empaquetamiento, gemación, distribución y fusión son temas de investigación cruciales.

Aproximaciones experimentales al transporte de las vesículas

• Se han desarrollado métodos para comprender mejor el transporte vesicular, incluyendo:
  • Aislamiento de mutantes en levaduras.
  • Reconstitución del transporte en sistemas acelulares.
  • Análisis bioquímico de las vesículas sinápticas.
• Los experimentos de Randy Schekman, James Rothman y Thomas Südhof contribuyeron significativamente.

Selección de la mercancía, proteínas de la cubierta y gemación vesicular

• La cubierta proteica juega un papel crucial en el direccionamiento de la mercancía.
• El ensamblaje de proteínas de cubierta impulsa la gemación de las vesículas.
• Las vesículas se desplazan a lo largo del citoesqueleto por proteínas motoras.
• La eliminación de las cubiertas permite la fusión y la liberación del contenido de las vesículas.

La formación de vesículas está regulada...

• proteínas como Arf y Sar, relacionadas con Ras y Ran, regulan la formación de vesículas recubiertas.

La fusión de una vesícula de transporte...

• La fusión de la vesícula de transporte con su diana implica dos tipos de eventos:
  • Reconocimiento específico con la membrana diana.
  • Fusión de membranas, liberando el contenido de la vesícula en la diana. Esto está mediado por:
    • Interacción inicial: proteínas Rab y factores de anclaje.
    • Formación de complejos SNARE (SNAP receptors).
    • Fusión de membranas, impulsada por la energía de las SNARE-SNARE.

Lisosomas

• Los lisosomas son organelos unidos a la membrana que contienen enzimas para degradar macromoléculas.
• Funcionan como el sistema digestivo de la célula, degradando material ingerido y componentes celulares dañados.
• Son vacuolas esféricas densas.
• Son diversos en tamaño y forma.

Endocitosis y formación de lisosomas

• La endocitosis implica la captación de moléculas de afuera de la célula.
• Los lisosomas están implicados en la digestión de materiales capturados mediante endocitosis.
• Los endosomas (tempranos, de reciclaje y tardíos) intervienen en la formación de los lisosomas.

Fagocitosis y autofagia

• La fagocitosis es una ruta por la que las células ingieren y digieren partículas grandes (como bacterias).
• La autofagía es un proceso en el que las células degradan componentes celulares dañados o no deseados.
• Los lisosomas son cruciales para ambos procesos, fusionándose con los fagosomas o autofagosomas para llevar a cabo la digestión.